Робота котельні з використання газотурбінних агрегатів

Враховуючи, що котельня є єдиним джерелом тепла приймаємо до установки 3 водогрійних котла КСВа 2,5 Вк - 32, два з яких робітники, а один - резервний. Таким чином в котельні досягається безперебійне постачання теплом будинку-інтернату, у разі виходу з ладу одного з котлів. Котли підібрані з урахуванням витрати тепла на власні потреби котельні (опалення, вентиляція), а також втрат тепла в котельні та теплових мережах.

Вихідні дані

Для роботи котельні установки необхідно подавати повітря в топку і відводити продукти згоряння. Завданням димової труби є відведення продуктів згорання від котла і їх розсіювання в просторі та забезпечення нормального функціонування котла. Тяга, яку створює димова труба може бути штучною і природною. Природна тяга за допомогою димової труби здійснюється зазвичай при невеликому газовому опорі котельні, коли висота труби виходить не більше 60м.

Згідно висота димової труби при природної тяги визначається на підставі результатів аеродинамічного розрахунку і перевіряється за умовами розсіювання в атмосфері шкідливих речовин.

При природної тяги висоту димаря приймають у межах 30 - 45 м, а потім уточнюють.

Розрахунок висоти димової труби ведеться при максимальному навантаженні котельні, отже за розрахунковий період приймаємо зимовий.

Швидкість газів на виході з димової труби приймаємо Wтр. = 10 м / с

Висоту димаря приймаємо рівною Hтр. = 45 м.

Температура зовнішнього повітря Tн = 262 К

Щільність продуктів згоряння спс = 1,23 кг/м3 (приймаємо з розрахунку палива)

Визначення параметрів відхідних газів

Охолодження газів в трубі на 1 м висоти підраховують за емпіричними формулами:

для сталевих труб:

Дtтр = 2 / v УD

де УD - сумарна продуктивність котельні, т / ч.

Дtтр = 2 / v 39 * 2 = 0,22 є C / м

Охолодження газів по всій висоті труби:

tтр = Дtтр * Hтр

tтр = 0,22 * 45 = 9,9 є C

Визначаємо температуру газів на вході в димову трубу:

t'тр = tух (5.3)

t'тр = 160 є C

Визначаємо температуру газів на виході з димової труби:

t " тр = t'тр - tтр

t " тр = 160 - 9,9 = 150,1 є C

Визначаємо середню температуру газів в димовій трубі:

tср = 0,5 (t " тр + t'тр)

tср = 0,5 (150,1 + 160) = 155 є C

Визначаємо середню щільність газів в димовій трубі:

сср = спс / (1 + в * tср)

де в - коефіцієнт об'ємного розширення газу;

в = 1 / 273 град - 1

сср = 1,23 / (1 + 155 / 273) = 0,77 кг/м3

Визначаємо сумарний витрата газу через димову трубу:

Vтр = Vпс * B * n * (1 + в * tср)

де B - витрата газу на котел, м3 / год;

n - кількість, одночасно працюючих котлів, шт.

Vтр = 10,3 * 293 * 2 (1 +155 / 273) = 9462 м3 / ч

Визначаємо внутрішній діаметр труби за формулою:

dТР = v [ 4 * V / (3600р * Wтр)]

dТР = v [ 4 * 9462 / (3600 * 3,14 * 10)] = 0,58 м

Приймаємо стандартний діаметр d = 0,63 м

Уточнюємо швидкість газів в димовій трубі:

Wтр = 4 * V / (3600р * d2тр)

Wтр = 4 * 9462 / (3600 * 3,14 * 0,632) = 8,4 м / с

Визначення втрат тиску

Котел КСВа 2,5 працює з наддувом

тобто газове опір котла долається за рахунок напору, створюваного дутьевим вентилятором. У такому випадку природна тяга, створювана димарем повинна долати опору в димарі і димовій трубі. Опору димоходу та димової труби складається з суми опорів на тертя і місцевих опорів.

Опір димоходу визначається за формулою:

ДHдим = R * l + Z

де R * l - опір на тертя;

Z = Уж * w2 * спс / 2 - місцевий опір.

Нехтуючи охолодженням газів в димоході, приймаємо:

спс = 1,23 / (1 +160 / 273) = 0,77 кг/м3

Витрата газу в перерізі димоходу:

Vпс = 293 * 10,3 * (273 +160) / 273 = 4787м3 / ч

Переймаючись швидкістю wдим = 8 м / с, визначаємо діаметр димоходу:

dдим == v [ 4 * 4787 / (3600 * 3,14 * 8)] = 0,46 м

приймаємо стандартний діаметр dдим = 0,45 м, тоді wдим = 8,4 м / с.

Уж = ждіф + ж відвід + ж вхід = 0,7 + 1,3 + 0,31 = 2,31

коефіцієнти місцевих опорів прийняті за графіками.

ДHдим = 5,5 * 2,4 + 2,31 * 8,42 * 0,77 / 2 = 76,2 Па

Опір димової труби визначається за формулою:

ДHтр = Дhтр + Дhвих

де Дhтр - опір на тертя в димовій трубі, Па;

Дhвих - опір виходу димових газів з труби, Па.

Величину Дhтр визначаємо за формулою:

Дhтр = л * Hтр / dТР * w2тр * сср / 2

де л коефіцієнт шорсткості, для сталевих труб л = 0,02.

Дhтр = 0,02 * 45 / 0, 63 * 8,42 * 0,77 / 2 = 15,5 Па

Дhвих = 1,1 * w2тр * сср / 2, де 1,1 - значення коефіцієнта місцевого опору

Дhвих = 1,1 * 8,42 * 0,77 / 2 = 30 Па

ДHтр = 30 + 15,5 = 45,5 Па

Повний опір:

Н = ДHтр + ДHдим = 45,5 + 76,2 = 121,7 Па

Визначення висоти димової труби

Необхідна тяга виникає внаслідок різниці щільності газів, що йдуть в димарі і стовпа зовнішнього повітря такої ж висоти.

Якщо позначити різниця тисків зовнішнього повітря і продуктів згоряння у кореня труби через DР, то останнє дорівнюватиме різниці ваги двох стовпів газу з різними температурами і однаковою висотою H м, що дорівнює висоті труби:

ДPс = Hтр * g * (св - сг)

Щільність зовнішнього повітря при температурі tн = -11 є C:

св = 1,293 / (1-11/273) = 1,35 кг/м3

ДPс = 45 * 9,81 (1,35 - 0,77) = 256 Па

Уточнюємо висоту димаря:

Hтр = Н / g * (св - сг)

Hтр = 121,7 / 5,69 = 21,4 м

Приймаються до установки димову трубу Н = 22 м і d = 0,63 м.

При новій прийнятої висоті труби, уточнюємо характеристики газів за формулами 5.1-5.13 і опір труби. Дані розрахунку представлені в таблиці 5.1.

2.4 Внутрішнє газопостачання котельні

- газопроводи безпеки

Введення газопроводу в котельну здійснюється через стіну споруди у футлярі, що представляє собою відрізок труби більшого діаметру, ніж газопровід. Простір між футляром і газопроводом зашпаровується просмоленому лляної пасмом, а з торців заливається бітумом. Футляр призначений для захисту газопроводу від пошкоджень при незначних деформаціях стіни.

Отключающее пристрій на вводі призначено для відключення котельні в разі ремонту або аварії, а також при її зупинці на тривалий час.

Газопроводи в котельні прокладені відкрито і кріпляться до стін (колонам) за допомогою спеціальних металевих кронштейнів (опор) або підвісок з хомутами. З'єднання газопроводів виконано на зварюванні. Розумні з'єднання передбачені в місцях установки запірної арматури, газових приладів, регулятора тиску та інших приладів.

На газопроводах котельні передбачені продувні трубопроводи від найбільше віддалених від місця вводу ділянок газопроводу, а також від відводів до кожного котла. Продувні газопроводи забезпечують видалення повітря і газоповітряної суміші з газопроводів перед пуском котла, а також витісняють повітрям газ при ремонті або тривалій зупинці котельні. На продувних газопроводах передбачені отключающее пристрій, а також штуцер для відбору проб газу.

Продувні газопроводи виводять з будівель на висоту не менше ніж на 1 м вище карнизу даху, в місці, де забезпечуються безпечні умови для розсіювання газу. Для виключення попадання в продувочний газопровід атмосферних опадів на його кінці монтують захисний зонт.

Діаметри газопроводів визначають за допомогою гідравлічного розрахунку.

Визначення перепаду тиску

Розрахунковий перепад (різницю) тиску не повинен перевищувати певної частки від номінального значення тиску газу перед пальниками газоиспользующих агрегатів.

Якщо мережа несе навантаження від максимальної до мінімальної, то граничної навантаженні пальника буде відповідати і граничне навантаження мережі. При максимальному навантаженні мережі тиск газу перед пальниками буде номінальним, а при мінімальному навантаженні тиск перед пальниками буде максимальним.

Розрахунковий перепад залежить від допустимої відносної перевантаження агрегату б (формула 4.1) і від мінімального навантаження мережі, вираженої в частках від максимальної в (формула 4.2). Допустиме перевантаження агрегату приймається в розмірі 2% від номінальної теплової потужності, тоді б визначимо за формулою:

б = (Qном + 0,02 * Qном) / Qном

б = 2,55 / 2,5 = 1,02

коефіцієнт в визначається за формулою:

в = Qмин / Qмакс

в = 1,4 / 4,8 = 0,3

Розрахунковий перепад ДP обчислюється, за формулою:

ДP = ДPном (б2 - 1) / (1 - в2)

ДP = 40 * (1,022 - 1) / (1 - 0,32) = 1,8 кПа

Визначення діаметрів газопроводів

При розрахунку газопроводів середнього тиску слід враховувати зміну густини газу і швидкості його руху.

При гідравлічному розрахунку газопроводів визначаються втрати тиску газу. Опору руху газу в трубопроводах складаються з лінійних опорів тертя і місцевих опорів. Опору тертя мають місце на всій протяжності трубопроводів. Місцеві гідравлічні опору в газопроводах і викликані ними втрати тиску виникають в результаті зміни значень і напрямки швидкостей руху газу, а також у місцях поділу і злиття потоків. Джерелами місцевих опорів є переходи з одного розміру газопроводу на інший, коліна, відводи, трійники, хрестовини, а також запірна, регулююча і запобіжна арматура.

Падіння тиску в місцевих опорах допускається враховувати шляхом збільшення розрахункової довжини газопроводу на 5 - 10%. Розрахункова довжина газопроводів визначається за формулою:

lр = l + Уж * lе

де l - дійсна довжина газопроводу, м;

Уж - сума коефіцієнтів місцевих опорів ділянки газопроводу довжиною l;

lе - умовна еквівалентна довжина прямолінійної ділянки газопроводу, м, втрати тиску на якому втрат тиску в місцевому опорі із значенням коефіцієнта ж = 1.

Для спрощення розрахунків при визначенні та lе, користуються спеціально складеними номограмами.

Порядок виконання гідравлічного розрахунку:

1. Викреслюється аксонометрична схема газопроводів котельні, на якій зазначаються розрахункові ділянки, а також вимірюються довжини цих ділянок. За розрахунковий приймається ділянка з постійною витратою газу.

2. За номограми для газу середнього тиску по відомому витраті газу на ділянці визначаємо діаметр газопроводу, а також величину.

3. Для кожної ділянки визначаємо суму місцевих опорів Уж.

4. За відомим Уж і l за формулою 4.5 визначаємо розрахункову довжину газопроводу.

6. Визначаємо втрати тиску на ділянці.

Гідравлічний розрахунок газопроводів вважається закінченим, якщо сумарні втрати тиску не перевищують розрахункового перепаду тиску.

Результати гідравлічного розрахунку представлені в таблиці 4.1, у таблиці представлені значення коефіцієнтів місцевих опорів для кожної ділянки.

Гідравлічний розрахунок внутрішніх газопроводів

Значення коефіцієнтів місцевого опору

При обчисленні втрат тиску на ділянці 4-5 додатково були враховані втрати тиску в лічильнику.

Розрахунок продувочного газопроводу

Визначаємо обсяг продувки по формулі

де d - діаметри подаючого газопроводу, м;

l - довжина ділянки з діаметром d, м.

м³

Для повного заміщення заданого обсягу однієї газового середовища на іншу необхідний 10-ти кратний обсяг, т. е.

V= 0,39 · 10 = 3,9 м³

Задамося часом продувки 15 хвилин, тоді діаметр продувочного газопроводу визначимо за формулою:

де V - часовий витрата газу (повітря) через продувочний газопровід

=15 м/с швидкість повітря в трубі;

= 0,019м

приймаємо до установки трубу d = 26х3, 2 мм (Ду 20).

Уточнюємо час продувки:

V = 3600·15·3,14·0,02²/4 = 16,956 м³/ч, отже

t = 3,9 · 60 / 16,956 = 13,8 хв.

Підбір обладнання

КТЗ - термозапорний клапан служить для перекривання потоку газу при пожежі.

Автоматичний термозапорний клапан містить корпус, в порожнині якого навпроти прохідного отвору встановлений запірний елемент. Запірний елемент утримується стопором і плавкою вставкою. При підвищенні температури клапана понад 72° С (навколишнього середовища 100° С) легкоплавка вставка плавитися, звільняючи прохід для запірного елемента, який пружиною досилається до сідла клапана, перекриваючи потік газу.

Клапан термозапорний є пристроєм разової дії, але багаторазового використання. Не підлягає відновленню після пожежі.

До встановлення приймаємо клапан КТЗ 001-100-02 Ду 100.

Підбір вузла обліку витрати газу:

Витрати природного газу при різних умовах становлять:

- Максимальна витрата - Vmax = 586 м3 / год;

- Мінімальний витрата - Vmin = 182 м3 / ч.

Параметри газу за робочих умов:

Ра = Рб + Рі = 0,10132 +0,0418 = 0,143 МПа,

- Ра - абсолютний тиск, МПа.

- Рб - атмосферний (барометричний) тиск, МПа.

- Рі- надлишкове (манометричний) тиск, МПа.

Визначимо витрату газу через лічильник (при Ра = 0,143 МПа) за формулою:

де То - температура газу при нормальних фізичних умовах, К;

Т - фактична темпе6ратура газу, К;

Ра - абсолютний тиск газу

Ро - тиск газу при нормальних фізичних умовах, МПа.

765 м³/ч

До встановлення приймаємо турбінний газовий лічильник СГ-16-800. Пропускна здатність якого при Рвх = 41,8 кПа становить 800 м3 / ч. Втрати тиску в лічильнику складають 0,6 кПа.

Лічильники газу СГ-16 призначені для вимірювання об'єму плавноменяющіхся потоків очищених неагресивних одно-і багатокомпонентних газів (природний газ, повітря, азот, аргон та ін з щільністю при нормальних умовах не менше 0,67 кг/м3) при використанні їх в установках промислових та комунальних підприємств і для врахування при комерційних операціях. У таблиці 4.3 представлені технічні характеристики лічильника СГ - 16 - 800

Монтаж лічильників можна робити як горизонтально, так і вертикально.

Значення коефіцієнтів місцевого опору

Спільно з лічильником передбачається встановити коректор СПГ-761 фірми АТЗТ НВФ "Логіка" (м. Санкт-Петербург). Коректор здійснює приведення виміряного об'єму газу по тиску і температурі до стандартних условиям, застосовуваним при комерційних розрахунках і забезпечує архівацію та виведення на екран лицьового табло всіх вимірюваних параметрів вузла обліку:

- Час роботи вузла;

- Витрата і кількість газу в робочих і нормальних умовах;

- Середньогодинну і середньодобову температуру газу;

- Середньогодинна і середньодобове тиск газу.

Підбір регулятора тиску

Вибір регулятора тиску слід виробляти по максимальному розрахунковій витраті газу і необхідному перепаду тиску. Пропускну здатність регулятора тиску слід приймати на 15 -20% більше максимальної розрахункової витрати газу.

Визначаємо пропускну здатність регулятора тиску при Рвх = 0,3 МПа і вих = 0,0418 МПа за формулою:

Q=

де Р - перепад тисків, МПа;

со - щільність газу при нормальних умовах, кг/нм3;

Р2 - тиску газу на виході з регулятора, МПа;

- Параметри з індексом Т відносяться до табличних даних.

Q = = 795 м³/ч

Q=(1,15 - 1,20)·V_г = (1,15 -1,20) · 586 = 673,9-703 м³/ч

Нормальна робота регулятора тиску забезпечується за умови, коли його максимальна пропускна здатність складає не більше 80%, а мінімальна не менше 10% від розрахункової пропускної здатності.

Vmax / VРД = 586/795 . 100% = 73,7% <80% (максимально-зимовий режим)

Vmin / VРД = 182/795 . 100% = 22,9%> 10% (літній режим)

За розрахунковим витраті газу і тиску газу перед пальником (з урахуванням гідравлічного розрахунку) вибираємо до установки регулятор тиску РДСК-50Б. Регулятор РДСК-50Б призначений для редукування середнього тиску, автоматичної підтримки середнього вихідного тиску на заданому рівні при зміні витрати газу і для автоматичного відключення подачі газу при аварійному підвищенні або зниженні вихідного тиску понад допустимих значень.

Перевагою регулятора РДСК-50М в порівнянні з аналогами є підвищена надійність і велика пропускна здатність.

У пристрій регулятора тиску входить ПЗК. ПЗК контролює верхню і нижню межу. При неприпустимому підвищенні або зниженні тиску ПЗК перекриває подачу газу до котельні. Технічні характеристики регулятора РДСК - 50М наведені в таблиці.

Технічні характеристики регулятора РДСК - 50М

Підбір ГРУ

Для зниження і регулювання тиску газу в проекті передбачено встановлення ГРУ. ГРУ розташована у допоміжному приміщенні котельні, сполученим з приміщенням, в якому знаходяться газовикористовуючі агрегати, відкритим отвором.

Приймаються до установки ГРУ заводського типу з регулятором тиску РДСК -50М. Виробник: ТОВ ЕПО "Сигнал".

Газ середнього тиску (Рвх = 0,3 Мпа) входить до ГРУ і надходить у вузол регулювання, в якому обладнання по ходу руху газу розташоване в такій послідовності: пристрій, що вимикає; фільтр для очищення газу від механічних домішок і пилу; запобіжний запірний клапан для відключення подачі газу споживачам при неприпустимому підвищенні або зниженні тиску після регулятора; регулятор тиску для зниження тиску газу і підтриманням його постійним після себе; запобіжний скидний клапан; байпас.

Байпас призначений для безперебійного постачання споживачів газом при виході з ладу регулятора тиску, заміні, ремонті або огляді устаткування вузла регулювання. У зазначених випадках регулюючу лінію відключають, а газ подають по байпасу з ручним регулюванням тиску. Для надійності і зручності ручного регулювання на байпасе встановлюють послідовно два отключающих пристрої: кран і засувку. При ручному регулюванні на крані спрацьовує основний перепад тиску, а засувкою регулюють тиск відповідно до мінливих навантаженням.

ПСК контролює верхню межу. Для запобігання спрацювання ЗЗК при невеликому збільшенні тиску ПСК скидає газ в атмосферу.

ПСК встановлюється за регулятором тиску. Кількість газу, що підлягає скиданню:

Qсб ? 0,0005 * Q

Qсб = 0,0005 * 795 = 0,4 м3 / ч

У ГРУ передбачені два продувних газопроводу: один на байпасній лінії, другий після пристрою, що вимикає, а також скидний газопровід від ПСК.

2.5 Зовнішнє газопостачання

На території населених пунктів газопроводи прокладають в грунті. У даному пр...