12.7 Расчет количества котлов, установленных в котельной

Определяем отпуск пара котельной

,

где производственная нагрузка котельной, т/ч;

расход пара на подогрев сетевой воды в системе теплоснабжения, т/ч;

расход пара на подогрев воды на технологические цели, т/ч;

потери тепла в тепловых сетях, %.

, т/ч

где энтальпия насыщенного пара при Р=0,7 МПа;

энтальпия конденсата при температуре 80 ºС.

, т/ч

т/ч

Количество котлов, установленных в котельной

шт

12.8 Расчет водоподготовки и подбор оборудования

Водоподготовительная установка паровой котельной предназначена для подогрева воды, идущей на питание котлов и подпитку тепловых сетей. Наличие в воде органических веществ и различных солей не позволяет применять ее без предварительной обработки: удаления взвешенных примесей, умягчения воды и удаления агрессивных газов.

Выбор схемы обработки воды

На выбор схемы обработки воды в котельных с паровыми котлами влияют четыре параметра;

1) P_s,%- требуемый процент непрерывной продувки по сухому остатку:

100, %,

где S_к.в. = 3000 мг/л – котловая вода;

S_n.в. = S_х.в.(1 - К) + S_к-та∙К, мг/л – сухой остаток питательной воды;

S_к-ma = 5 мг/л – сухой остаток конденсата;

S_х.в. = S_и.в. + 2,96Ж_Са + 10,84Ж_Mg – сухой остаток химочищенной воды;

S_и.в. = 296,4 мг/кг – сухой остаток исходной воды (по приложению С);

мг-экв/л;

мг-экв/л.

Содержание катионов Са и Mg принимаем из исходных данных по источнику водоснабжения по приложению Т.

S_х.в.= 296,4 + 2,96∙2,8 + 10,84∙1,3 = 318,78 мг/л

– общий возврат конденсата в котельную;

D_пр=7,5 т/ч – производственная нагрузка (по заданию);

К_пр = 75 % – возврат конденсата с производства (по заданию);

D^п_с.у. = 4,39 т/ ч – расход пара на сетевую установку;

D^п_выр=12,7 т/ч – расход пара, вырабатываемого котельной в зимнем режиме;

=0,79>К_пр=0,75;

G^c_р – расчётный расход сырой исходной воды, т. е. количество воды, идущей на ХВО, м³/ч.:

, м³/ч.

Е — поглотительная ёмкость катионита, зависит от вида катионита. Примем в качестве катионита сульфоуголь, для него Е=300 г-экв/м³.

– расход воды, идущей на собственные нужды, т/ч;

4,5 м³/м³ – расход воды, идущей на регенерацию катионита;

G_u – расход исходной воды, м³/ч;

, м³/ч;

G_подп. – расход воды, идущей на подпитку теплосети:

=0,56 м³/ч;

=5,52 м³/ч;

=5,86 м³/ч;

S_n.в. = 318,78∙(1 – 0,79) + 5∙0,79=70,9 мг/л;

=2,4 % < 10 %, что соответствует нормативным требованиям.

2) Количество СО₂ в паре:

СО₂=22∙Щ^ив(1-к)(1-σ_д+σ)=22∙2,1(1-0,79)(1-0,6+0,7)=10,7 < 100 мг/л,

σ_д = 0,6 - доля разложения Nа₂CO₃ в деаэраторе;

σ = 0,7 - доля разложения Nа₂CO₃ в котле, зависящая от давления пара в котле;

К – коэффициент общего возврата конденсата в котельную.

3) Вид системы теплоснабжения.

При проектировании котельных с паровыми котлами принимаем вид системы теплоснабжения -закрытая.

Рs = 2,2 % ≤ 30 - 35 %.

СО₂=9,66 мг/л ≤ 100 м²/л.

Исходя из условий выбора типа ХВО делаем вывод о том, что тип ХВО – Na-катионирование двухступенчатое, Ж_к, моль/л, без ограничений.

4) Определяем относительную щелочность котловой воды

.

=2,1 мг-экв/л.

=26,4 % > 20 %.

Для уменьшения относительной щелочности котловой воды необходимо введение 5÷10 % раствора NaNО₃ в обработанную воду.

Расчет схемы химводоочистки

1. Для определения размеров Na-катионитных фильтров находим общее сечение рабочих фильтров по допускаемой скорости фильтрования воды:

, м²,

где W_норм – нормальная скорость фильтрования воды, принимается в зависимости от общей жесткости воды;

G^c_p – расход воды, идущий на водоочистку, м³/ч.

Нормальная скорость фильтрования воды в зависимости от ее общей жесткости составляет:

при Ж_о =4,1 мг-экв/л <5 мг-экв/л – W_норм = 25 м/ч.

=0,234 м².

2. Задаемся числом работающих фильтров: n¹_ф = 1 шт.

3. Определяем сечение одного фильтра f_I:

=0,234 м².

По таблице 8.2 принимаем фильтр первой ступени: внутренний диаметр – 720 мм, сечение – 0,39 м².

4. Для принятого диаметра фильтра проверяем действительную скорость фильтрования воды:

, м/ч.

=15,1 м/ч.

Величина действительной скорости должна быть не менее чем 5 м/ч и не более чем принятая по общей жесткости воды.

5 < W_д=15,1<W_норм=25 м/ч, значит фильтр подобран правильно.

5. Кроме рабочих фильтров, к установке принимают 1 резервный фильтр, который будет включаться в работу при регенерации одного из рабочих фильтров. Таким образом, общее количество установленных фильтров:

n_ф= n¹_ф+1 = 1+1 = 2, шт.

6. Число регенераций каждого фильтра в сутки:

,

где h=2 м – высота слоя катионита;

Е_р^Nа – рабочая обменная способность катионита,

Е_р^Nа=α_э∙β_Na∙Е_n - 0,5∙g∙Ж_o, г-экв/м³;

α_э – коэффициент эффективности регенерации, зависящий от удельного расхода соли на регенерацию g_c=100 г/г-экв => α_э=0,62;

β_Na∙– коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Са²⁺ и Mg²⁺ за счет частичного задержания катионитов Na⁺,

β_Na=f(CNa²/Ж_о);

;

=0,023;

β_Na=0,9;

Е_n =550 г-экв/м³ – полная обменная способность катионита;

g=4 м³ /м³ — удельный расход воды на отмывку катионита.

Е_р^Nа=0,62∙0,9∙550- 0,5∙4∙4,1=298,7 г-экв/м³;

=1,24 шт.≈2 шт.

Подбор оборудования для регенерации фильтров

Расход 100% поваренной соли (NaCl) на одну регенерацию:

, кг,

где 1000 – насыпная масса соли;

Е_р^Nа= 298,7 г-экв/м³ – рабочая обменная способность катионита;

f_Iд= 0,39 м² – площадь фильтрования;

h=2 м – высота слоя катионита;

g_c=100 г/г-экв – удельный расход соли на одну регенерацию;

=23,3 кг.

Суточный расход 100%-ной технической соли на регенерацию всех фильтров:

кг/сут.,

где 93 – содержание Na в технической соли, %;

n_р = 2 – число регенераций в сутки;

n = 2 шт. – количество фильтров первой ступени.

Подбор оборудования для храпения соли

При расходе поваренной соли до 3-х тонн в месяц допускается ее хранение в сухом виде в закрытых складах на территории котельной. Если месячный расход соли более 3-х тонн в месяц, то предусматривается мокрое хранение соли.

Мокрое хранение соли осуществляется в 7-ми ячейках, каждая из которых предусматривается для работы в течение одних суток.

Остаток соли от привоза, неразмещенный в ячейках, находится на сухом складе.

Соль может привозиться по железной дороге или автотранспортом. Если по ж/д, то запас соли создается на 30 суток, если автотранспортом, то на 10 суток.

Объем ячеек мокрого хранения соли:

, м³,

где 1,5 – расчетный объем ячеек мокрого хранения на 1т соли в м³.

Соль доставляется автотранспортом, значит:

в=10 сут. – запас соли в зависимости от перевозки;

р=5 сут. – остаток соли перед загрузкой.

=2,25 м³.

Хранение соли только мокрое, выбираем 1 бак объемом 2,5 м³.

Подбор насоса для крепкого раствора соли

Насос подбирается по суточному расходу 100 % технической соли. Производительность насоса определяется по формуле

, м³/ч,

где ρ_NaCL=1,2 кг/м³ – плотность 26 % поваренной соли.

=0,0035 м³/ч.

По рассчитанной производительности подбираем насос с корпусом из полимерных материалов ГХН 0,4/3,2.2

Выбор фильтра раствора соли

Объем соли на 1 регенерацию будет равен:

=0,0233 м³.

Принимаем высоту загрузки соли h_с=0,6 м, определяем площадь и диаметр солерастворителя.

=0,039 м².

=0,223 м.

Принимаем стандартный солерастворитель С-125-0,4

диаметр 0,423 м

давление: рабочее 0,6МПа

пробное гидравлическое 0,9МПа

площадь фильтра 134 м²

вместимость 125 м³

внутренний диаметр 426 мм

расход на одну загрузку 15 кг

толщина стенки 9 м

высота 1366 мм

среда вода, кварц, (антрацит), NaCL (KCL)

изготовитель Саратовский завод энергетического машиностроения

Выбор мерника или расходного бака крепкого раствора соли

Хранение 26 % раствора соли осуществляется в мерниках или в расходных баках в количестве, необходимом для 1 регенерации или равном суточному расходу, который определяется по формуле:

, м³

=0,3 м³/сут.

Мерники крепкого раствора соли устанавливаются в том случае, если фильтрация осуществляется непосредственно в баке мокрого хранения.

Если устанавливается фильтр солерастворитель, то устанавливается расходный бак после этого фильтра.

Когда устанавливается мерник или расходный бак его высота должна быть равна высоте бака мокрого хранения соли.

Подбираем бак-мерник со следующими стандартными размерами:

ёмкость – 0,7 м³

диаметр – 800 мм

высота – 1500 мм

Водосоляной эжектор

Эжектор (гидроэлеватор) водощелочной для фильтра Ду=2000 мм

коэффициент инжекции H=0,02;

расход рабочей жидкости G_р= 11,7 т/ч;

расход инжектируемой жидкости 0,234 т/ч;

давление перед эжектором 6∙10⁵ Па;

давление потока на выходе 4,6∙10⁵ Па

Подбор оборудования для взрыхляющей промывки

1) Промывочный бак

Емкость промывочного бака принимаем равной количеству воды на взрыхляющую промывку с 30 % запасом:

,

где i=3 – интенсивность взрыхляющей промывки, принимается в зависимости от размера зерен катионита;

t_взр=30 мин. – продолжительность взрыхляющей промывки (зависит от типа катионита);

f_Iд=0,39 – площадь фильтрования;

=2,74 м³.

Выбираем промывочный бак с перегородкой объемом 6 м³

диаметр – 1600 мм;

высота – 3000 мм.

2) Промывочный насос:

=12 м³/ч – часовая производительность насоса.

Напор, создаваемый насосом должен преодолевать сопротивление Na-катионитных фильтров, подводящих трубопроводов и расходомеров, эти потери давления составляют

Н_взр= 11÷15 м в.ст.

Выбираем горизонтальный консольный насос П/2К-6

номинальная производительность 6 - 16 м³/ч

полный напор 20,3 - 14 м в.ст.

допустимая высота всасывания 6,6 - 6 м в. ст.

КПД 44 - 53 %

Электродвигатель:

тип А-41-2

мощность 4,5 кВт

Подбор Na-катионитных фильтров II ступени

Для корректировки работы фильтров I ступени за ними устанавливают фильтры II ступени.

1. Задавшись скоростью фильтрации воды W_норм = 40-50 м/ч определим диаметр фильтра:

, м,

где G^c_p = 5,86 м³/ч – количество фильтруемой воды;

n^II_ф=1 – количество фильтров П ступени.

=0,43 м.

Принимаем d^II_ф =0,72 м.

Таким образом, общее количество Na-катионитных фильтров, установленных в котельной:

Σ n_ф= n^I_ф +n^II_ф+1=1+1+1=3 шт.

2. Считая, что на фильтры II ступени вода поступает с остаточной жесткостью Ж_ост = 0,1 мг-экв/л, число регенераций в сутки фильтров II ступени:

,

где h^II – высота слоя катионита в фильтре II ступени, h^II = 1,5 м;

Е_р^Na = 298,7 г-экв/м³ – рабочая обменная способность катионита;

=0,04.

3. Межрегенерационный период работы фильтра:

ч.

τ^I_Iд=14 ч.

ч.

τ^II_Iд=602 ч.

После умягчения воды двухступенчатым катионированием вода поступает на дегазацию в деаэратор атмосферного давления типа ДА.

Тепловая схема котельной

Выбор и расчет тепловой схемы

Целью расчета тепловой схемы является уточнение расходов пара и воды, проверка правильности выбора котельных агрегатов и производительности химводоочистки.

1. Уточним расход исходной воды, поступающей на химводоочистку:

,

G_p^c=D_к.а.∙n_к.а.(1-K)+G_сеп+G_подп+G^с.н._ХВО,

где D_к.а.∙= 9 м³/ч – производительность котельного агрегата;

n_к.а.=4 – количество котельных агрегатов;

К=0,79 – общий возврат конденсата в котельную;

G_сеп – количество воды, сбрасываемое сепаратором непрерывной продувки в охладитель продувочной воды.

Определяем количество продувочной воды, поступающей в сепаратор:

=0,384 т/ч.

Определяем количество пара вторичного вскипания, полученного в сепараторе непрерывной продувки:

Д_сеп=g_пр∙G_пр=0,16∙0,384=0,061 т/ч;

g_пр – количество пара, получаемое из 1кг воды;

=0,16;

i'_нас, i'_сеп – теплосодержание воды при давлении воды в котле и в сепараторе соответственно, кДж/кг;

i'_нас=459 кДж/кг; р_сеп=0,15 МПа;

i'_сеп=811 кДж/кг; р_котл=1,4 МПа;

η – коэффициент, учитывающий потери тепла в сепараторе;

η = 0,98;

χ – степень сухости пара;

χ = 0,95;

r – скрытая теплота парообразования.

Определяем количество воды, сбрасываемое сепаратором непрерывной продувки в охладитель продувочной воды

G_сеп=G_пр-Д_сеп=0,384-0,061=0,323 т/ч.

G_p^c=D_к.а.∙n_к.а.(1-K)+G_сеп+G_подп+G^с.н._ХВО=

=4∙4∙(1-0,79)+0,323+0,56+0,34=4,58 т/ч.

Сравниваем расходы воды определенные при расчете ХВО и тепловой котельной между собой.

Т.к. P_s=2,4 % < 10 %, то принимаем расход воды из тепловой котельной.

2. Уточнение расхода пара на собственные нужды котельной.

Из парового котлоагрегата пар расходуется на собственные нужды котельной Д_сн по трём направлениям:

1. подогрев сырой воды Д_с;

2. термическую дегазацию Д_тд;

3. количество пара, которое расходуется на распыл мазута Д_м.

Д_сн= Д_с+ Д_тд+ Д_м, т/ч.

В подогревателе сырой воды греющей средой является пар давлением 0,15 МПа. Расход пара на подогрев сырой воды:

,

где G_p^c=4,58 т/ч;

Т₁ = 5 °С – температура исходной воды на входе в котельную в зимний период;

Т₃ = 25°С - температура воды на выходе из подогревателя, перед ХВО;

i''_н.п. = 2692 кДж/кг – удельная энтальпия насыщенного пара при давлении 0,15 МПа;

i'_нас. = 459 кДж/кг – удельная энтальпия кипящей воды при давлении 0,15 МПа;

с_в =4,19 кДж/кг гр – теплоемкость воды;

=0,17 т/ч.

Определяем расход пара на термическую дегазацию Д_тд в схемах с сепаратором и охладителем продувочной воды:

а) Определяем энтальпию химически очищенной воды после ее нагревания в охладителе продувочной воды

, кДж/кг,

где i'_сеп – энтальпия воды на выходе из сепаратора при р=0,15 МПа;

i'_сб – энтальпия сбрасываемой воды принимаем при t=40 ºС, i'_сб=168 кДж/кг;

i''₁, i'₁ – теплосодержание воды на выходе и на входе в охладитель продувочной воды, кДж/кг;

i'₁=105 кДж/кг;

i''₁=105+0,323/4,58(459-168)=125,5 кДж/кг;

б) Определим теплосодержание химически очищенной воды после её нагрева в охладителе выпара

, кДж/кг,

i''_н.п.=2682 кДж/кг – энтальпия пара при давлении 0,12 МПа;

i'_нас=435,2 кДж/кг – энтальпия воды при давлении 0,12 МПа;

Д_вып – количество выпара, т/ч, Д_вып =0,002∙4∙4=0,032 т/ч;

i''_ОВ=125,5+0,032/4,58(2682-435,2)=141,2 кДж/кг.

в) Средняя энтальпия (теплосодержание) потоков воды поступаемой через деаэратор

, кДж/кг;

G_к^пр = Д_прк_пр, т/ч – количество пара, поступающее с производства;

G_к^пр = 7,5∙0,75=5,63 т/ч;

G_к^су=Д_п^су, т/ч;

G_к^су=4,39 т/ч;

G_к^с=Д_с, т/ч;

G_к^с=0,17 т/ч;

i_к^пр =335,6 – энтальпия производственного конденсата, кДж/кг;

i_к^су =335,6 - энтальпия конденсата после сетевой установки, кДж/кг;

i_к^с = i'_нас=458,8 – энтальпия конденсата после подогревателя сырой воды, кДж/кг.

=276,7 кДж/кг;

г) Расход пара на термическую дегазацию определяется по формуле:

, т/ч,

G_дв – расход воды поступающей на дегазацию, т/ч,

G_дв = G_к^пр + G_к^су + G_р^с + G_к^с, т/ч.

G_дв = 5,63 + 4,39 + 4,58 + 0,17=14,77 т/ч.

=0,93 т/ч.

Уточнение числа котлов

,

где Дⁿ_выр – количество вырабатываемого пара, т/ч.

=3,3≈4.

Подбор оборудования для тепловой схемы паровой

Сепаратор непрерывной продувки:

1.1 Определяем объема парового пространства сепаратора:

=0,16 м³;

V^II =1,05 м³/кг – удельный объем, занимаемый 1 кг пара;

R= 400 кг/(м³ ч) – напряжение парового объема.

1.2 Определяем объем водяного пространства сепаратора:

V_с^в=(0,3÷0,4)∙V_сⁿ=0,4∙0,16=0,064 м³.

1.3 Определяем полный объем сепаратора:

V_с=V_сⁿ + V_с^в=0,16+0,064=0,224 м³.

1.4 Определяем высоту сепаратора:

=0,79 м.

1.5 Определяем количество сепараторов:

=0,263≈1 шт.

h_ст=3 м.

Подбираем сепаратор непрерывной продувки Ду 600

Давление рабочее - 0,7 МПа

Температура рабочая, не более – 170 °С

Давление пробное при гидроиспытании - 1,0 МПа

Паропроизводителъность - 2,75 т/ч

Расход пароводяной смеси - 13,75 т/ч

Вместимость - 0,7 м³

Масса сухая - 756 кг

Габаритные размеры ящика - 532/500/1300