Пример расчета тепловой схемы паровой котельной

В качестве примера приведем расчет для одного (максимально-зимнего) режима. Остальные режимы рассчитываются аналогично. Исходные данные для расчета представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Исходные данные для расчета

Физическая величина	Обозна-	Обоснование	Значение
	чение
Расход свежего пара на технологи-	D/m	Задается	17
ческие нужды, т/ч
Расход редуцированного пара на	Dm	Задается	105
технологические нужды, т/ч
Расход теплоты на нужды отопления	Qo	Задано	59
Расход теплоты на вентиляцию	Qв	Задано	36
Расход теплоты на ГВС	Qгвс		15
Расчетная температура наружного	t нр	CНиП 23-01-99*	- 30
воздуха, оС
Возврат конденсата технологичес-	kп	Задается	0,6
кими потребителями
Энтальпия пара с параметрами на	h/вых	Таблица во-	2934
выходе из котла		дяного пара
Энтальпия пара с параметрами	h//роу	То же	2815
после РОУ
Температура питательной воды, оС	tпв	Задается	104
Энтальпия питательной воды	hпв	Таблица во-	437
		дяного пара
1 Непрерывная продувка котлоагрега-	Рпр	Задается	3
тов, %
Энтальпия котловой воды	hкв	Таблица во-	829
		дяного пара
Степень сухости пара	Х	Задается	0,98
Энтальпия пара на выходе из расши-	h//расш	Таблица во-	2691
рителя непрерывной продувки		дяного пара
Температура подпиточной воды, оС	tподп	Принимается	70
Энтальпия подпиточной воды	hподп	Таблица во-	294
		дяного пара
Температура возвращаемого	tк	Задается	80
конденсата, оС
Энтальпия возвращаемого	h к	Таблица во-	336
конденсата		дяного пара
Температура воды после охладите-	tпр	Принимается	50
ля непрерывной продувки, оС
Температура сырой воды	tсв	Принимается	5
Температура х.о. воды перед охлади-	t/хов	Принимается	20
телем деаэрированной воды, оС

1. Расход пара на подогреватели сетевой воды

,

где Qå - суммарная тепловая нагрузка потребителей системы теплоснабжения,

Qå = Q_o + Q_в + Q_ГВС = 59 + 36 + 15 = 110 МВт;

Q^т_пот - потери теплоты через тепловую изоляцию, Q^т_пот = 41,25 МВт;

Q^ут_пот ^- потери теплоты с утечками через неплотности трубопроводной системы, Q^ут_пот = 1,46МВт;

h^//_роу2 - энтальпия редуцированного пара перед подогревателем сетевой воды;

h - КПД сетевого подогревателя, его можно принимать равным 0,98.

= 17,46 т/ч.

2. Расход пара на технологические нужды

D_m =105 т/ч.

3. Расход свежего пара на подогреватели сетевой воды

= 16,63 т/ч.

4. Расход свежего пара на технологические нужды

=100 т/ч.

5. Суммарный расход свежего пара внешними потребителями

D_вн = D^/_роу1 + D^/_роу2 = 100 + 16,63 = 116,63 т/ч.

6. Количество воды, впрыскиваемой в РОУ2 перед сетевыми подогревателями,

=0,832 т/ч.

7. Количество воды, впрыскиваемой в РОУ1 на паропроводе технологического потребителя подогревателями,

=5,004 т/ч.

8. Расход воды на собственные нужды котельной

D^/_сн = 0,01 × k_cн × D_вн = 0,01 × 7 × 116,63 = 8,16 т/ч,

где k_cн - коэффициент, учитывающий долю расхода пара на собственные нужды котельной (подогрев сырой и химически очищенной воды, расход на деаэратор), рекомендуется принимать 5 ¸ 10 % от расхода пара внешними потребителями.

9. Расход пара на мазутное хозяйство

D_м = 0,01 × К_м × D_вн = 0,01 × 3 × 116,63 = 3,5 т/ч,

где К_м - коэффициент, учитывающий долю расхода пара на мазутное хозяйство, при отсутствии данных рекомендуется принимать равным 3 %.

10. Расход пара на покрытие потерь в котельной

D_п = 0,01 × К_п × (D_вн – D^/_сн + D_п = 0,01 × 3 × (116,63 – 8,16 + 3,5) = 3,36 т/ч,

гдеК_п - коэффициент, учитывающий долю расхода пара на покрытие потерь в котельной, рекомендуется принимать равным 2 ¸ 3 %.

11. Суммарный расход пара на собственные нужды

D_сн = D^/_сн + D_м + D_п = 8,16 + 3,5 +3,36 = 15,02 т/ч.

12. Суммарная производительность котельной

D = D_вн + D_сн = 116,63 + 15,02 = 131,65 т/ч.

13. Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной

G^пот_к = (1 - К_п ) × (D_m + D^/_роу2) + 0,01 × К_к × D =

= (1 – 0,6) × (105 +16,63) + 0,01 × 3 × 131,65 = 52,6 т/ч,

где К_п - коэффициент, учитывающий долю конденсата, возвращаемую внешними потребителями;

К_к - потери конденсата в цикле котельной установки, рекомендуется принимать равными 3 %.

14. Расход воды на подогреватели сетевой воды

=1182,5 т/ч.

15. Расход химически очищенной воды

G_хов = 52,6 + 0,01 × 2 × 1182,5 = 76,25 т/ч,

где К_mc - коэффициент, учитывающий потери воды в теплосети, рекомендуется принимать равным 2 %.

16. Расход сырой воды

G_с.в = К_хов × G_хов = 1,25 × 76,25 = 95,3 т/ч,

где К_хов - коэффициент, учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки, рекомендуется принимать равным 1,25 %.

17. Количество воды, поступающее с непрерывной продувкой в расширитель,

G_пр = 0,01 × Р_пр × D = 0,01 × 3 ×131,65 = 3,95 т/ч,

где Р_пр - процент продувки, при отсутствии данных рекомендуется принимать 2 ¸ 5 %.

18. Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки,

=0,7 т/ч.

19. Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки

G_расш = G_пр – D _расш = 3,95 - 0,7 = 3,25 т/ч.

20. Температура сырой воды после охладителя непрерывной продувки

=6,77^оС,

где h^//_пр - энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки, принимается равной 210 кДж/кг.

21. Расход пара на подогреватель сырой воды

=2,34 т/ч,

где h^//_пр - энтальпия сырой воды после подогревателя, определяется для температуры воды, принимаемой от 20 ^оС до 30 ^о С;

h^/_cв - энтальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки, определяется по t ^/_св ;

h^роу_к - энтальпия конденсата редуцированного пара, определяется по температуре конденсата, принимаемой равной 70 ¸ 85^о С;

h^//_пр - энтальпия редуцированного пара, кДж/кг.

22. Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды

= =30,33 ^оС,

где t^/_хов - температура химически очищенной воды на входе в охладитель деаэрированной воды (в процессе химической очистки воды ее температура снижается примерно на 2 ^оС); снижением температуры воды в оборудовании химводоочистки и последующим ее подогревом в охладителе можно пренебречь;

t_пв - температура деаэрированной (питательной) воды на входе в охладитель;

t₂ - температура деаэрированной воды после охладителя, принимается равной 70 ^оС.

23. Расход пара на подогрев химически очищенной воды перед деаэратором

=8,27 т/ч.

24. Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор за вычетом расхода греющего пара деаэратора,

G_д = G_хов + К_п × (D_m + D^/_роу2) + D_хов + D_св + D_пв + D_расш =

= 76,25 + 0,6 × (105 +16,63) + 8,27 + 2,34 + 17, 46 + 0,7 = 178 т/ч.

25. Средняя температура воды в деаэраторе

=178 т/ч.

26. Расход греющего пара на деаэратор

=3,85 т/ч.

27. Расход редуцированного пара на собственные нужды котельной

D^роу_сн = D_д + D_хов + D_св = 3,85 + 8,27 + 2,34 = 14,46 т/ч.

28. Расход свежего пара на собственные нужды котельной

=13,77 т/ч.

29. Действительная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды

D_к = D_cн + 0,01 К_п × (D_вн + D_сн) =

= 116,63 + 15,02 + 0,01 × 3 × (116,63 + 15,02) = 135,6 т/ч.

30. Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной

= 2,91 %.

Невязка получилась меньше 3 %, следовательно, расчет тепловой схемы считается законченным.

4.3.10. Выбор основного и вспомогательного оборудования

По результатам расчета принципиальной тепловой схемы котельной выбирается основное и вспомогательное оборудование.

Выбор котлов

После расчета принципиальной тепловой схемы необходимо выбрать число устанавливаемых котлов.

Согласно [25], количество и единичную производительность котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной, следует выбирать по расчетной производительности котельной, проверяя режим работы котлоагрегатов для теплого периода года. При этом в случае выхода из строя наибольшего по производительности котла в котельной первой категории оставшиеся должны обеспечивать отпуск тепла потребителям первой категории: на технологическое обеспечение и системы вентиляции в количестве, определяемом минимально допустимыми нагрузками (независимо от температуры наружного воздуха); на отопление и горячее водоснабжение в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.

В случае выхода из строя одного котла независимо от категории котельной количество тепла, отпускаемого потребителям второй категории, не нормируется.

Расчетная производительность котельной определяется суммой расходов теплоты на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, расчетных расходах теплоты на горячее водоснабжение [1], расчетных расходов тепла на собственные нужды котельной и потерь теплоты в котельной и тепловых сетях.

Максимальное количество котлов, устанавливаемых в котельной, определяется на основании технико-экономических расчетов.

В котельных должна предусматриваться установка не менее двух котлов, за исключением производственных котельных второй категории, в которых допускается установка одного котла. Как показывают технико-экономические расчеты, оптимальным числом котлов для паровых и водогрейных котельных является n = 3 ¸ 4.

Тип и количество котлов выбираются исходя из единичной производительности по табл. П 11, П 12.

Выбор деаэраторов

Присутствие в воде кислорода и углекислого газа приводит к коррозии трубопроводов, кипятильных труб и барабанов котлов. Поэтому необходимо осуществлять деаэрацию питательной и подпиточной воды.

Согласно [25] для деаэрации воды в котельных применяют термические деаэраторы. В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе, различают деаэраторы атмосферные ДСА (Р = 0,12 МПа) и вакуумные ДВ (Р = 0,075-0,05 МПа).

В котельных с паровыми котлами на давление до 4 МПа для деаэрации применяются атмосферные деаэраторы.

Количество и производительность устанавливаемых деаэраторов выбираются по результатам расчета тепловой схемы котельной (табл. П 13).

Для закрытой системы теплоснабжения, ввиду малого расхода воды на подпитку устанавливаются, как правило, общие деаэраторы для питательной и подпиточной воды.

Для открытой системы теплоснабжения предусматривают отдельно деаэраторы питательной и подпиточной воды. Должно быть установлено не менее двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанавливаются.

Выбор насосов

В котельных используются насосы различного назначения: сетевые, подпиточные, насосы питательной и сырой воды, конденсатные насосы и др.

Для выбора насосов необходимо знать напор Н_н , создаваемый насосом, и его подачу V_н при данном напоре.

Напор сетевых насосов следует определять для отопительного и неотопительного периодов и принимать равным разности напоров на нагнетательном и всасывающем патрубках сетевого насоса при суммарных расчетных расходах воды:

Н_с.н = DН_тп + DН_под + DН_обр + DН_аб , (4.145)

где DН_тп - потери напора в теплоприготовительной установке, м;

DН_под, DН_обр - потери напора в подающей и обратной линиях магистрали, м;

DН_аб - располагаемый напор у концевого на магистрали абонента, м.

Напор подкачивающих насосов на подающем и обратном трубопроводах следует определять по пьезометрическим графикам при максимальном расходе воды в трубопроводах с учетом гидравлических потерь в оборудовании и трубопроводах источника системы теплоснабжения. В этом случае напор сетевых насосов на источниках следует уменьшить на величину рабочего напора подкачивающего насоса.

Напор подпиточных насосов должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического давления по формуле (4.106).

Подачу (производительность) сетевых и подкачивающих насосов (рабочих) следует принимать:

а) для закрытых систем теплоснабжения в отопительный период – по суммарному расчетному расходу воды, определенному по формуле ( 4.99);

б) на подающих трубопроводах тепловых сетей для открытых систем теплоснабжения в отопительный период – по суммарному расходу воды, определяемому по формуле (4.98) при к₃= 1,4, для подкачивающих насосов на обратных трубопроводах- по формуле

( 4.99) при к₃ = 0,6;

в) для закрытых и открытых систем теплоснабжения в неотопительный период – по максимальному расходу воды на горячее водоснабжение, в неотопительный – по (4.100).

Подачу подпиточных насосов V³_под, м³/ч (в закрытых системах теплоснабжения ее следует принимать равной расчетному расходу воды на компенсацию утечки из тепловой сети, исходя из аварийной подпитки), определяем по формуле

, (4.146)

где Q^сум – суммарная мощность системы теплоснабжения, МВт;

65 м³ – объем сети, отнесенной к 1 МВт нагрузки.

В открытых системах подача подпиточных насосов принимается равной сумме расхода воды на горячее водоснабжение по (4.98) и расчетного расхода воды на компенсацию утечек при аварийном режиме , м³/ч [1]:

. (4.147)

По величине напора и подачи предварительно выбирается насос с соответствующим напором и подачей. Затем проверяется возможность применения данного насоса путем построения характеристик насоса H_н = H_о – S_о V² и сети Н_с = S_c V² .

Характеристики насосов приводятся в табл. П14-П16. На этих характеристиках строятся характеристики сети. Поскольку удельное гидравлическое сопротивление сети не зависит от расхода, то из выражения Н_с = S_c V²_под определяют вначале S_c= H_c/ V²_под, а затем, задаваясь различными величинами подачи V_под, строят характеристику сети. Необходимым условием правильности выбора насоса является пересечение характеристикой сети характеристики насоса в рабочей области. Точка пересечения характеристик насоса и сети дает действительные напор насоса Н_н^д и подачу V_н^д. Если выполняются условия Н_н^д ³ Н_с и V_н^д ³ V_под, то насос выбран правильно, в противном случае необходимо либо выбрать другой насос, либо установить два или более параллельно или последовательно работающих насосов.

Число насосов следует принимать:

а) сетевых – не менее двух, один из которых является резервным, при пяти рабочих сетевых насосах в одной группе резервный насос допускается не устанавливать;

б) подпиточных – в закрытых системах теплоснабжения не менее двух, один из которых является резервным, в открытых системах не менее трех, один из которых также является резервным;

В узлах деления водяной тепловой сети на зоны допускается в закрытых системах теплоснабжения устанавливать один подпиточный насос без резерва, а в открытых системах – один рабочий и один резервный. Число насосов уточняется с учетом их совместной работы на тепловую сеть (рис. 4.11).

Питательные насосы являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивающими безопасность ее эксплуатации.

Питательные насосы выбираются по производительности и полному напору, которые приведены в виде напорных характеристик в табл. П 13 - П16.

Рис. 4.11. Выбор насоса по характеристике

При определении производительности питательных насосов следует учитывать расход на питание всех рабочих паровых котлов, на непрерывную продувку, на пароохла­дители, редукционно-охладительные и охладительные установки. При этом число и про­изводительность питательных насосов выбираются с таким расчетом, чтобы в случае ос­тановки наибольшего по производительности насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в указанных выше количествах.

Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110 % для всех рабочих котлов (без учета резервного котла) при их номинальной паропроизводительности с учетом продувки котлов и подачи воды в РОУ, пароохладители и охладитель­ные установки. Суммарная производительность резервных питательных насосов должна обеспечивать 50 % номинальной производительности всех рабочих котлов с учетом про­дувки, расхода воды на РОУ, пароохладители и охладительные установки.

Для питания котлов с давлением более 0,17 МПа следует предусматривать насосы с паровым приводом (поршневые безсмазочные или турбонасосы) с использованием отра­ботанного пара, а резервный насос - с электроприводом.

При невозможности использования отработанного пара от насосов с паровым приводом следует предусматривать насосы только с электроприводом - при двух независимых ис­точниках питания электроэнергией; насосы с электрическим и паровым приводом при одном источнике питания электроэнергией; насосы с электрическим и паровым приводом при одном источнике питания электроэнергией.

Расчетный напор, МПа, питательного насоса определяется по формуле

Р_н = 1,1 [р_к × (1 + Dр) + р _эк + р _п.в.д + р^наг_тр + р_с.в - р_д ], (4.148)

где р_к - избыточное давление в барабане котла, Па;

Dр - запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимается равным 5 % номинального давления в барабане котла, Па;

р_эк - сопротивление водяного экономайзера, при отсутствии данных принимается равным 150 000 ¸ 200 000 Па;

р _{п,в.д -} сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления, при отсут­ствии данных принимается равным 80 000 Па;

р_тр - сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопро­тивления автоматических регуляторов питания котла, при отсутствии данных принимает­ся равным 200 000 Па;

р^вс_тр - сопротивление всасывающих трубопроводов, при отсутствии данных принима­ется равным 100 000 Па;

р_св - давление, создаваемое столбом вод, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора, Па;

р_д - давление в деаэраторе, Па;

1,1 - коэффициент запаса.

В котельных предусматривается установка редукционно-охладительных устройств для устранения различия между параметрами пара (давление, температура), отпускаемого потребителям и вырабатываемого котлами.

Выбор РОУ осуществляется на основании расчета тепловой схемы котельной [17].