Расчет тепловой схемы котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовое проектирование

МДК 01.01 Эксплуатация, расчёт и выбор теплотехнического оборудования и систем топливо- и теплоснабжения

Расчёт тепловой схемы котельной



Содержание

Перечень обозначений к расчету тепловой схемы

Введение

Исходные данные

1. Определение параметров воды и пара

2. Расчет подогревателей сетевой воды (бойлеров)

3. Расчет конденсатного бака

4. Расчет первого приближения

4.1 Расчет расхода утечек

4.2 Расчет редукционно-охладительной установки

4.3 Расчет расширителя - сепаратора непрерывной продувки

4.4 Расчет расхода химически очищенной воды

4.5 Расчет парового подогревателя сырой воды

4.6 Расчет охладителя выпара

4.7 Расчет деаэратора

4.8 Проверка точности расчета первого приближения

5. Расчет второго приближения

5.1 Расчет расхода утечек

5.2 Расчет редукционно-охладительной установки

5.3 Расчет расширителя - сепаратора непрерывной продувки

5.4 Расчет расхода химически очищенной воды

5.5 Расчет парового подогревателя сырой воды

5.6 Расчет охладителя выпара

5.7 Расчет деаэратора

5.8 Окончание расчета второго приближения

Заключение



Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы

котельная пар подогреватель утечка

P1 - давление пара на выходе из котлоагрегата, MПa;

P2 - давление пара после РОУ, МПа;

Pд - давление в атмосферном деаэраторе, МПа;

Pp - давление в расширителе непрерывной продувки (принимаем равным P2), МПа;

t1 - температура пара на выходе из котлоагрегата, °С;

t2 - температура пара после РОУ, °С;

tгор - температура горячей воды на выходе из сетевых подогревателей, °С;

tоб - температура воды в обратной линии теплосети, °С;

tк1, tк2, tк3,…, tкn - температуры конденсата, °С;

tд - температура воды в деаэраторе, °С;

tух1 - температура продуктов горения перед экономайзером, °С;

tух2 - температура продуктов горения за экономайзером, °С;

tудср - среднее значение температуры газа в измерительном сечении, ^оС;

tпв1 - температура питательной воды перед экономайзером, °С;

tпв2 - температура питательной воды на выходе из экономайзера, °С;

?tэ - температурный напор в экономайзере, °С.

?tб - разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наибольшая, °С;

?tм - разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наименьшая, °С.

tкб - температура конденсата на выходе из бойлера, °С;

tсв - температура сырой воды, °С;

tХВО - температура воды перед и после химводоочистки, °С;

tсм - температура смеси на выходе из конденсатного бака, °С;

tхв - температура холодного воздуха, подаваемого в топку, °С (tхв=tХВО);

tкб' - температура конденсата после i-го подогревателя, °С;

ix - энтальпия сухого насыщенного пара на выходе из котлоагрегата, кДж/кг;

h1x - энтальпия влажного пара после выхода из котлоагрегата, кДж/кг;

h1' - энтальпия кипящей воды в котлоагрегате при давлении P1, кДж/кг;

h2'' - энтальпия влажного пара после РОУ при давлении P2,кДж/кг;

hpx - энтальпия влажного пара в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

hp'- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении Pp=P2), кДж/кг;

hпв1 - энтальпия питательной воды перед экономайзером, кДж/кг;

hпв2 - энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера, кДж/кг;

hсв - энтальпия сырой воды, кДж/кг;

hхво - энтальпия воды перед и после химводоочистки, кДж/кг;

hк - средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей, кДж/кг;

hк1, hк2 - энтальпия конденсата от первого, второго технологического потребителя, кДж/кг;

hувл' - энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг;

hпр' - энтальпия продувочной воды (равна энтальпии кипящей воды в барабане, i1', при давлении P1), кДж/кг;

hсв1, iсв2 - начальная и конечная энтальпии нагреваемой воды в подогревателе сырой воды, кДж/кг;

hкб - энтальпия конденсата после подогревателя сетевой воды (бойлера), кДж/кг;

hк.св - энтальпия конденсата на выходе из подогревателя сырой воды, кДж/кг

hд - энтальпия воды в деаэраторе, кДж/кг;

hгор - энтальпия горячей воды на выходе из сетевых подогревателей, кДж/кг;

hоб - энтальпия воды в обратной линии теплосети, кДж/кг;

hпв - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

?h - приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате;

?hп - количество тепла, затраченное в водяном экономайзере на парообразование, кДж/кг;

r1 - теплота парообразования при давлении P1, кДж/кг;

r2 - теплота парообразования при давлении P2, кДж/кг;

x1 - степень сухости пара на выходе из котлоагрегата;

x2 - степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки;

зп - коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду (зп=0,95).

Wб - расход воды через сетевой подогреватель (бойлер), кг/с;

W1 - расход увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кг/с;

W2 - потери конденсата от технологических потребителей, кг/с;

Wпр - расход котловой воды на непрерывную продувку, кг/с;

Wр - расход воды из расширителя непрерывной продувки, кг/с;

WТС - расход воды на подпитку тепловой сети, кг/с;

Wхво - расход воды через химводоочистку, кг/с;

Wсв.хво - расход сырой воды на химводоочистку, кг/с;

W? - суммарный расход деаэрируемой воды, кг/с;

Wд - расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора, кг/с;

Wкб - возврат конденсата после сетевого подогревателя (бойлера), кг/с;

Wк.св - возврата конденсата после подогревателя сырой воды, кг/с;

WПВ - расход воды на питание котельных агрегатов, кг/с;

Wэк - количество воды, проходящей через экономайзер котлоагрегата, кг/с;

Qтехн - расход тепла на технологические нужды, кДж/с;

Qсум - суммарное поступление теплоты, кВт;

QТС - расход теплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети, кВт;

Qгод - годовой расход теплоты, ГДж/год;

Qэ - тепловосприятие экономайзера, кДж/кг;

Qб - расход тепла на подогрев сетевой воды, кДж/с;

Dтехн - расход пара на технологические нужды, кг/с;

Dсв.пар - общий расход свежего пара, кг/с;

D1 - расход острого пара, поступающего в РОУ, кг/с;

Dред - количество редуцированного пара, кг/с;

Dд - расход пара на деаэрацию, кг/с;

Dp - количество пара, выделяющегося в расширителе из продувочной воды, кг/с;

DУТ - потери пара внутри котельной, кг/с;

Dвып - количество выпара из деаэратора, кг/с;

Dб - расход пара в подогревателе сетевой воды (бойлере), кг/с;

DПсв - расход редуцированного пара в подогревателе сырой воды, кг/с;

Dобщ - общий расход свежего пара, кг/с.

Dсум - паропроизводительность котельной, кг/с;

Dк - номинальная паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

Dгод - годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом, кг/с;

dпр - расход котловой воды на непрерывную продувку в процентах от Dсум;

dуm - потери пара в котельной в процентах от Dсум;

dТС - потери воды в тепловой сети в процентах от Wб;

m 1, m 2 - возврат конденсата от потребителя в процентах от Dсум;

w1, w2,w3,…,wn - возврат конденсата от потребителей, кг/с;

qтехн - процент расхода теплоты на технологические нужды, %;

qТС - процент расхода теплоты в тепловой сети, %;

qпот - суммарные потери теплоты, %;

q3 - химическая неполнота сгорания топлива, %;

q4 - механическая неполнота сгорания топлива, %;

q5 - потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду, %;

q6 - физическое тепло шлаков, %;

зсх - полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы), %;

зкабр - коэффициент полезного действия котлоагрегата (брутто), %;

Iво - энтальпия теоретических объемов воздуха, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/кг;

Iп.с.о - энтальпия теоретических объемов продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/кг;

Iх.в0=Vво•(C•t)хв - энтальпия теоретического объема (холодного) воздуха, подаваемого в топку. В курсовом проекте условно температуру холодного воздуха принять равной tхво;

IГ - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

Vво - теоретически необходимый объем воздуха для полного сгорания 1 кг топлива при условии безостаточного использования кислорода, м³/кг;

VRO2 - объем трехатомных газов, м³/кг;

VN2 - объем азота, м³/кг;

VH2Oо - объем водяных паров, м³/кг;

VГо - объем продуктов сгорания, м³/кг;

бт - коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры;

?бэ - величина присосов воздуха в газоходе экономайзера;

бухс - коэффициент избытка воздуха уходящих газов с установкой экономайзера;

бухб - коэффициент избытка воздуха уходящих газов без установки экономайзера;

Bс - расход топлива, подаваемого в топку, кг/с;

Bpс - расход топлива полностью сгоревшего в топке топлива с установкой экономайзера, кг/с;

Bpб - расход топлива полностью сгоревшего в топке топлива без установки экономайзера, кг/с;

Bгод - годовой расход топлива, кг/год;

Нэ - поверхность нагрева экономайзера, м²;

ц - коэффициент сохранения тепла;

Kэ - коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/м²•К;

F - площадь сечения для прохода газов, м²;

n - количество петель в одном змеевике экономайзера;

l - длина одной петли, м;

Z - количество змеевиков, установленных в газоходе, шт.

h - расчетная высота экономайзера, мм;

Z1 - количество труб в горизонтальном ряду, шт;

Z0 - общее количество параллельно включенных труб по воде, шт;

wг - скорость дымовых газов, м/с;

wв - скорость движения воды в трубах экономайзера, м/с;

dвн - внутренний диаметр трубы, мм;

dнар - наружный диаметр трубы, мм;



Введение

Промышленно-отопительные котельные предназначены для производства технологического пара, для производственных нужд и горячей воды для целей теплоснабжения. Восполнение за счет поступающей в схему сырой добавочной воды, внешних потерь конденсата технологического пара и сетевой воды, а также потерь рабочей среды (воды и пара) в самой котельной.

Подготовка, т.е. химочистка сырой воды и деаэрация питательной и подпиточной воды, причем сырая вода перед химочисткой подогревается до температуры 20…30?С для интенсификации химических процессов. Уменьшение потерь теплоты с уходящими из котельной потоками рабочей среды и газов, для чего используются подогреватели: охладитель выпара, водяной подогреватель сырой воды продувочной водой, экономайзер и т.д. Уменьшение потерь рабочей среды из котельной с целью уменьшения объёма водоподготовки, для чего устанавливается расширитель непрерывной продувки, вторичный пар от которого сохраняется в схеме.

Исходные данные

1. Расход пара на производство - 6,15 кг/с;

2. Расход сетевой воды через сетевые подогреватели - 11,55 кг/с;

3. Рабочее давление на выходе из котлоагрегата -1,425 МПа;

4. Давление на выходе из РОУ - 0,114 МПа;

5. Степень сухости на выходе из котлоагрегата - 98% ;

6. Степень сухости на выходе из РОУ - 95%.

1. Определение параметров воды и пара

Для сухого пара и воды в состоянии насыщения при заданном давлении

p₁=1,425 МПа, находим:

Температура насыщения при p₁:

Энтальпия сухого насыщенного пара при p₁:

Энтальпия (кипящей) воды в котлоагрегате:

Теплота парообразования при p₁:

Аналогично для сухого пара и воды в состоянии насыщения при давлении p₂=0,114 МПа, находим:

Температура насыщения p_2:



Энтальпия сухого насыщенного пара при p₂:

Энтальпия воды в сепараторе - расширителя:

Теплота парообразования при давлении p₂:

Энтальпия дважды насыщенного (свежего) пара, выходящего их котлоагрегата (парового котла) во влажном насыщенном состоянии, равна:

Энтальпия вторичного пара во влажном насыщенном состоянии, выходящего из расширителя непрерывной продувки (РНП) равна:

Энтальпия нагретой воды при температуре ниже 100?С с достаточной для практических расчётов точностью может быть определена по формуле

h_воды=T_воды*С_воды,

где С_воды = 4,19 кДж/(кг*С) - удельная теплоёмксоть воды;

T_воды - температура воды или конденсата, ?С.

В дальнейшей способ определения энтальпии воды особо оговариваться не будет. В проекте также условно предполагается, что падения давления рабочей среды (воды и пара) при её движении по трубопроводам не проходит и в схеме имеются линии (магистрали) только двух уровней давлений: p₁ и p₂<p₁.

2. Расчётная схема подогревателей сетевой воды (бойлеров)

Расчётная схема сетевых подогревателей на рисунке 1. Расход сетевой воды через сетевые подогреватели (паровые бойлеры Б) находится из заданного расхода тепла Q_б и уравнения их теплового баланса.

;

Потери сетевой воды 30% от общего расхода сетевой воды.

Сетевая вода в обратном трубопроводе имеет температуру 45°С, поэтому требуемая для подогрева сетевой воды в бойлерах количество теплоты уменьшается на величину.



*(

Т.к в бойлер поступает пар после РОУ в сухом насыщенном состоянии при давлени с энтальпией , то необходимое количество пара на подогрев сетевой воды.

Расход греющего пара:



3. Расчет конденсатного бака

Поступающие потоки:

m₁=30% ;

t_к1=70?С;

m₂=40%;

t_к2=50?С ;

Запишем уравнение массового баланса для конденсатного бака

Энтальпия смеси:



4. Начало первого приближения

1) Расход пара в бойлер 5,0821 кг/с;

2) Расход пара на производство (задан) D_т=6,15 кДж/кг

Очевидно, расход пара из котлоагрегата D_сум (паропроизводительность котла) должна быть больше суммы этих расходов на величину утечек, расхода пара в деаэратор и в ППСВ.

;

4.1 Расчёт расхода утечек

Величина утечек рабочего тела (пара и воды) по всей схеме условно сводится к одному расходу пара, величина которого в данной работе задана d_ут=3,5%.

4.2 Расчёт редукционно-охладительной установки

Назначение редукционно-охладительной установки (РОУ) заключается в снижении параметров пара за счёт дросселирования (мятия) и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распыленном состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара и устройства для понижения температуры (изобарного охлаждения) пара путем впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном, а также системы автоматического регулирования температуры и давления дросселируемого пара. В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипения отводится в конденсационные баки или непосредственно в деаэратор.

Подача охлаждающей воды в РОУ в производственных паровых котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после питательного насоса ПН. Примем в курсовом проекте, что вся вводимая в РОУ охлаждающая вода полностью испаряется, и редуцированный пар на выходе РОУ является сухим насыщенным паром.

Тепловой расчёт РОУ ведется на основе уравнений теплового баланса и массового баланса. Расчётная схема РОУ показана на рисунке 3.

Расход редуцированного пара D_ред с параметрами p₂, t₂, и расход охлаждающей воды W₁ определяем из уравнения теплового баланса РОУ

D₁*h_1к+W₁*=D_ред*

из уравнения материального баланса РОУ

D_редD₁+W₁

Решая совместно эти уравнения получим

Где D₁ -расход поступающего в РОУ дважды насыщенного пара с параметрами p₁, x₁, кг/с;

h_1x - энтальпия влажного дважды насыщенного пара, кДж/кг;

h'₂ - энтальпия охлаждающей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг;

r₂ - теплота парообразования при давлении p₂, кДж/кг.

Расход дважды насыщенного пара, поступающего в РОУ,

Расход охлаждающей воды

Расход редуцированного воды

4.3 Расчёт расширителя-сепаратора непрерывной продувки

Непрерывная продувка барабанных паровых котлов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегата) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегата и т.п. Продувочная вода с высоким солесодержанием удаляется из солевого отсека барабана котла и сбрасывается в бак-барботёр (ББ) и далее отводится из котельной.

Для уменьшения потерь теплоты и конденсата (рабочей среды) с отводимой продувочной водой применяют расширитель-сепаратор непрерывной продувки (РНП), расчетная схема которого показана на рисунке 4. Давление в РНП принимают равным P₂, а вторичный пар в РНП образуется вследствие вскипания части поступающей в него из котла продувочной воды. Поступающая в РНП из барабана котла продувочная вода имеет насыщенное состояние при давлении p₁=1,425 МПа и температуру t₁=195,87?С. После дросселирования на входе продувочная вода в РНП оказывается при давлении p₂=0,114 МПа с температурой насыщения t₂=103,286?С, т.е. в перегретом состоянии, и вследствие этого вскипает. Теплота охлаждения части продувочной воды идет на испарение другой части продувочной воды, причем образуется вторичный пар с малым содержанием солей.

Таким образом, удается сохранить часть рабочей среды и уменьшить затраты на водоподготовку. Кроме того, уменьшается энтальпия и количество сбрасываемой продувочной воды, а значит потери теплоты с ней.

Теплоту удаляемой из РНП продувочной воды экономически целесообразно сохранять в схеме при количестве продувочной воды больше 0,195 кг/с

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному значении. d_пр в процентах от D_сум, в задании d_пр=2,5%.



Количество пара, выделяющееся в РНП из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса

и массового баланса

W_пр=D_р+W_р

Выражая расход вторичного пара D_р получаем

Расход продувочной воды удаляемой из расширителя



4.4 Расчёт расхода химически очищенной воды

Общее количество дополнительной воды, которую необходимо добавлять в схему из блока химводоочистки (ХВО) для восстановления потерь рабочей среды в котельной, равно сумме потерь воды и пара в котельной, у технологических потребителей и в тепловой сети.

Потери от утечек свежего пара внутри котельной

Потери с продувочной водой

Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчёте деаэратора.

Для определения требуемого расхода сырой воды, поступающей в блок химводоочистки, необходимо учесть дополнительное количество воды на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. В курсовом проекте принимаем 1,20.

Получаем необходимый расход сырой воды, равен:

4.5 Расчёт парового подогревателя сырой воды

Расчётная схема парового подогревателя сырой воды (ППСВ) показана на рисунке 5. Уравнение теплового баланса парового водоподогревателя



4.6 Расчёт охладителя выпара

В курсовой работе рассматривается деаэратор без охладителя выпара, т.к. расход выпара сбрасывается в канализацию.

Потоки воды поступающие для деаэрации.

Перечислены потоки воды выступающие для деаэрации.

Расчет конденсата равен расходу пара в ППСВ

Энтальпия

Вода в состоянии насыщения плохо перекачивается насосами, т.к. насосе создается разряжение, приводящее к парообразованию. Чтобы обеспечить устойчивую работу питательных насосов, давление на входе в них искусственно повышают. Для этого деаэратор размещают под потолком котельной, а питательные насосы в приямке, высота между ними (колонкой и насосом) 20/25м.



4.7 Расчет деаэратора

Перечислим потоки воды, поступающие для деаэрации:

1. Конденсат бойлера

2. Конденсат ППСВ

расход конденсата равен расходу пара в ППСВ

=0,157 кг/с:

энтальпия

3. Вода после ХВО

расход

энтальпия =125,7 кДж/кг:

4. Возврат конденсата

расход =4,303 кг/с;

энтальпия

Суммарный расход воды, поступающий на деаэрацию.



Уравнение теплового баланса: сумма входящих в деаэратор потоков теплоты, равна сумме потоков выходящих.

=3231,717+

= 34482,816+3127,204=432,982

=

)/-2247,778

13,882

4.8 Проверка точности расчета первого приближения

Предварительно найдены все расходы рабочего тела по схеме. В начале приближенно определили величину паропроизводительности котла . Уточним по полученным данным: пар расходуется на бойлер, деаэратор, ППСВ, утечки, производство. Незначительное количество пара добавляется за счет испарения охлаждающей воды в РОУ.

+

12,917 - 100%

12,957 - X

X=12,957*100/12,917=99,8%

Расхождение с ранее принятым значением составляет 0,1%, что меньше допустимого. Чтобы доказать процесс интеграции сходящийся, производим второе приближение



5. Расчет второго приближения

Принимаем в качестве исходного для расчета расход пара =и повторяем все расчет

5.1 Расчёт расхода утечек

5.2 Расчет редукционно-охладительной установки

Расход охлаждающей воды

Расход редуцированного воды

5.3 Расчет расширителя-сепаратора непрерывной продувки

Количество пара, выделяющееся в РНП из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

Расход продувочной воды удаляемой из расширителя

5.4 Расчет расхода химически очищенной воды

Получаем необходимый расход сырой воды, равен:

5.5 Расчет парового подогревателя сырой воды

5.6 Расчет охладителя выпара

Энтальпия



5.7 Расчет деаэратора

Суммарный расход воды, поступающий на деаэрацию

Уравнение теплового баланса: сумма входящих в деаэратор потоков теплоты, равна сумме потоков выходящих.

=3231,717+

= 34482,816+3127,204=432,982

=

)/-2247,778

13,882



5.8 Проверка точности расчета второго приближения

+

12,957 - 100%

12,956 - X

X=12,956*100/12,957=99,9%

Вывод: Незначительное расхождение вызванное погрешностью расчётов. Ошибка более 1% недопустимо. На этом расчёт тепловой схемы котельной закончен

Размещено на Allbest.ru

...