3. Расчет тепловой схемы котельной

В общем случае основными целями расчета тепловой схемы котельной являются:

• определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расхода пара на собственные нужды и потерь,

• определение всех тепловых и массовых потоков необходимых для выбора оборудования,

• определение исходных данных для дальнейших технико-экономических расчётов (годовых выработок тепла, топлива и т.д.).

Расчёт тепловой схемы позволяет определить суммарную производительность котельной установки при нескольких режимах её работы. Расчёт производится для 4-х характерных режимов с соответствующей наружного воздуха в г.Владимир для характерных режимов определяются по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» [1]:

1. максимально-зимнего (-28 °С),

2. средней температуры наиболее холодного месяца (-16 °С),

3. средней температуры за отопительный период (-3,5 °С),

4. летнего.

Заданные тепловые нагрузки котельной сведены в таблицу 1.3.1

Таблица 1.3.1 – Заданные максимальные тепловые нагрузки котельной установки.

Вид тепловой нагрузки	Расчетные тепловые нагрузки		Характеристика теплоносителя
	Зима	Лето
Отопление и вентиляция, ГДж/ч	16	нет	Вода 130/70С
Горячее водоснабжение, ГДж/ч	8	8	Вода 130/70С
Пар на технологические нужды т/ч	9	9	Пар 1,4МПа

Исходя из заданных тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для всех характерных режимов определяются:

Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию:

(1.3.1)

где – расчетная тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию кДж/ч,

– расчетная температура внутри помещений, принимается +18°С,

- температура наружного воздуха, [1] °С,

- температура наружного воздуха при максимально-зимнем режиме, [1] °С.

Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию:

(1.3.2)

Текущая температура сетевой воды в подающем трубопроводе:

(1.3.3)

где – расчетная температура теплоносителя в подающем трубопроводе, °С.

Текущая температура сетевой воды в обратном трубопроводе:

(1.3.4)

где – расчетная температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °С.

Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:

(1.3.5)

где – тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию, кДж/ч;

, – температура сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах, °С,

– теплоемкость воды.

Расход сетевой воды на горячее водоснабжение:

(1.3.6)

где – тепловая нагрузка на горячее водоснабжение, кДж/ч;

Общий расход воды внешними потребителями в подающей магистрали тепловой сети:

(1.3.7)

Расход пара на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

	(1.3.8)
	(1.3.9)

где – энтальпия пара, подаваемого на подогреватели воды, кДж/кг (давление 0,07 МПа);

– энтальпия конденсата на выходе из подогревателей воды, кДж/кг ;

– КПД подогревателя, принимаем

Определяем выработку пара для внешних потребителей:

где – расход пара на технологические нужды, т/ч.

(1.3.10)

Тогда, максимальная паропроизводительность котельной установки:

(1.3.11)

Где, – расход пара на собственные нужды котельной, т/ч.

Принимаем ;

– потери пара внутри котельной, т/ч. Принимаем

Определяем расход питательной воды, подаваемой в котел

(1.3.12)

Где – расход продувочной воды, т/ч. Согласно СНиП II-35-76 «Котельные установки» [2], для котлов с давлением до 1,4МПа включительно, расход питательной воды должен быть не более 10% от . Принимаем

Определяем расход пара и расход остаточной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки. Для этого составим уравнение материального и теплового баланса сепаратора.

, отсюда:

	(1.3.13)
	(1.3.14)

где – расход остаточной воды на выходе из сепаратора, т/ч;

- энтальпии насыщенного пара и воды на выходе из СНП при давлении 0,15МПа, кДж/кг ⁰С. ;

- энтальпия насыщенного пара при давлении 1,4МПа, кДж/кг⁰С. .

Потери конденсата технологическими потребителями:

(1.3.15)

Где – возврат конденсата технологическими потребителями,

Расход подпиточной воды, согласно СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», принимается как 0,75% от объема воды в системе теплоснабжения.

(1.3.16)

Где – объем воды в системе теплоснабжения, м³.

(1.3.17)

Где – удельный объем воды в системе, м³/МВт. Для закрытых систем =65 м³/МВт;

– тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию МВт;

– тепловая нагрузка на горячее водоснабжение, МВт.

Выпар из деаэратора:

(1.3.18)

Где – расход деаэрированной воды, т/ч

Количество воды, которое должно подвергнуться умягчению:

(1.3.19)

Действительный расход сырой воды, которая подается в котельную, будет несколько больше, т.к. часть воды используется для регенерации фильтров: , т/ч.

(1.3.20)

О пределяем температуру исходной воды на выходе из теплообменника 2. Из уравнения теплового баланса теплообменника 2:

где, - температура исходной воды. Принимаем для зимнего периода и для летнего периода;

– температура продувочной воды на выходе из сепаратора. Принимается равной температуре насыщения при давлении 0,15МПа. ;

- температура продувочной воды на выходе из теплообменника. Принимаем

Р асход пара на подогрев исходной воды:

(1.3.21)

Где – температура воды, необходимая для эффективной химводоочистки. Принимаем

– температура конденсата после паро-водяного теплообменника. Принимаем .

Найдем температуру воды на выходе из охладителя выпара (на входе в деаэратор):

(1.3.22)

г де - температура конденсата после охладителя выпара. Принимаем .

Определяем расход пара на деаэрацию воды:

(1.3.23)

Расчетное значение расхода пара на собственные нужды котельной:

(1.3.24)

Относительная погрешность расчета:

(1.3.25)

При Δ<20% считается, что учебный расчет выполнен с необходимым приближением и не требует пересчета.

Т емпература на входе в сетевой подогреватель:

(1.3.26)

Т емпература конденсата на выходе из охладителя конденсата:

(1.3.27)

Результаты расчета приведены в таблице 1.3.2

Таблица 1.3.2 – Расчет тепловой схемы котельной

№ п/п	Наименование величин	Режимы
		Максимально-зимний (min t наиболее холодной пятидневки)	Средняя температура наиболее холодного месяца	Средняя температура за отопительный период	Летний

1	2	3	4	5	6
1	Температура наружного воздуха tн.в., °С	-28	-16	-3,5	-
2	Температура внутри отапливаемых помещений tв.н., °С	18	18	18	18
3	Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию Qо.в., ГДж/ч	16,00	11,83	7,48	-
4	Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение Qг.в., ГДж/ч	8,00	8,00	8,00	8,00
5	Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию Ко.в.	1,00	0,74	0,47	-
6	Текущая температура сетевой воды в подающем трубопроводе t 1, °С	130,00	100,78	70,35	70,00
7	Текущая температура сетевой воды в обратном трубопроводе t2, °С	70,00	56,43	42,30	38,35
8	Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию Gо.в., т/ч	63,70	63,70	63,70	-
9	Расход сетевой воды на горячее водоснабжение Gг.в., т/ч	31,85	43,09	68,15	60,38
10	Расход воды внешними потребителями в подающей магистрали тепловой сети Gс, т/ч	95,56	106,80	131,85	60,38
11	Энтальпия пара, подаваемого на подогреватели воды hп, кДж/кг (давление 0,7МПа)	2763,00
12	Энтальпия конденсата после паро-водяных теплообменников hк, кДж/кг	398,05
13	КПД подогревателя	0,98
14	Расход пара на отопление и вентиляцию Dо.в., т/ч	6,90	5,10	3,23	-
15	Расход пара на ГВС Dг.в., т/ч	3,45	3,45	3,45	3,45
16	Выработка пара для внешних потребителей Dвн, т/ч	21,29	19,31	17,25	13,70
17	Расход пара на собственные нужды котельной Dс.н., т/ч	2,13	1,93	1,72	1,37
18	Потери пара внутри котельной Dпот, т/ч	0,43	0,39	0,34	0,27
19	Максимальная паропроизводительность котельной установки , т/ч	23,85	21,63	19,32	15,34
20	Расход питательной воды, подаваемой в котел Gпит, т/ч	26,23	23,79	21,25	16,87
21	Расход пара на выходе из СНП Dс, т/ч	0,38	0,35	0,31	0,25
22	Расход остаточной воды на выходе из СНП G'пр, т/ч	2,00	1,81	1,62	1,29
23	Потери конденсата технологическими потребителями Gпк, т/ч	3,15
24	Объем воды в системе теплоснабжения Vсист, м3	433,33
25	Расход подпиточной воды Gподп, т/ч	3,25
26	Выпар из деаэратора Dвып, т/ч	1,47	1,35	1,22	1,01
27	Количество воды, подвергаемое умягчению Gхво, т/ч	9,92	9,60	9,28	8,72
28	Расход сырой воды Gисх, т/ч	10,91	10,56	10,21	9,59
29	Температура исходной воды на выходе из теплообменника 2 t'ив	14,41	13,82	13,15	21,89
30	Расход пара на подогрев исходной воды Dив, т/ч	0,49	0,49	0,49	0,31
31	Температура конденсата после охладителя выпара tд, °С	121,06	116,76	111,98	102,93
32	Температура воды на входе в сетевой подогреватель τ’2, °С	76,57	61,29	45,37	41,81
33	Температура конденсата после охладителя конденсата t’к, °С	105,77	105,77	105,77	105,77
34	Расход пара на деаэрацию Dд, т/ч	1,52	1,43	1,34	1,20
35	Расчетный расход пара на собственные нужды котельной , т/ч	2,02	1,92	1,82	1,51
36	Невязка расхода пара на собственные нужды котельной ∆, %	-5,50	-0,44	5,39	9,11
37	Уточненная максимальная паропроизводительность котельной , т/ч	23,73	21,62	19,41	15,48