Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра Т Г С В

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему "Теплогенерирующие установки. Расчет котельной с котлами ДЕ 10-14 м"

Выполнил: студент гр.310412 ФЭС

Куновская Т.В.

Минск, 2006

Содержание

Введение

1. Описание котла и состав топлива

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

3. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

4. Тепловой баланс котла

5. Тепловой расчет экономайзера

6. Аэродинамический расчёт котельной установки

7. Расчет и выбор тягодутьевых устройств

8. Расчет химической водоочистки

9. Расчет тепловой схемы котельной

10. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

11. Стоимость производства тепла

12. Литература

Введение

В данном курсовом проекте производится выбор типа теплогенерирующей установки и типа котла применительно к заданному виду топлива. Производится расчет материального баланса процесса горения и теплового баланса теплогенератора. производим расчет водяного экономайзера. Производится расчет воздушного тракта, Расчёт тепловой схемы котельной, технико-экономические показатели котельной.

1. Описание котла и состав топлива

Вид топлива	Состав, %	Низшая теплота сгорания,
	Wp	Ap	Sp	Cp	Hp	Np	Op
Мазут сернистый	3,0	0,1	1,4	83,80	11,2	0,5	-	39730

Вид топлива и его основные характеристики

Принципиальное устройство котла.

Паровые котлы Е (ДЕ) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котлы двухбарабанные верткально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме "Д", характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран. Во всех типоразмерах котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов диаметр 1000 мм. Длина цилиндрической части барабанов увеличивается с повышением паропроизводительности котлов от 2250 мм.

Барабаны изготавливаются из стали 16ГС ГОСТ 5520--79 и имеют толщин стенки 13 мм для котлов с рабочим абсолютным давлением соответственно 1,4 МПа. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы. Конвективный пучок образован коридорно-расположенными вертикальными трубами диаметром 51х2,5 мм, присоединяемыми к верхнему и нижнему барабанам. Длина конвективного пучка -- по всей длине цилиндрической части барабанов. Ширина конвективного пучка составляет 1000 мм. Шаг труб конвективного пучка вдоль барабанов 90 мм, поперечный - 110 мм (кроме среднего, расположенного по оси барабанов шага, равного 120 мм). Трубы наружного ряда конвективного пучка устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.

Конвективный пучок от топочной камеры отделён газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок.

Трубы газоплотной перегородки, правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, и трубы экранирования фронтовой стенки, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Средняя высота топочной камеры составляет 2400 мм, ширина - 1790 мм. Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов от 1930 мм. Трубы правого топочного экрана диаметром 51х2,5 мм устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.

Экранирование фронтовой стенки выполняется из труб диаметром 51х2,5 мм. Газоплотная перегородка выполняется из труб диаметром 51х4 мм, установленных с шагом 55 мм. На вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий. Вертикальная часть перегородки уплотняется вваренными между трубами металлическими проставками. Участки разводки труб на входе в барабаны уплотняются приваренными к трубам металлическими пластинами и шамотобетоном.

Основная часть труб конвективного пучка и правого топочного экрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются к барабанам вальцовкой. Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка, которые устанавливаются в отверстиях, расположенных в сварных швах привариваются к барабанам электросваркой.

На всех котлах для защиты от теплового излучения со стороны топки, рециркуляционных труб и коллекторов заднего экрана, и конце топочной камеры устанавливаю две трубы диаметром 51х2,5, присоединяемые к барабанам вальцовкой.

В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и направляющие щиты, а в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды. В качестве первичных сепарационных устройств используются установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийный сепаратор.

Отбойные щиты, направляющие козырьки, жалюзийные сепараторы и дырчатые листы выполняются съёмными, для возможности полного контроля и ремонта вальцовочных соединений труб с барабаном.

Выход дымовых газов из котла осуществляется через окно, расположенное на задней стенке котла. Котлы оборудованы стационарными обдувочными аппаратами для очистки наружной поверхности труб конвективного пучка от отложений. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимо вращать при проведении обдувки. Наружная часть аппарата крепится к обшивке левой конвективной стенки котла, а конец обдувочной трубы поддерживается при помощи втулки, приваренной к трубе пучка. Вращение обдувочной трубы производится вручную при помощи маховика и цепи. Для обдувки котлов используется насыщенный или перегретый пар работающих котлов при давлении не менее 7 Для удаления отложений из конвективного пучка устанавливаются лючки на левой стенке котла. У всех котлов на фронте топочной камеры имеется лаз в топку, расположенный ниже горелочного устройства, и три лючка-гляделки -- два на правой боковой, и один на задней стенках топочной камеры.

Котлы изготавливаются на заводе в виде единого поставочного блока, смонтированного на опорной раме и состоящего из верхнего и нижнего барабанов, трубной системы, пароперегревателя (для котлов с перегревом пара) и каркаса. Для изоляции предусмотрены асбестовермикулитовые плиты или равноценные им по теплофизическим характеристикам. Обмуровка фронтовой стенки выполняется из огнеупорного шамотного кирпича класса А или Б, диатомового кирпича, изоляционных плит: обмуровка задней стенки -- из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционных плит.

Для уменьшения присосов снаружи изоляция покрывается металлической листовой обшивкой толщиной 2 мм, которая приваривается к обвязочному каркасу. Опорная рама воспринимает нагрузку от элементов котла, работающих под давлением, котловой воды, а также обвязочного каркаса, натрубной изоляции и обшивки.

Для сжигания топочного мазута и природного газа на котле устанавливаются газомазутные горелки ГМ. Основными узлами горелки типа ГМ являются газовая часть, лопаточный аппарат для завихрения воздуха, форсуночный узел с основной и резервной паромеханическими форсунками и захлопками для закрывания форсуночного клапана при снятии форсунки.

Каждый котел комплектуется двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным.

На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть контрольным. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном является клапан выходного коллектора пароперегревателя.

На котлах предусматриваются два водоуказательных прибора прямого действия, которые присоединяются к трубам, идущим из парового и водяного объемов верхнего барабана.

Котлы комплектуются необходимым количеством манометров, дренажной и сливной арматурой. Арматура и контрольно-измерительные приборы устанавливаются согласно схеме арматуры, приведенной в чертежах общего вида котлов.

2. Расчет объемов продуктов сгорания

Из таблицы характеристик топлив выбираем расчетные характеристики мазута сернистого:

Определяем теоретический объем воздуха V⁰, м³/кг, необходимого для полного сгорания топлива

V⁰ = 0,0889 (C^P + 0,375 S_К) + 0,265 H^Р - 0,0333 О^Р. (1)

V⁰ = 0,0889 (83,80 + 0,375* 1,4) + 0,265*11,2 - 0,0333*0,5 = 10,45.

Определяем теоретический объем азота V⁰_N2, м³/кг, в продуктах сгорания при сжигании мазута

V⁰_N2=0,79V⁰. (2)

V⁰_N2=0,79*10,45=8,25.

Определяем объём трехатомных газов V_RO2, м³/кг, в продуктах сгорания при сжигании мазута

V_RO2 = 1,866 (C^P + 0,375 S_К)/100. (3)

V_RO2 = 1,866 (83,8 + 0,375*1,4)/100 = 1,57.

Определяем теоретический объём водяных паров V⁰_H2O, м³/кг, в продуктах

V⁰_Н2О = 0,111 H^Р + 0,0124W^Р + 0,0161 V⁰. (4)

V⁰_Н2О = 0,111*11,2 + 0,0124*3 + 0,0161*10,45 = 1,45.

Расчетное значение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки ^?'_T принимаем по таблице 3.2 [2]

^?'_T =1,1.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением соответствующих присосов воздуха

? = ?+ , (5)

где ^? и ^? - коэффициент избытка воздуха перед и после газохода; - присос воздуха в поверхность нагрева.

Для котла ДЕ - 10/14 присос воздуха составляет:

- в топку - = 0,05 (=1,1);

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева - = 0,05 (=1,15);

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева - = 0,1 (=1,25);

- водяной экономайзер (чугунный с обшивкой) - = 0,1 (=1,35).

Определяем средний коэффициент избытка воздуха _ср, для каждой поверхности нагрева

_ср=(?+?)/2, (6)

- топка

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева

- водяной экономайзер

Определяем избыточное количество воздуха V^в_изб, м³/кг, для каждого газохода

V^в_изб = V⁰ (_ср -1). (7)

- топка м³/кг

- первый котельный пучок м³/кг

- второй котельный пучок м³/кг

- водяной экономайзер м³/кг

Определяем действительный объём водяных паров V_H2O, м³/кг

V_H2O=V⁰_H2O + 0,0161 (_ср-1) V⁰. (8)

- топка м³/кг

- первый котельный пучок м³/кг

- второй котельный пучок м³/кг

- водяной экономайзер м³/кг

Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания V_г, м³/кг

V_г= V_RO2 + V⁰_N2 +V^в_изб + V_H2O. (9)

-топка

м³/м³

первый котельный пучок

м³/м³

Определяем объёмные доли трёхатомных газов r_RO2 и водяных паров r_H2O, а также суммарную объёмную долю r_п

r_RO2= V_RO2 / V_г. (10)

r_H2O= V_H2O / V_г. (11)

r_п = r_RO2+ r_H2O. (12)

- топка

; ;

- первый котельный пучок

; ;

- второй котельный пучок

; ;

- водяной экономайзер

; ;

Теоретический объём продуктов сгорания

V_г⁰ = + +

V_г⁰ = 8,25 + 1,45 + 1,57 = 11,27 м³/кг

Рассчитанные данные занесены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Объёмы продуктов сгорания

Наименование рассчитываемой величины и расчётная формула	Размерность	V0=10,45 м3/кг; Vг0 =11,27 м3/кг; =1,57 м3/кг; = 8,25 м3/кг; = 1,45 м3/кг
		топка	конвективные пучки	водяной экономайзер
			I	II
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, п	-	1,1	1,15	1,25	1,35
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева, ср	-	1,075	1,125	1,2	1,3
Объём водяных паров =+0,0161(ср - 1) V0	м3/кг	1,462	1,471	1,483	1,5
Объём дымовых газов Vг=+++(ср- 1)V0	м3/кг	12,066	12,597	13,393	14,455
Объёмные доли трёхатомных газов =/ Vг	-	0,130	0,124	0,117	0,108
Объёмные доли водяных паров = / Vг	-	0,121	0,116	0,110	0,103
Cуммарная объёмная доля g =+	-	0,251	0,240	0,227	0,211

3. Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания при расчётной температуре

H_в⁰ = V⁰С_в, кДж/кг , (13)

H_г⁰ = (++), (14)

где С_в , ,, - энтальпии 1 м³ воздуха, трехатомных газов, азота, водяных паров, кДж/ м³ . Принимаются для каждой выбранной температуры по табл. 3.4. [1]

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха

H_г = H_г⁰ + ( - 1) H_в⁰ , кДж/кг. (15)

Поскольку на данном этапе расчёта температура газов за той или иной поверхностью неизвестна, то расчёт энтальпий газов выполняется на весь возможный диапазон температур.

Результаты расчёта заносятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Результаты расчёта энтальпий воздуха и продуктов сгорания

t, С	Hв0, кДж/кг	Hг0, КДж/кг	Hг = Hг0 + (-1) Hв0
				срт = 1,075	ср1 г = 1,125	ср2 г = 1,2	срвэ = 1,3
				I	I	I	I	I	I	I	I
100	1389	1558								1975
200	2790	3159				3507		3717		3996	2021
300	4221	4795				5322	1815	5640	1923	6061	2065
400	5674	6482		6907		7191	1869	7616	1976	8184	2123
500	7168	8218		8755	1848	9114	1923	9651	2035	10368	2184
600	8694	9980		10632	1877	11066	1952	11718	2067	12588	2220
700	10261	11800		12570	1938	13082	2016	13852	2134	14878	2290
800	11850	13668		14556	1986	15149	2067	16038	2186
900	13428	15577		16584	2028	17255	2106	18262	2224
1000	15048	17510		18638	2054	19391	2136	20519	2257
1100	16720	19458		20712	2074	21548	2157	22802	2283
1200	18392	21413		22792	2080	23712	2164
1300	20053	23410		24914	2122	25916	2204
1400	21767	25456		27088	2174	28177	2261
1500	23481	27473		29234	2146
1600	25195	29531		31420	2186
1700	26898	31594		33611	2191
1800	28612	33670		35816	2205
1900	30367	35780		38057	2241
2000	32123	37867		40276	2219
2100	33878	39991		42532	2256
2200	35634	42119		44791	2259

4. Тепловой баланс котла

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

Определяем располагаемую теплоту Q^р_р, кДж/кг

+ Q_Ф, (16)

где Q^р_н - низшая теплота сгорания рабочей массы жидкого топлива, кДж/кг;

.

h_тл - физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг;

h_тл = С_тл t_тл , (17)

где tтл - температура топлива; принимаем 100?С;

С_тл - удельная теплоемкость мазута, кДж/(кг К).

С_тл = 1,74 + 0,0025t_тл . (18)

С_тл = 1,74 + 0,0025 100 = 1,99.

h_тл = 1,99 100 = 199.

Q_Ф = 0,35(2786 - 2520)=93,1.

Q^р_р = 39730+199+93,1=40022.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q₂, %

, (19)

где H_ух - энтальпия уходящих газов, кДж/м³; Тух = 174 ⁰С

_ух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q₄ - потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для мазута q₄ = 0;

H⁰_х.в- энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при t_в = 30⁰С, кДж/м³.

(20)

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃, %.

По таблице 4.4 [2] q₃=0,5.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле:

, (21)

где q_5ном- потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2]; q_5ном =1,7.

D_ном - номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D - расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

.

Определяем КПД брутто з_бр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса

. (22)

.

Определяем полезную мощность парового котла Q_пг, кВт

, (23)

где D_н.п - расход выработанного насыщенного пара, кг/с;

D_пр - количество продувочной воды, теряемое с непрерывной и периодической продувкой, кг/с;

Dпр=0,01*р*D. (24)

где р - процент продувки, которая составляет для данного котла 2,5%.

Dпр=0,01*2,5*2,78=0,069.

.

Определяем расход топлива В_пг, кг/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

. (25)

.

Определяем расчётный расход топлива В_р, кг/с

В_р =В_пг= 0,182. (26)

Определяем коэффициент сохранения теплоты ц

_. (27)

_.

5. Тепловой расчет экономайзера

По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты Q_б, кДж/кг, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов

Q_б = ц (H? - H?+ Дб _эк H⁰_прс), (28)

где H? - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/кг;H? - энтальпия уходящих газов, кДж/кг; Дб_эк - присос воздуха в экономайзер; H⁰_прс - энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/кг; ц - коэффициент сохранения теплоты.

Q_б =0,981*(5159,25-3470,54+0,1415,9) =1697,4.

Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h?_эк, кДж/кг, после водяного экономайзера

, (29)

где h?_эк - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг; D - паропроизводительность котла, кг/с; D_пр - расход продувочной воды, кг/с.

.

По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t?_эк, ⁰С.

, (30)

где С ? теплоемкость воды, кДж/(кг*К).

.

Температура воды на выходе из экономайзера на 68,22 ⁰С ниже температуры кипения в барабане парогенератора.

К установке принимаем чугунный экономайзер.

Определяем температурный напор в экономайзере Дt, ⁰С

=275 - 125,8 = 149,2 ⁰С

=174 - 100 = 74 ⁰С

, (31)

где Дt_б и Дt_м - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, ⁰С.

.

Выбираем к установке чугунный экономайзер ВТИ с длиной труб 2000мм; площадью поверхности нагрева с газовой стороны одной трубы 2,95 м²; площадью живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы F_тр=0,120 м².

Определяем действительную скорость щ_г, м/с, продуктов сгорания в экономайзере

, (32)

где х_эк - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ⁰С;

, (33)

.

F_эк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м².

F_эк = z₁*F_тр, (34)

где z₁ - число труб в ряду; принимаем 5 трубы;

F_тр ? площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м².

F_эк =50,120 = 0,6.

.

Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)

К = К_н*c_х, (35)

где К_н и с_х ? определяем с помощью номограммы рис. 6.9 [2].

К = 21*1,02 = 21,42.

При сжигании мазута коэффициент теплопередачи снижается на 25%

К=21,42*0,75=16,06

Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера Н_эк, м²

, (36)

.

Определяем общее число труб n, экономайзера

, (37)

где Н_тр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м².

.

Определяем число рядов труб m в экономайзере

, (38)

где z₁ - принятое число труб в ряду.

.

Выбирается чугунный экономайзер ЭП 2-236, с площадью поверхности нагрева 236 м².

6. Аэродинамический расчёт котельной установки

Схема газовоздушного тракта:

Расчёт воздушного тракта.

Расчёт воздушного тракта ведётся на номинальную нагрузку котлоагрегата.

Сопротивление воздушного тракта складывается из сопротивления всасывающего устройства, сопротивления воздухопроводов и сопротивления топочных устройств.

Н_в.тр.=Дh_вс.+Дh_в.в.+Дh_гор. (39)

Сопротивление всасывающего устройства определяется как местное по формуле:

, (40)

При W=10-15 м/с и коэффициенте местного сопротивления, зависящего от формы всасывающего патрубка, плотность среды определяем по формуле:

 , (41)

где с_о =1,29 кг/м³ - плотность воздуха; t_в = 30 ^оС - средняя температура воздуха; кг/м³

Принимаем W=10 м/с и о=0,2 (при наличии заслонки)

Па

Сопротивление воздуховодов по длине и местным сопротивлениям определяются суммарно в зависимости от длины воздуховодов, исходя из соотношения:

=20 (42)

Длину воздуховодов примем примерно 30м,

Получаем общее сопротивление воздушного тракта:

H_в.тр. = 11,6+20+1305=1336,6 Па

7. Расчет и выбор тягодутьевых устройств

Расчет и выбор вентилятора

Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы.

Определяем производительность вентилятора (количество холодного воздуха забираемого вентилятором) V_д.в, м³/с

, (43)

где Вр - расчетный расход топлива, кг/с;

в1 ? коэффициент запаса, равный 1,1.

.

Определяем полный расчетный напор вентилятора H_p.дв, Па

, (44)

где ? сопротивление горелки, Па; =1600.

? сопротивление воздуха, Па; принимаем 10% от сопротивления горелки. .

.

Определяем мощность для привода вентилятора Nдв, кВт

. (45)

.

По таблице 14.1 [6] выбираем подходящий по производительности Vр и напору вентилятор; выписываем его основные характеристики:

марка вентилятора ВДН?8

производительность, м³/ч 10,20*10³

напор, кПа 2,19

КПД, % 83

масса без электродвигателя, кг 417

марка электродвигателя 4А-160 S6

мощность, кВт 11

Расчет и выбор дымососа

Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы.

Определяем производительность дымососа V_р, м³/ч

, (46)

где ? коэффициент запаса при выборе дымососа по производительности; .

? количество дымовых газов от одного котла, мі/с.

, (47)

где - присос воздуха от золоуловителя до дымососа;

V_г.ух - объем продуктов сгорания (уходящие газы)м/кг;

V⁰_в - теоретически необходимое количество воздуха, необходимое для горения, м/кг;

_ух - температура продуктов сгорания перед дымососом, ⁰С.

.

.

Определяем расчетный полный напор дымососа H_p, Па

, (48)

где ? коэффициент запаса по напору. .

Дh_к.у = Дh_к + Дh_эк + Дh_м.с,

Определяем сопротивление Дh_эк, Па, экономайзера

Дh_эк = 0,5 m щ² с_г.эк. (49)

с_г.эк = 1,34(273/273+224,5) = 0,735.

Дh_эк = 0,5 12 (8,0² / 2) 0,735 = 141,12.

Определяем сопротивление двух поворотов Дh_м.с, Па, под углом 90⁰ и одного 135⁰

, (50)

где о_м - коэффициент местных сопротивлений под углом 90⁰ о_м=1 под углом 135⁰ о_м=2; о_м =1.

Дh_м.с = 4 (8,0² / 2) 0,735 = 94,08.

Дh_к = 470 Па - задано.

Определяем аэродинамическое сопротивление Дh_к.у, Па, котельной установки

Дh_к.у = 470+141,12+94,08 = 705,2.

Самотягу Н_с, Па, дымовой трубы

Н_с = 9,81Н(1,2-_г).

Н_с = 9,81 *30(1,2-0,735) = 136,8.

.

Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге,

. (51)

.

Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, кВт

, (52)

где ? производительность, м³/с;

? напор, Па;

? КПД электродвигателя и дымососа, %;

k - коэффициент запаса по паропроизводительности котла; для котлов производительностью до 20 тонн пара в час принимаем k=1,2.

.

По таблице 14.4 [6] выбираем подходящий по производительности Vр и напору дымосос; выписываем его основные характеристики:

марка дымососа ДН?10

производительность, м³/ч 19,6*10³

напор, кПа 2,21

КПД, % 83

масса без электродвигателя, кг 536

марка электродвигателя 4А160S6

мощность, кВт 11

8. Расчет ХВО

Исходная вода, поступающая из хозяйственно-питьевых водопроводов, содержит различные примеси.

Примеси, содержащиеся в воде, изменяют показатели качества воды. Основными показателями качества воды являются:

1. прозрачность - содержание в 1 кг воды взвешенных частиц в мг, легко удаляемых при фильтрации, мг/кг;

2. сухой остаток - осадок в мг, состоящий из минеральных и органических примесей, полученный после выпаривания 1 кг профильтрованной воды и после его высушивания, мг/кг;

3. минеральный остаток (или общее солесодержание) - общее количество минеральных веществ в мг, растворенных в 1кг воды, мг/кг;

4. окисляемость - косвенный показатель загрязнения воды органическими примесями, мг/кг;

5. жесткость - содержание в 1 кг воды растворенных солей кальция и магния, мг-экв/кг;

6. щелочность - содержание в 1 кг воды растворенных гидратов, карбонатов и бикарбонатов, мг-экв/кг;

7. содержание растворенных агрессивно-коррозийных газов (кислород, углекислота, сероводород, аммиак) в мг на 1 кг воды, мг/кг.

Для нормальной и безаварийной работы котельных установок исходная вода должна обладать определенными качествами, а если она не отвечает требуемым, то воду необходимо соответственно обрабатывать.

Если в воде находятся взвешенные примеси и повышена ее щелочность, то вода вспенивается и происходит выброс ее из котлов в паропроводы; ухудшается качество вырабатываемого пара, повышается его влажность, увеличивается шламосодержание.

При пониженной щелочности воды и наличии в ней растворенных газов усиливается процесс коррозии, т.е. разъедание и изъязвления стенок котлов. При повышенной щелочности наблюдаются явления межкристаллитной коррозии (или щелочной хрупкости метала), т.е. появление трещин в заклепочных швах и развальцованных концах кипятильных и экранных труб.

При повышенной жесткости, т.е. при большом содержании растворенных солей кальция и магния, на стенках котлов усиленно отлагается накипь.

Обработка воды в общем случае предусматривает: снижение жесткости (умягчение); поддержание определенной величины щелочности; снижение общего солесодержания; удаление растворенных агрессивных газов (О2 и СО2).

В паровых котельных поступающая в паровые котлы вода из-за потерь конденсата постоянно пополняется исходной водой, и эта вода не только нагревается, но и подвергается испарению. Соли, содержащиеся в исходной воде, не выносятся с паром, а остаются в котловой воде, постепенно ухудшая ее состав. Для поддержания концентрации солей котловой воды на должном уровне ее частично, постоянно или периодически, обновляют. Эта операция называется соответственно непрерывной или периодической продувкой.

Непрерывную продувку осуществляют из участков котла, где предполагается максимальная концентрация растворенных веществ (в большинстве случаев из верхних барабанов), а периодическую - из мест скопления шлама (из нижних барабанов и коллекторов). Обе продувки связаны с потерями тепла, поэтому их стремятся снизить, применяя водоподготовку.

В отопительно-производственных котельных применяют как докотловую, так и внутрикотловую обработку воды. Из способов докотловой обработки в основном применяют метод катионного обмена. Наиболее распространенным способом внутрикотловой обработки воды является присадка котловую воду химических реагентов, переводящих соли жесткости в шлам, с последующим удалением его из котлов продувкой. Продувка не должна превышать 10% паропроизводительности котла и 25% расхода добавочной воды.

Качество котловой воды дополнительно характеризуется величиной относительной щелочности, которая должна находится в пределах 3-20%. При относительной щелочности ниже 3% в питательную воду следует добавить едкий натр. Если значение относительной щелочности превышает 20%, то питательную воду (химически очищенную воду) дополнительно обрабатывают нитратами.

При внутрикотловой обработке содержание кислорода в питательной воде не нормируется. В питательной воде ни должно быть свободной углекислоты, а концентрация ее в паре не должна превосходить СО2 ? 20 мг/л.

Выбор того или иного метода докотловой обработки воды путем катионного обмена определяется величиной продувки котлов (Р ? 10%), относительной щелочностью котловой воды и содержанием углекислоты в паре. Наиболее простым способом обработки воды является натрий-катионирование. Процесс умягчения воды при натрий-катионировании состоит в замене металлов кальция и магния, содержащихся в воде, металлом натрием, присоединенным к4 водоумягчающему веществу - катиониту. Это присоединение осуществляется, если пропустить через катионит раствор поваренной соли. Вещества, способные к обмену катионов, называются катионитами. Сами катиониты в воде нерастворимы; они приготовляются в виде мелкозернистого песка, через который фильтруется умягчаемая вода. Из катионитовых материалов наиболее распространен сульфоуголь, который представляет собой каменный уголь, обработанный серной кислотой сильной концентрации.

Процесс водоумягчения продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между ионами натрия и кальция (магния, железа) в воде и ионами тех же металлов в катионитовом материале. В дальнейшем умягчение воды приостанавливается. Для восстановления обменной способности катионита его обрабатывают натриевыми солями, в частности поваренной солью. Эта обработка носит название регенерации, т.е. промывание катионита 5-10%-ным раствором поваренной соли.

Количество поваренной соли, необходимое для регенерации, зависит от количества катионита, его свойств и обменной способности. Обменная способность катионитов различна и зависит от общей жесткости воды, поступающей на фильтр, и от крупности зерен сульфоугля (0,3-1 мм). Она определяется количеством ионов в грамм-эквивалентах, которое поглощает 1 тонна катионита и обозначается в г-экв/т или в мг-экв/кг. Обменную способность сульфоугля принимают в пределах 280-350 мг-экв/кг.

Расчет водоподготовки выполняем по формулам в соответствии с источником [4].

Водоподготовка должна восполнять потери пара и конденсата, связанные с технологией обслуживаемого производства и эксплуатацией котельной. котел тепловой экономайзер вентилятор

Исходными данными для расчета являются:

1. паропроизводительность котельной D=37,075 т/ч при давлении 1,4МПа;

2. конденсат, возвращаемый с производства в количестве 80% при температуре 80?C, имеют следующие характеристики:

щелочность Щкон = 0,1 мг-экв/кг

сухой остаток Sкон = 10 мг/кг

общая жесткость Жкон = 0

3. исходная вода, восполняющая потери конденсата, поступает из водопровода в количестве 20% общего количества питательной воды:

общая жесткость Жи.в = Жн.к+Жк =0,7+2=2,7 мг-экв/кг

сухой остаток Sи.в = 600 мг/кг

щелочность Щи.в = 3 мг-экв/кг

По приведенным характеристикам отдельных компонентов определяем характеристику смеси, т.е. питательной воды.

Определяем общую жесткость питательной воды Жп.в, мг-экв/кг

. (53)

.

Определяем сухой остаток питательной воды Sп.в, мг/кг

. (54)

.

Определяем щелочность питательной воды Щп.в, мг-экг/кг

. (55)

.

Обойтись без водоподготовки нельзя.

Проверяем возможность применения наиболее простой схемы докотловой водоподготовки, т.е. схемы натрий-катионирования.

Эта схема требует соблюдение определенных требований:

1. по величине продувки по сухому остатку;

2. по относительной щелочности котловой воды;

3. по удержанию углекислоты в паре.

Определяем величину продувки котлов П, %

, (56)

где Ск ? принимаем по таблице VII 4 [4]. СК=3000. .

Определяем величину относительной щелочности Щок,%

, (57)

где Щх ? щелочность химической очищенной воды, мг-экв/кг;

Sx ? сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг.

.

Определяем содержание углекислоты СО2, мг/кг в паре

. (58)

? .

Следовательно, для данной котельной установки схема натрий-катионирования может быть принята. Для достижения нормативной жесткости питательной воды (0,02 мкг-экв/кг) применяем двухступенчатое натрий-катионирование.

Общее количество устанавливаемых фильтров принимаем равным пять, из которых три будут выполнять работу фильтров первой ступени, два фильтра ? работу второй ступени .

Производительность химической водоподготовки Dвод, мі/ч, с учетом продувки и собственных нужд принимаем Gсв из расчета тепловой схемы.

.

В качестве катионита используем сульфоуголь с обменной способностью Е = 300мг-экв/кг.

Число регенераций каждого фильтра не должно быть более трех в сутки, т.е. одного раза в смену.

Высоту загрузки сульфоугля принимаем равной 2000 мм. Все устанавливаемые фильтры принимаем одного диаметра 700 мм.

Определяем площадь фильтрации fф, мІ, каждого фильтра

. (59)

.

Определяем скорость фильтрации щ, м/ч

. (60)

в фильтрах первой ступени:

.

в фильтрах второй ступени:

.

Скорости фильтрации находятся в допустимых пределах.

После прохождения через фильтры первой ступени вода практически снижает свою первоначальную жесткость до 0,2?0,1 мг-экв/кг, поэтому общее количество солей жесткости АI, г-экв/сут, поглощаемое в фильтрах первой ступени, составит

. (61)

.

Определяем объем сульфоугля V, мі, в каждом фильтре

. (62)

.

Определяем число регенераций натрий-катионитовых фильтров первой ступени в сутки RI, рег/сут

. (63)

.

Определяем число регенераций каждого фильтра первой ступени Rф, рег/сут

. (64)

.

Определяем межрегенерационный период фильтров первой ступени ТI

. (65)

.

Жесткость воды, поступающей в фильтр второй ступени, была принята равной Жоб = 0,2 мг-экв/кг, а ее содержание на выходе из фильтра считаем равной нулю; следовательно, количество солей жесткости, поглощаемое в фильтре второй ступени АII, г-экв/сут, будет равно:

. (66)

.

Определяем число регенераций фильтра второй ступени в сутки RII, рег/сут

. (67)

.

Определяем межрегенерационный период работы фильтра ТII, ч

. (68)

.

То есть регенерация фильтра второй ступени должна производиться примерно раз в 12 дней.

Определяем расход соли на одну регенерацию Gc, кг/рег

, (69)

где а ? удельный расход соли; принимаем 235 г/г-экв.обменной способности катионита.

.

Определяем объем 26%-ного раствора соли на одну регенерацию Vc, мі

, (70)

где ? плотность раствора соли при 20?С; =1,2;

р ? содержание соли в растворе, %.

.

Определяем расход технической соли в сутки Gсут, кг/сут

. (71)

.

Определяем расход соли на регенерацию фильтров в месяц Gмес,т/мес

. (72)

.

Резервуар мокрого хранения соли принимаем из расчета месячного расхода с запасом 50%, согласно указаниям СНиП

. (73)

.

Устанавливаем железобетонный резервуар емкостью Vрег=6 мі, размерами 1,5*2*2 м.

Емкость мерника раствора соли принимаем по расходу соли на регенерацию фильтров с запасом 30%, Vмер, мі

. (74)

.

Высоту мерника выполняем одинаковой с высотой резервуара хранения соли, т.е. в данном случае равной 1,5м, а диаметр мерника определяем равным 530 мм.

9. Расчет тепловой схемы котельной

Исходные данные для расчёта тепловой схемы представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1. Исходные данные

№ п/п	Наименование величины	Обозн.	Разм.	Способ определения	Значение величины для режима работы
					макс. зимн.
1.	Давление пара на технологические нужды		МПа	Задан	0,6
2.	Температура пара на технологические нужды		єС	Таблицы [2] по	насыщенный пар
3.	Энтальпия пара на технологические нужды		кДж/кг	Таблицы [2] по ,	2756
4.	Расход пара на технологические нужды		т/ч	Задан	12
5.	Расход тепла на горячее водоснабжение		Гкал/ч	Задан	11
66. 8	Возврат конденсата от потребителей пара		%	Принято	80
7.	Энтальпия насыщенного пара от котлов на РУ (=14 ата)		кДж/кг	Таблицы [2] по ном. параметрам пара от котлов	2789
8.	Энтальпия пара на выходе из РУ		кДж/кг	Таблицы [2] по параметрам пара на технол. нужды	2756
11.	Температура питательной воды		єС	Задана	100
12.	Энтальпия питательной воды		кДж/кг	Таблицы [2]	419
13.	Непрерывная продувка котла		%	Принято	2,5
14.	Энтальпия котловой воды		кДж/кг	Таблицы [2]	826
15.	Степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки		-	Принято	0,98
16.	Энтальпия пара на выходе из РНП		кДж/кг	Таблицы [2]	2691
17.	Энтальпия воды в РНП		кДж/кг	Таблицы [2]	437
18.	Температура подпиточной воды		єС	Принято	70
19.	Энтальпия подпиточной воды		кДж/кг	Таблицы [2]	293
20.	Температура воды после охладителя непрерывной продувки		єС	Принято	50
21.	Энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки		кДж/кг	Таблицы [2]	210
22.	Энтальпия конденсата редуцированного пара		кДж/кг	Таблицы [2]	669
23.	Температура сетевой воды на входе в сетевой подогреватель		єС	Согласно графика теплоснабжения	70
24.	Энтальпия сырой воды на выходе из охладителя непрерывной продувки		кДж/кг	Таблицы [2]	47
25.	Температура сырой воды		єС	[1]	5
26.	Температура химочищенной воды перед охладителем деаэрированной воды		єС	Принято	20

Расход воды на подогреватель сетевой воды

 т/ч, (75)

где: =11 Гкал/ч=12,793 МВт;

Расход пара на подогреватель сетевой воды

т/ч, (75)

где =2756 кДж/кг, табл. 1.1;

=669 кДж/кг, табл. 1.1;

= 0,98 -кпд ПСВ

Расход редуцированного пара внешними потребителями

т/ч (76)

Количество свежего пара , выработанного на нужды потребителей

т/ч (77)

Количество впрыскиваемой воды

т/ч (78)

Расход пара на собственные нужды котельной

т/ч, (79)

где: - расход пара на собственные нужды котельной (подогрев сырой воды, расход на деаэратор и т.д); принимается равным 9 %

Расход пара на покрытие потерь в котельной

т/ч, (80)

где: - расход пара на покрытие потерь; принимается равным 2 %

Расход пара на мазутное хозяйство

, (81)

где К_м - расход пара на мазутное хозяйство; рекомендуется принимать его равным 3 %.

.

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

. (82)

.

Суммарный расход пара на собственные нужды и покрытие потерь в котельной

т/ч (83)

Суммарная паропроизводительность котельной

т/ч (84)

Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей

т/ч, (85)

где: - потери конденсата в цикле котельной установки; принимается равным 3% от суммарной паропроизводительности котельной.

- возврат конденсата от внешних потребителей, принимается равным 80%.

Расход химочищенной воды

т/ч, (86)

где: - коэффициент потерь воды в теплосетях; принимается равным 2 % от количества воды в системе теплоснабжения

Расход сырой воды

т/ч, (87)

где: - коэффициент, учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки; равен 1,25

Количество воды, поступающей в расширитель непрерывной продувки (РНП)

т/ч, (88)

Количество пара, получаемого в РНП

т/ч (89)

Количество воды на выходе из РНП

т/ч, (90)

Температура сырой воды после охладителя непрерывной продувки

єС (91)

Расход пара на подогрев сырой воды

т/ч, (92)

где: = 184 кДж/кг - энтальпия сырой воды после подогревателя; определяется по принятой температуре после подогревателя 20 єС;

= 43,24 кДж/кг - энтальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки; определяется по =10,32 єС

Температура химочищенной воды после охладителя деаэрированной воды

єС (93)

Расход пара на подогрев химочищенной воды в подогревателе перед деаэратором

т/ч, (94)

где: = 336 кДж/кг - энтальпия химочищенной воды после подогревателя; определяется по принятой температуре после подогревателя 80 єС

Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара в деаэраторе

(95)

Средняя температура воды в деаэраторе

Расход греющего пара на деаэратор

т/ч (97)

Расход редуцированного пара на собственные нужды котельной

т/ч (98)

Расход свежего пара на собственные нужды котельной

т/ч (99)

Действительная паропроизводительность котельной с учётом расхода на собственные нужды и потери пара в котельной

т/ч (100)

В результате расчёта к установке принимаются четыре однотипных паровых котлоагрегата ДЕ-10/14 Бийского котельного завода паропроизводительностью по 10 т/ч каждый с номинальными параметрами пара: избыточное давление 1,37 Мпа, температурой насыщенного пара 159 єС. В отопительный период работают все котлы .

Насос сырой воды подает воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20--30 °С в пароводяном подогревателе сырой воды и направляется в химводоочистку. Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированной воды и подогревается до определенной температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогревателе паром. Перед поступлением в головку деаэратора часть химически очищенной воды проходит через охладитель .выпара деаэратора.

Подогрев сетевой воды производится паром в сетевом подогревателе. Конденсат подогревателя направляется в головку деаэратора, в которую также поступает конденсат, возвращаемый внешними потребителями пара.

Подогрев воды в атмосферном деаэраторе производится паром от котлов и паром из расширителя непрерывной продувки. Непрерывная продувка от котлов используется в расширителе, где котловая вода вследствие снижения давления частично испаряется.

Использованная в охладителе продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец (барботер)

Деаэрированная вода с температурой 100 °С питательным насосом подается в паровые котлы. Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается из тех же деаэраторов, охлаждаясь в охладителе деаэрированной воды до 70 °С перед поступлением к подпиточному насосу.

Предусмотрена редукционно-охладительная установка для снижения давления и температуры пара (РОУ).

10. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

На основании требований Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов производительность питательного насоса должна быть на 10 % выше суммарной паропроизводительности котельной.

Расчётный напор питательного насоса должен превышать давление пара на выходе из котла с учётом потерь давления в тракте и необходимой высоты подъёма воды, Мпа

, (101)

где: = 1,37 МПа - избыточное давление в барабане котла;

- запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимается равным

5% от ; (102)

=0,17 - сопротивление водяного экономайзера, принято, МПа

=0,2 - сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учётом со противления АРП, принято, МПа

=0,01 - сопротивление всасывающих трубопроводов, принято, МПа

=0,03 - давление столба воды от оси деаэраторов до оси барабана котла, принято, МПа

=0,12 - давление воды в деаэраторе котла, МПа

Производительность питательного насоса, т/ч

(103)

где: =4 - число паровых котлов в котельной;

=10 - номинальная паропроизводительность котла, т/ч

=1,0 - расход пара на продувку (принят ранее), т/ч

=0,481 - расход питательной воды на РОУ (принят ранее), т/ч

= 50,51

По таблице 6,8 [3] выбираются 2 питательных электронасоса (один рабочий со 100%-ой подачей, второй - резервный) марки ЦНСГ -60- 198 с характеристиками:

производительность Q= 60 м³/ч;

давление р_п.н = 1,98 МПа;

температура питательной воды t_пв = 100 С;

номинальная мощность электродвигателя N_эл = 50 к...