МIНIСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет водного господарства та природокористування
Кафедра водовідведення, теплогазопостачання і вентиляції
056-211
Методичнi вказiвки
до виконання курсового проекту з предмету
"Теплопостачання промислових об’єктів”
для студентів спеціальності 8.092108
"Теплогазопостачання та вентиляція”
усіх форм навчання
частина 2. Проектування промислової котельні
|
Рекомендовано до друку методичною комiсiєю ІВГ з спеціальності 7.092108 “Теплогазопостачання і вентиляція”
Протокол N 8 від 21. 04. 2005р |
Рiвне - 2005
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з предмету "Тепло-постачання промислових об’єктів” для студентів спеціальності 8.092108 "Теплогазопостачання і вентиляція" усіх форм навчання. Частина 2. Проекту-вання промислової котельні. /Вижевська Т.В. - Рiвне: НУВГП, 2005.- 24с./
Упорядник - Вижевська Т.В., доцент, к.т.н.
Відповідальний за випуск - зав. кафедрою водовідведення, теплогазопостачання і вентиляції Гіроль М.М., професор, д.т.н.
З М І С Т
1. Проектування котельні |
3 |
1.1.Принципіальні теплові схеми котелень |
3 |
2. Розрахунок теплової схеми котельні |
12 |
2.1. Вихідні дані для розрахунку |
12 |
3. Розрахунок водогрійної частини теплової схеми котельні |
13 |
3.1.Розрахунок відпуску теплоти |
13 |
3.2.Розрахунок витрати мережної води. |
14 |
3.3.Вибір водогрійних котлів. |
15 |
3.4.Розрахунок водного балансу котельні |
16 |
4. Розрахунок парової частини теплової схеми котельні |
18 |
4.1.Визначення витрат пари для підживлення мережі. |
18 |
4.2.Визначення витрат пари на живлення котла |
19 |
4.3.Розрахунок витрат пари на підігрівання сирої води |
20 |
4.4.Розрахунок балансу деаератора живильної води |
21 |
4.5. Вибір парового котла |
21 |
Рекомендована література |
24 |
©Вижевська Т.В. ,2005
©Нувгп, 2005
1. Проектування котельні
1.1.Принципіальні теплові схеми парових котелень.
Парові котельні з котлоагрегатами низького тиску (1,4 або 2,4 МПа) призначені для одночасного відпуску пари та гарячої води, тому в їх теплові схеми входять установки водопідготовки.
На рис.1 наведена теплова схема парової промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій системі теплопостачання.
Рис. 1 Принципіальна теплова схема парової промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій системі теплопостачання.
1 – паровий котел. 2 – редукційна охолодна установка, 3 – деаератор живильної води, 4 – охолодник випару деаератора, 5 – сепаратор безперервного продування котла, 6 – насос для подавання живильної води в котел, 7 – охолодник продувальної води, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 11 – водопідігрівальна установка, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 14 – перепускний вентиль.
Пара, яка здобувається в котлах 1, проходить через редукційну охолодну установку 2, де відбувається зниження її тиску, і надходить до паропроводу, яким подається на технологічні потреби, у водопідігрівальну установку 11 і мазутне господарство. Частина пари витрачається на власні потреби котельні – деаерація хімічно очищеної води, підігрівання сирої води. Чистий конденсат водяної пари після водопідігрівача 11 подається в деаератор живильної води 3, а звідти повертається в котел.
Гаряча вода, необхідна для опалення, вентиляції, гарячого водопостачання (мережна вода), нагрівається у водопідігрівальній установці 11. Поворотна мережна вода насосом 12 подається у водопідігрівальну установку, яка складається з двох послідовно сполучених теплообмінників. У першому за ходом мережної води гріючим теплоносієм є конденсат водяної пари, яка утворюється в другому теплообміннику – пароводяному підігрівнику, теплоносієм якого є пара після редуктора. Нагріта до потрібної температури вода надходить у подавальний трубопровід теплової мережі.
Підживлювальна вода, яка компенсує втрати конденсату і витікання води з мережі, готується з сирої водопровідної води. Сира вода насосом 10 подається в пароводяний теплообмінник 9 (теплоносій – свіжа пара), де підігрівається до температури 20-30оС і спрямовується в перший ступінь хімічного очищення 8, в якому пом’якшується і позбувається лужності. Далі вода підігрівається в охолоднику продувальної (теплоносій) води 7, охолоднику випару деаератора 4 і надходить в головку деаератора 3.
Деаерація живильної води і води для підживлення, яка полягає у видаленні з води кисню, вуглекислого та інших газів з підвищенням температури до кипіння, потрібна для зменшення корозій поверхонь нагрівання, трубопроводів котельні та теплової мережі, а також для запобігання погіршенню тепловіддачі і зниженню ефективності роботи теплообмінної апаратури.
У парових котельнях застосовують деаератори, які працюють при тиску, близькому до атмосферного (0,12 МПа) і температурі 104 оС. В деаератор подається пара після редуктора 2 з тиском 0,7 МПа. Суміш газу і пари (випар) безперервно відводиться від головки деаератора в охолодник 4, де пара конденсується, а гази відводяться в атмосферу. Теплота випару утилізується шляхом підігрівання хімічно очищеної води в 4. Конденсат випару у великих котельнях повертається в цикл, в дрібних скидається в дренаж.
Деаерована вода живильним насосом 6 спрямовується у водяний економайзер парового котла і охолодник редукційної установки. Тепло води безперервного продування котлоагрегату після сепаратора 5 утилізується в охолоднику 7, де продувна вода віддає тепло хімічно очищеній, охолоджується до 40оС і скидається в дренаж. Якщо загальна жорсткість мережної води не перевищує 0,05 мг-екв/л, то допускається використовувати продувну воду для підживлення теплової мережі закритої системи теплопостачання. Пара з сепаратора 5 безперервного продування, що утворюється завдяки зниженню тиску продувальної води з 1,4 (2,4) МПа після котла до 0,17 МПа в сепараторі, подається в деаератор 3.
Особливістю роботи котелень в закритих системах теплопостачання є незначна витрата води на підживлення теплових мереж. Підживлення здійснюється насосом 13 від деаератора живильної води 3, тобто без влаштування окремого деаератора для підживлювальної води.
Рис. 2 Принципіальна теплова схема парової промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі теплопостачання.
1 – паровий котел. 2 – редукційна охолодна установка, 3 – деаератор живильної води, 4 – охолодник випару деаератора, 5 – сепаратор безперервного продування котла, 6 – насос для подавання живильної води в котел, 7 – охолодник продувальної води, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 11 – водопідігрівальна установка, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 14 – перепускний вентиль, 15 – охолодник конденсату підігрівника сирої води, 16 – другий ступінь хімічного очищення води, 17 – деаератор води для підживлення, 18 – охолодник деаерованої води, 19 – підігрівник хімічно очищеної води, 20 –насос перекачування підживлювальної води до 21 – бака-акумулятора.
На рис. 2 зображена теплова схема парової промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі постачання тепла .
Потреба в підживлювальній воді за такої схеми значно більша завдяки водорозбору з мережі, тому встановлюється додатковий деаератор 17 для води підживлення.
Особливістю такої схеми теплопостачання є ще й те, що витрата води в ній нерівномірна. Для вирівнювання добового графіка відпуску теплоти на гаряче водопостачання і зменшення розрахункової продуктивності обладнання водопідготовки в схему вводиться бак-акумулятор 21. Вода для підживлення з деаератора 17 перекачувальним насосом 20 подається в бак 21, звідки насосом для підживлювання мережі 13 спрямовується в поворотну лінію теплової мережі.
У схемі водопідготовки живильної води котла є другий ступінь хімічного очищення 16. Вода для підживлювання мережі після першого ступеня хімічного очищення 8 підігрівається в охолоднику деаерованої води 18, підігрівнику пом”якшеної води 19, охолоднику випару деаератора 4 і надходить в деаератор для підживлювальної води 17. В охолоднику 18 підживлювальна вода охолоджується до 70 оС, що дає можливість спрямувати її безпосередньо в теплову мережу для гарячого водопостачання влітку, вимкнувши при цьому водопідігрівальну установку 11.
Сира вода нагрівається за двоступінчастою схемою. В першому ступені (теплообмінник 15) гріючим теплоносієм є конденсат пари, що утворилась на другому ступені (пароводяний теплообмінник 9). Конденсат у першому ступені нагрівання сирої води охолоджується до температури 80 оС і надходить в деаератор живильної води 3.
Для опалювальної парової котельні в тепловій схемі потрібно виключити лінію подавання пари з котельні на технологічні потреби та лінію надходження конденсату від споживачів у деаератор живильної води.
Для промислової парової котельні із схеми виключаються водонагрівальна установка 11 і всі лінії, які з нею сполучені.
Водогрійні котельні, як правило, є опалювальними і проектуються виходячи з кількості теплоти, яка відпускається з використанням теплоносія гарячої води з температурою 150/70оС (опалення і вентиляція) та 65-75 оС (гаряче водопостачання).
Нагрівання мережної води здійснюється безпосередньо у водогрійних котлах. Водогрійні котельні без парового котла проектуються у випадках, коли паливом для водогрійних котлів служить газ або попередньо розігрітий мазут. Якщо потрібне розігрівання мазуту, навіть якщо він є резервним паливом, в котельні додатково встановлюється службовий паровий котел для потреб мазутного господарства.
Принципіальна теплова схема водогрійної опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій схемі теплопостачання наведена на рис. 3.
Рис. 3 Принципіальна теплова схема водогрійної опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій системі теплопостачання.
4 – охолодник випару деаератора, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 22 - водогрійний котел, 23 – рециркуляційний насос, 24 – вакуумний деаератор, 25 – бак деаерованої води, 26 – підігрівник хімічно очищеної води, 28 – бак з робочою водою, 29 – насос для подавання робочої води, 30 – регулятор перепуску.
Вода з поворотної лінії теплової мережі з невеликим напором (0,2-0,4 МПа) підводиться до насоса 12. До нього ж насосом 13 для підживлення подається деаерована вода з бака 25. До насоса 12 спрямовується і гріюча вода після теплообмінників 9 і 26, призначених для підігрівання сирої і хімічно очищеної води. Далі вся вода надходить у водогрійний котел 22.
При роботі котлоагрегатів можлива корозія поверхонь нагрівання внаслідок конденсації пари води і сірчаного ангідриду з димових газів на зовнішніх поверхнях труб. Щоб уникнути її або хоча б зменшити інтенсивність, температуру води на вході в котел необхідно підтримувати вище температури точки роси димових газів, причому мінімально допустима температура води на вході в котел має бути е нижчою за 60, 70, 110 оС при спалюванні, відповідно, газу, мало- і високосірчистого мазутів.
Оскільки температура води в поворотних лініях теплових мереж майже завжди нижча за 60оС, в схемі передбачається подавання гарячої води на вхід котла (рециркуляція) за допомогою циркуляційного насоса 23.
Для забезпечення розрахункової температури води на вході в теплові мережі при всіх режимах роботи котельні, крім максимального зимового, частина води з поворотної лінії після насоса 12 спрямовується в подавальну магістраль системи через регулятор перепуску 30 по перепускній лінії.
Втрати води в теплових мережах компенсуються водою для підживлення. сира вода з водопроводу насосом 10 подається в підігрівник 9, потім на хімічне очищення першого ступеня 8, підігрівається в теплообміннику 26, пароводяному охолоднику випару 4 і надходить в колонку вакуумного деаератора 24. Вакуум (0,03 МПа) в системі підтримується завдяки відсмоктуванню пароповітряної суміші з колонки за допомогою водоструминного ежектора 27, в контур якого включено бак робочої рідин 28 і насос для її подавання 29. Після деаератора 24 вода для підживлення мережі стікає в бак 25, звідки насосом для підживлення 13подається в поворотну лінію мережної води перед насосом 12.
Для забезпечення гарячого водопостачання у споживачів встановлюються допоміжні підігрівники, які приєднуються до теплової мережі за змішаною чи паралельною схемою.
Принципіальна теплова схема водогрійної опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі теплопостачання (рис.4) відрізняється тим, що має більшу продуктивність установки для водопідготовки підживлювальної води. Варіанти цієї схеми відрізняються способами заряджання і розряджання баків-акумуляторів з деаерованою водою, які повинні бути в системі теплопостачання. На рис. 4 показане використання перекачувального насоса 20 для подавання деаерованої води та насоса 13 для підживлення мережі. В схему можуть бути введені літній мережний насос для подавання води з бака-акумулятора 21 лінією а в теплову мережу гарячого водопостачання, а також літній насос для підживлення, що дасть економію електроенергії. Надлишок води для підживлення при мінімальному її споживанні для гарячого водопостачання, наприклад, вночі, може знову спрямовуватись в бак-акумулятор 21 лінією б.
Рис. 4 Принципіальна теплова схема водогрійної опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі теплопостачання.
4 – охолодник випару деаератора, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 22 - водогрійний котел, 23 – рециркуляційний насос, 24 – вакуумний деаератор, 25 – бак деаерованої води, 26 – підігрівник хімічно очищеної води, 28 – бак з робочою водою, 29 – насос для подавання робочої води, 30 – регулятор перепуску.
Пароводяні котельні є промислово-опалювальними і забезпечують технологічні потреби парою, а опалення, вентиляцію і гаряче водопостачання – гарячою водою.
На рис.5 показана принципіальна теплова схема пароводогрійної промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій системі теплопостачання.
Парова частина цієї схеми відповідає принципіальній тепловій схемі парової промислово-опалювальної котельні з додатковим встановленням другого ступеня хімічного очищення води 16, а водогрійна частина, що містить контур поворотної мережної води, насос 12, водогрійний котел 22, рециркуляційний насос 23 і регулятор перепуску 30 – принципіальній тепловій схемі водогрійної опалювальної котельні з тією різницею, що замість вакуумного встановлений атмосферний деаератор 17 води для підживлення. Для нагрівання деаерованої води в ньому використовується пара після редукційної охолодної установки 2. Деаерована вода охолоджується до температури 70 оС в теплообміннику 18 і насосом 13 подається на підживлення теплової мережі.
Рис. 5. Принципіальна теплова схема пароводогрійної промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при закритій системі теплопостачання
1 – паровий котел. 2 – редукційна охолодна установка, 3 – деаератор живильної води, 4 – охолодник випару деаератора, 5 – сепаратор безперервного продування котла, 6 – насос для подавання живильної води в котел, 7 – охолодник продувальної води, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 11 – водопідігрівальна установка, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 14 – перепускний вентиль, 16 – другий ступінь хімічного очищення води, 17 – деаератор води для підживлення, 18 – охолодник деаерованої води, , 22 - водогрійний котел, 23 – рециркуляційний насос, 30 – регулятор перепуску, 31 – нерегульований перепуск.
У цій схемі водопідігрівальна установка 11 служить для забезпечення цілорічного гарячого водопостачання, тому що паровий котел працює цілий рік, постачаючи парою технологічних споживачів і водопідігрівальну установку. Сезонне опалювальне і вентиляційне навантаження котельні в зимовий період покривається водогрійним котлом, який влітку не працює.
На рис.6 зображена принципіальна теплова схема пароводогрійної промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі теплопостачання..
Рис. 6. Принципіальна теплова схема пароводогрійної промислово-опалювальної котельні з відпуском теплоти при відкритій системі теплопостачання
1 – паровий котел. 2 – редукційна охолодна установка, 3 – деаератор живильної води, 4 – охолодник випару деаератора, 5 – сепаратор безперервного продування котла, 6 – насос для подавання живильної води в котел, 7 – охолодник продувальної води, 8 – перший ступінь хімічного очищення води, 9 – підігрівник сирої води, 10 – насос для подавання сирої води на підготовку, 11 – водопідігрівальна установка, 12 – насос для подавання поворотної мережної води на підігрівання, 13 – насос подавання підживлювальної води до поворотної мережі, 14 – перепускний вентиль, 16 – другий ступінь хімічного очищення води, 17 – деаератор води для підживлення, 18 – охолодник деаерованої води, , 22 - водогрійний котел, 23 – рециркуляційний насос, 30 – регулятор перепуску, 31 – нерегульований перепуск.
У цій схемі відсутня водопідігрівальна установка. Підігрівник сирої води 9 є водо-водяним, з теплоносієм гарячою водою, яка надходить із водогрійного котла, а після охолодження в теплообміннику подається в поворотну лінію теплової мережі. Додатково встановлюється бак-акумулятор 21 для деаерованої води та водо-водяний підігрівник хімічно очищеної води 18 перед деаератором 17. Гріючим теплоносієм для теплообмінника 18 також служить гаряча вода, яка надходить із водогрійного котла, а після охолодження в теплообміннику подається в поворотну лінію теплової мережі.
При незначній витраті води на технологічні потреби і для власних потреб (мазутне господарство, деаерація води та обдування поверхонь нагрівання котлоагрегатів) встановлення окремих парових і водогрійних котлів нераціональне. В котельнях, основним тепловим навантаженням яких є опалення, вентиляція та гаряче водопостачання, краще використовувати комбіновані пароводогрійні котли, які виробляють одночасно і пару, і гарячу воду. Таким чином скорочується кількість котлів і допоміжних апаратів в котельні.