1 Расчет отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для системы теплоснабжения
1.1 Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами для закрытой системы отопления
На тепловых схемах котельной с помощью условных графических изображений показывается основное и вспомогательное оборудование, объединяемое линиями трубопроводов для транспортировки теплоносителя в виде пара или воды. На принципиальной тепловой схеме (рис. 3) показываются лишь главное оборудование (котлы, подогреватели, деаэраторы, насосы) и основные трубопроводы без арматуры, вспомогательных трубопроводов, без уточнения качества и расположения оборудования. Показываются расходы и параметры теплоносителя.
Насыщенный пар давлением Р1 = 1,4 МПа вырабатывается котлом 1. Паровой котел работает устойчиво при этом давлении. Пар этого давления может направляться технологическим потребителям, если это необходимо для осуществления технологического процесса. Для многих технологических потребителей, для собственных нужд котельной и для подогрева сетевой воды в теплообменниках давление пара снижают до Р2=0,7 МПа в редукционной установке 2.
Количество пара, отбираемого из котлов, должно быть восполнено подачей питательной воды в верхний барабан котла. Питание котельной производят водопроводной (сырой) водой, которая проходит обработку: химводоочистку и деаэрацию. При этом вода утилизирует тепло различных процессов, осуществляемых самой котельной.
Сырая вода подается из водопровода насосом 3. Часть воды проходит через теплообменник 4, обогреваемый паром по трубе 5. Конденсат после теплообменника подается в деаэратор 6 по трубе 7.
Вода после теплообменника смешивается с холодной и подается на химводоочистку (ХВО). Часть подаваемой воды используется на собственные нужды ХВО. Затем вся вода проходит охладитель продувочной воды 8 и охладитель выпара 9, утилизируя теплоту продувочной воды и выпара, а затем подаётся в деаэратор 6. Для деаэрации воды используется насыщенный пар, подаваемый по трубе 10. образовавшийся выпар (смесь водяного пара и газов) подаётся в охладитель выпара Р.
С точением времени в котловой воде могут накапливаться соли жесткости, которые при определенной концентрации образуют накипь на стенках труб котла. Чтобы не допустить этого, часть котловой воды с повышенной концентрацией солей жесткости постоянно удаляет, заменяя ее водой питательной. Эта операция, сброс котловой воли, называется продувкой котла. Различает непрерывную и периодическую продувки парового котла. Необходимость продувки и ее величина устанавливаете я при расчете химводоочистки.
Теплота удаляемой котловой воды утилизируется. С этой целью она поступает вначале в сепаратор 11, где происходит понижение давлений до Рз =0,17 МПа и отделение образовавшегося пара от воды. Пар полезно используется в деаэраторе, куда подается па трубе 12. Вода поступает в охладитель продувочной воды 8, где тепло ее используется для нагрева химически очищенной воды.
Питательная вода, прошедшая обработку, насосом 13 подается в котел 1.
Производственные потребители после осуществления технологического процесса возвращают часть конденсата, который по трубе 14 подается в деаэратор.
Для восполнения утечек в тепловой сети из бака деаэратора насосом 15 забирается некоторое количество воды и подается по трубе 16 в обратную магистраль.
В тепловой сети движение теплоносителя (воды) создаёт сетевой насос 17. В теплообменниках 18 вода нагревается до необходимой температуры насыщенным паром. Конденсат пара поступает в деаэратор.
с
Рис. 1 Принципиальная тепловая схема
котельной
1.2 Расчет тепловой схемы котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения
Расчет тепловой схемы котельной производится с целью определения расхода пара и воды для отдельных узлов при характерных режимах работы котельной и составления общего материального баланса пара и воды.
Необходимые вычисления производят в табличной форме (табл. 4). Результаты расчета являются исходными данными для выбора оборудования котельной, в том числе количество и типа котлоагрегатов.
В процессе расчета схемы расход пара на деаэрацию питательной воды уточняется методом последовательных приближений. Предлагаемый метод расчета позволяет уточнить этот расход после одного приближения, при чем погрешность не превышает 5%.
Абсолютное значение величины расхода пара на деаэрацию питательной воды вычисляется по удельному расходу пара. Удельный расход пара определяется по графику.
После определения расхода пара на сетевые подогреватели для дальнейшего расчета тепловой схемы используют данные расчеты химводоочистки. Расчет химводоочистки (ХВО) начинается с составления предварительного пароводяного баланса котельной (без учета непрерывной продувки). При этом используют формулы из табл. 4, вычисляя значения, отмеченных звездочкой. Из этих формул выбрасываются величины, связанные с продувкой (п=0). Из расчета ХВО устанавливают необходимость непрерывной продувки, ее величины, а также уточняют расход воды на собственные нужды химводоочистки.
Таблица 1 - Расчет тепловой схемы отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения
|
|
Рассчитываемая величина |
Обоз-наче ние |
Ед. Изм- ния |
Расчётная формула |
Макс. Зимний |
При ср. тем-ре наибо-лее холод. месяца |
Летний
| ||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 | ||||||
|
|
Коэффициент снижения расхода тепла на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха |
Ков |
− |
(tв – tнр)/(tв–tн) |
1 |
0,7 |
− | ||||||
|
|
Расчетный отпуск тепла на отопление и вентиляцию |
Qов |
МВт |
Qовмах·Kов |
6 |
4.2 |
− | ||||||
|
|
Температура прямой сетевой воды на выходе из котельной |
t1 |
0C |
18+ 64,5·(Kов)0,8·67,5·Ков |
150 |
113,7 |
70 | ||||||
|
|
Температура сетевой воды на входе в котельную |
t2 |
0C |
t1 - 80·Kов |
70 |
57,7 |
41,7 | ||||||
|
|
Суммарный отпуск тепла на отопление, вентиляцию и водоснабжение |
Qт |
МВт |
Qов+Qгвср |
10 |
8,2 |
4,0 | ||||||
|
|
Расчетный часовой расход сетевой воды |
Gсет |
т/ч |
Qт ·0,86·103/(t1 – t2) |
107,5 |
125,9 |
121,6 | ||||||
|
|
Объем сетевой воды в системе теплоснабжения |
Gсист |
т |
qсист·Qт max |
407 | ||||||||
|
|
Расход подпиточной воды на установление утечек в теплосети |
Gут |
т/ч |
0,005·Gсист |
2,0 | ||||||||
|
|
Количество обратной сетевой воды |
Gсетоб |
т/ч |
Gсет-Gут |
105,5 |
120,9 |
119,6 | ||||||
|
|
Температура обратной сетевой воды перед сетевыми насосами |
t3 |
0С |
(t2·Gсетоб+Т·Gут)/Gсетоб |
72,0 |
59,4 |
43,4 | ||||||
|
|
Расход пара на подогреватели сетевой воды |
DБ |
т/ч |
Gсет·(t1 – t3) ·4,19/(h2 – tкб·4,19) ·0,98 |
14,8 |
12,0 |
5,7 | ||||||
|
|
Количество конденсата от подогревателей сетевой воды |
GБ |
т/ч |
DБ |
14,8 |
12,0 |
5,7 | ||||||
|
Первое приближение | |||||||||||||
|
Паровая нагрузка на котельную, складывающаяся из расхода пара на технологические нужды и блок подогревателей сетевой воды |
D* |
т/ч |
DПОТР+DБ |
19,8 |
17,0 |
10,7 | |||||||
|
Количество конденсата от подогревателей сетевой воды и с производства |
Gк* |
т/ч |
GПОТР+ GБ |
18,8 |
16,0 |
9,7 | |||||||
|
Количество продувочной воды, поступающей в сепаратор непрерывной продувки |
Gпр* |
т/ч |
0,01π·D* |
0,62 |
0,53 |
0,34 | |||||||
|
Количество на выходе из сепаратора непрерывной продувки |
Dпр* |
т/ч |
0,148·Gпр* |
0,09 |
0,08 |
0,05 | |||||||
|
Количество продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки |
G’пр* |
т/ч |
Gпр*-Dпр* |
0,53 |
0,45 |
0,29 | |||||||
|
Внутри котельные потери пара |
Dпот* |
т/ч |
0,02·D* |
0,40 |
0,34 |
0,21 | |||||||
|
Масса воды на выходе из деаэратора |
Gд* |
т/ч |
D*+Gпр*+Gут |
22,3 |
19,5 |
13,0 | |||||||
|
Выпар из деаэратора |
Dвып* |
т/ч |
dвып·Gд* |
0,045 |
0,039 |
0,026 | |||||||
|
Количество умягченной воды, поступающей в деаэратор |
Gхво* |
т/ч |
(Dпотр–Gпотр)+G’пр+Dпот*+Dвып*+Gут |
4,0 |
3,8 |
3,5 | |||||||
|
Количество сырой воды, поступающей на химводоочистку |
Gсв* |
т/ч |
Кхвосн·Gхво* |
4,8 |
4,6 |
4,2 | |||||||
|
Расход пара для подогрева сырой воды |
Dс* |
т/ч |
4,19·Gсв*·(T3 – T1) ·/(h2 – h6) ·0,98 |
0,20 |
0,19 |
0,17 | |||||||
|
Количество конденсата от подогревателей сырой воды, поступающее в деаэратор |
Gc* |
т/ч |
Dc* |
0,20 |
0,19 |
0,17 | |||||||
|
Суммарная масса потоков, поступающих в деаэратор (кроме греющего пара) |
G∑* |
т/ч |
Gк*+Gхво*+Gc*+Dпр*−Dвып* |
23,0 |
19,9 |
13,4 | |||||||
|
Доля конденсата из подогревателей сетевой воды и с производства в суммарной массе потоков, поступающих в деаэратор |
− |
− |
Gк/G∑* |
0,82 |
0,80 |
0,72 | |||||||
|
Удельный расход пара на деаэратор |
dд* |
т/ч |
рис.5 |
0,054 |
0,055 |
0,0625 | |||||||
|
Абсолютный расход пара на деаэратор |
Dд* |
т |
dд*·G∑* |
1,2 |
1,1 |
0,84 | |||||||
|
Паровая нагрузка на котельную без учета внутрикотельных потерь |
D’* |
т |
D*+Dд*+Dc* |
21,2 |
18,3 |
11,7 | |||||||
|
Внутрикотельные потери пара |
Dпот |
т |
D’*·Kпот/(1 – Кпот ) |
0,43 |
0,37 |
0,24 | |||||||
|
Окончательный расчет | |||||||||||||
|
Суммарная паровая нагрузка на котельную |
Dсум |
т |
D’*+Dпот |
21,63 |
18,67 |
11,94 | |||||||
|
Количество продувочной воды, поступающей в сепаратор непрерывной продувки |
Gпр |
т/ч |
0,01π ·Dсум |
0,68 |
0,59 |
0,37 | |||||||
|
Количество пара на выходе из сепаратора непрерывной продувки |
Dпр |
т/ч |
Gпр·(h7·0,98 – h8)/(h3 – h8) |
0,10 |
0,09 |
0,05 | |||||||
|
Количество продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки |
G’пр |
т/ч |
Gпр - Dпр |
0,58 |
0,50 |
0,32 | |||||||
|
Количество воды на питание котлов |
Gпит |
т/ч |
Dсум+Gут |
23,6 |
20,7 |
13,9 | |||||||
|
Количество воды на выходе из деаэратора |
Gд |
т/ч |
Gпит+Gут |
25,6 |
22,7 |
15,9 | |||||||
|
Выпар из деаэратора |
Dвып |
т/ч |
dвып·Gд |
0,05 |
0,045 |
0,032 | |||||||
|
Количество умягченной воды, поступающей в деаэратор |
Gхво |
т/ч |
(Dпотр–Gпотр)+ G’пр+Dпот+Dвып+Gут |
4,06 |
3,92 |
3,59 | |||||||
|
Количество сырой воды поступающей на химводоочистку |
Gсв |
т/ч |
Кхвосн·Gхво |
4,87 |
4,70 |
4,31 | |||||||
|
Расход пара для подогрева сырой воды |
Dc |
т/ч |
4,19·Gсв·(T3 – T1) /(h2 – h6) ·0,98 |
0,20 |
0,19 |
0,17 | |||||||
|
Масса конденсата, поступающее в деаэратор от подогревателей сырой воды |
Gc |
т/ч |
Dc |
0,20 |
0,19 |
0,17 | |||||||
|
Масса потоков, поступающих в деаэратор, кроме греющего пара |
G∑ |
т/ч |
Gк*+Gхво+Gc+Dпр+Dвып |
23,21 |
20,25 |
13,54 | |||||||
|
Доля конденсата от подогревателей сетевой воды и с производства в суммарной массе потоков, поступающих в деаэратор |
− |
− |
Gк*/G∑ |
0,81 |
0,79 |
0,72 | |||||||
|
Удельный расход пара на деаэрацию |
dд |
т/т |
рис.5 |
0,053 |
0,056 |
0,0625 | |||||||
|
Расход пара на деаэрацию |
Dд |
т/ч |
dд·G∑ |
1,23 |
1,13 |
0,85 | |||||||
|
Паровая нагрузка на котельную без учёта внутрикотельных потерь |
D’* |
т |
D*+Dд+Dc |
21,2 |
18,3 |
11,7 | |||||||
|
Внутрикотельные потери пара |
Dпот |
т |
D’*·Kпот/(1 – Кпот ) |
0,43 |
0,37 |
0,24 | |||||||
|
Суммарная паровая нагрузка на котельную |
Dсум |
т |
D’*+Dпот |
21,63 |
18,67 |
11,94 | |||||||
|
Процент расхода пара на собственные нужды котельной |
Ксн |
% |
(Dд+Dc)·100/Dсум |
6,6 |
7,1 |
8,5 | |||||||
|
Количество работающих паровых котлов |
Nк раб |
Комп |
Dcум/Dед |
3 |
3 |
2 | |||||||
|
Количество установленных котлов |
N |
Комп |
Nк раб +1 |
4 |
4 |
3 | |||||||
|
Загрузка работающих паровых котлов |
Кзагр |
% |
Dcум·100/Dед· N |
54,1 |
46,7 |
39,8 | |||||||
|
Количество воды, пропускаемое помимо подогревателей сетевой воды (через перемычку между трубопроводами прямой и сетевой воды) |
Gсет пер |
т/ч |
Gсет·(t1мах-t1)/(t1мах-t3) |
0 |
43,1 |
91,3 | |||||||
|
Количество воды, пропускаемое через подогреватели сетевой воды |
Gсет б |
т/ч |
Gсет-Gсет пер |
107,5 |
82,8 |
30,3 | |||||||
|
Температура сетевой воды на входе в пароводяные подогреватели |
t4 |
°С |
t1мах(h6–4,19tкб)/(h2–4,19tкб) +t3(h2–h6)/(h2–4,19tкб) |
92,2 |
72,8 |
59,1 | |||||||
|
Температура умягченной воды на выходе из охладителя продувочной воды |
Т4 |
°С |
Т3+(G’пр/Gхво)·0,98(h8–4,19tпр |
68,9 |
64,2 |
52,4 | |||||||
|
Температура умягченной воды, поступающей в деаэратор из охладителя выпара |
Т5 |
°С |
Т4+(Dвып/Gхво)·0,98(h4–h5) |
96,0 |
89,5 |
72,0 | |||||||
1.3 Подбор технологического оборудования
Теплообменники
Паровые теплообменники
QзимI= DБ(h2-h6)/3600
Для максимального зимнего периода берется два теплообменника.
Q=14,8(2765-694,3)/3600=8,5[MВт]
На I – 4,25 МВт=3,7Гкал
На II – 4,25 МВт
Марка: ПП1 – 32 – 7 – IV
D = 530мм
L= 3800мм, ширина=770мм.
Поверхность нагрева = 32м2
QлетI= DБ(h2 – h6)/3600 = 5,7 (2765 – 694,3)/3600=3,3 [МВт]=2,84Гкал
Марка: ПП2 – 24 – 7 – IV
D=480мм
L=3630мм, ширина=620мм.
Поверхность нагрева = 24,4м2
Водяные теплообменники
Q = GБ (h6 – 4,19tкб)/3600
Qзим= 14,8 (694,3 – 4,19*80)/3600=1,5МВт
Марка: ПВ – 325x2 – 1,0 D= 325мм
Количество секций-5
Qлет= 5,7 (694,3 – 4,19*80)/3600=0,57МВт
Марка: ПВ – 127х4 – 1,0 D= 127мм
Количество секций-7
Деаэратор
Подбирается по суммарному весу потоков, поступающих в деаэратор.
G∑= 23,21 для максимального зимнего режима.
Марка: ДА – 50/15
D = 2016мм L=5895мм