1.1 Описание и расчет тепловой схемы котельной

Для технологических потребителей отпуск пара производится от котельной, называемой производственно-отопительной. Котельная вырабатывает насыщенный пар с давлением 1,4 и 0,7 МПа. Пар используется технологическими потребителями и в небольшом количестве на приготовление горячей воды, направляемой в систему теплоснабжения. Приготовление горячей воды производится в сетевых подогревателях, установленных в котельной.

Принципиальная тепловая схема производственной котельной с отпуском небольшого количества теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в закрытую систему теплоснабжения изображена в графической части. Насосы сырой воды подают воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счёт теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20-25 ⁰С в пароводяном подогревателе сырой воды и направляется на химводоочистку. Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированной воды и подогревается до определённой температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогревателе паром. Перед поступлением в головку деаэратора часть химически очищенной воды проходит через охладитель выпара деаэратора.

Подогрев сетевой воды производится паром в последовательно включённых двух сетевых подогревателях. Конденсат от всех подогревателей направляется в головку деаэратора, в которую так же поступает конденсат, возвращаемый внешними потребителями пара.

Подогрев воды в атмосферном деаэраторе производится паром от котлов и паром из расширителя непрерывной продувки. Непрерывная продувка котлов используется в расширителе, где котловая вода вследствие снижения давления частично испаряется. Использованная в охладителе продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец (барбатёр).

Деаэрированная вода с температурой до 103 ⁰С питательным насосом подаётся в паровые котлы. Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается из деаэратора, охлаждаясь в охладителе деаэрированной воды до 70 ⁰С перед поступлением к подпиточному насосу. Для подогревателей собственных нужд в тепловой схеме котельной предусматривается редукционная установка для снижения давления пара (РУ). В котельной устанавливаем два деаэратора атмосферного типа.

Расчёт тепловой схемы котельной с паровыми котлами выполняем для двух режимов: максимально–зимнего и летнего. Исходные данные для расчёта тепловой схемы сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Данные для расчёта тепловой схемы

Физическая величина	Обозна- чение	Обоснование	Значение величины при характерных режимах работы котельной
			зимнего	летнего
1	2	3	4	3
Расход пара на технологические нужды (давление 1,4 МПа), т/ч	D׳т	задан	7	3
Расход пара на технологические нужды (давление 0,7 МПа), т/ч	Dт	задан	18	10
Расход теплоты на нужды отопления и вентиляции, МВт	Qов	задан	8,2	–
Расход теплоты на горячее водоснабжение, МВт	Qгв	задан	3,5	3,5
Возврат конденсата технологическими потребителями %.		задан	80
Энтальпия пара давлением 1,4 МПа, кДж/кг	h′ру	таблицы водяных паров	2789
Энтальпия пара давлением 0,7 МПа, кДж/кг	h״ру	таблицы водяных паров	2763
Температура питательной воды, ˚С.	tпв	задана	103
Энтальпия питательной воды, кДж/кг	hпв	таблицы водяных паров	431,57
Продувка непрерывная котла, %.	pпр	принята	3,5
Энтальпия котловой воды, кДж/кг	hкв	таблицы водяных паров	826
Степень сухости пара	х	принята	0,98
Энтальпия пара на выходе из расширителя непрерывной продувки, кДж/кг	h״расш	таблицы водяных паров	2691
Температура подпиточной воды, ˚С.	tподп	принята	70
Энтальпия подпиточной воды, кДж/кг	h1	таблицы водяных паров	293,3
Температура конденсата, возвращаемого потребителям, ˚С.	tк	задана	80
Энтальпия конденсата, возвращаемого потребителям, кДж/кг	hк	таблицы водяных паров	335
Температура воды после охладителя непрерывной продувки, ˚С.	tпр	принята	50
Энтальпия конденсата при давлении 0,7 МПа, кДж/кг	hрук	таблицы водяных паров	694
Температура химически очищенной воды перед охладителем деаэрированной воды, ˚С.	t׳хов	задана	25
Температура сырой воды, град.	tсв	принята	5	15

Расчёт тепловой схемы ведём по формулам в соответствии с источником [1].

Определяем расход G, т/ч, воды на подогреватели сетевой воды:

_, (1)

где Q – расчётная тепловая нагрузка потребителей системы теплоснабжения (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение), МВт;

t₁ и t₂–воды соответственно перед сетевыми подогревателями и после них, град.

Определяем расход D_п.с.в , т/ч, пара на подогреватель сетевой воды:

, (2)

где h״_ру – энтальпия редуцированного пара перед подогревателями сетевой воды, кДж/кг;

h_к – энтальпия конденсата после подогревателя сетевой воды, кДж/кг;

 – КПД сетевого подогревателя (для различных подогревателей собственных нужд принимаем равным 0,98).

Определяем расход D״_ру, т/ч, редуцированного пара внешними потребителями:

D״_ру = D_т + D_п.с.в, (3)

где D_т – расход редуцированного пара внешними потребителями, т/ч.

Определяем суммарный расход D_вн, т/ч, свежего пара внешними потребителями:

D_вн = D׳_ру + D׳_т, (4)

где D׳_т – расход свежего пара давлением 1,4 МПа, т/ч.

, (5)

где D״_ру – расход пара перед редукционной установкой, т/ч;

h_пв – энтальпия питательной воды, кДж/кг.

,

Определяем расход D׳_сн, т/ч, пара на собственные нужды котельной:

D׳_сн = 0,01 К_сн D_вн, (6)

где К_сн – расход пара на собственные нужды котельной, в процентах расхода пара внешними потребителями; принимаем равными 5 – 10 %.

Определяем расход D_п, т/ч, пара на покрытие потерь в котельной:

D_п = 0,01 К_п (D_вн +D׳_сн ), (7)

где К_п – расход пара на покрытие потерь, процентов расхода пара внешними потребителями, принимаем 2 – 3 %.

Определяем суммарный расход D_сн, т/ч, пара на собственные нужды, мазутное хозяйство и покрытие потерь в котельной:

(8)

Определяем суммарную паропроизводительность D, т/ч, котельной:

D = D_вн +D_сн, (9)

Определяем потери G_к^пот, т/ч, конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной:

G_к^пот = (1–)( D_т +D׳_т)+0,01 К_к D, (10)

где  – доля конденсата возвращаемого внешними потребителями, проц.;

К_к – потери конденсата в цикле котельной установки, процентов суммарной паропроизводительности котельной, принимаем равными 3%.

Определяем расход G_х.о.в, т/ч, химически очищенной воды:

G_х.о.в = G_к^пот + 0,01 К_т.с G, (11)

где К_т.с – потери воды в теплосети, процентов количества воды в

системе теплоснабжения, принимаем равными 2 – 3 %.

Определяем расход G_св, т/ч, сырой воды:

G_св = К_х.о.в G_х.о.в, (12)

где К_х.о.в – коэффициент, учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки, принимаем 1,25.

Определяем количество G_пр, т/ч, воды поступающей с непрерывной продувкой в расширитель:

G_пр = 0,01 p_пр D, (13)

где р_пр – процент продувки; принимаем от 2 до 5 %.

Определяем количество D_расш, т/ч пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки:

, (14)

где h_кв – энтальпия котловой воды, кДж/кг;

h״_расш – энтальпия пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

h׳_расш – энтальпия воды, получаемой в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

х – степень сухости пара, выходящего из расширителя непрерывной продувки, принимаем равной 0,98.

Определяем количество G_расш, т/ч, воды на выходе из расширителя непрерывной продувки:

G_расш = G_пр – D_расш. (15)

Определяем температуру t׳_св, град., сырой воды после охладителя непрерывной продувки:

, (16)

где h″_пр – энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки, кДж/кг, принимаем равной 210.

Определяем расход D_св, т/ч, пара на подогреватель сырой воды:

, (17)

где h′_х.о.в – энтальпия сырой воды после подогревателя, кДж/кг, определяем для температуры от 20 до 30 ⁰С;

h′_св – энтальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки, кДж/кг, определяем по температуре t′_cв;

h″_ру – энтальпия редуцированного пара, кДж/кг;

h^ру_к – энтальпия конденсата редуцированного пара, кДж/кг, определяем по температуре конденсата 70-85 ⁰С.

Определяем температуру t″_х.о.в, град., химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды:

, (18)

где t′_х.о.в – температура химически очищенной воды на входе в охладитель деаэрированной воды, ˚С;

t_пв – температура питательной воды на входе в охладитель,˚С;

t₂ – температура деаэрированной воды после охладителя,˚С;

0,01К_тс G – расход подпиточной воды для покрытия утечек в системе теплоснабжения, т/ч.

Определяем расход D_х.о.в, т/ч, пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором:

, (19)

где h″_х.о.в – энтальпия химически очищенной воды перед подогревателем, кДж/кг, определяем по температуре химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды;

h_к – энтальпия химически очищенной воды после подогревателя, кДж/кг, определяем по температуре, равной температуре конденсата, т.е. 70-85 С˚.

Определяем суммарное количество G_д, т/ч, пара и воды, поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора:

G_д = G_х.о.в +  (D_т + D׳_т) + D_х.о.в + D_св + D_п.с.в + D_расш, (20)

Определяем среднюю температуру t׳_д, С˚., воды в деаэраторе

, (21)

Определяем расход D_д, т/ч, греющего пара на деаэратор:

D_{д =} G_д (h_пв – 4,2 t׳_д) , (22)

(h″_ру – h_пв) 

Определяем расход D^ру_сн, т/ч, редуцированного пара на собственные нужды котельной:

D^ру_сн = D_д + D_х.о.в + D_св, (23)

Определяем расход D_сн, т/ч, свежего пара на собственные нужды котельной:

, (24)

Рассчитываем действительную паропроизводительность D_к, т/ч, котельной с учётом расхода пара на собственные нужды:

D_к = (D_вн + D_сн) 0,01 К_п + D_вн + D_сн, (25)

Рассчитываем невязку D, %, с предварительно принятой паропроизводительностью котельной:

D ₌ D_к –D ∙100, (26)

D_к

Расчеты летнего периода мы произвели в таблице 2.

Таблиц 2 – Расчет тепловой схемы летнего периода

Искомая величина	Обозна- чение	Значение величины
1	2	3
Определяем расход воды на подогреватели сетевой воды, т/ч		100,3
Определяем расход пара на подогреватель сетевой воды ,т/ч		5,31
Определяем расход редуцированного пара внешними потребителями, т/ч		15,31
Определяем суммарный расход свежего пара внешними потребителями, т/ч		18,147
Определяем расход пара на собственные нужды котельной, т/ч		1,45
Определяем расход пара на покрытие потерь в котельной, т/ч		0,39
Определяем суммарный расход пара на собственные нужды, т/ч		1,84
Определяем суммарную паропроизводительность котельной, т/ч		20
Определяем потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной, т/ч		3,2
Определяем расход химически очищенной воды, т/ч		6,21
Определяем расход сырой воды, т/ч		7,76
Определяем количество воды поступающей с непрерывной продувкой в расширитель, т/ч		0,7
Определяем количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки , т/ч		0,125
Определяем количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки , т/ч		0,575

1	2	3
Определяем температуру сырой воды после охладителя непрерывной продувки,		18,76
Определяем расход пара на подогреватель сырой воды, т/ч		0,15
Определяем температуру химически очищенной воды после охладителя деаэрированой воды,		25,45
Определяем расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором, т/ч		0,6
Определяем суммарное количество пара и воды, поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора, т/ч		22,79
Определяем среднюю температуру воды в деаэраторе ,		85,66
Определяем расход греющего пара на деаэратор, т/ч		0,72
Определяем расход редуцированного пара на собственные нужды котельной, т/ч		1,47
Определяем расход свежего пара на собственные нужды котельной , т/ч		1,45
Рассчитываем действительную паропроизводительность котельной с учётом расхода пара на собственные нужды, т/ч		19,989
Рассчитывае невязку с предварительно принятой паропроизводительностью котельной ,%		-0,055

Так как невязка получилась менее 3%, то расчет тепловой схемы считается законченным.

В результате расчёта к установке принимаем, три котла ДЕ 16-14ГМ паропроизводительностью 16 т/ч каждый со следующими параметрами пара: абсолютное давление 1,4 МПа, температура 194,1 ⁰С. Основным видом топлива является природный газ газопровод «Бухара - Урал».