2.1. Методика расчета тепловой схемы котельной с паровыми котлами.

Целью расчета тепловой схемы является определение качественных и количественных характеристик работы оборудования с учетом параметров рабочего тела. Расчет тепловой схемы должен определить расход пара, конденсата, воды, а также энтальпию и давление этих сред.

Паропроизводительность котельной определяется внешними потребителями пара (свежего от котлов и редуцированного от РОУ), а также внутренними потребителями: на нагрев сетевой воды, идущей на отопление и горячее водоснабжение, на нагрев сырой и химочищенной воды, на деаэраторы, на собственные нужды котельной.

Расчет следует начинать с предварительного выбора котельных агрегатов по их паропроизводительности и параметрам пара. Затем выполняется уточненный расчет тепловой схемы котельной на основе выбранных котлов. При расхождении полученных в расчете величин больше чем на 3% нужно повторить расчет, подставив в качестве исходных данных полученные значения. Это второе приближение обычно дает необходимую сходимость.

Количество и единичную производительность котлов, устанавливаемых в котельной, следует выбирать по расчетной производительности котельной (т.е. для максимального зимнего режима), проверяя режим работы для летнего периода гола. При этом случае выхода из строя небольшого по производительности котла в котельной оставшиеся должны обеспечивать отпуск теплоты потребителям на технологическое теплоснабжение и на системы вентиляции в количестве, определенном минимально допустимыми для данных потребителей нагрузки, на отопление горячее водоснабжение – в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.

В котельных должна предусматриваться установка не менее двух котлов, причем пред­почтение отдается однотипным. Оптимальное число котлов в новых котельных следует счи­тать равным 3 - 4. Единичную производительность однотипных котлов определяют так, чтобы соблюсти условие

(2.1)

где D_ед - номинальная производительность котла, т/ч.

При этом должно быть выдержано положение

(2.2)

Расход пара на подогрев сетевой воды находится по формуле

т/ч (2.3)

где - расход сетевой воды, т/ч;

- температура воды на выходе из подогревателя и на входе в него (в соответствии с температурным графиком), °С

- теплоемкость воды, кДж (кгК);

- энтальпия редуцированного пара, кДж/(кгК)

- энтальпия конденсата, кДж/(кгК)

- коэффициент, учитывающий потерю теплоты теплообменником в окружающую среду.

Количество сетевой воды, циркулирующей в системе отопления жилого поселка (закры­тая система) при заданной максимальной тепловой нагрузке

т/ч (2.4)

где - отпуск теплоты на отопление жилых зданий поселка, МВт;

- отпуск тепла на горячее водоснабжение, МВт.

При отпуске тепла на отопление зданий жилого поселка от котельной применяется центральное качественное регулирование, при этом расход воды в системах отопления остается постоянным, а температура ее в подающей и обратной магистралях меняется в зависимости от температуры наружного воздуха. График температур теплоносителя строится на основании уравнения теплового баланса.

Подставляя формулу (2.4) в (2.3) получим выражение

(2.5)

в которое не входят температуры сетевой воды.

Суммарный расход редуцированного пара для внешних потребите

т/ч (2.6)

где - отпуск на производство редуцированного пара, т/ч.

Суммарный расход свежего пара на внешнее потребление

(2.7)

где - расход свежего пара на технологические нужды предприятия, т/ч;

- расход свежего пара на РОУ, т/ч.

Расход свежего пара на РОУ определяется по формуле

т/ч (2.8)

где - энтальпия свежего пара, поступающего в РОУ, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Снижение температуры свежего пара при его редуцировании осуществляется путем впрыска в пароохладитель РОУ деаэрированной воды. Количество воды, впрыскиваемой в РОУ, определяется по формуле

т/ч (2.9)

Расход пара на другие нужды котельной, с последующим уточнением принимают 5% от суммарного расхода свежего пара внешним потребителям, то есть

Суммарная паропроизводительность котельной с учетом потерь (3%) и расхода пара на другие нужды котельной

(2.10)

По формуле (2.10) находится предварительная паропроизводительность котельной, по которой выбираются котлоагрегаты, их тип, количество с учетом заданных параметров пара. Для выбора котлов следует пользоваться таблицами.

В записку помещается полная техническая характеристика котлов. Далее выполняется уточненный расчет паропроизводительности котельной.

Пар, отправляемый на производство, конденсируется там, отдавая при этом тепло. В котельную возвращается не весь конденсат, а только часть его . Потеря конденсата с учетом 3% его потерь внутри котельной находится по формуле

(2.11.)

Расход химически очищенной воды при величине потерь в тепловых сетях 2% от общего расхода сетевой воды равен сумме потерь конденсата и количества воды для подпитки тепловых сетей:

(2.12)

Кроме перечисленных расходов теплоты и потерь в тепловых сетях, в самой котельной имеются безвозвратные потери воды на уплотнение и охлаждение подшипников насосов и дымососов, па охлаждение приборов на котлах и др. Эти расходы воды вместе с расходом воды на •собственные нужды химводоочистки могут составлять 25+30% количества подпиточной воды тепловых сетей.

Принимая расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки равным 25% расхода химочищенной воды, получим, расход сырой воды

(2.13)

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды может быть определен после уточнения температуры сырой воды за охладителем продувочной воды паровых котлов.

Принимаем величину непрерывной продувки котлов равной 3% номинальной их производи­тельности.

Количество воды, поступающей от непрерывной продувки

Где Рпр=3% - принятый процент продувки котлов, зависящий от качества исходной воды и спо­соба химводоподготовки.

Продувочная вода после котлов поступает в расширители, где снижается ее давление и, вследствие, этого, происходит частичное испарение. Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки равно:

(2.14)

где х - степень сухости пара, выходящего из расширителя, принимается равной 0,98

- энтальпия воды при давлении в котле, кДж/кг;

- энтальпия воды при давлении в расширителе, кДж/кг

- энтальпия пара при давлении в расширителе, кДж/кг.

Количество воды на выходе из расширителя

(2.15)

Температура сырой воды после охладителя продувочной воды находится из уравнения те­плового баланса сырой воды и продувочной:

(2.16)

- температура сырой воды, принимаемая зимой 5 ⁰С, летом 15 °С; - энтальпия продувочной воды после охладителя, кДж/кг.

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды находится из уравнения теплового баланса этого подогревателя

(2.17)

(2.18)

Где - энтальпия воды перед водоподогревательной установкой, кДж/кг; - энтальпия уходящего конденсата, кДж/кг.

Подогрев химочищенной воды производится:

• в водо-водяном теплообменнике до деаэратора подпиточной воды за счет охлаждения воды...

• в пароводяном подогревателе до деаэратора питательной воды за счет теплоты редуцированного пара.

Подогрев химочищенной воды в охладителе выпора из деаэратора незначителен и не учитывается, так как практически не сказывается на точности расчета схемы. Температура воды, поступающей в деаэратор из теплообменника для охлаждения подпиточной воды, определяется из уравнения теплового баланса этого теплообменника

(2.19)

- расход подпиточной воды, т/ч;

- предварительно принятый расход химочищенной воды, поступающей в деаэратор для подпитки тепловых сетей;

- температура воды после ВПУ, °С

- энтальпия воды, поступающей в теплообменник, кДж/кг;

- энтальпия воды на выходе из водо-водяного теплообменника, кДж/кг.

Температура воды после водоподготовительной установки

- снижение температуры воды в процессе ее обработки, обычно равное 2+3%°С.

Расход пара на деаэратор подпиточной воды

(2.20)

С учетом количества пара, идущего на подогрев воды, фактический расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор подпиточной воды, будет равен

(2.21)

Полученное расчетное значение необходимо сравнить с предварительно принятым ее значением. При значительном несовпадении следует либо увеличить, либо уменьшить расход пара на деаэратор подпиточной воды.

Количество воды и пара, поступающих в деаэратор для подпитки воды за вычетом зреющего пира

(2.22)

Средняя температура воды у пара, поступающих в деаэратор подпиточной воды, находится из уравнения теплового баланса деаэратора

(2.23)

Расход пара на деаэратор питательной воды находится из уравнения теплового баланса энного деаэратора

(2.24)

Суммарный расход редуцированного пара внутри котельной для собственных нужд

(2.25)

или свежего пара

(2.26)

Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь

После определения уточненного значения паропроизводительности котельной ее следует 'сравнить с предварительной. При расхождении этих значений в пределах 3% расчет считается "законченным. При большем расхождении следует уточнить расчет, принимая увеличенный расход пара на собственные нужды котельной.

Уточненный расход пара

Тогда

И снова определяется суммарная производительность котельной

Расчеты выполняются по всем режимам отпуска пара и тепла с использованием выше приведенных формул

При работе на мазуте к общей паропроизводительности котельной следует добавить расход тара на разогрев мазута. Количество теплоты для подогрева мазута можно найти по формуле

(2.27)

Вр - расход мазута при соответствующем режиме;

См - теплоемкость мазута, кДж/(кгК);

температуры мазута за и перед подогревателем, °С.

Расход пара на подогрев мазута

(2.28)

Формулы (2.27) и (2.28) следует внести в таблицу.

Примечание:

1. Тепловая нагрузка задана для максимально зимнего режима.

2. Деаэрация питательной и подпиточной воды осуществляется в атмосферных деаэраторах при температуре 104 °С, питательная вода имеет температуру 104 °С, подпиточная - 70°С.

2. Предусматривается непрерывная продувка котлов с использованием отсепарированного пара в деаэраторе питательной воды.

2. Способ сжигания твердого топлива камерный, с жидким шлакоудалением

Таблица 2.1.

Результаты расчета тепловой схемы паровой котельной

Наименование расчетной величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула	Расчетные режимы
				1 Максимально-зимний	2 Средний наиболее холодного месяца	3 Среднеотопительный	4 Летний
1	2	3	4	5	6	7	8
Температура наружного воздуха			Задается
Отпуск пара на отопление и вентиляцию производственных здании			Задается				-
Отпуск теплоты на отопление жилых зданий поселка			Задается				-
Отпуск теплоты на горячее водоснабжение поселка			Задается
Количество сетевой воды, циркулирующей в системе отопления жилого поселка (закрытая система)
Расход пара на подогреватель сетевой воды
Суммарный расход редуцированного пара для внешних потребителей
Расход свежего пара на РОУ
Суммарный расход свежего пара на внешнее потребление-

Количество воды, впрыскиваемой в пароохладитель РОУ
Расход пара на другие нужды котельной
Суммарная паропроизводительность котельной с учетом потерь (3%)
Потеря конденсата с учетом 3% его потерь внутри котельной
Расход химочищенной воды при величине потерь в тепловых сетях 2% от общего расхода сетевой воды
Расход сырой воды
Количество воды, поступающей от не­прерывной продувки
Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки
Количество воды на выходе из расширителя
Температура сырой воды после охладителя
Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды
Температура воды, поступающей в деаэратор из теплообменника для охлаждения подпиточной воды

Расход пара на деаэратор подпиточной воды			,
Фактический расход химочищенной воды, поступающей в деаэратор подпиточной воды
Расход пара на пароводяной подогреватель химочищенной воды, поступающей в деаэратор питательной воды
Количество воды и пара, поступающих в деаэратор для подпитки воды
Средняя температура воды и пара, поступающих в деаэратор подпиточной воды
Расход пара на деаэратор подпиточной воды
Суммарный расход редуцированного пара внутри котельной для собственных нужд
Расход свежего пара для собственных нужд
Паропроизводительность котельной с учетам внутренних потерь (расчетная)
Невязка расчета паропроизводительности котельной		%

Так как погрешность расчетов не превышает 3%, то расчет считаем закопченным.

3. Выбор вспомогательного оборудования

3.1. Выбор вспомогательного оборудования тепловой схемы котельной

Характеристика вспомогательного оборудования должна удовлетворять условиям рабо­ты котельной при всех возможных эксплуатационных режимах. Выбор числа однотипных единиц того или другого оборудования производится исходя из требуемой расчетной производительно­сти данного узла тепловой схемы, единичной производительности выпускаемого оборудования, требований взаимного резервирования и наиболее экономичной загрузки его.

Вся принимаемая к установке теплообменная аппаратура, работающая под давлением, - деаэраторы, пароводяные подогреватели и водо-водяные теплообменники, расширители и т.п. - должны выбираться соответственно действительным условиям ее работу и расчетным давле­ниям.

Но вспомогательному оборудованию, требующему периодического ремонта - смены от­дельных элементов, чистки и т.п. должны предусматриваться резервные агрегаты или аппара­ты. Все ответственные насосы, без которых продолжительно не может работать установка, должны иметь резерв с автоматизированным запуском при выходе из строя рабочего агрегата.

Емкости для хранения и приема воды, работающие в цикле установки, должны выбирать­ся с запасами, достаточными для сглаживания неравномерностей в режимах работы установки.

Деаэраторы

Деаэраторы питательной воды. Деаэрация питательной воды котлов является обяза­тельной dm всех промышленных котельных. Присутствие в питательной воде кислорода и угле­кислого газа приводит к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб и. барабанов котлов.

В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе различают деаэраторы атмосферные (ДСА - 0,12 МПа), повышенного давления (ДСП ~ 0, б МПа) и вакуумные (ДСВ ~ 0,0075 МПа). В промышленных котельных нашли широкое применение атмосферные деаэраторы, со­стоящие из цилиндрической деаэрационной колонки и бака питательной воды. Выделившиеся ки­слород и углекислота с небольшим количеством пара (выпар) удаляются через вестовую трубу. В атмосферных деаэраторах давление автоматически поддерживается на уровне 0,12 МПа, температура воды в деаэраторном баке равна, примерно 104°С, что соответствует темпера­туре насыщения при 0,12 МПа. Количество и производительность деаэраторов питательной воды выбираются из расчета полного покрытия расхода питательной воды котлами с учетом их продувки и расхода питательной воды на впрыск в РОУ при максимально-зимнем режиме. Должно быть установлено не меньше двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанав­ливаются. Выбираются деаэраторы питательной воды по таблице 3.1. методички.

Количество и производительность деаэраторов подпиточной воды определяются из усло­вия обеспечения подпитки теплосети для восполнения потерь и расхода воды на горячее водоснабжение (при открытом водоразборе).

Резервные деаэраторы не устанавливаются.

При использовании десорбционных установок должна быть обеспечена непрерывность их работы.

При небольших расходах воды па подпитку теплосети (до 3-4 м³ /ч) возможно использование для подпитки теплосети воды из деаэраторов питательной воды котлов.

Таблица 3.1.

Технические характеристики атмосферных деаэраторов

Марка деаэратора	Номинальные параметры		Полезная емкость рабочего бака, м3	Область применения
	Производительность т/ч	Рабочее давление МПа
ДА-5/2	5	0,12	2	В котельной низкого, среднего и высокого давления.
ДА-15/4	15		4
ДА-25/8	25		8
ДА-50/15	50		15
ДА-100/25	100		25
ДА-200/50	200		50
ДА-300-75	300		75

Деаэраторы устанавливаются на площадках с отметкой, превышающей отметку установки питательных насосов.

Деаэраторы должны иметь защитные устройства от повышения давления в них и от переполнения баков-аккумуляторов водой.

В целях использования тепла выпара деаэраторы снабжаются специальными поверхностными теплообменниками - охладителями вы­пара, в которых производится конденсация выпара химочищенной во­дой, подаваемой в деаэратор.

В таблице 3.2 приведена их техническая характеристика.

Таблица 3.2

Охладители выпара к атмосферным деаэраторам

Тип деаэраторной колонки, комплектуемой охладителем	Поверхность охладителя, м2	Наружный диаметр корпуса, мм	Полная длина охладителя, мм
ДСА-25	2	325	1200
ДСА-75	8	325	2550
ДСА-100	8	325	2550
ДСА-150	16	426	2700
ДСА-200	16	426	2700
ДСА-300	24	529	2750

Редукционно-охладительные установки (РОУ)

В промышленных котельных необходимость в установке РОУ предопределяется различием параметров пара, отпускаемого потребителям и вырабатываемого котлами. Как правило, устанавливаются две РОУ - рабочая и резервная. Требование резервирования определяется продол­жительностью работы РОУ и требованиями потребителя в отношении бесперебойности пароснабжения

Выбор РОУ производится по расходу редуцированного пара и перепадам давления до РОУ т после нее, в соответствии с таблицей 3.3. методички.

Редуцирование пара производится редукционным клапаном золотникового типа, а охлаж­дение до нужной температуры в смесительном патрубке.

Таблица 3.3

Характеристика РОУ

Производительность, т/ч	Параметры редуцированного пара		Трубопровод редуцированного пара Ду, мм
	Давление, МПа	Температура,0С
1	2	3	4
2,5	0,12 0,3 0,6	130 160 190	150 150 100
5	0,12 0,3 0,6	130 160 190	250 200 150
10	0,12 0,3 0,6 1,1	130 160 190 250	350 250 200 150
1	2	3	4
20	0,12 0,3 0,6 1,1 1,5 2,3	130 160 190 250 300 350	500 350 250 200 200 200
30	0,12 0,3 0,6 1,1 1,5 2,3	130 160 190 250 300 350	700 400 300 250 200 200
40	0,12 0,3 0,6 1,1 1,5 2,3	130 160 190 250 300 350	700 500 350 300 250 250
60	0,12 0,3 0,6 1,1 1,5 2,3	130 160 190 250 300 350	900 600 500 350 300 250

Теплообменники

Во всех, схемах промышленных котельных применяются подогреватели воды и другие теп­лообменники различного назначения. Например, как правило, нужно подогревать сырую воду пе­ред химводоочисткой, химочищенную воду перед деаэраторами, продувочная вода котлов требует обязательного охлаждения и т.д.

Подогрев воды в паровых котельных производится в пароводяных подогревателях, а охла­ждение продувочной, подпиточной воды и конденсата в водоводяных теплообменниках. Необхо­димость установке того или иного теплообменника определяется тепловой схемой установки и ее расчетом, а выбор поверхности нагрева производится по наиболее напряженным условиям их ртюты. При непрерывной работе теплообменника и возможности загрязнения его устанавлива­ется один резервный теплообменник, если без него установка длительно работать не может.

Паровые подогреватели сетевой воды (ПСВ), устанавливаемые в промышленных котель­ных, на полную отопительно-вентиляционную нагрузку. Резервных ПСВ не устанавливают. Паровые ПСВ должны обогреваться паром с давлением, достаточным для получения максимально расчетной температуры сетевой воды.

Охладители конденсата сетевых подогревателей устанавливаются на линии конденсата за основными подогревателями сетевой воды в тех случаях, когда по условиям теплового баланса котельной нельзя возвращать конденсат сетевых подогревателей с высокой температурой в деаэраторы питательной воды из-за их запаривания, т.е. нарушения нормальной работы деаэратора,

Охладитель конденсата представляет собой водо-водяной теплообменник, обычно горизонтального типа, включаемый по воде параллельно сетевым подогревателям. На каждую группу подогревателей нужно устанавливать отдельно (один или два) охладитель конденсата. Резерв­ных охладителей конденсата не устанавливают.

Прежде всего, необходимо заметить, что все расчеты по теплообменной аппаратуре, выполняемы в данной работе, носят поверочный характер, а не конструктивный. Целью этих расчетов является про­верка достаточности выбранной поверхности нагрева теплообменника для заданных расчетных условий, а не конструирование его. Поэтому поверхности выбранных теплообменников, как правило, превышают тре­буемые по расчету, т.е. выбор поверхности нагрева теплообменника всегда производится с некоторым запасом (см. табл. П11-П18)

Поверхность нагрева теплообменника (подогревателя или охладителя) Н, м², находится из общеизвестного уравнения теплопередачи

(3.1)

где Q - тепловая нагрузка, Вт;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² к);

- средний температурный напор между теплоносителями, К.

Тепловая нагрузка теплообменника находится из уравнения теплового баланса

(3.2)

Для аппаратов, работающих с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя (пароводяные подогреватели):

(3.3)

В этих уравнениях т₁ и т₂ - расходы теплоносителей, не изменяющих агрегатное состояние, кг/с;

- расход теплоносителя, изменяющего свое агрегатное состоя­ние, кг/с;

с_в - теплоемкость воды, Дж/(кг к);

- начальные и конечные температуры теплоносителей;

- энтальпии пара и конденсата, Дж/кг.

Для производственных подогревателей величина определяется по формуле

(3.4)

где - большая и меньшая разности температур между теплоносителями на входе и выходе теплообменника, °С.

Температура греющего пара в паровых подогревателях практи­чески остается постоянной на протяжении всей поверхности нагрева и равна температуре насыщения при рабочем давлении пара в подогревателе.

График изменения температуры греющего пара и подогреваемой воды вдоль поверхности нагрева подогревателя приведен на рис. 3.1

Рис. 3.1 Изменение температуры греющего пара и подогреваемой

воды вдоль поверхности теплообмена

I - область перегретого пара; П. - область насыщенного пара; III - область переохлажденного конденсата.

Для водоводяных теплообменников подсчитывается по формуле (3.4).

Наиболее эффективными являются водо-водяные теплообменники с противоточной схемой потоков греющей и нагреваемой сред с по­верхностью нагрева из латунных труб. При подборе теплообменников (из числа выпускаемых заводами) следует отдавать предпочтенье этим. Однако, практически, не всегда бывает, возможно, подобрать из номенк­латуры теплообменников противоточный теплообменник на нужный про­пуск воды по обеим средам с латунными трубками. Тогда следует ус­танавливать менее эффективные теплообменники с прямоточной схемой потоков воды и поверхностью нагрева из стальных труб.

При подборе теплообменника необходимо тщательно анализировать схемы включения аппаратуры. При установке параллельно или последо­вательно нескольких теплообменников нужно стремиться к выбору наи­более эффективной схемы включения их, обеспечивающей наиболее эф­фективное использование поверхности нагрева.

При выборе водо-водяных теплообменников следует помнить, что вода, содержащая какие-либо примеси, могущие давать отложения на стенках поверхностей нагрева (например, сырая) должна пропускаться по - трубам, а в межтрубное пространство нужно направлять, чистую или умягченную воду. Соответственно этому по допустимым скоростям воды необходимо подбирать и живые сечения теплообменников.

Общий коэффициент теплопередачи можно определять по общеиз­вестной формуле для плоской стенки

(3.5)

где - коэффициенты теплоотдачи с внутренней и внешней сторон трубок, Вт/(м .к);

- толщина стенки трубки, м;

- коэффициент теплопроводности материала трубки Вт/(м к);

- термическое сопротивление загрязнений, отлагаю­щихся на поверхности нагрева с

обеих сторон (накипь и пр.)

(3.6)

Водоводяные теплообменники, охладители конденсата и проду­вочной воды с движением воды в гладких трубках или вдоль гладких трубных пучков в межтрубном пространстве работают при турбулент­ном движении воды, т.е. при числе Рейнольдса >10000:

где Wcp - средняя скорость воды, м/с;

dr - гидравлический диаметр поперечного сечения потока, м;

- кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

Гидравлический диаметр при движении воды внутри трубок равен их диаметру, а при движении в межтрубном пространстве

где - площадь поперечного сечения потока, м² ;

U - смачиваемый периметр сечения, м.

Значение кинематических коэффициентов вязкости определяется для средней температуры воды по таблицам физических свойств воды.

При >I0000 определяется с использованием критерия Нуссельта по формуле

(3.7)

где В - коэффициент, объединяющий комплекс величин, зависящих только от температуры воды, и определяемый по таблице 3.4;

Pr_c - число Прандтля при температуре стенки.

Таблица 3.4

Значения коэффициента

воды, °С		воды, °С		воды, °С
0	4,83	60	8,74	110	11,18
10	5,53	70	9,30	120	11,58
20	6,25	80	9,84	130	12,00
30	6,92	90	10,35	140	12,36
40	7,57	100	10,81	150	12,71
50	8,16

Так как в начале расчета температура стенки неизвестна, то расчет следует вести методом последовательных приближений.

В расчете первого приближения Pr/Pr_c принимают равным единице и определяют значение со стороны греющего и нагреваемо­го теплоносителей. Затем, подсчитывают коэффициент теплопередачи и величину плотности теплового потока q , Вт/м²

Температура, стенки со стороны греющего теплоносителя подсчитывается по формуле:

(3.8)

и со стороны нагреваемого теплоносителя - по формуле:

(3.9)

Получив величину повторным расчетом уточняют Обычно производят один уточненный расчет.

При подсчете коэффициента теплопередачи и поверхности нагрева водо-водяных теплообменников допустимы следующие значения толщины слоев загрязнения накипью:

Подогреваемая среда	Материал труб	Толщина слоя загрязнений, мм
Сырая вода	---	до 0,5
Сетевая вода	---	до 0,3
Конденсат и химически очищенная вода	Латунные труб	0,0
	Стальные трубы	0,3

Допустимое загрязнение поверхности нагрева накипью опреде­ляет длительность периода эксплуатации теплообменника между чист­ками. Большие значения допустимых загрязнений в расчетах принимать не следует, так как это приводит к излишнему завышению поверхности нагрева теплообменников. Расчетную поверхность теплообменников оп­ределяют по среднему диаметру трубок.

Коэффициенты теплопроводности материала трубок и загрязнений в расчетах водо-водяных теплообменников, применяемых в промышлен­ных котельных, можно брать следующими:

Латунные трубки 105

Стальные трубки 58

Загрязнения 23

В трубчатых пароводяных подогревателях, применяемых в ко­тельных, имеет место пленочная конденсация водяного пара на по­верхности трубных пучков.

Коэффициенты теплоотдачи от труб к воде общий коэффициент теплопередачи в подогревателе и поверхность нагрева подсчитываются по формулам, приведенным для водо-водяных теплообменников.

Коэффициент теплопередачи от пара к стенкам трубы в зависи­мости от конструкции и расположения пучков подсчитывается различ­но.

Подогреватели с вертикальным трубным пучком - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы находится по формуле

при ламинарном течении пленки

(3.10)

при смешанном движении пленки,

(3.11)

здесь h - длина трубки, по которой стекает конденсат, м

- разность температур между паром (температура насыщения) и стенкой трубы, °С;

А,В, и С - коэффициенты, выражающие значения комплекса вели­чин, зависящих от температуры пленки конденсата, и определяемые по табл. 3.5 (по пара).

Средняя температура пленки конденсата находится по формуле

Температура стенки трубы со стороны пара

(3.12)

где t_n - температура насыщенного пара при расчетном давлении в подогревателе, °С;

- средняя температура воды в трубках, °С.

Характер течения пленки конденсата определяется по величине

При имеет место ламинарное течение пленки, при - смешанное.

Величина находится по формуле

(3.13)

(значение D приведено в табл. 3.5).

Практически для определения t_c предварительно находят коэффициент теплоотдачи от стенки к воде по формуле (3.7) и за­даются величиной коэффициента от пара к стенке . В конце расчета проверяют значения и если оно не совпадает с предва­рительно принятой величиной, то расчет уточняется.

В подогревателях с горизонтальным трубным пучком коэффициент теплоотдачи можно определить по формуле

(3.14)

где n_cp - среднее число труб в пучке по вертикали

r - скрытая теплота парообразования, кДж/кг;

A₁ - коэффициент, принимаемый по табл. 3.6 по температуре пленки.

Таблица 3.5

Значения коэффициентов А, В, С и Д

Tпл, 0С	А	В	С	Д
70	9678	30200	11320	0,0369
80	10020	31600	12590	0,0290
90	10340	33000	I3I50	0,0234
100	10570	34200	13200	0,0194
110	10760	35100	13075	0,0165
120	10940	35950	12780	0,0142
130	11090	36950	12300	0,0122
140	112I0	37700	11810	0,0106
150	113I0	38400	11350	0,0092
160	11390	39170	10870	0,082
170	11420	39700	10320	0,0073
180	11420	40150	9810	0,0061
190	114I0	40500	9250	0,006
200	11340	40780	8750	0,0054
220	11100	40900	7840	0,0047
240	10780	40770	6895	0,0041
260	10340	40350	5955	0,0036

Таблица 3.6.

Значение коэффициента

	А1		А1		А1		А1
0	1270	60	1900	120	2300	180	2430
20	1470	80	2070	140	2370	200	2430
40	1700	100	2190	160	2410

Для трубок из обычной углеродистой стали при подсчете, следует вводить коэффициент 0,8.

Конденсатные баки

Баки предназначаются для приема конденсата, возвращающегося с производства, из мазутного хозяйства котельной и дренажей паро­проводов котельной. В эти же баки производится слив воды из труб­ных систем котлов при ремонтах.

При автоматизированной откачке воды из баков их суммарная полезная емкость должна обеспечивать накопление конденсата в коли­честве, поступающем за 20-30 мин. Обычно устанавливают два бака: один для сбора промышленного конденсата, а другой для сбора дрена­жей. Емкость дренажных баков принимается в пределах 5-10 м3.

Перекачивающие насосы к конденсатным и дренажным бакам выби­раются по максимальному поступлению конденсата или дренажей. Долж­но быть установлено не менее двух насосов, из которых один резерв­ный. Напор насосов должен обеспечивать подачу конденсата с отметки 0,00 в атмосферные деаэраторы (избыточное давление 0,002 МПа), ко­торые устанавливаются на отметке деаэраторной этажерки.

Насосы

В тепловой схеме предусмотрены насосы: питательной воды; подпиточной воды, сетевой воды, конденсатные и сырой воды.

Насосы выбираются по расходу воды или конденсата в соответст­вующих участках тепловой схемы.

Питательные насосы подают питательную воду в котел. Они могут быть центробежными и поршневыми с электрическим и паровым приводом. Число их должно быть не менее двух с независимым приводом. Один насос или более должны быть с паровым приводом. Суммарная подача насосов с электроприводом должна быть не менее 110%, а с паровым приводом - не менее 50% номинальной паропроизводительности всех ра­бочих котлов.

Допускается установка всех питательных насосов только с паро­вым приводом, а при наличии двух независимых источников питания ко­тельной электроэнергией - только с электроприводом.

Количество и подача питательных насосов выбирается так, что­бы в случае остановки самого мощного насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в количестве, необходимом для питания всех рабочих па­ровых котлов, с учетом расходов на непрерывную продувку котлов, на пароохладители котлов и на РОУ и охладительные установки.

Напор, который должны создавать питательные насосы для па­ровых котлов, определяется по формуле:

(3.15)

где Р_б - наибольшее возможное избыточное давление в барабане котла, МПа;

Р_д - избыточное давление в деаэраторе, МПа;

Н_с - суммарное сопротивление всасывающего и напорного трак­та питательной воды, м.вод.ст.;

Н_г - геометрическая разность уровней воды в барабане котла и деаэраторе, м.

Центробежные питательные насосы, работающие на общую магистраль питательной воды для паровых котлов, должны иметь характерис­тику, допускающую их параллельную работу.

Характеристики насосов могут быть выбраны по табл. 3.7; 3.8;3.9; 3.10.

Для восполнения утечки воды из закрытых систем и расходов во­ды на горячее водоснабжение и на утечки в открытых системах тепло­снабжения устанавливают подпиточные насосы. ...

Количество воды для покрытия утечек из закрытых теплофикацион­ных систем принимают равным 0,5% объема воды в трубопроводах систе­мы (3) , а подача подпиточного насоса выбирается вдвое большей для возможности аварийной подпитки сетей. При открытых системах теплоснабжения подача подпиточных насосов определяется суммой расходов воды на покрытие максимального расхода на горячее водоснаб­жение и удвоенного расхода воды на утечки.

Необходимый напор подпиточных насосов определяется давлением воды в обратной магистрали и сопротивлением трубопроводов и арма­туры на линии подпитки. Число подпиточных насосов должно быть не менее двух, один из них - резервный.

Сетевые насосы являются ответственными элементами тепловых схем. Сетевые насосы выбирают по расходу сетевой воды, который определяется, исходя из величины расчетной тепловой нагрузки при температурном перепаде

Согласно правилам Госгортехнадзора (3) в котельных с паро­выми котлами и подогревателями сетевой воды должно быть установле­но не менее двух сетевых насосов. Количество устанавливаемых насо­сов и их единичная подача определяются, исходя из условий обеспечения наиболее экономичной их работы в течение года. Суммарная подача сетевых насосов должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого насоса оставшиеся обеспечивали подачу максимального расхода сетевой воды. Напор сетевых насосов выбирается из условия преодоления гидравлического сопротивления сети при расчетном мак­симальном расходе воды.

Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии тепловых сетей, где температура воды не превышает 70 ⁰С.

Конденсатные насосы перекачивают конденсат из баков, куда он поступает с производства, в деаэраторные установки.

Подача конденсатных насосов определяется, исходя из максималь­ного количества конденсата. Количество устанавливаемых насосов должно быть не менее двух.

Для подачи воды от источника водоснабжения котельной в систе­му водоподготовки устанавливают насосы сырой воды. Подача этих на­сосов определяется максимальной потребностью в химически очищен­ной воде и расходом ее на собственные нужды химводоочистки. Необ­ходимый _напор выбирается в зависимости от гидравлического сопро­тивления трубопроводов, арматуры, фильтров и лежит в пределах от 40 до 60 м.вод.ст. В качестве насосов сырой воды используются обычно насосы марки К или Д.

Таблица 3.7

Питательные центробежные насосы с электроприводом

Тип насоса	Производительность, м/ч	Напор, МПа	Тип и мощность электродвигателя	Габариты, мм _
				ширина	длина	высота
ПЭ-150-56	150	5,8	400/6000	1200	3590	1000
ПЭ-ЮО-56-2	100	5,8	320/6000	1200	3380	1090
ПЭ-ЮО-42-2	100	4,4	200/380	1200	3180	1090
ПЭ-65-56-2	65	5,8	200/380	1200	3420	1090
ПЭ-65-42-2	65	4,4	125/380	960	2900	1090
ЦНС-150-23	150	2,4	160/380	970	2750	880
ЦНСГ-60-198	60	1,98	55(A2-8I-2)	600	2000	500
ЦНСГ 60-231	60	2,31	75(А2-82-2)	600	2100	500
ЦНСГ 60-264	60	2,64	75(А2-82-2)	600	2200	500
ЦНСГ 38-198	38	1,98	40(А2-72-2)	600	1900	430
ЦНСГ 38-220	38	2,2	40(А2-72-2)	500	2000	430

Таблица 3.8.

Питательные насосы с паровым приводом (турбонасосы)

Тип насоса	параметры свежего пара, МПа/0С	производительность, м3/ч	давление в напорном патрубке, МПа	Давление пара за турбиной, МПа	Расход пара, т/ч	Частота вращения, об/мин	Габаритные размеры, мм
							ширина	длина		высота
ПТ-35-200У	3,5	200	6	0,12г-0,25	6,2-7	4350	1554		3445		1170
ПТ-35-Ю0У	3,5	115	6	0,12-0,25	3,85-4,4	5300	1554		3137		1170
ПТ-35-50У	3,5	70	6	0,12-0,25	3,15-3,6	5400	1554		3137		П70
ПТН-30-54-35	1,6	30	5,4	0,12-0,25	1,5	10000	800		3137		1170
ПТН-60-27-15	1,5	60	2,7	0,12-0,25	1,6-1,7	7000	800		1200		1250

Таблица 3.9

Центробежные сетевые насосы

Наименование	Марка насоса
	СЭ-500-50-16	СЭ-800-55-11	СЭ-800-100-11	СЭ-1250-70-11	СЭ-1250-140-11	СЭ-2500-60-11	СЭ-2500-180-10	СЭ-5000-70-6	СЭ-5000-160
Подача, м3/ч	500	800	800	1250	1250	2500	2500	5000	5000
Напор, МПа	0,7	0,55	1,0	0,7	1,4	0,6	1,8	0,7	1,6
Частота вращения, об/мин	3000	1500	1500	1500	--	--	3000	1500	3000
Электродвигатель марка	4АН280 2	4АН315 4	А114-4М	А114-4М	А4-400У2	А4-400Х4	4АЗМ-1600/1600	ДА302-16-59-4	4АЗМ-3200\6000
Мощность, кВт	160	200	320	320	630	500	1600	1250	3200
Габариты, мм Длина Ширина Высота	2300 1235 1065	2485 1207 1465	2190 1370 1850	3040 1235 1330	2510 1520 2250	2130 2300 1720	1815 1775 1420	2250 1860 1830	2325 2175 1730

Таблица 3.10

Центробежные конденсатные насосы

Наименование	Марка насоса
	Кс-12-50	Кс-12-110	Кс-20-50	Кс-20-110	Ксв-200-220	КсД-230-115/3	Кс-32-150	Кс-50-50-1	Кс-50-110-1	Кс-80-155-1
Подача, м3/ч	12	12	20	20	200	200	32	50	50	80
Напор, МПа	0,5	1,1	0,5	1,1	2,2	1,15	1,15	5,5	1,1	1,55
Частота вращения, об/мин	2900	2900	2900	2900	1480	1000	2900	1450	1450	2940
Электродвигатель марка	4А10042	4А132М2	4А112М2	4А160М2	АВ113-4М	А03-35556	4А180 2	4А160М4	4А180М4	4А250 2
Мощность, кВт	5,5	11	75	18,5	250	160	22	18,5	30	75
Габариты, мм Длина Ширина Высота	1400 410 850	1755 447 1020	1535 410 860	1995 517 1025	1200 1350 3470	3750 1165 1425	1867 630 655	1865 685 800	2160 685 800	2030 685 800

Расширители

Для использования тепла непрерывной продувки котлов в котель­ных устанавливаются расширители непрерывной продувки. Продувочная котельная вода поступает вначале в расширитель. В дросселирующих устройствах и в корпусе расширителя давление ее снижается и одно­временно происходит частичное испарение продувочной воды. Образу­ющийся пар отводится из расширителя обычно в деаэраторы, а отсепа-рировакная вода пропускается через теплообменник, где охлаждается водой, используемой в цикле котельной, до температуры 40°С и затем

сбрасывается в канализацию.

Давление в расширителе устанавливается таким, чтобы его было достаточно для продавливания отсепарированной воды через теплооб­менник и спускные трубопроводы, обычно оно составляет 0,2 МПа.

Выбор расширителей производится исходя из количества продувочной воды котлов и объема образующегося пара при расширении проду­вочной воды: 1000 м3 образующегося пара на I м3 полезного объема

расширителя.

Для котлов среднего и низкого давления используют расширитель с наружным диаметром корпуса 630 мм. Полезный объем расширителя равен '0,78 м3. К котлам устанавливают по одному расширителю. Он устанавливается вне здания котельной.

3.2. Выбор вспомогательного оборудования газовоздушного, тракта

Тягодутьевые машины

Каждый котельный агрегат должен иметь свой вентилятор и дымосос, и только при производительности котлов до I МВт/ч допускает­ся установка групповых тягодутьевых машин, состоящих из двух дымососов и двух вентиляторов.

Основными параметрами тягодутьевых машин являются их производительность и создаваемый напор. Создаваемый напор (разрежение) представляет собой перепад полных давлений в выходном и входном патрубках машин. Характеристикой вентиляторов и дымососов считают зависимость между полным давлением Н и производительностью при данной частоте вращения и плотности перемещаемой среды, кото­рые завод-изготовитель обычно задает при температуре для дымососов в 200°С, вентиляторов в 2О°С и атмосферном давлении 760 мм рт.ст. Производительность тягодутьевой машины, м³/ч, составляет для дымососа

(3.16)

где В_р - расчетный расход топлива при номинальной нагрузке, кг/ч, м3/ч;

V_г - полный объем газов перед дымососом (при 0°С и 760 мм рт. ст.), м3Дг; м3/м3;

t_д - температура дымовых газов перед дымососом, °С;

Н_б - барометрическое давление, мм рт.ст.

Расчетный расход топлива находится по формуле:

(3.17)

где D - расчетная паропроизводительность котельной, т/ч;

i_n и i_n.в. - энтальпия свежего пара и энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Производительность дутьевых вентиляторов, м3/ч,

(3.18)

где V⁰ - теоретически необходимое количество воздуха (при °С и 760 мм рт.ст.), м3/кг, мэ/м3';

- коэффициент избытка воздуха;

t_в - температура воздуха на входе в вентилятор, °С.

Сопротивление газовоздушных трактов определяется в соответст­вии с требованиями нормативного метода аэродинамических расчетов котельных установок

Дымососы и дутьевые вентиляторы следует принимать по техни­ческим условиям заводов-изготовителей. При выборе тягодутьевых машин необходимо учесть коэффициенты запаса по давлению и произ­водительности согласно табл. 3.11.

Потребляемая мощность, кВт, при полной нагрузке тягодутьевой машины определяется

(3.19)

где - КПД машины при полном давлении и производительности.

Таблица 3.11

Коэффициенты запаса для дымососов и вентиляторов

Производительность котлов (для паровых котлов по эквивалентной произв.)	Коэффициенты запаса
	По производительности		По давлению
	дымососы	дутьевые вентиляторы	дымососы	дутьевые вентиляторы
До 15	1,05	1,05	1,1	1,1
Более 15	1,0	1,05	1,1	1,1

При составлении указаний по комплектации учтены аэродинами­ческие сопротивления газовых и воздушных трактов, типовые компо­новочные решения паровых котлов, подготовленные проектными инсти­тутами "Латгипропром" и "Сантехпроект". Основные параметры тягодутьевых машин, рекомендуемых для котлов, приведены в табл. 3.12.

Дымовая труба

Принимается одна дымовая труба на все котельные агрегаты. Высота ее определяется в соответствии с едиными санитарными норма­ми по табл. 6.7

Расчет конструктивных характеристик дымовой трубы необходимо вести по методике, изложенной в п. 6.4 .

Газопроводы от дымососа до дымовой трубы выполняются кирпич­ными и прокладываются по железобетонной эстакаде высотой 5-6 м из расчета обеспечения проезда под ней.

Размеры сечений газопроводов определяются по максимальной скорости газов в них 8-10 м/с.

В редких случаях возможна подземная прокладка газопроводов.

Таблица 3.12

Основные параметры тягодутьевых машин

Марка котла	дымососы			дутьевые вентиляторы
	Расчетная производительность, м3/ч	Марка	Мощность, кВт	Расчетная производительность, м3/ч	Марка	Мощность, кВт
Паровые котлы БиКЗ
КЕ-4-14С	10,8	ДН-9	13,0	5,7	ВДН-8	5,7
КЕ-6,514С	16,5	ДН-1,2	16,4	8,6	ВДН-8	5,7
КЕ-10-14С	24,5	ДН-12,5	40,0	12,5	ВДН-9	5,7
КЕ-25-14С	59,0	ДН-15	75,0	34,4	ВДН-12,5	40,0
ДЕ-4-14ГМ	7,0	ВДН-9	5,7	3,6	ВДН-8	5,7
ДЕ-6,5-14ГМ	11,2	ВДН-10	10,7	5,8	ВДН-9	5,7
ДЕ-10-14ГМ	16,3	ДН-11,2	16,4	8,7	ВДН-10	10,7
ДЕ-16-14ГМ	27,1	ДН-10	22,0	14,0	ВДН-11,2	16,4
ДЕ-25-14ГМ	40,4	ДН-12,5	75,0	21,6	ВДН-11,2	55,0
Паровые котлы БелКЗ
ГМ-50-14	79,0	ДН-17	160,0	45,5	ВДН-15	75,0
БКЗ-75-39МА	133,0	ДН-22ГМ	160,0	82,0	ВДН-17	160,0
	143,0	ДН-21ГМ	160,0	81,3	ВДН-17	160,0