EPD89
.pdf
D1, i1x |
|
Dред, i2 |
|
|
|
W1,
iпв
Рис. 2.9. Узел РОУ
баланса РОУ
Расход редуцированного пара Dред с параметрами Р2, i2 и увлажняющей воды W1 определяем из уравнения теплового баланса РОУ
D1 i1x W1 iпв Dред i2 , (2.1)
и уравнения материального
Dред D1 W1. |
(2.2) |
Решая совместно уравнения (2.1) и (2.2), получим
|
|
D1 |
i1x i |
|
D1 |
i1x i |
|
|
||
W1 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
, |
(2.3) |
i2 |
iпв |
|
i2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
4,19tпв |
|
|||||
где D1 расход острого пара из котельной на РОУ с параметрами P1 и степенью сухости Х1; i1x энтальпия влажного пара из котлоагрегата,
кДж/кг; iпв - энтальпия воды, поступающей в редукционноувлажняющую установку, кДж/кг.
В данной тепловой схеме требуется определить количество редуцированного пара с параметрами Р2 = 0,118 МПа; t2 = 104 °C; t2 = 2680 кДж/кг.
Для этого по формуле (2.3) определяем расход увлажняющей во-
ды:
8,5(2770 2680)
W1 2680 4,19 104 0,33 кг/с
и по формуле (2.2) количество редуцированного пара:
Dред 8,5 0,33 8,83 кг/с.
2.6.2. Расчет сепаратора непрерывной продувки
Количество продувочной воды из барабана котельного агрегата
Wпр |
dпр |
D |
|
3 |
11,65 0,35 кг/с. |
|
100 |
||||
100 |
|
|
|||
Часть продувочной воды возвращается в деаэратор в виде вторичного пара сепаратора (рис. 2.10). Потерями тепла в сепараторе пренебрегаем. Энтальпия продувочной воды равна энтальпии ки-
41
пящей воды в барабане при давлении P1 =1,37 МПа. Значение ее находим по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара:
i1 =825 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара в расширителе при Х2 = 0,98 и давлении Рр=0,118 МПа
ipx ip (1 X2) rp
2680 (1 0,98) 2250 2638кДж/кг.
Энтальпия воды, выходящей из расширителя, ip =436 кДж/кг. Количество пара Dp,
получающегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса сепаратора
Dр,
iрх
Wпр, i1
Wр, iр
Рис. 2.10. Узел сепаратора непрерывной продувки
Wпр i1 Dp ipx Wпр Dp ip .
Откуда |
i |
ip |
0,35 825 436 |
|||
Wпр |
||||||
Dр |
|
1 |
|
|
|
0,061 кг/с. |
ipx |
|
|
|
|||
|
ip |
2638 436 |
||||
Количество сливаемой воды в барботер
Wр Wпр Dр 0,35 0,061 0,29кг/с.
2.6.3. Расчет расхода химически очищенной воды
Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, состоит из следующих статей:
1) потерь конденсата у технологических потребителей
W2 100 mi Dтехн 100 40 30 20 4,16 0,416кг/с; 100 100
2)потерь продувочной воды Wp =0,29 кг/с;
3)потерь воды в теплосети
Dс dc Wc 0,015 200 3кг/с;
100
4) потерь внутри котельной
Dут |
dут |
D |
|
3 |
11,65 0,35. |
|
100 |
||||
100 |
|
|
|||
42
Общее количество химически очищенной воды равно
Wхво W2 Wp Dc Dут 0,416 0,29 3 0,35 4,1 кг/с.
2.6.4. Расчет конденсатного бака
Возврат конденсата от технологических потребителей необходим для экономии топлива и улучшения качества питательной воды котлоагрегатов. Конденсат собирается в сборные (конденсатные) баки, которые устанавливаются в котельной или на предприятии. Вода по-
m2, tк(2) |
|
|
ступает в конденсатные баки самотеков |
|
|
||
|
|
Wхво, tсв |
или напором. |
|
|
|
|
|
|
|
В рассматриваемой схеме в бак (рис. |
m1, tк(1) |
|
|
|
|
|
|
2.11) подаются конденсат от технологи- |
|
|
|
|
|
|
|
ческих потребителей и очищенная вода из |
|
|
|
химводоочистки. Количество образовав- |
|
|
|
шейся смеси равно |
|
W |
mi |
D |
W |
|
|
|
Wсм, iсм |
хво |
||||||
|
|||||||
|
см |
100 техн |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Рис. 2.11. Узел конденсатного бака
40 30 4,16 4,1 7 кг/с. 100
Температура смеси определяется из уравнения теплового баланса конденсатного бака:
|
1 |
|
2 |
|
|
|
m1 Dтехн tк |
m2Dтехн tк |
Wхво tсв Wсм tсм. |
||||
Отсюда находим |
(1) |
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
tсм |
т1 Dтехн tк |
т2 Dтехн tк |
Wхво tсв |
|
||
|
Wсм |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0,4 4,16 70 0,3 4,16 40 4,1 25 38,5 С. 7
2.6.5. Расчет водоподогревательных установок
Водоподогреватели применяются в котельных и на ТЭЦ для подогрева питательной воды, сетевой воды, для охлаждения продувочной воды котлоагрегатов и для других целей.
В поверхностных водонагревателях теплопередача осуществляется через металлическую поверхность, в смесительных путем непосредственного соприкосновения и перемешивания обоих теплоноси-
43
телей. В настоящее время широкое распространение имеют поверхностные водоподогреватели, позволявшие изолировать теплоносители друг от друга и тем самым обеспечить наибольшую надежность и простоту эксплуатации. Кроме того, поверхностные водоподогреватели позволяют сохранить в чистоте конденсат греющего пара.
Смесительный подогрев применяется лишь в деаэраторах, в мелких установках горячего водоснабжения и в некоторых системах промышленного отопления. Все поверхностные водоподогреватели, независимо от их назначения, подразделяются по греющему теплоносителю на пароводяные и водоводяные. При расчете подогревателей ставится задача определения расходов и температур теплоносителей. Эти величины можно найти из уравнения теплового баланса подогревателей.
В заданной тепловой схеме, кроме бойлера, три водоподогревателя. Для водоводяного подогревателя (рис. 2.12) необходимо найти энтальпию сырой воды t2 на выходе из подогревателя. Записав уравнение теплового баланса для него, имеем
|
|
Wр ip |
ip Wхво i2 4,19 tcв . |
||||
|
Откуда |
ip |
ip 4,19 5 |
|
|
||
i2 |
4,19 tсв |
Wp |
0,29 |
436 167 40 кДж/кг. |
|||
|
|
||||||
|
Wхво |
|
|
4,1 |
|
||
Wp, i′p
i2=? Wхво, tсв
ip
Рис. 2.12. Узел водоводяного подогревателя сырой воды
44
Для пароводяного подогревателя сырой воды (рис. 2.13) необходимо найти расход редуцированного Dсв, i′′2 пара на подогрев сырой воды до
tсв
Wхво, i2
tк=104 С, i′2
Рис. 2.13. Узел пароводяного подогревателя сырой воды
температуры tсв =25 °С. Из уравнения теплового баланса подогревателя:
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
Dсв i2 |
i2 |
Wхво 4,19 tсв i2 |
||||||
находим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2 |
|
|
||
D W |
|
|
4,19 tсв |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
св |
|
хво |
|
i2 i2 |
|
|||
4,1 |
4,19 25 40 |
|
0,118кг/с. |
|
||||
2680 436 |
|
|||||||
|
|
|
|
|||||
Для теплового расчета пароводяного подогревателя (охладителя выпара) (рис. 2.14) необходимо определить предварительно расход воды Wд в деаэраторе, а затем количество пара Dвып , поступающего в теплообменник из деаэратора:
Wд Dсв Wсм m3 Dтехн Dр Dб
0,118 7 0,2 4,16 0,061 7,17 15,2кг/с.
|
|
|
|
|
|
|
|
При деаэрации 1 т воды [5] получается |
|||||
|
|
|
|
iсм1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
от 2 до 4 кг пара. В данной тепловой схеме |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
полагаем, что из 1 т воды получается 3 кг |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Dвып, i′′2 |
|
|
i′2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
пара. С учетом этого расход пара, посту- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
павшего в охладитель, будет равен |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Dвып 0,003 Wд 0,003 15,2 0,05 кг/с. |
|||||
|
|
|
|
Wсм, iсм |
|
Из уравнения теплового баланса подог- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ревателя |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.14. Узел |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Dвып i |
i Wcм iсм |
|
4,19 tсм , |
|||||||
|
|
охладителя выпара |
|
1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|||
|
находим энтальпию воды |
смеси на выходе из охладителя |
|||||||||||
|
|
|
|
|
iсм 1 |
4,19 tсм |
Dвып |
i2 i2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wсм |
|
|
||
4,19 38,5 0,05 2680 436 177,5 кДж/кг. 7
45
2.6.6. Расчет деаэратора
Растворенные в воде кислород и углекислота вызывают коррозию поверхностей нагрева котлоагрегатов, трубопроводов, арматуры и т.д., причем коррозия увеличивается с повышением давления пара. Поэтому вода перед подачей ее в котельные агрегаты подвергается деаэрации (дегазации).
В настоящее время применяется в основном термическая дегазация. Термическая дегазация основана на том, что с повышением температуры воды растворимость газов в ней падает и при температуре кипения происходит практически полное их выделение из воды. Обычно используют смешивающие дегазаторы, в которых нагрев воды до температуры насыщения, соответствующей давлению в дегазаторе (деаэраторе), производят непосредственносмешиванием воды с паром.
По способу распределения воды дегазаторы смешивающего типа бывают: струйные, пленочные, насадочные и комбинированные. В основном применяют деаэраторы струйного типа. Расход пара на деаэрацию воды определяется из уравнения теплового баланса. Берется сумма произведений расходов входящих потоков на их энтальпию и приравнивается к сумме произведений расходов выходящих потоков на их энтальпию.
|
|
|
Dвып, i′′2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Dсв, i′2 |
|
|
Dб, iк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wсм, iсм |
|
|
Dр, iрх |
|
m3,Dвып, tк3 |
|
|
Dд |
||
|
|
|
|
|
|
Wд, iпв
Рис. 2.15. Схема деаэратора
В данной тепловой схеме уравнение теплового баланса деаэратора (рис. 2.15) имеет вид
46
m3 |
Dтехн tк3 Wсм icм Dcв i |
Dб iк |
|
2 |
|
Dp ipx Dд i2 Wд iпв Dвып i2 .
Из этого уравнения находим
Wд iпв Dвып i2 |
m3 Dтех iк(3) |
Wсм iсм1 |
|
||||
Dд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2" |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Dсв i |
Dб iк Dp ipx |
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
i2
15,2 436 0,05 2680 0,2 4,16 335 7 177,5 2680
0,118 436 7,17 335 0,061 2640 0,073 кг/с. 2680
Уточненный расход пара на деаэрацию питательной воды и на подогревсыройводыпередхимводоочисткойсоставляет
D2 Dд Dсв 0,973 0,118 1,09 кг/с.
Суммарное количество тепла на подогрев сетевой воды, на деаэрацию питательной воды и на подогрев этой воды перед химводоочисткой равно
Q1 Qc D2 i2 iпв 16800 1,09 2680 436 19250 кВт.
Суммарное количество острого пара на подогрев сырой воды, деаэрацию питательной воды и на подогрев сырой воды перед химводоочисткойсоставляет
D1 |
|
|
Q1 |
|
19250 |
8,25 кг/с, |
ix |
i |
|
||||
|
|
|
2770 436 |
|||
|
1 |
пв |
|
|
|
|
чтоблизкокранеепринятомуD1 =8,5кг/с.
Полнаянагрузканакотельнуюсоставит
Dсум D1 |
Dтех D |
dут |
8,25 4,16 |
|
3 |
11,65 12,8 кг/с. |
|
100 |
|||||
|
100 |
|
|
|||
47
2.6.7.Выбортипакотлоагрегатовиихколичества
Количество котлов, устанавливаемых в котельной, определяют по максимальной нагрузке котельной, руководствуясь следующими сообра-
жениями:
1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их количе-
ствонедолжнопревышатьчетырех-пяти; 2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую номи-
нальнуюпроизводительность; 3) при сжигании газа и мазута в топке котлоагрегата паропроизводи-
тельностьегоповышаетсяна20 30%.
Может оказаться, что один из котлоагрегатов будет недогружен, в
этомслучае онбудетрезервным.
В рассматриваемой типовой схеме котельной максимальная суммар-
ная нагрузка составляет Dсум =12,8 кг/с. Соответственно давлению
P1= 1,37 МПа пара, отпускаемого потребителям, и заданному топливу
(малосернистый мазут М100) необходимо использовать для оборудо-
вания котельной паровые котлы ДОР.
Согласно руководящим указаниям по выбору основного обору-
дования котельных, в которых рекомендуется укрупнение основного оборудования, принимаем к установке два паровых котла типа ДКВР- 20-13 и производительностью Dка =20 т/ч (5,56 кг/с) каждый (см.
табл. 2.4). С учетом рекомендаций [3] максимально зимняя нагрузка
12,8 кг/с удовлетворяется практически при полном использовании обоих устанавливаемых котлов.
48
3.ТОПЛИВОИЕГОИСПОЛЬЗОВАНИЕВКОТЕЛЬНЫХ
3.1.Видытоплива,сжигаемоговкотельныхвнастоящее времяивперспективе.Основныевидытоплива длякрупныхцентральныхкотельных
Годовая потребность в млн т условного топлива крупных котельных теплопроизводительностью более 23 МВт в настоящее время оценивается следующими величинами (ориентировочно): в европейской части РФ и на Урале в 1970 г. 59, в 1995 г. 84, в 2010 г. 124; в азиатской части РФ в
1970г. 14,в1995г. 24, в2010г. 43.
Удовлетворение этих потребностей осуществляется в настоящее время и намечается в перспективе видами топлива, приведеннымив табл. 3.1 (ориентировочно, в процентном исчислении). Из приведенных данных видно, что наблюдается тенденция внедрения газового топлива в котельных установках, особенно в европейской части РФ, за счет сокращения расхода твердого топлива. Однако для районов Азии, располагающих очень большими запасами дешевого угля (Азейский, Ирша-Бородинский, Назаровский, Экибастузский бассейны и др.), твердое топливо является преобладающим.
Таблица 3.1
Использованиеотдельныхвидовтоплива(%) котельных в настоящее время и в перспективе
Наименование |
Европейская часть РФ |
Азиатская часть РФ |
||||
вида топлива |
1970 г. |
1995 г. |
2010 г. |
1970 г. |
1995 г. |
2010 г. |
Природный газ |
50 |
60 |
63 |
12 |
15 |
26 |
|
|
|
|
|
|
|
Мазут |
24 |
23 |
27 |
18 |
22 |
18 |
Уголь |
24 |
15 |
9 |
70 |
63 |
56 |
Торф |
2,0 |
2,0 |
1,0 |
- |
- |
- |
Учитывая в перспективе дальнейшее наращивание темпов освоения природных ресурсов восточных районов, интенсивное развитие промышленности в них, а также условия, оправдывающие в этих районах во многих случаях организацию теплоснабжения с помощью центральных котельных (дешевое топливо, избыток электроэнергии), следует иметь
ввиду, что для крупных котельных, наряду с газом и мазутом, нередко
вкачестве топлива будет выделяться уголь указанных выше месторождений.
49
Сжигание твердого топлива в паровых и водогрейных котлах и соблюдение при этом высоких экономических показателей использования топлива значительно сложнее, чем газомазутного топлива, и требует значительно больших капитальных и эксплуатационных затрат [7]. Характеристики основных видов топлива, с которыми могут встретиться проектировщикикотельных установок,подробнорассматриваютсяв [12].
3.2. Расчеты процесса горения топлива
Горением называют непрерывный процесс интенсивного соединения горючего вещества (топлива) с окислителем, протекающий при высоких температурах и характеризующийся интенсивным тепловыделением. Механизм горения даже простейших по своему химическому составу веществ достаточно сложен и для ряда веществ мало изучен.
Расчет процесса горения выполняют при проектировании котельных установок, контроле их работы, переходе на другое топливо. При расчете процесса горения обычно определяют расход воздуха, необходимый для сгорания топлива, состав и объем продуктов сгорания, энтальпии продуктов сгорания воздуха. Необходимые для расчета характеристики топлива определяют опытным путем или находят в справочных таблицах
[12].
Теоретически необходимое количество воздуха, нужного для полногосгораниятоплива, определяетсяпоследующимформулам:
1) для твердогои жидкоготоплива
V0 0,0889 Cp 0,375 Sp 0,265 Hp |
0,033 Op ; |
|
(3.1) |
||||
2) для газообразного топлива |
|
|
n |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
V0 0,0476 |
0,5 CO H2 1,5 H2 |
2CH4 m |
|
|
CmHn O2 |
|
. (3.2) |
|
|
||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
Теоретические объемы продуктов сгорания для твердых и жидких топлив при коэффициенте избытка воздуха α=1 определяются следующимобразом:
Объемтрехатомныхгазов:
|
VRO2 |
0,01866 CP 0,375SOP K м3/кг. |
(3.3) |
|
Объемазота: |
Vo |
0,79 Vo 0,008Np м3/кг. |
|
|
|
|
(3.4) |
||
|
|
N2 |
|
|
Объемводяныхпаров: |
|
|||
Vo |
2O |
0,112Hp 0,0124Wp 0,0161V0 м3/кг. |
(3.5) |
|
H |
|
|
|
|
50