Учебное пособие 676

УДК 621.311.25(07) ББК 31.37я7

Составители:

А. Т. Курносов, Д. Н. Китаев

Теплогенерирующие установки и мини-ТЭЦ: методические указания к практическим занятиям для студентов направления подготовки 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения / ФГБОУ ВО

Приводится методика расчета теплогенерирующей установки, включающая расчет и выбор тепловой схемы, схемы золоулавливания, химводоочистки, тягодутьевых устройств, деаэрационно-питательных устройств, трубопроводов и себестоимости отпускаемой энергии.

Предназначены для студентов магистратуры направления подготовки 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения.

Табл. 1. Библиогр.: 9 назв.

УДК 621.311.25(07) ББК 31.37я7

Рецензент – Т. В. Щукина, канд. техн. наук, доцент кафедры жилищнокоммунального хозяйства ВГТУ

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Практические занятия по дисциплине «Теплогенерирующие установки и мини-ТЭЦ» выполняются студентами магистратуры направления подготовки 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» (программа «Теплоэнергетика и теплотехника»). Каждому студенту выдается индивидуальное практическое задание, содержащее исходные данные.

Отчет по практическим занятиям состоит из расчетной и графической час-

тей.

Включаемые в расчетную часть вопросы рекомендуется рассматривать в такой последовательности:

а) составить и рассчитать принципиальную схему ТГУ с определением количества устанавливаемых теплогенераторов;

б) по заданному составу исходной воды выбрать схему химводоочистки (ХВО), рассчитать необходимое оборудование и подобрать его по справочни- кам-каталогам;

в) рассчитать и выбрать элементы питательной установки (деаэраторы, насосы, баки и трубопроводы) и определить потребную мощность электродвигателей к насосам;

г) рассчитать и выбрать диаметры трубопроводов; д) выполнить аэродинамический расчет газовоздушного тракта ТГУ и ды-

мовой трубы с проверкой ее на рассеивание вредных веществ и подбором тягодутьевых устройств;

е) определить годовые расчетные затраты и себестоимость единицы тепла по усредненным показателям.

Графическая часть включает в себя:

а) принципиальную схему трубопроводов ТГУ с указанием оборудования, обвязкой его необходимыми трубопроводами и расположением арматуры;

в) схему водоподготовки с указанием необходимого оборудования, арматуры и трубопроводов.

При выполнении графической части необходимо соблюдать требования нормативных документов, ГОСТов, ЕСКД и СПДС.

В расчетной части дается краткое описание: а) тепловой схемы и схемы ХВО;

б) компоновки основного и вспомогательного оборудования; в) системы топливоснабжения, золоулавливания и золошлакоудаления;

При выполнении практических занятий рекомендуется применение ЭВМ (например, расчет тепловой схемы, высоты дымовой трубы и приземной концентрации вредных выбросов в атмосферу и т.д.) [6].

В связи с тем, что нормативные документы, ссылки на которые сделаны ниже, изданы в технической системе единиц, а учебная литература – в системе СИ, все величины в методических указаниях даны в двух указанных системах.

3

1.РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ТГУ

Втепловой схеме отображены протекающие в определенной последовательности тепловые процессы, связанные с трансформацией теплоносителей. При ее составлении определяется все оборудование, необходимое для выработки теплоносителей заданных параметров, и устанавливается взаимосвязь между элементами этого оборудования. С помощью схемы составляются необходимые

врасчетах материальные и тепловые балансы по статьям расхода и прихода теплоносителя [5,8].

Расчет тепловой схемы производится для наиболее распространенной закрытой системы теплоснабжения.

Исходными данными для расчета тепловой схемы являются тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и паровые нагрузки технологического потребления пара с указанием температуры и доли возвращаемого с производства конденсата. Они приведены в задании на практику, выдаваемом преподавателем.

При транспортировке сетевой воды по трубопроводам 4% теплоты теряется в окружающую среду. С учетом этих потерь расход теплоты на отопление и вентиляцию:

где Qов – расход пара на отопление и вентиляцию зданий, приведенный в задании.

Расход подпиточной воды:

где i1,i2 – энтальпии прямой и обратной сетевой воды при температурах

t1=150 °С и t2=70 °С.

Теплота, вносимая в систему отопления и вентиляции с подпиточной во-

где tподп – температура подпиточной воды, подаваемой из деаэратора. Тогда расход пара на сетевые подогреватели системы отопления и венти-

ляции рассчитывается по уравнению теплового баланса:

4

где i"– энтальпия насыщенного пара, подаваемого на сетевые подогреватели; iк – энтальпия конденсата от сетевых подогревателей; сп =0,98 – к.п.д. подогревателя.

С учетом потерь пара в сетях, которые составляют не более 2 %, расход пара на паровой потребитель:

где Дтн – расход пара на технологические нужды приведенный в задании на практические занятия.

Расход пара на собственные нужды обычно не превышает 5 % от расхода пара на внешние потребители:

Непрерывная продувка теплогенераторов типа ДЕ, КЕ и ДКВР не превышает 5 % от паропроизводительности котла. Предварительно задаваясь числом теплогенераторов Z, можно вычислить расход продувочной воды:

где Дк – номинальная паропроизводительность одного котла. Количество пара, выделяемое в сепараторе непрерывной продувки и на-

правляемое деаэратор:

где iснп" ,iснп' – энтальпии пара и воды при давлении в сепараторе непрерывной воды; снп =0,98 – коэффициент, учитывающий потерю тепла сепаратора непрерывной продувки.

Расход воды непрерывной продувки, поступающей из сепаратора на теплообменник непрерывной продувки или сливаемой в канализацию без использования ее тепла:

Потери конденсата у паровых потребителей:

где Квоз – процент возврата конденсата, приведенный в задании на практические занятия.

5

Все потери воды и конденсата в котельной и у внешних потребителей компенсируются добавкой химически очищенной воды:

Она поступает в деаэратор, туда же подается конденсат:

В деаэраторе происходит смешение конденсата и химочищенной воды, поэтому средневзвешенная температура равна:

где tк – температура конденсата, возвращаемого от парового потребителя, приведенная в задании на практику; tхов =25–35 °С – температура воды после химводоочистки.

Из уравнения теплового баланса деаэратора определяется расход пара на подогрев в нем питательной воды:

При заданной паропроизводительности одного котла Дк определяем количество котлов:

Округляем это число до целых единиц. Причем для котлов, работающих на газе и мазуте, возможно округление и в меньшую сторону, тогда как для котлов при работе на твердом топливе, учитывая более тяжелые условия эксплуатации, округление должно проводиться только в большую сторону.

Количество устанавливаемых котлов должно быть не менее двух. Перед выполнением графической части число котлов должно быть согласовано с преподавателем.

6

2. РАСЧЕТ ХИМВОДООЧИСТКИ С ВЫБОРОМ ОБОРУДОВАНИЯ

Установка подготовки исходной воды предназначена для обеспечения безнакипного режима работы теплогенераторов. Для возможности применения наиболее простой схемы химводоочистки вычисляется процент продувки по сухому остатку р, относительная щелочность котловой воды Щквотн и содержание углекислоты в паре СО2.

Процент продувки по сухому остаткуопределяется по формуле

Sквдоп - допустимый сухой остаток котловой воды, принимаемый для котлов типа ДКВР, КЕ и ДЕ равным 4000 мг/кг;

Sисх – сухой остаток исходной воды, принимаемый потабл. П.1 для определенного источника водоснабжения в соответствии с заданием на практические занятия.

Из табл. П.1 выписываются значения общей Жо и карбонатной Жк жесткости исходной воды, используемые вдальнейших расчетах химводоочистки.

При р < 2% предусматривается только периодическая продувка и из тепловой схемы исключается установка сепаратора и теплообменника непрерывной продувки. При р > 10% необходимо выбрать схему, позволяющую изменить величину сухого остатка химочищенной воды.

Относительная щелочность котловой воды определяется по формуле

где Щхов – щелочность химочищенной воды, которая при обработке по схеме натрий-катионирования численно равна карбонатной жесткости исходной воды

(Жк).

Для котлов типа ДКВР, ДЕ и КЕ при величине относительной щелочности более 20% следует предусматривать нитратирование воды, что должно находитьсоответствующее отражение в схеме химводоочистки.

Содержание углекислоты в паре определяется по формуле

где 1=0,4 и 2 = 0,7 - доли разложения в котле соответственно бикарбоната натрия и кальцинированной соды.

7

При величине углекислоты в паре более 20 мг/кг необходимо в деаэраторе предусматривать барботажные устройства и принимать другие меры против углекислотной коррозии.

При применении натрий-катионитных фильтров первой ступени снижение общей жесткости воды (Жо,)возможнотолько до 0,1 мг-экв/кг, что применимо лишь для водогрейных и неэкранированных паровых теплогенераторов. Для экранированных котлов типа ДКВР, ДЕ и КЕ необходимо применять двухступенчатое на- трий-катионирование, которое обеспечивает снижение общей жесткости питательной воды до 0,01 мг-экв/кг.

Необходимость применения различных схем совместного применения натрийводород, натрий-аммоний-катионирования, натрий-хлорионирования должна обосновываться технико-экономическими расчетами.

При выборе схемы химводоочистки с двухступенчатым натрийкатионированием для сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации принимаются однотипные конструкции фильтров первой и второй ступеней. Всего, как правило, устанавливается четыре фильтра. Для первойступени устанавливаются два фильтра, для второй ступени один. Второй фильтр используется для второй ступени в период его регенерации и одновременно является резервным для фильтров первой ступени катионирования.

Нормальная скорость фильтрации воды принимается для первой ступе-

ни – 12 – 15 м/ч, для второй – 20 – 22 м/ч.

Расчет оборудования химводоочистки производится начиная с натрийкатионных фильтров второй ступени.

Площади фильтрации Fф и диаметры dф фильтров любой ступени соответст-

веннорассчитываются по формулам:

По каталогу [5, стр. 171] выбирается для установки стандартный фильтр, диаметр которого наиболее близко подходит к расчетному, и выписывается его площадь фильтрации F и высота слоя катионита Нсл .

Количество солей жесткости (г-экв/сутки), подлежащих удалению на фильтрах второй ступениопределяется выражением

на фильтрах первойступени

8

Число регенерацийфильтра любой ступени всутки определяется выражением

FHслЕ

где Е – рабочая обменная способность катионита (при использовании сульфоугля она равна 300 г-экв/м3).

Расход 100%соли наоднурегенерациюлюбогофильтра:

где qс =350 г/г-экв – удельный расход соли на регенерацию любогофильтра. Объем 26%-ного насыщенногораствора соли на одну регенерацию:

где = 1,2 – плотность раствора соли.

Суточный расход технической соли (при 96,5 %-ном содержании NaCl в тех-

В схеме химводоочистки предусматривается установка одного солерастворителя или фильтра соленого раствора с высотой загрузки соли hс=0,6м и скоростью фильтрации не более 20 м/ч.

Объем соли на одну регенерациюбудетравен

Площадь и диаметр солерастворителя соответственно рассчитываются по формулам:

По каталогу [5,стр. 171] к установке принимается стандартный солерастворитель, диаметр которого наиболее близко подходит красчетному.

9