Отопительная котельная. Учебно-методическое пособие
.pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
Ю. И. ШАРОВ
ОТОПИТЕЛЬНАЯ
КОТЕЛЬНАЯ
Учебно-методическое пособие
НОВОСИБИРСК
2024
УДК 621.182(075.8) Ш264
Рецензент канд. техн. наук, доцент Е. Е. Бойко
Работа подготовлена на кафедре тепловых электрических станций для студентов III курса ФБ по направлению 38.03.02 Менеджмент, дисциплина «Производство и передача тепловой энергии»
иутверждена Редакционно-издательским советом университета
вкачестве учебно-методического пособия
Шаров Ю. И.
Ш264 Отопительная котельная: учебно-методическое пособие / Ю. И. Шаров. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2024. – 36 с.
ISBN 978-5-7782-5153-3
В пособии рассматриваются вопросы производства тепловой энергии в отопительно-производственных котельных и передачи ее потребителям, а также некоторые аспекты охраны окружающей среды от воздействиявредныхвыбросов. Пособиепредназначенодлястудентов, обучающихся по направлению 38.03.02 Менеджмент, дисциплина «Производство и передача тепловой энергии».
|
УДК 621.182(075.8) |
ISBN 978-5-7782-5153-3 |
© Шаров Ю. И., 2024 |
|
© Новосибирский государственный |
|
технический университет, 2024 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.................................................................................................................. |
4 |
1. Расчет тепловой схемы котельной.................................................................... |
5 |
1.1. Основные положения.................................................................................... |
6 |
1.2. Методика расчета тепловой схемы котельной........................................... |
6 |
1.2.1. Расчет пароводяного подогревателя (ПВП).......................................... |
6 |
1.2.2. Расчет расширителя продувки (РП)....................................................... |
7 |
1.2.3. Расчет деаэратора.................................................................................... |
8 |
1.2.4. Определениерасходатопливаиоценкаэкономичностикотельной..... |
10 |
2. Влияние котельной на экологию района........................................................ |
12 |
2.1. Вредные выбросы........................................................................................ |
12 |
2.2. Высота дымовой трубы.............................................................................. |
14 |
3. Пример расчета................................................................................................. |
15 |
3.1. Задание......................................................................................................... |
15 |
3.2. Построение температурного графика........................................................ |
16 |
3.3. Расчет тепловой схемы котельной............................................................. |
20 |
3.3.1. Исходные данные.................................................................................. |
20 |
3.3.2. Выбор основного оборудования (котла) ............................................. |
20 |
3.3.3. Сетевая установка (пароводяной подогреватель)............................... |
20 |
3.3.4. Собственные нужды котельной........................................................... |
21 |
3.3.5. Расширитель продувки котла............................................................... |
22 |
3.3.6. Деаэратор питательной воды ............................................................... |
23 |
3.3.7. Выбор котельных агрегатов................................................................. |
24 |
3.3.8. Оценка экономичности котельной....................................................... |
24 |
4. Оценка экологических проблем ...................................................................... |
26 |
4.1. Расчет вредных выбросов котельной........................................................ |
26 |
4.2. Расчет высоты дымовой трубы.................................................................. |
28 |
Библиографический список................................................................................. |
31 |
Приложение........................................................................................................... |
32 |
ВВЕДЕНИЕ
В расчетно-графическом задании рассматриваются вопросы производства тепловой энергии в отопительно-производственных котельных и передачи ее потребителям [1], а также некоторые аспекты охраны окружающей среды от воздействия вредных выбросов [4]. Основная цель:
закрепить теоретические знания студентов по курсу «Производство и передача тепловой энергии»;
научить студентов применять полученные ими знания к решению конкретных задач.
Порядок выполнения расчетно-графического задания
1. Рассчитываетсятепловаясхемакотельнойивыбираетсяосновное оборудование.
2. Оценивается тепловая экономичность котельной. 3. Выполняетсярасчетвредныхвыбросовивысотыдымовойтрубы. 4. Оформляется пояснительная записка.
1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ
Расчет тепловой схемы котельной установки (рис. 1.1) является основнымприеепроектировании. Наоснованииэтогорасчетавыбирается необходимоеоборудованиеиопределяютсяеготехнико-экономические показатели. Этот расчет выполняется обычно для ряда характерных режимов работы.
Обозначения: |
|
|
|
Пар |
Вода |
Конденсат |
|
|
|
|
КОП |
ПЕ |
РУ |
РУ |
РУ |
ПП |
|
ПВП |
|
ПГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
РП |
|
СП |
СН |
ВВП |
ПН |
ППН |
|
ХВО |
|
Рис. 1.1. Схема котельной:
ПГ – парогенератор; ПЕ – пароперегреватель; КОП – коллектор острогопара; РУ– редукционныеустановки; ПП– производственный потребитель; СП – сетевой потребитель; ПВП – пароводяной подогреватель; СН – сетевой насос; ПН – питательный насос; ППН – подпиточный насос; Д – деаэратор; ХВО – химводоочистка; ВВП – водо-
водяной подогреватель; РП – расширитель продувки
5
По зимнему режиму (при средней температуре наиболее холодного месяца) выполняется расчет дымовой трубы котельной установки и выбираются тепловые нагрузки системы отопления.
1.1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Количество котлов (не менее двух и не более шести) и их мощность выбираются по паровой производительности котельной.
При выборе основного оборудования предусматривается установка одного резервного котла.
Рабочеедавлениевыбираемыхкотлов p0 недолжнобытьменьше
1,1p0 с учетом потерь давления в паропроводах.
Вкотельных устанавливаетсяоднаодноствольная дымоваятруба.
Для котельных рекомендуется использовать закрытые (без водоразбора) системы теплоснабжения.
1.2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ
1.2.1. РАСЧЕТ ПАРОВОДЯНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ (ПВП)
Основные элементы тепловой схемы котельной рассчитываются по уравнениям теплового и материального баланса. Например, уравнение теплового баланса для пароводяного подогревателя (рис. 1.2) для подогрева сетевой воды, подаваемой сетевому потребителю:
Qт Dт h0 hтк Gсвcp (tпс tос) , |
(1.1) |
где Qт – тепловая нагрузка ПВП, кВт (задана); Dт – расход греющего пара, кг/с; h0 – энтальпия свежего пара, кДж/кг (из табл. П.1 для выбранного котла); hтк – энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг;
= 0,98 – КПДпароводяногоподогревателя. Энтальпияконденсата hтк находится по табл. П.2 при температуре насыщения греющего пара tн tпс t . tпс, tос – температуры прямой и обратной сетевой
6
воды, °C (находятся по температурному графику при средней температуре наиболее холодного месяца заданного города); t = 8 К – недогрев
водыдотемпературынасыщениягреющегопара; cp 4,19 кДж/(кг К) –
изобарная, массовая теплоемкость воды; Gсв – расход сетевой воды,
кг/с.
Суммарный расход пара внешними потребителями (сетевыми Dт и промышленными Dп ), кг/с:
Dвп Dп Dт . |
(1.2) |
Принимается расход пара на собственные нужды котельной (на деаэрацию питательной воды), кг/с:
Dсн 0,1Dвп . |
(1.3) |
Паровая производительность котельной, кг/с: |
|
Dк Dвп Dсн . |
(1.4) |
1.2.2. РАСЧЕТ РАСШИРИТЕЛЯ ПРОДУВКИ (РП)
Уравнение теплового баланса РП (рис. 1.3):
|
Gпрhпр Dопhоп Gовhов , |
(1.5) |
где Gпр , Dоп , Gов – |
расходы продувочной воды, отсепарированных |
|
пара и воды, кг/с; hпр , |
hоп , hов – их энтальпии, кДж/кг; две последние |
|
определяются по табл. П.2 как энтальпии сухого насыщенного пара h и воды на линии насыщения h при давлении в расширителе продувки
pрп = 2 бара, а |
энтальпия продувочной воды |
hпр h при давлении |
в барабане котла |
рб 1,15 р0 – по табл. П.2. |
|
Уравнение материального баланса расширителя продувки: |
||
|
Gпр Dоп Gов. |
(1.6) |
Здесь Gпр прDк , где пр– относительная продувка котла (задана).
7
Обозначения: |
|
|
Пар |
Вода |
Конденсат |
Dт
|
ПВП h0 |
|
G |
|
|
|
tпс |
|
tос |
пр |
|
|
|
hпр |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
hтк |
|
РП |
Dоп |
|
|
|
|
hоп |
|
СП |
Qт |
СН |
|
||
|
|
||||
|
|
|
|
Gов |
|
|
|
|
|
hов |
|
|
|
ут |
|
|
|
Рис. 1.2. Расчетная схема пароводяного |
Рис. 1.3. Расчетная схема рас- |
||||
|
подогревателя |
|
ширителя продувки котла |
||
Расход подпиточной воды для компенсации следующих потерь:
с продувочной отсепарированной водой П1 Gов;
конденсата у производственных потребителей П2 Dп 1 кп ;
втепловойсети П3 утGсв (длязакрытых тепловых сетей относительная утечка ут = 0,015);
пара в котельной П4 0,03Dк ;
расход химически очищенной воды Gхо ∑ Пi .
1.2.3. РАСЧЕТ ДЕАЭРАТОРА
Для расчета деаэратора питательной воды, схема которого показана на рис. 1.4, суммарный материальный поток Gвх (кроме расхода грею-
8
щего пара) и суммарный тепловой поток qвх (без теплоты греющего пара):
|
|
|
|
|
G G Gк |
Gк D ; |
|
|
|||
|
|
|
|
|
вх |
хо |
п |
т |
оп |
|
|
|
|
|
|
q G h |
Gкhк |
Gкhк D h , |
|
|
|||
|
|
|
|
вх |
хо хо |
п |
п |
т т |
оп оп |
|
|
где Gк кD |
|
– возврат конденсата производственными потребите- |
|||||||||
п |
п |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лями; пк |
– |
коэффициент |
возврата производственного |
конденсата |
|||||||
(задан); Gк D |
|
– возврат конденсата от сетевой установки; D |
– вы- |
||||||||
т |
|
т |
|
|
|
|
|
|
оп |
||
ход вторичного пара из расширителя продувки; hхо h |
– энтальпия |
||||||||||
Обозначения: |
|
|
Пар |
|
Вода |
Конденсат |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Dгп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h0 |
|
|
|
|
|
D |
;h |
|
|
|
|
Gк;hк |
|
|
||
|
|
оп |
|
оп |
|
|
|
|
п п |
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
Gтк;hтк |
|
|
|
Gхо;hхо |
|
|
|
|
|
|
||||
hпв
Рис. 1.4. Расчетная схема деаэратора
химически очищенной воды, нагретой в подогревателе до температуры насыщения tхо = 25 °C; hпк h – энтальпия конденсата, возвращаемого от производственных потребителей при температуре насыщения tпк = 70 °C; hтк h – энтальпия конденсата греющего пара после
9
сетевой установки с температурой насыщения tтк = 80 °C; hоп h – энтальпия пара, отсепарированного в расширителе продувки, из табл. П.2 при давлении насыщения ррп = 2 бара.
Уравнение теплового баланса деаэратора:
Dгпh0 qвх (Dгп Gвх)hпв , |
(1.7) |
где hпв h – энтальпия питательной воды на выходе из деаэратора, равная энтальпии воды при давлении насыщения рпв = 1,2 бара из табл. П.2; h0 – энтальпия свежего пара для выбранного котла по табл. П.1. Из (1.7) определяетсярасход греющего пара на деаэратор Dгп ,
кг/с.
Паровая производительность котельной
Dк Dвп Dгп . |
(1.8) |
Здесь Dвп – расход пара внешними потребителями рассчитывается
по формуле (1.2).
Определяется количество рабочих котлов:
n |
Dк |
, |
(1.9) |
|
D |
||||
|
|
|
||
|
0 |
|
|
где D0 – пароваяпроизводительность выбранного котла(см. табл. П.1).
Необходимо также установить один резервный котел, который будет включаться в работу при аварии или плановом ремонте действующей котельной установки.
1.2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ
Суммарный расход натурального топлива парогенераторами котельной, кг/с или м3/с:
В |
Dк(h0 hпв) Gпр(hпр hпв) |
, |
(1.10) |
|
Qр |
||||
|
|
|
||
|
н к |
|
|
10