Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• 1. Общая характеристика котельной
• 1.1 Анализ объекта проектирования
• 1.1.1 Расположение котельной
• 1.1.2 Источник тепловой энергии
• 1.1.3 Тепловые сети
• 1.1.4 Характеристика тепловой сети
• 2. Расчет тепловой нагрузки котельной
• 2.1 Расход теплоты на отопление
• 2.2 Расход теплоты на вентиляцию
• 2.3 Расход теплоты на ГВС
• 2.4 Расход теплоты на технологические нужды
• 2.5 Определение расчётной тепловой нагрузки
• 2.6 Построение годового графика
• 3. Расчет принципиальной тепловой схемы котельной
• 3.1 Определение параметров воды и пара
• 3.2 Расчёт подогревателей сетевой воды
• 3.3 Расчет редукционно-охлодительной установки
• 3.4 Расчет сепаратора непрерывной продувки
• 3.5 Расчет расхода химически очищенной воды
• 3.6 Расчёт водяного подогревателя сырой воды
• 3.7 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды
• 3.8 Выбор типоразмера и определение количества котлов
• 3.9 Расчёт теоретических действительных объёмов продуктов сгорания
• 3.10 Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания
• 3.11 Тепловой баланс котельного агрегата
• 3.12 Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате
• 3.13 Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной
• 3.14 Расчет водоподготовки
• 4. Автоматизация котельных установок
• 4.1 Подбор оборудования автоматизации для котельной
• 4.2 Система регулирования Logamatic EMS plus
• 4.2.1Структура модульной системы регулирования Logamatic EMS plus
• 4.2.2 Элементы структуры Logamatic EMS plus
• 5. Диспетчеризация котельных установок
• 5.1 Основные составляющие диспетчеризации
• 6. Безопасность жизнедеятельности на производстве
• 7. Технико-экономические показатели котельной
• Заключение
• Литература
• тепловой котельная подогреватель сепаратор

• ВВЕДЕНИЕ
• В настоящее время в России большое количество котельных установок, которые в большинстве своём морально и функционально устарели, что приводит к потерям тепла при производстве пара и подогреве воды. В связи с этим вопросы увеличение технического уровня котельных, в частности, их эффективности и надежности, имеют важное значение.
• В большинстве случаев, котельные установки являются неотъемлемой частью большинства промышленных и общественных сооружений. Главная задача котельных - постоянное обеспечение здания паром и горячей водой с установленными параметрами.
• В данной выпускной квалификационной работе разрабатывается внедрение системы автоматического регулирования в котельную в с.Курья, которая использует в качестве топлива природный газ. В существующей котельной установлен 2 водогрейных котла для отопления и горячего водоснабжения.
• Когда оборудование в котельной находится без постоянного обслуживающего персонала, возникает необходимость удаленного контроля и управления с центрального диспетчерского пункта, во избежание поломок и выхода из строя дорогостоящего оборудования. Также необходимо ведение записей состояния оборудования, отклонение от нормы его данных с возможностью дальнейшего хранения и просмотра данных за любой промежуток времени.
• Всё это поможет уменьшить затраты, контролируя параметры системы, и вовремя выявлять аварии в теплосети.


1. Общая характеристика котельной

1.1Анализ объекта проектирования

1.1.1 Расположение котельной

Для автоматизации и диспетчеризации выбрана котельная в селе Курья Красногорского района Удмуртской республики.

Село Курья - административный центр муниципального образования "Курьинское" Удмуртской Республики.

В состав сельского поселения входит 5 населенных пунктов - деревни Ботаниха, Бухма, Большой Полом, Малые Чуваши и с.Курья.

В настоящее время численность населения сельского поселения составляет 615 чел., в том числе в д. Ботаниха - 103 чел., д. Бухма - 12 чел., д. Малые Чуваши - 0 чел., д. Полом - 14 чел., с.Курья - 486 чел.

Стабильное улучшение качества жизни населения, является главной целью развития Курьинского муниципалитета ,но это невозможно осуществить без постоянно работающей системы отопления. Только внедрение автоматической системы регулирования поможет поддерживать постоянную работу устаревшей котельной.

На территории муниципального образования размещены: Курьинская средняя общеобразовательная школа, 1 учреждения здравоохранения и 1 детское дошкольное учреждение, Проектируемая котельная находится в селе Курья Красногорского района Удмуртской республики..

1.1.2 Источник тепловой энергии

Отопительная котельная, состоит из водогрейного котла.КОЛВИ-250, насосов ВК-2/26 и Кс-125-140 и различного вторичного оборудования.

Топливом для данного котла является газ. Его заданная тепловая мощность составляет 0,291МВт. Данный котёл был введён в эксплуатацию в 2005 году Для котла устанавливается циркуляционный насос. Рециркуляционный насос устанавливают для повышения температуры воды на входе в котел путем подмешивания горячей воды из прямой линии теплосетей.

1.1.3 Тепловые сети

В с.Курья теплоснабжение жилых домов и административных зданий осуществляется централизованным способом.

Котельная обеспечивает тепловой энергией только 2 потребителя:

Потребители:

Здание Курьинской средней общеобразовательной школы;

Здание детский сад;

1.1.4 Характеристика тепловой сети

Тепловая сеть двухтрубная, материал трубопроводов-сталь, преобладающий тип изоляции - стекловолокно, рубероид.

Способ прокладки - подземная

Начало эксплуатации - 1995г.

2Расчет тепловой нагрузки котельной

Котельной установкой называют систему устройств и агрегатов, предназначенных для выработки пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению, котельные различают: отопительные, производственные и отопительно-производственные.

Тепловая нагрузка котельной по характеру распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная, в неё входят только расходы теплоты на отопление зданий и вентиляцию, зависит в основном от климатических условий и имеет постоянный суточный и переменный годовой график нагрузки. Круглогодовая, работает круглый год так как обеспечивает потребителей горячим водоснабжением и водой на технологические нужды, без которых невозможно представить существование современного человека. Круглогодовая нагрузка почти не зависит от температуры наружного воздуха и имеет очень непостоянный суточный и сравнительно ровный годовой график потребления теплоты.

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления.

(2.1)

где Q_от, Q_в, Q_г.в., Q_тсуммарные расходы теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды, Вт; k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение (так как горячее водоснабжение в летний период в большинстве случаев не предусмотрен), определяется по формуле:

(2.2)

2.1 Расход теплоты на отопление

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты, Вт, расходуемой на отопление определяются по их тепловым характеристикам:



(2.3)

где q_от - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м^3оС) (прил. А);

V_н - объем здания по наружному замеру,то есть без подвала м³;

t_В - средняя температура внутреннего воздуха в помещении, °С;

t_НО - расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, °С; обеспеченностью 0,92;

a - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий

a = 0,54 + 22/(t_в - t_н).(2.4)

Расчет представлен на примере детского сада:

a=0,54+22/(20-(-32))=0,963 (2.5)

(2.6)

Расчеты для остальных зданий и сооружений сведены в таблицу 2.2

2.2 Расход теплоты на вентиляцию

Расход теплоты на вентиляцию напрямую зависит от проводимых в помещении технологических процессов и от интенсивности производства.

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты, Вт, расходуемой на отопление и подогрев воздуха в приточной системе вентиляции, можно определить по их удельным тепловым характеристикам:



(2.7)

где q_в - удельная вентиляционная характеристики здания, Вт/(м^3оС) (прил.А);

t_НВ - расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, °С;

V_н - объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м³.

Для хлебозавода:

2.3 Расход теплоты на горячее водоснабжение

Средний суточный расход тепловой энергии на ГВС, кВт/сут, определяем по формуле:

(2.8)

где m - количество жителей, учащихся в учебных заведениях;

g - норма потребления горячей воды на единицу измерения, л/сут·чел;

с - удельная теплоемкость горячей воды, принимаемая 4,19 кДж/кг·°С;

с - плотность горячей воды, принимаем 1 кг/л;

t_гв - температура горячей воды, принимаем 60°С;

t_хв.з - температура холодной воды зимой, принимается равной 5°С:

Для детского сада:

Среднечасовой расход теплоты на ГВС, кДж/час, определим по формуле:



(2.9)

q_г.ср- укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение в Вт на 1 человека с учетом общественных зданий района, принимаемый в зависимости от нормы a₁ расхода воды на горячее водоснабжение:

Таблица 2.1.Среднечасовой расход тепла на горячее теплоснабжение

g, л/сут.чел	85	90	105	115
qг.в, Вт	320	331	378	407

Максимальный поток теплоты, Вт, который расходуется на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

, (2.10)

где k - расчетный коэффициент часовой неравномерности, принимаем 2,0ч2,4 для жилых и общественных зданий.

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, который расходуется на горячее водоснабжение, определяют по формуле:

(2.11)

Для детского сада:

,

где G_v - часовой расход горячей воды, м³/ч;

_в - плотность воды, принимается равным 983 кг/м³;

С_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг^оС);

t_г - расчетная температура горячей воды, равная 60 ^оС;

t_х - расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 5^оС, а летний период 15^оС.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по сравнениюс отопительным периодом намного меньше и определяется по следующим формулам:

для жилых и общественных зданий

(2.12)

для производственных зданий

(2.13)

Для детского сада:

(2.14)

2.4 Расход теплоты на технологические нужды

Предприятия на технологические нужды потребляют количество теплоты с разнообразными параметрами применяемых теплоносителей и режимами теплопотребления. При проектировании тепловой схемы котельной предложено упрощение для удобства расчета в виде заданных параметров сухого насыщенного пара и расхода D_т. Расход теплоты на технологические нужды рассчитываем по формуле:



(2.15)

Результаты расчетов общей тепловой нагрузки потребителей сводят в табл. 2.2

Таблица 2.2 - Суммарные расходы теплоты

Назначение здания	Температура	V здания, м3	Qот, МВт	Qв, МВт	Qг.в, МВт	Qт, МВт	УQ, МВт
	tн	tвн
1. Детский сад	-32	20	1000	0,02203	0,0203	0,0787	25,72	0,12103
2. Школа на 100 мест		16	11000	0,20024	0,0424	0,2626		0,50524
Сумма				Qот= 0,22227	Qв= 0,0627	Qг.в= 0,3413		Q= 0,5263

На чертеже тепловой схемы представлена Q_б= УQ_от+УQ_в+УQ_г._в+ УQ_т по данной нагрузке подбирается мощность бойлерной установки.

Q_б=0,22227+0,0627+0,3413+25,72=26,35 МВт.

2.5 Определение расчетной тепловой нагрузки

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно типа определяютпо формуле:

МВт (2.16)

где k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2

МВт



2.6Построение годового графика тепловой нагрузки

Годовой расход теплоты можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур. По расчётным данным тепловой нагрузки на детский сад и школу строится годовой график тепловой нагрузки:

Годовой график тепловой нагрузки

1 - расход теплоты на отопление производственных зданий; 2 на горячее водоснабжение и технологические нужды; 3 - на вентиляцию общественных зданий; 4 - суммарный график расхода теплоты; 5 - график тепловой нагрузки за отопительный период; 6 - нагрузка летнего периода.



3. РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ОТОПИТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ

Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы.

Р₁ - давление пара на выходе из котлоагрегата, МПа;

Р₂ - давление пара после РОУ, МПа;

t₁^/- температура воды на выходе из сетевых подогревателей, ⁰С;

t₂^/ - температура воды в обратной линии теплосети, ⁰C;

t_К - температура конденсата, возвращаемого с производства, ⁰С;

t_КБ - температура конденсата на выходе из бойлера, ⁰С;

tⁱ_КП - температура конденсата после i-го подогревателя, ⁰С;

t_СВ - температура сырой воды, ⁰С;

t_ХВО - температура воды на входе и выходе из химводоочистки, ⁰С;

t_П1 - температура питательной воды перед экономайзером, ⁰С;

t_П2 - температура питательной воды за экономайзером, ⁰С;

t_СМ- температура смеси на выходе из конденсатного бака, ⁰С;

t_УХ1 - температура продуктов горения перед экономайзером, ⁰С;

t_УХ2 - температура продуктов горения за экономайзером, ⁰С;

t_КВ - температура холодного воздуха, подаваемого в топку (t_КВ=30 ⁰С);

r_i - теплота парообразования при давлении P_i, кДж/кг;

х₁ - степень сухости пара на выходе из котлоагрегата;

х₂ - степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки;

i^/₁ - энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг;

i^/₂ - энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении Р₂) кДж/кг;

i^х₁ - энтальпия влажного пара на входе из котлоагрегата, кДж/кг;

i^х₂ - энтальпия влажного пара на входе из расширителя непрерывной продувки, кДж/кг;

i^//₁ - энтальпия сухого насыщенного пара при давлении Р₁, кДж/кг;

i_ПВ1 - энтальпия питательной воды перед экономайзером, кДж/кг;

i_пв1=i^/₂;

i_пв2 - энтальпия питательной воды после экономайзера, кДж/кг;

i^//₂ - энтальпия сухого насыщенного пара при давлении Р₂, кДж/кг;

i_св - энтальпия сырой воды, кДж/кг;

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

D_сум- паропроизводительность котельной, кг/с;

D_к - паропроизводительность одного котлоагрегата, кг/с;

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

D_б - расход пара в подогревателе сетевой воды (бойлер), кг/с;

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

D_д - расход пара на деаэрацию, кг/с;

D_cв - расход пара на подогрев сырой воды перед химводоочисткой, кг/с;

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

D_ред- количество редуцированного пара, кг/с;

D_вып- количество выпара из деаэратора, кг/с;

D_ут - потери пара внутри котельной, кг/с;

d_ут - потери пара внутри котельной в процентах от D_cvм;

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

d_пр- расход котловой воды на продувку в процентах отD_cvм;

W_ki- возврат конденсата от потребителя, кг/с;

m_i - возврат конденсата от потребителя в процентах от D_cvм;

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

W_n0- расход питательной воды, поступающей в котлоагрегат;

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

W_тс - потери воды в теплосети, кг/с;

d_тс- потери воды в теплосети в процентах от W_б;

W_хво- расход воды через химводоочистку, кг/с;

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

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

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

Q_т- расход тепла на технологические нужды, кДж/с.

Пар для технологических нужд производства имеет параметры :

1. Р₁=1,29 МПа; х₁=0,98; D_Т =10,06 кг/с.

2. Температура сырой воды t_св=5⁰С.

3. Давление пара после РОУ Р₂=0,115 МПа.

4. Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х₂=0,95.

5. Потери пара в котельной в процентах от D_cvмd_YT=3,7%.

6. Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от D_cvмd_пр=3,0%.

7.Расход тепла на подогрев сетевой воды Q_б=26350 кДж/с.

8.Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t^/₁=95⁰C.

9.Температура в обратной линии теплосети t^/₂=42⁰C.

10.Температура воды перед и после ХВО t_хво=30⁰С.

11.Температура конденсата на выходе из бойлера t_кб=81⁰С.

12. Возврат конденсата от потребителя производится потоком с температурой t_к=75⁰С и в количестве m=70%D_Т.

13. Потери воды в тепловой сети d_ТС=4,1%.

15. Температура воды, сбрасываемой в барботер t_р=75⁰С.

16. Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t¹_кп=85⁰С.

3.1Определение параметров воды и пара

При давлении Р₁=1,29 МПа в состоянии насыщения имеем t₁=191,5 ⁰С, i^//₁=2787 кДж/кг, i^/₁=812 кДж/кг, r₁=1975 кДж/кг.

При давлении Р₂=0,115 МПа в состоянии насыщения имеем t₂=104 ⁰С, i^//₂=2682 кДж/кг, i^/₂=436 кДж/кг, r₂=2247 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

i^х₁=i^//₁ -(1-х₁)•r₁ =2787-(1-0,98)1975=2747,5 кДж/кг.(3.1)

Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

i^х₂=i^//₂ -(1-х₂)•r₂ =2682-(1-0,95)2247=2569,7 кДж/кг.(3.2)

Энтальпия воды при температуре ниже 100 ⁰С может быть точно определена без использования таблиц по формуле:

i_в=С_в*t_в,(3.3)

где С_в=4,19 кДж/кг*град. Можно воспользоваться табличными данными (таблица 3.3) для определения значения энтальпии воды i^/.

Общие замечания о расчете водоподогревательных установок.

Для водоподогревателя:

(3.4)

Для паровых водоподогревателей:

(3.5)

где W₁ и W₂ - расходы воды (греющей и подогреваемой), кг/с;

- начальные и конечные температуры воды, 0С;

D₁ - расход греющего пара, кг/с;

i₁ - энтальпия пара, кДж/кг;

i_k - энтальпия конденсата, кДж/кг;

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

3.2 Расчёт подогревателей сетевой воды.

Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:

. (3.6)

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от W_б:

Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i^/₂=436 кДж/кг в количестве W_ТС. Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

(3.7)

где - соответствует температуре ;

кДж/кг.

Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:



(3.8)

Откуда:

Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды.

Расход тепла на технологические нужды составит:

, (3.9)

где i_ко - средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей: i_ко=21 кДж/кг.

В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей i_ко=i_св.

кДж/с

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

кДж/с. (3.10)

Расход пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит: 

(3.11)

Ориентировочное определение общего расхода свежего пара.

Суммарный расход острого пара D_г на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3-11% от D_c.

Примем D_г=0,03•D₀=0,03•22,72 =0,682 кг/с. (3.12)

Общий расход свежего пара:

3.3 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)

Назначение РОУ - снижение параметров пара за счёт дросселирования

и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распылённом состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путём впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипения отводится в конденсационные баки или непосредственно в деаэратор.

Расход редукционного пара D_ред с параметрами Р₂, t₂, i^//₂ и расхода увлажняющей воды W₁ определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

(3.13)



из уравнения материального баланса РОУ:

(3.14)

Решая совместно уравнения (3.13) и (3.14), получим:

, (3.15)

где D₁ - расход острого пара, кг/с, с параметрами Р₁, х₁;

- энтальпия влажного пара, кДж/кг;

- энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

Определяем расход увлажняющей воды:

кг/с.(3.16)

кг/с

3.4 Расчёт сепаратора непрерывной продувки

Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения содержания солей вкотловой воды и получения пара высокой чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.

Для уменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы - расширители. Давление в расширителе непрерывной продувки принимается равным Р₂. Пар из расширителей непрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.

Тепло продувочной воды экономически эффективно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с. Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода из сепаратора подаётся в охладитель или барботер, где охлаждается до 40-50 ⁰С, а затем сбрасывается в канализацию.

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению d_пр в процентах от D_cyм.

кг/с3.17)

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

, (3.18)

и массового баланса сепаратора:

(3.19)

Имеем:



кг/с.

Расход воды из расширителя:

кг/с.

3.5 Расчёт расхода химически очищенной воды

Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, равняется сумме потерь воды и пара в котельной, на производстве и в тепловой сети.

1. Потери конденсата от технологических потребителей:

кг/с.

2. В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей W₂=D_Т.

3. Потери продувочной воды W_р=0,583 кг/с.

4. Потери пара внутри котельной заданы в процента от D_cyм.

кг/с (3.20)

6. Потери воды в теплосети W_ТС=4,86 кг/с.

7. Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчёте деаэратора. Предварительно примем D_вып=0,05 кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:

(3.21)



Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициентаК=1,10ч1,25. в данной случаи следует принимать К=1,20.

ИмеемW_св=К•W_хво=1,20•16,418=19,7 кг/с. (3.22)

3.6 Расчет водяного подогревателя сырой воды

Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:

(3.23)

отсюда энтальпия воды на выходе из подогревателя:

кДж/кг(3.24)

Температура сырой воды на выходе из подогревателя t_св1=5,8 ⁰C

3.7 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды

Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:

(3.25)

Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:



Неизвестными при расчёте являются расход деаэрированной воды W_д и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов

кг/с

(3.26)

(3.27)

Подставляем полученное значение в уравнение (3.15) и решаем его относительно W_д:

(W_д-12,286)•2682+26,867*125,75+0,899*355,95+11,27*339,15+0,117*2569,7==W_д•436+0,05•2682;

W_д=13,84 кг/с;

D_д=W_д-18,81=13,84-12,286=1,554 кг/с.

Проверка точности расчёта первого приближения. Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение D_д:

D_д= D_ред- D_б- D_св=20,186-17,59-1,071=1,525 кг/с

При расчёте деаэратора получено D_д=1,554 кг/с. Ошибка не велика. Допустимое расхождение 3%.



3.8 Выбор типоразмера и определение количества котлоагрегатов

Отопительно-производственные котельные в зависимости от типа установленных в них котлов подразделяются на: водогрейные, паровые и комбинированные.

Определение паропроизводительности котельной производится для максимально-зимнего режима.

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке для зимнего периода:

где Q_уст - суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, кВт.

Определение паропроизводительности котельной для максимально-зимнего режима:

(3.28)

где i₁^х, кДж/кг, энтальпия пара при давлении P₁, на технологические нужны предприятия; t_к - температура конденсата, возвращаемого в котельную, °С; k_с.н. - доля расхода теплоты на собственные нужды котельной; k_т.с. - коэффициент, характеризующий потери в тепловых сетях.

Число котлов в котельной

Характеристика	КОЛВИ-250
	газ
Количество теплообменников	1
Давление пара, МПа	0,5
КПД котельного агрегата, %	92
Мощность	291 кВт
Объём воды вкотле	350
Расход топлива	32,8м3/ч
Способ установки	напольный
Гидравлическое сопротивление	2,2кПа
Поверхность теплообмена	8,9 м2
Масса в объеме заводской поставки, т	581 кг

где Q_к - тепловая мощность одного котла, Вт.

Паровые котлы допускается выбирать по паропроизводительности. Паропроизводительность D, кг/ч, находят по формуле:

(3.29)

где i_п - энтальпия пара, соответствующая его рабочему давлению и температуре, кДж/кг;

i_п.в- энтальпия питательной воды (при температуре t_п = 55...65 ^оС), кДж/кг.

3.9 Расчет теоретических и действительныхобъемов продуктов сгорания

Элементарный состав топлива

Газопровод	Объемныйсоставгаза,%	Теплота Сгорания Qс МДж/м3
	СH4	С2H6	С3H8	CС4H10	С5H12 и более тяжёлые металлы	N2	CO2	H2S
Бухара-Урал	993,8	,2,0	00,8	00,3	00,1	22,6	00,4	--	336,72

Низшая теплота сгорания рабочей массы жидкого топлива рассчитывается по формуле Д. И. Менделеева.

Q_н^р=36,72

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обуславливается тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в ограждении котельной установки происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. При тепловом расчёте котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным таблица 3.1

Таблица 3.1

Топочные камеры и газоходы	Присос воздуха
Топочные камеры слоевых механических и полумеханических топок	0,1
Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева	0,05
Второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева	0,1
Чугунный водяной экономайзер	0,1

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры рассчитывается по формуле:

(3.30)

где - номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;

- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 3.2

Коэффициент избытка воздуха за топкой	1.1
Коэффициент избытка воздуха за 1 - м котельным пучком
Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем
Коэффициент избытка воздуха за 2 - м котельным пучком
Коэффициент избытка воздуха за экономайзером
Коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем

3.10 Расчёт объемов воздуха и продуктов сгорания

1.Определяем теоретический объем воздуха, необходимый для полного горения

(3.31)

2. Определяем теоретический объем продуктов сгорания

где -влагосодержание газообразного топлива

3.11 Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:



где Q^p_p - располагаемое тепло, кДж/кг;

Q₁ - теплота, полезно воспринимаемая в котлоагрегате поверхностями нагрева, кДж/кг;

- потери тепла соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механического недожога, в окружающую среду, с физическим теплом шлаков, кДж/кг.

Удельная теплоемкость 1 м³ воздуха в интервале температур 0 - 100 °C составляет С_хв = 1,3 кДж/м³•°С.

Используемое топливо имеет низшую расчетную теплоту сгорания Q_н^р=36,72 МДж/кг. Принимаем Q_p^p=Q_н^р.

потери от химической неполноты сгорания q₃=0,5 %,

потери от механической неполноты сгорания q₄=0%.

Температура холодного воздуха t_хв=30 °С.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива:

(3.32)

Составление теплового баланса производим отдельно для двух вариантов конструкции. С экономайзером:

Потери теплоты с уходящими газами

(3.33)

(3.34)



Для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегатаКОЛВИ-250 имеем: q^c₅ =1,3 %

Из расчета тепловой схемы имеем:

D_ка=7,8 кг/с; i₁^x=2747,6 кДж/кг; i'₂=435 кДж/кг; i'₁=815 кДж/кг; d_пр=3,0 %.

Расход топлива, подаваемого в топку:

(3.35)

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Без экономайзера:

Потери теплоты с уходящими газами

(3.36)

q₅^б=0,5 %



Расход топлива, подаваемого в топку в данномслучаи, изменится только за счет изменения з^брБ_КА, поэтому

(3.37)

Расчетный расход топлива

3.12 Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате

Для сравнения экономичности котлоагрегатов различной компоновки необходимо определить расход топлива которое потребляетодин котёл за год при номинальной нагрузке. Учитывая, что график расхода теплоты (пара) для упрощения не задан, можно принять:

D_год=D_ка·6600·3600=1,85·10⁸ кг/год

где D_год - годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом; 6600 - условное число часов работы в течение года одного котельного агрегата при номинальной нагрузке.

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате

(3.38)

Годовой расход теплоты:



(3.39)

Годовой расход топлива для двух вариантов:

(3.40)

(3.41)

3.13 Расчет и подбор вспомогательного оборудования котельной

К вспомогательному оборудованию относят конденсатные и питательные баки, конденсатные и питательные насосы, оборудование водоподготовки. Они обеспечивают бесперебойное снабжение котельных агрегатов водой.

Для паровых котлов низкого давления применяются питательные баки, одновременно выполняющие и функции конденсатных баков. В них поступает конденсат, возвращаемый от потребителей, и питательная вода, восполняющая потери.

Вместимость питательных баков, м³, из расчета часового запаса воды определяют по формуле

(3.42)

где M_п.в. - расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/с.

Принимают из выражения:

. (3.43)



Напор, кПа, создаваемый питательным насосом, ориентировочно может быть подсчитан по формуле

где P_к- избыточное давление в котле, кПа, (P_к=P₁).

Вместимость конденсатных баков, м³, подсчитывают по формуле

где p - доля возвращаемого конденсата (принимают p = 0,7).

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях в отопительно-производственной котельной устанавливают два сетевых насоса с электроприводом (один резервный). Подача сетевого насоса, м³/ч, равна часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали G_п, рассчитанному по выражению

, (3.44)

где Q_б - расчетная тепловая нагрузка, покрываемая теплоносителем водой, кВт; t^/₁ и t^/₂ - расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды, ^оС; _о - плотность обратной воды _о = 996,9 кг/м³.

Напор, развиваемый сетевым насосом, ориентировочно принимают P_с.н = 200ч400 кПа.

Подпиточные насосы компенсируют разбор воды из открытых тепловых сетей на горячее водоснабжение и технологические нужды, а также компенсирует утечки воды. Подачу подпиточного насоса, м³/ч, принимают равнымG_пп. Напор, развиваемый подпиточными насосами - P_пп = 200ч600 кПа. Потери восполняются подпиткой тепловой сети G_пп, м³/ч, деаэрированной водой в количестве



. (3.73)

Расход воды в обратной магистрали, м³/ч

(3.45)

В моей схеме имеются подпиточный, циркуляционныйи сетевой насосы.

Из расчетов расхода подпиточной воды выбираем насосы:

Марка насоса	Подача, м3/ч	Напор, МПа	Частота вращения, об/ мин	Мощность электродвигателя, кВт
Вихревые насосы
ВК-2/26	2,7-8,0	0,59-0,20	1450	2,2-5,5

Из расчетов расхода питательной воды выбираем насосы:

Марка насоса	Подача, м3/ч	Напор, МПа	Частота вращения, об/ мин	Мощность электродвигателя, кВт
Центробежные насосы
Кс-125-140	125	1,37	1500	100

Из расчетов расхода сетевой воды выбираем насосы:

Марка насоса	Подача, м3/ч	Напор, МПа	Частота вращения, об/ мин	Мощность электродвигателя, кВт
Центробежные насосы
СЭ-160-70	160	0,39	3000	37

Мощность, кВт, потребляемая центробежным насосом с электроприводом, определяется по формуле



где G - подача насоса, (потери подпиточной тепловой сети G_пп) м³/ч; P_н - напор, создаваемый насосом, кПа; _н - КПД насоса(0,95-0,98).

Электродвигатель для насосов берем типа АИР100S4УЗ.

3.14 Расчёт водоподготовки

Объем катионита, м³, требующийся для фильтров, находят по формуле

(3.46)

где G_vp - расчетный расход исходной воды, м³/ч; - период между регенерациями катионита (принимают равным 8...24 ч); H_о - общая жесткость исходной воды, гэкв/м³; E - обменная способность катионита, гэкв/м³, (для сульфоугляE = 280...350 гэкв/м³).

Расчетный расход исходной воды

(3.47)

где 4,5 - расход воды на регенерацию 1 м³ катионита, м³; G_vи- расход исходной воды, 69,552 м³/ч.

Расчетная площадь поперечного сечения фильтра

(3.48)



где h - высота загрузки катионита в фильтре, равная 2...3 м; n - число рабочих фильтров (1...3).

Таблица 3.3 - Расчетные показатели катионитовых фильтров и солерастворителей

Катионитовые фильтры
Диаметр, мм	Высота слоя катионита, м	Площадь поперечного сечения, м2
2000	2,5	3,1

Определяют фактический межрегенерационный период , ч, и число регенераций каждого фильтра в сутки n_р

(3.49)

где F - площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м²; 1,5 - продолжительность процесса регенерации, ч.

Число регенераций в сутки по всем фильтрам

Для регенерации натрий-катионовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6...8%). Расход соли, кг, на одну регенерацию фильтра определяют по формуле

(3.50)

где a - удельный расход поваренной соли, равный 200 г/(гэкв).

Суточный расход соли по всем фильтрам

(3.51)

Определяют объем соли, м³, на одну регенерацию

.

Тогда при высоте загрузки соли h = 0,6 м диаметр солерастворителя, м

(3.52)

Исходя из расчетов выбираем солерастворитель:

Солерастворители
Диаметр, мм	Высота слоя кварца, м	Полезный объем для соли, м3
1000	0,5	0,9

Выбираем деаэратор, исходя из расчетных данных: выбираем деаэратор ДСА-10.

3.15 Компоновка котельной

Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и различного оборудования в помещении котельной. Выбираю котельную закрытой, т.к. расчётная наружная температура для отопления t_н<-29⁰С. Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай реконструкции котельной. В котельной предусматриваю два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, которые открываются наружу. Расстояние от котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, так как это не безопасно в плане пожароопасности, при механизированных топках не менее 2 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.

Для компоновки котельной выбираем следующие агрегаты:

Котлы Е-2,5-1,4ГМ с паропроизводительностью 2,5т/ч в количестве 1 шт.

Для котла устанавливаем деаэраторы: ДСА-10.

Подпиточные насосы ВК-2/26, подача 2,7-8,0 м³/ч, напор 0,59-0,20 Мпа, частота вращения 1450 об/мин, мощность э/д 2,2-5,5 кВт, один основной и один резервный.

Сетевой насос СЭ-160-70 с производительностью 160 м³/ч и напором 0,39 МПа, основной и резервный.

Питательный насос Кс-125-140 с производительностью 125 м³/ч и напором 1,37 МПа, основной и резервный.



4. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Управление рабочим процессом котельных установок, нормальная и постоянная их работа обеспечиваются измерительными приборами, аппаратурой и средствами автоматического регулирования.

Надобность в различных вспомогательных устройствах и их компонентах зависит от назначения котельной установки, вида топлива и способа сжигания топлива. Основные параметрами котлов:

- паропроизводительность;

- давление и температура питательной воды;

- КПД.

Используемая система автоматического регулирования должна отвечать характеру работы технологического оборудования котельных. Благодаря автоматическому регулированию в котельной решаются следующие задачи; защита оборудования котельной от повреждений из-за сбоев в работе; блокировка процесса, помогающая автоматически включить и выключить оборудования с определенной последовательностью.

Регулирование процессов горения следует учитывать для котлов с камерными топками для сжигания газообразного топлива.

Автоматическое регулирование котельных ,которые работают без постоянного обслуживающего персонала должно предусматривать автоматическую работу основного оборудования котельной.

4.1 Подбор оборудования автоматизаций для данной котельной

Руководствуясь тем , что в данной котельной основной рабочей установкой являются два газовый котла , осуществляем подбор автоматики исходя из технических качеств. Останавливаем выбор на системе регулирования "LogamaticEMSplus".



4.2 СистемарегулированияLogamaticEMSplus

Система регулирования Logamatic EMS plus предназначена для отопительных установок, работающих в малом и среднем диапазонах мощности. Основной задачей этой системы регулирования является рациональное использование тепловой энергии , что актуально в наше время ,так как ресурсы планеты в большинстве своём не возобновляемы и в ближайшем будущем, тепловую энергию будет просто нечем вырабатывать. Главной целью этой системы является применение одинаковых компонентов регулирования для всех типов теплогенераторов, единое управление, а также интегрирование цифровых автоматов горения теплогенераторов в общую систему управления. Компоненты системы регулирования Logamatic EMS автоматически контролируют все процессы в котельной, и выводят на экран компьютера все неисправности которые замечены в системе отопления.

4.2.1СтруктурамодульнойсистемырегулированияLogamaticEMS

o Присоединительный модуль для расширения EMS-BUS

o Базовый контроллер котлов

o Модуль управления сторонней горелкой

o Модуль дроссельной заслонки

o Модуль сигнализации о неисправностях

o Модуль отопительного контура

o Модуль отопительного контура или ГВС

o Модуль управления насосом

o Регулятор температуры в помещении для EMS-котла

o Блок управления для EMS-котла для приготовления горячей воды

o Переключающий модуль

o Модуль управления вторым газовым клапаном



Функциональная структурная схема подсистемы автоматизации контура регулирования температуры котельной установки.



Алгоритм работы регулирования котельной

Схема алгоритма регулирования воздухоподачи



Рассмотрим как она работает:

После пуска системы следует установка начальной величины задания потребления воздуха F_З и задания выдержки времени t. Затем проверяется условие А=1 - наличие блокировки (технологической либо аварийной), и условие В=1 - наличие команды на пуск дутьевого вентилятора.. При этом проверяется условие F=F_З. В случае соответствия условия проверяется условие С=1 - наличие сигнала аварийного либо технологического останова. При его отсутствии измерительный цикл повторяется. При появлении предупреждающего сигнала на щите управления оператора он выдаёт сигнал для выключения дутьевого вентилятора и его полной остановке.

При несоответствии F=F_З, в зависимости от полученного неравенства (F>F_З, F<F_З), обеспечивается соответственно уменьшение или увеличение подачи воздуха на 1 шаг с помощью исполнительного механизма. Затем проверяется условие t=1 - проверка достижения выдержки времени на выполнение регулирующих действий и цикл повторяется.



Алгоритм работы подсистемы регулированиятопливоподачи

Разберём ёё принцип работы:

После пуска системы следует установка начальной величины задания температуры Т_З и задания выдержки времени t₁ и t₂. Затем проверяется условие А=1 - наличие блокировки (технологической либо аварийной), и условие В=1 - наличие команды на пуск питателя топливоподачи.. Затем проверяется условие t₁=1 - выдержка времени на установку начальных показаний температуры. После проверки выдержки времени происходит переход к технологическому режиму измерения температуры.

При этом проверяется условие Т=Т_З. В случае соответствия условия проверяется условие С=1 - наличие сигнала аварийного либо технологического останова. Если же аварийного сигнала нет,то измерительный цикл повторяется. При появлении сигнала на щите управления оператора ,он выдаёт сигнал о выключении питателя и его остановке.

При несоответствии Т=Т_З, в зависимости от полученного неравенства (Т>Т_З, Т<Т_З), обеспечивается соответственно уменьшение либо увеличение подачи топлива на 1 шаг с помощью исполнительного механизма. Затем проверяется условие t₂=1 - проверка достижения выдержки времени на установку показаний температуры после переходных процессов и цикл повторяется.

4.2.2Элементы структуры LogamaticEMSplus

1.Регулятор температуры в помещении для EMS-котлаRC100

Пульт управления BuderusLogamatic RC100 обеспечивает наиболее комфортный и экономичный режим работы котла с EMS.. Основная функция RC100 - управление температурой на расстоянии в помещении и программирование таймера.

Комнатный регулятор оснащен большим ЖК-дисплеем, на который выводятся данные о температуре внутри помещения в реальном времени, настроек на сервисном уровне и сообщений о неисправностях. Помогает вовремя увидеть неисправность и устранить её в кратчайшие сроки.

Технические характеристики:

· Диапазон регулирования: 5-30°С.

· Основные функции: плавное регулирование комнатной температуры.

· Размеры (ВхШхД): 80х80х23мм.

· Класс защиты: III.

· Разъем шины: EMS plus.

Преиму...