Расчет тепловой схемы паровой котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Предисловие

Введение

1. Общие методические положения

2. Исходные данные и варианты курсового проекта

3. Выбор типа паровых котлов и подготовка принципиальной тепловой схемы котельной

4. Определение расчетной производительности котельной и предварительный выбор числа котлов

4.1 Определение величины

4.2 Определение величины

4.3 Предварительный выбор числа котлов

5. Выбор числа котлов с учетом условий их работы в неотопительном периоде и требований аварийного резервирования

5.1 Учет условий работы котлов в неотопительном периоде

5.2 Учет требований аварийного резервирования котлов

6. Определение расхода топлива в котельной

Заключение

Предисловие

Учебными планами подготовки инженеров по направлению «Теплоэнергетика» предусмотрено изучение ряда дисциплин, в которых рассматриваются промышленные паровые котельные.

При изучении этих дисциплин выполняются курсовые проекты и контрольные работы, решаются инженерные задачи на практических занятиях, связанные с расчетами принципиальных тепловых схем (ПТС) котельных для выбора состава основного оборудования. Настоящие методические указания (далее - Указания) посвящены решению этих задач. Указания предназначены студентам специальности «Тепловые электростанции» при изучении дисциплины «Технология централизованного производства электрической и тепловой энергии».

Студенты очной и заочной форм обучения выполняют по этой дисциплине курсовой проект, в состав которого входит выбор основного оборудования паровой котельной. Аналогичная задача входит в состав курсового проекта по дисциплине «Источники и системы теплоснабжения», которую изучают студенты по специальности «Промышленная теплоэнергетика».

Различные задачи, связанные с расчетами ПТС паровых промышленных котельных и с выбором основного оборудования для них, могут входить в состав дипломных проектов студентов, заканчивающих обучение по теплоэнергетическим специальностям.

Кроме учебных целей, Указания могут быть использованы в проектных и эксплуатационных организациях.

Для успешного расчета тепловой схемы и выбора основного оборудования котельной необходимы знания:

- по разделам физики, относящимся к тепловой энергии, теплофизическим свойствам воды и водяного пара;

- по разделам технической термодинамики и тепломассообмена, относящимся к процессам парообразования и конденсации водяного пара, к тепловым балансам теплообменных установок;

- по разделам курсов «Технология централизованного производства тепловой и электрической энергии» и «Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий», относящимся к способам отпуска тепла в горячей воде и водяном паре от котельных, а также к принципиальным тепловым схемам паровых котельных.

Особую важность имеют знания систем единиц измерения физических величин и умение пользоваться при расчетах как международной системой единиц СИ, в которой тепловая мощность котельных измеряется в Мегаваттах, так и практической системой, широко используемой на производстве, в которой тепловая мощность теплоисточников измеряется в Гкал/ч. При этом студенты должны уметь переходить в процессе расчета, в случае необходимости, от одной системы единиц к другой.

Авторы выражают благодарность главному специалисту-теплотехнику института «Сибирский ВНИПИэнергопром» В.М. Громовой за ценные советы и предложения по улучшению инженерно-технического содержания данной работы.

Авторы с благодарностью примут все замечания и предложения, которые будут учтены в дальнейшей работе при подготовке нового издания Указаний. Предложения по исправлению и дополнению данной работы просим направлять авторам на кафедру теплоэнергетики энергетического факультета ИрГТУ.

Введение

Выбор состава основного оборудования для промышленных паровых котельных является одной из основных первоочередных задач, которые решаются при проектировании систем энергоснабжения отдельных промышленных предприятий, промышленных узлов и жилых микрорайонов. Под составом основного оборудования здесь понимается тип и количество паровых котлов, выбранное с учетом требований по допустимому снижению тепловой мощности котельной при аварийном выходе из строя 1-го самого мощного котла, а также режимов работы котлов в неотопительный период.

Эта задача решается при технико-экономическом сравнении раздельного и комбинированного способов энергоснабжения промышленных и жилищно-коммунальных объектов на стадии разработки схемы теплоснабжения. Как известно, при раздельном способе энергоснабжения теплота в виде водяного пара и горячей воды производится, как правило, в паровых котельных на органическом топливе. На этой стадии проектирования достаточно выбрать тип и число паровых котлов, а также определить годовой расход топлива. Вспомогательное оборудование котельной выбирается на последующих стадиях проектирования.

Выбор состава основного оборудования в паровых котельных может выполняться также при разработке технических проектов, когда в течение периода после разработки схемы теплоснабжения произошло изменение расчетных тепловых нагрузок потребителей теплоты, присоединяемых к котельной.

Уточнение состава основного оборудования котельных может производиться также в процессе эксплуатации. Например, при замене физически и морально устаревшего оборудования, а также расширении действующих котельных при подключении к ним новых потребителей теплоты необходимо выполнение расчетов тепловой схемы для обоснованного выбора типа и числа вновь устанавливаемых котлов.

В котельных, отпускающих теплоту в виде водяного пара и горячей воды, могут быть установлены одновременно паровые и водогрейные котлы, либо пароводогрейные котлы, вырабатывающие водяной пар и горячую воду. Однако такие котельные применяются сравнительно редко. В настоящих Указаниях рассматривается наиболее распространенный вид промышленной котельной только с паровыми котлами. При этом Указания окажутся полезными также при расчете ПТС котельных со смешанным составом основного оборудования, т.е. с паровыми и водогрейными котлами.

В тех случаях, когда промышленные потребители, присоединенные к одной котельной, потребляют пар с различными параметрами, возможны следующие варианты отпуска пара от котельной:

1) отпуск пара повышенного давления по одному общему паропроводу при получении необходимых параметров пара на тепловых пунктах потребителей с использованием редукционно-охладительных установок (РОУ); возможно повышение давления пара на тепловых пунктах потребителей в паровых компрессорах; практическое применение такого решения возможно при наличии соответствующего оборудования и на основе технико-экономического обоснования;

2) отпуск пара различных давлений по разным паропроводам.

Выбор оптимальной схемы отпуска пара должен производиться на основе технико-экономического расчета, рассмотрение которого не входит в объем настоящих Указаний, в которых рассматривается наиболее распространенный в практике вариант отпуска пара от котельной по двум паропроводам с различными параметрами пара. Причем данные Указания окажутся полезными и при расчете ПТС котельных с другими схемами отпуска пара внешним потребителям.

Расчет тепловой схемы паровой котельной с применением Указаний поможет студентам глубоко изучить технологию производства теплоты в виде водяного пара и горячей воды при раздельном способе энергоснабжения и затем перейти к изучению технологии комбинированного способа выработки электроэнергии и теплоты на ТЭЦ. Следует иметь в виду, что ПТС паровых котельных и паросиловых ТЭЦ на органическом топливе имеют некоторое сходство. Например, тепловые схемы вспомогательного оборудования по подготовке и подаче подпиточной воды для водяных тепловых сетей в паровых котельных и ТЭЦ во многом одинаковы. Разница состоит лишь в том, что подогрев сырой и химочищенной воды, включая деаэрацию химочищенной воды, в котельных осуществляется паром от паровых котлов через РОУ, а на ТЭЦ - паром из регулируемых отборов теплофикационных турбин.

1. Общие методические положения

Задача по выбору основного оборудования паровой котельной формулируется следующим образом

Для заданных:

- климатических характеристик места расположения котельной;

- расходов и параметров пара, отпускаемого от котельной промышленным предприятиям, а также расходов и температур возвращаемого конденсата;

- расчетных расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, отпускаемой от котельной внешним потребителям в горячей воде с заданным температурным графиком;

- вида системы горячего водоснабжения;

- вида основного топлива в котельной.

Требуется:

- выбрать тип паровых котлов и подготовить ПТС котельной;

- определить расчетную производительность котельной;

- выбрать состав паровых котлов с учетом условий их работы в неотопительный период, а также требований аварийного резервирования котлов;

- определить часовой и годовой расход топлива для котельной.

При выборе состава котлов на практике приходится учитывать различные ограничения, связанные с вредными воздействиями теплоисточников на окружающую среду. Однако рассмотрение методики учета экологических ограничений не входит в объем расчета тепловой схемы котельной, выполняемого по настоящим Указаниям.

В технической литературе по промышленным котельным расчет ПТС котельной рекомендуется выполнять, как правило, для нескольких режимов её работы. Например, в [5] рекомендуется такой расчет выполнять для 4-х режимов:

- 1-й режим - при расчетной наружной температуре для проектирования отопления, по которому выбирается состав основного оборудования;

- 2-й режим - при средней наружной температуре наиболее холодного месяца, по которому выбранное число котлов проверяется на выполнение нормативных требований по обеспечению тепловых нагрузок при аварийном выходе из строя 1-го самого мощного котла;

- 3-й режим - при средней наружной температуре за отопительный период, по которому определяются показатели годового отпуска тепла и расхода топлива;

- 4-й режим - при работе котельной в неотопительном периоде, по которому уточняется состав и параметры вспомогательного оборудования котельной для обеспечения работы с уменьшенными нагрузками.

В настоящих Указаниях, посвященных расчету ПТС паровой котельной для выбора состава основного оборудования с учетом условий работы котлов в неотопительном периоде, а также требований аварийного резервирования, приведена методика расчета только для 1-го режима. При использовании этой методики отпадает необходимость в расчете 2-го режима работы котельной. Более подробное обоснование изложенного здесь методического подхода к учету требований аварийного резервирования приведено в [2]. Методика определения годовой выработки тепловой энергии и годового расхода топлива, изложенная в настоящих указаниях, позволяет отказаться от расчета 3-го режима. Изложение методики расчета ПТС котельной для 4-го режима, по которому выбирается вспомогательное оборудование котельной для работы в неотопительном периоде, не входит в задачу Указаний. Работа котельной в неотопительный период в Указаниях рассматривается только в объеме проверки выбранного типа паровых котлов на возможность их работы в неотопительный период со сниженными тепловыми нагрузками.

При расчете ПТС котельной в Указаниях используется уравнение теплового баланса пароводяных подогревателей (ПВП), которое для определения расхода пара на подогреватель имеет вид

где - тепловая нагрузка ПВП, т.е. расход теплоты, передаваемой паром нагреваемой воде; - энтальпия пара перед ПВП; - энтальпия конденсата после ПВП; - КПД подогревателя, показывающий потери теплоты в окружающую среду и принимаемый, как правило, равным 0,98.

Для всех ПВП в котельной, использующих пар из паропроводов собственных нужд после редукционных установок (РУ), снижающих давление пара до 0,6 МПа, а затем до 0,12 МПа (поз. 2.5 и 3.10 на рис. 3.1), величина принимается равной энтальпии пара до этих РУ, т.к. энтальпия пара в процессе дросселирования остается неизменной. Таким образом, величина определяется по таблицам свойств воды и водяного пара при заданных параметрах пара в паропроводе низкого давления. Величина для всех ПВП, кроме подогревателей сетевой воды (ПСВ), определяется как энтальпия конденсата на линии насыщения при давлении пара в ПВП. Давление пара после первого РУ (поз. 2.5 на рис. 3.1) определяется по максимальной температуре нагреваемой воды в котельной. В рассматриваемой в Указаниях паровой котельной такой максимальной температурой является расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе (). Например, при = 150 0С необходимое давление пара, определяемое по температуре насыщения, превышающей значение на 5 - 10 0С, принято равным 0,6 МПа. Из этого паропровода пар подается также на подогреватель питательной воды перед котлом и на паровой калорифер для подогрева дутьевого воздуха.

Давление пара после второго РУ определяется по расчетному давлению в атмосферных деаэраторах, равному 0,12 МПа. Из этого паропровода пар подается на деаэраторы питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети, а также на подогреватели сырой и химочищенной воды перед деаэраторами. Величина для ПСВ определяется по температуре конденсата после охладителя (ОК) (п. 2.6 на рис. 3.1), которая зависит от температуры сетевой воды на входе в ОК. В открытых системах теплоснабжения температура сетевой воды на входе в котельную в максимально зимнем режиме ( ) равна 70 0С. Температура подпиточной воды принимается, как правило, также равной 70 0С. Поэтому температуру конденсата после ОК в открытых системах следует принимать не менее 80 0С. В закрытых системах величина < 70 0С, однако, для упрощения расчетов и для обеспечения запаса по расходу пара на ПСВ и по производительности котельной величину рекомендуется определять при температуре 80 0С, т.е. такой же как и в открытой системе. Такое упрощение допустимо только при выборе состава основного оборудования котельной. При расчете тепловой схемы паровой котельной в закрытых системах при выбранном составе котлоагрегатов необходимо определять величину с учетом охлаждения сетевой воды в водоводяных подогревателях горячего водоснабжения у потребителей и затем по этой величине принимать температуру конденсата после ОК.

Для определения расходов и температур греющей и нагреваемой воды в водоводяных подогревателях (ВВП) используется уравнение теплового баланса ВВП:

где , - расходы греющей и нагреваемой воды; , - температуры греющей воды соответственно до и после ВВП; , - температуры нагреваемой воды соответственно до и после ВВП; , - удельные теплоемкости греющей и нагреваемой воды.

В целях упрощения расчетов тепловой схемы котельной в КП допускается не учитывать разницу между значениями и , т.е. в этом случае допускается исключить величины и из уравнения (1.2). При необходимости более точных расчетов значения и определяются в зависимости от температуры воды по [4, приложение 9].

В процессе расчета тепловой схемы котельной приходится находить параметры потоков пара и воды в деаэраторе подпиточной воды тепловой сети (ДПТС), в деаэраторе питательной воды котлов (ДПВ), в редукционно-охладительной установке (РОУ) и в расширителе непрерывной продувки котлов. Общей чертой этих видов вспомогательного оборудования является то, что они являются смесительными устройствами и параметры потоков пара и воды для них определяются путем совместного решения уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального баланса представляет собой равенство суммарных расходов входящих и выходящих потоков. Уравнение теплового баланса представляет собой равенство входящих и выходящих суммарных потоков теплоты. Уравнение теплового баланса получают из уравнения материального баланса умножением расхода для каждого потока на величину его удельной энтальпии. Например, для ДПТС (поз. 3.4 на рис. 3.1) эти уравнения будут иметь вид

В этих уравнениях: t и С - температура и удельная теплоемкость соответствующих потоков воды; - удельная энтальпия потока пара (далее - энтальпия).

Такая система из двух уравнений позволяет найти любые два неизвестных параметра при известных остальных параметрах. Например, в выражении (1.3) любые два параметра могут быть неизвестными, а остальные 4 параметра должны быть известны. Величины С и не входят в число этих параметров, т.к. являются известными.

В Указаниях, в целях упрощения расчетов, приняты следующие допущения.

В расчетах не рассматривается установка охладителей выпара у деаэраторов питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети. При этом создается некоторый запас по суммарной номинальной производительности котлов.

При необходимости более точных расчетов тепловых схем паровых котельных при установке охладителей выпара (ОВ) деаэраторов рекомендуется учесть подогрев части химочищенной воды в таких ОВ, что позволит получить некоторую экономию топлива за счет использования теплоты выпара и уменьшение затрат на подготовку добавочной воды для котлов за счет уменьшения потерь пара с выпаром.

В ПТС на рис. 3.1 и 3.2 не предусмотрены охладители конденсата, возвращаемого от внешних потребителей пара, а температура этого конденсата принята равной 40 - 50 0С. В тех случаях, когда эта температура будет выше температуры, допустимой по технологии конденсатоочистки, может возникнуть необходимость в установке охладителей конденсата перед конденсатоочисткой, в которых конденсат охлаждается до необходимой температуры за счет нагрева сырой или химочищенной воды (ХОВ). Температура конденсата перед конденсатоочисткой устанавливается по требованиям технологии химической очистки.

Конденсат из мазутного хозяйства с температурой 80 0С направляется в деаэратор питательной воды. В тех случаях, когда потребуется очистка этого конденсата, необходимо его охладить до температуры 40 - 50 0С за счет нагрева сырой или химочищенной воды.

Расчет ПТС паровой котельной состоит из следующих этапов:

1) Подготовка исходных данных.

2) Выбор типа котлов и подготовка ПТС котельной.

3) Определение расчетной производительности котельной и предварительный выбор числа котлов.

4) Выбор состава котлов с учетом режима их работы в неотопительном периоде, а также требований аварийного резервирования.

5) Определение часового и годового расходов топлива в котельной.

По результатам работы, выполненной согласно п. 1.7 должна быть подготовлена пояснительная записка, в которой приводятся:

- введение, содержащее цель работы и перечень основных исходных данных;

- материалы работы, указанные в п. 1.7.;

- заключение, содержащее анализ полученных результатов и области их применения;

- список используемой литературы.

Пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии со стандартом СТП ИрГТУ «Оформление курсовых и дипломных проектов». При этом особое внимание должно быть уделено правильному оформлению графиков и формул.

2. Исходные данные и варианты курсового проекта

Для выполнения расчета ПТС котельной и выбора основного оборудования должны быть подготовлены следующие исходные данные.

Район расположения проектируемой котельной и климатологические характеристики района, которые должны приниматься либо по нормативным данным [6], либо по справочным данным [4].

Расчетные расходы, давления и температуры пара, отпускаемого от котельной на производственные нужды по каждому паропроводу.

Расчетные расходы конденсата (проценты возврата конденсата) и температура конденсата, поступающего в котельную от внешних потребителей пара (для каждого паропровода).

Расчетные (максимально-часовые) расходы тепла на отопление () и вентиляцию () всех потребителей, присоединенных к котельной.

Среднечасовой за отопительный период расход тепла на горячее водоснабжение () для всех потребителей.

Расчетная (максимальная) температура сетевой воды в подающем трубопроводе водяной тепловой сети от котельной.

Вид системы горячего водоснабжения (открытая или закрытая) потребителей, получающих теплоту от котельной в горячей воде. При закрытой системе принято, что потребители теплоты в жилом микрорайоне не имеют баков-аккумуляторов воды в местных системах горячего водоснабжения, а тепловые пункты промпредприятий промузла оборудованы такими баками.

Вид основного топлива.

В настоящих Указаниях предусмотрено 50 вариантов курсового проекта (КП), различающихся вышеперечисленными исходными данными, приведенными для всех вариантов в приложении 1.

Расчетные тепловые нагрузки жилого микрорайона с заданной численностью населения и для заданного города определяются в предыдущей части КП и используются для расчета ПТС паровой котельной.

В расчете тепловой схемы котельной по настоящим Указаниям в виде отдельного КП расчетные тепловые нагрузки жилого микрорайона принимаются в п. 2 таблицы приложения 1.

3. Выбор типа паровых котлов и подготовка принципиальной тепловой схемы котельной

Под выбором типа паровых котлов в Указаниях подразумевается выбор конструкции котла в зависимости от заданного вида топлива и выбор параметров пара на выходе из котла в зависимости от заданных максимальных давления и температуры пара во внешнем паропроводе на выходе из котельной, а также в зависимости от расчетной температуры сетевой воды в подающем трубопроводе водяной тепловой сети от котельной.

Из-за дискретности ряда расчетных давлений пара на выходе котлов давление пара в промышленном паропроводе с наибольшим давлением будет в большинстве случаев больше заданного, что обеспечит некоторый запас по пропускной способности этого паропровода. В таких случаях для подачи пара в промышленный паропровод с более низким давлением в котельной устанавливается редукционно-охладительная установка (РОУ). В тех случаях, когда от паровой котельной отпускается только горячая вода, давление пара на выходе из котлов определяется температурным графиком водяной тепловой сети. Например, при максимальной температуре сетевой воды в подающем трубопроводе 150 0С необходимое давление пара равно 0,6 МПа. Для таких котельных могут быть выбраны паровые котлы с давлением пара 0,9 либо 1,4 МПа в зависимости от мощности котельной.

Тип паровых котлов, в зависимости от необходимого давления пара, при отсутствии данных о номенклатуре выпускаемых котлов принимается по справочной литературе [3], либо по данным приложения 2. Такие котлы могут быть изготовлены для работы практически на любых широко используемых видах твердого, жидкого и газообразного топлива.

Котлы, вырабатывающие насыщенный пар, применяются в тех случаях, когда пар используется либо в самой котельной (например, только для нагрева сетевой воды) либо в непосредственной близости от неё. В настоящих Указаниях рассматривается наиболее распространенный вид котельной, вырабатывающей перегретый пар, предназначенный для пароснабжения промышленных предприятий, расположенных на значительном расстоянии от котельной. Перегрев пара в этих случаях необходим для предотвращения конденсации пара во внешних паропроводах. Некоторые предприятия могут потреблять пар для совершения механической работы (паровые молоты, паровые приводные турбины). В таких случаях перегрев пара необходим для повышения экономичности паровых двигателей.

Для иллюстрации методики расчета ПТС паровой котельной при выборе основного оборудования в Указаниях принята ПТС котельной, которая отпускает перегретый пар на производство по двум паропроводам с разными давлениями, а также горячую воду для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

ПТС котельной для открытой системы теплоснабжения приведена на рис. 3.1, в которой следует выделить следующие блоки, включающие группы элементов схемы с общим функциональным назначением.

1) Блок подачи пара внешним потребителям:

1.1. Внешний паропровод с высоким давлением пара, отпускаемого непосредственно от котлов.

1.2. Внешний паропровод с низким давлением пара.

1.3. Редукционно-охладительная установка (РОУ), предназначенная для получения пара низкого давления с заданными параметрами.

1.4. Трубопроводы конденсата, возвращаемого от внешних потребителей пара.

1.5. Бак сбора возвращаемого конденсата.

1.6. Конденсатный насос.

1.7. Конденсатоочистка.

2) Блок нагрева сетевой воды для внешних потребителей:

2.1. Подающий трубопровод.

2.2. Обратный трубопровод.

2.3. Сетевой насос.

2.4. Подогреватель сетевой воды (ПСВ).

2.5. Редукционная установка (РУ), предназначенная для снижения давления пара до 0,6 МПа.

2.6. Охладитель конденсата, предназначенный для охлаждения конденсата после ПСВ для предотвращения вскипания конденсата в конденсатопроводе и в деаэраторе питательной воды.

При реальном проектировании необходимость установки охладителя конденсата после ПСВ определяется из теплового баланса деаэратора питательной воды (ДПВ). Если средняя температура всех потоков химочищенной воды и конденсата окажется ниже температуры насыщения при давлении в ДВП, то охладители конденсата можно не устанавливать. Такая ситуация может возникнуть в паровых котельных с большими паровыми нагрузками и с малыми долями возвращаемого конденсата, т.е. с большими расходами добавочной воды для котлов и со сравнительно небольшими нагрузками в горячей воде, т.е. с небольшими расходами конденсата после ПСВ. В настоящем КП установка охладителя конденсата после ПСВ является обязательной в учебных целях.

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема промышленной паровой котельной для открытой системы теплоснабжения

3) Блок подготовки и подачи подпиточной воды для тепловой сети:

3.1. Насос сырой воды. В качестве сырой воды для подпитки тепловых сетей в соответствии с нормами проектирования [7] при открытой системе теплоснабжения должна применяться только вода питьевого качества.

3.2. Подогреватель сырой воды, предназначен для подогрева сырой воды перед ХВО до температуры 30 - 40 0С.

3.3. Химводоочистка для тепловой сети (ХВОТС).

3.4. Деаэратор подпиточной воды для тепловой сети (ДПТС) атмосферного типа. В открытых системах допускается применение вакуумных ДПТС.

3.5. Охладитель подпиточной воды после ДПТС до температуры 70 0С.

3.6. Охладитель конденсата подогревателей с давлением пара 0,6 МПа (ПВД питательной воды 4.7 и калорифер для подогрева дутьевого воздуха 7.3).

3.7. Пароводяной подогреватель ХОВ воды перед ДПТС. В случае установки охладителя конденсата 3.6 этот подогреватель устанавливается тогда, когда в охладителе конденсата не удается подогреть химочищенную воду до температуры 94 0С.

3.8. Бак-аккумулятор подпиточной воды в открытых системах.

3.9. Подпиточный насос.

3.10. Редукционная установка (РУ) для снижения давления пара с 0,6 до 0,12 МПа, необходимого для работы атмосферных деаэраторов и для подогрева сырой и химочищенной воды.

4) Блок питательной воды котлов:

4.1. Паровой котел.

4.2. Деаэратор питательной воды котлов (ДПВ).

4.3. Сборный коллектор потоков конденсата от подогревателей с давлением пара 0,6 МПа.

4.4. Сборный коллектор потоков конденсата от подогревателей с давлением пара 0,12 МПа.

4.5. Насос для перекачки конденсата в ДПВ. В паровых котельных, при обосновании, могут применяться другие схемы сбора конденсата и подачи его в ДПВ.

4.6. Питательный насос.

4.7. Подогреватель высокого давления (ПВД) для подогрева питательной воды перед котлом. Этот подогреватель устанавливается в тех случаях, когда температура питательной воды на входе в котел по техническим требованиям завода-изготовителя должна быть 145 0С, т.е. выше температуры в ДПВ.

5) Блок подготовки и подачи добавочной воды для котлов:

5.1. Насос сырой воды.

5.2. Охладитель сбросной продувочной воды до максимальной температуры сбросных вод, допускаемых нормами по защите окружающей среды.

5.3. Подогреватель сырой воды перед ХВО; устанавливается тогда, когда в охладителе (п. 5.2) не удается подогреть сырую воду до заданной температуры 300 С (см. п. 4.1.2).

5.4. Химводоочистка (ХВО) для добавочной воды котлов.

5.5. Подогреватель химочищенной воды перед ДПВ.

6) Блок использования тепла непрерывной продувки котлов:

6.1. Расширитель непрерывной продувки котлов.

5.2. Охладитель сбросной продувочной воды (из блока 5).

6.2. Устройство для приема сбросной продувочной воды после охладителя.

7) Блок собственных нужд котельной:

7.1. Подогреватель воды на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения котельной. Кроме схемы этого подогревателя, приведенной на рис. 3.1, в котельных могут применяться схемы включения такого подогревателя в контур водяных сетей с использованием сетевой воды в качестве греющего теплоносителя.

7.2. Подогреватель для непрерывного подогрева мазута для подсветки факела угольных котлов при их работе на сниженных нагрузках. Согласно рекомендациям [5] для подогрева мазута используется пар с давлением 1,2 - 1,4 МПа.

7.3. Калорифер для подогрева дутьевого воздуха, устанавливается только для котлов, работающих на высокосернистом топливе, для которых необходимость установки калорифера предусмотрена заводом-изготовителем. Если соответствующие данные отсутствуют, то при определении расчетной производительности котельной по настоящим Указаниям рекомендуется предусматривать установку калорифера для подогрева дутьевого воздуха для паровых котлов паропроизводительностью 50 т/ч и выше.

ПТС котельной для закрытой системы теплоснабжения (ЗС) приведена на рис. 3.2. Основные отличия этой схемы от такой схемы при открытой системе (ОС) находится только в блоках подготовки и подачи подпиточной воды для тепловой сети (блок 3) и добавочной воды для котлов (блок 5).

Схемы остальных блоков (блоки 1, 2, 4, 6 и 7) при ЗС аналогичны этим схемам при ОС (см. п. 3.2.1).

При ЗС, также как и при ОС, в качестве сырой воды для подпитки тепловой сети должна применяться только вода питьевого качества. Однако при ЗС допускается применение для подпитки тепловых сетей технической воды при обязательной ее деаэрации в атмосферных деаэраторах либо при кипячении при температуре не ниже 100 0С. При ЗС допускается [5] не устанавливать отдельный ДПТС, а подпитку тепловой сети производить питательной водой после ДПВ.

В учебных целях на рис. 3.2 приведена ПТС с установкой отдельного ДПТС. При ЗС вместо бака-аккумулятора подпиточной воды устанавливается



Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема промышленной паровой котельной для закрытой системы теплоснабжения

бак запаса подпиточной воды для заполнения тепловых сетей после устранения аварий.

Схема подогрева химочищенной воды перед ДПТС и ДПВ, приведенная на рис. 3.1, рекомендуется для открытой системы с большим расходом подпиточной воды для тепловой сети. Для закрытой системы теплоснабжения эта схема изменяется следующим образом (рис. 3.2). Охладитель конденсата 3.6 исключается из линии подогрева ХОВ перед ДПТС и включается в линию подогрева ХОВ перед ДПВ в качестве первой ступени подогрева 5.6, а подогреватель 5.5 будет второй ступенью подогрева ХОВ перед ДПВ.

Отличия в ПТС котельных при закрытой и открытой системах теплоснабжения приводят к некоторым отличиям в последовательности расчетов ПТС. Эти отличия находятся только в пп. 4.2.8 и 4.2.9 главы 4. В других пунктах главы 4 и в главах 5 и 6 отличий в методике расчетов ПТС при закрытой и открытой системах нет.

4. Определение расчетной производительности котельной и предварительный выбор числа котлов

Расчетная производительность котельной () определяется по формуле

где - расход пара для обеспечения тепловых нагрузок в паре и горячей воде внешних потребителей (ВП); - расход пара на собственные нужды котельной.

4.1 Определение величины

Для определения величины рекомендуется составить расчетную схему потоков пара, составляющих (рис. 4.1), на основе ПТС котельной (рис. 3.1 и 3.2).

На рис. 4.1 показаны следующие потоки пара:

- - расходы пара высокого (РВ) и низкого (РН) давления на производственные нужды промпредприятий;

- - расход пара на подогреватель сетевой воды (ПСВ);

-- расход пара на подогреватель сырой воды для подготовки подпиточной воды тепловой сети (ТС);

- - расход пара на деаэратор подпиточной воды ТС.

Величина определяется из теплового баланса ПСВ и охладителя конденсата (ОК) по формуле вида.



Рис. 4.1. Расчетная схема потоков пара, составляющих величину

Расчетная тепловая нагрузка ПСВ определяется из выражения

где , - расчетные тепловые нагрузки на отопление и горячее водоснабжение жилого микрорайона и промузла; , - расчетные тепловые нагрузки на вентиляцию жилого микрорайона и промышленного узла (см. исходные данные); - расчетные потери теплоты с утечками в тепловой сети; - расчетные потери теплоты через тепловую изоляцию трубопроводов ТС; - расчетный поток теплоты, вводимой в сетевую воду с подпиточной водой.

Величина для открытой системы при установке баков-аккумуляторов подпиточной воды в котельной определяется по формуле

где , - коэффициенты суточной неравномерности нагрузки горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла;, - среднечасовая за отопительный период нагрузка горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла (см. исходные данные).

Величину КС рекомендуется принимать [1]:

- для жилого микрорайона = 1,2;

- для промузла = 1,0.

Величина для закрытой системы определяется по формуле

где , - коэффициенты часовой неравномерности нагрузки горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла (см. ниже); остальные величины см. формулу.

Так как баки-аккумуляторы горячей воды в жилых микрорайонах, как правило, отсутствуют, величина определяется в зависимости от численности населения в жилом микрорайоне (m) по данным [1, табл. 7.3]. Если m ? 20 тыс. чел., то = 2,4. При m < 20 тыс. чел. величина КЧ зависит от m. При отсутствии данных численность населения можно определить по величине и по величине удельного среднего за отопительный период расхода теплоты на 1 чел. в жилых зданиях, который можно принять равным 305 Вт/чел [8]. Если в жилом микрорайоне кроме жилых зданий имеются общественные здания, то для упрощения расчетов допускается величины и КЧ для таких общественных зданий принимать такими же как для жилых зданий.

Величина при наличии баков-аккумуляторов горячей воды на промпредприятиях равна 1. При отсутствии баков-аккумуляторов величина может быть определена по данным [1, табл. 7.2].

В курсовом проекте рекомендуется принять = 1, в соответствии с исходными данными (см. п. 2.7).

Величина (МВт) определяется по формуле

где с - удельная теплоемкость воды, принимаемая равной 4,2 кДж/кг 0С; - расчетные потери сетевой воды с утечками из тепловой сети, т/ч (см. ниже); - расчетная температура потока воды с утечкой из тепловой сети, 0С (см. ниже); - расчетная температура холодной воды, поступающей в котельную для компенсации утечек, принимается равной 5 0С.

Величина (т/ч) принимается в соответствии с рекомендациями [7] равной 0,75% от фактического объема воды (м3) в тепловых сетях и в местных системах теплопотребления, непосредственно присоединенных к тепловым сетям по зависимой схеме (VСЦТ).

Величина VСЦТ, при отсутствии точных данных, принимается [7] из расчета 65 м3 на 1 МВт суммарной расчетной тепловой нагрузки , равной сумме расчетных нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, учитываемых в формуле (4.2), при закрытой системе и 70 м3 на 1 МВт - при открытой системе.

При наличии в СЦТ транзитных сетей протяженностью более 5 км следует учесть дополнительный фактический объем этих сетей. В этом случае величинуследует увеличить на дополнительный расход сетевой воды с утечками из транзитных сетей, равный 0,5% от фактического объема транзитных сетей протяженностью сверх 5 км. В настоящем КП наличие протяженных транзитных сетей не учитывается.

Величинаопределяется в зависимости от целей расчета. При определении среднегодовых потерь теплоты с утечками сетевой воды эту величину определяют по формуле.

где - расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе, 0С; - максимальная температура сетевой воды в обратном трубопроводе, 0С.

В открытых системах = = 70 0С.

В закрытых системах величина определяется с учетом охлаждения сетевой воды в подогревателях горячего водоснабжения.

В настоящих Указаниях рассматривается задача выбора основного оборудования паровой котельной, при решении которой величину рекомендуется принимать равной для обеспечения необходимого запаса тепловой производительности котельной в том случае, когда утечка сетевой воды произойдет в максимально зимнем режиме только из подающего трубопровода.

После определения величины рекомендуется определять её долю от суммарной расчетной тепловой нагрузки потребителей теплоты, присоединенных к водяным тепловым сетям от котельной, по формуле



Величина зависит от величины и от протяженности тепловых сетей. При отсутствии данных рекомендуется принимать величину следующим образом

где - доля тепловых потерь через тепловую изоляцию трубопроводов, которую, при отсутствии данных, допускается принимается в размере:

при до 20 МВт - 0,03;

при = 20 - 50 МВт - 0,04;

при более 50 МВт - 0,05.

Расчетный поток теплоты с подпиточной водой определяется по формуле

где - расчетный расход подпиточной воды; - температура подпиточной воды, которую рекомендуется принимать равной 70 0С; с - удельная теплоёмкость воды.

Величина определяется по формуле



где - расчетная величина утечки из тепловых сетей (см. выше); - расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение.

Для закрытой системы = 0; для открытой системы величина определяется по формуле

где - расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение (см. формулу (4.3)); - расчетная температура воды в системе горячего водоснабжения; - расчетная температура холодной воды, равная 5 0С.

Величина принимается, в соответствии с нормами [8] для открытой системы, в диапазоне 60 - 75 0С.

Определение расходов пара на подогреватель сырой воды ДПСТС и на деаэратор подпиточной воды тепловой сети ДДПТС производится следующим образом.

Для определения величины ДПСТС по формуле (1.1) тепловая нагрузка подогревателя рассчитывается по формуле

где - расход сырой воды на подпитку тепловой сети (см. ниже); - температура сырой воды после подогревателя, принимается по рекомендациям [5] равной 30 0С; - температура сырой воды до подогревателя, принимается равной = = 5 0С.

Величина определяется по формуле

где - коэффициент потерь сырой воды в ХВО, принимается по данным [5] равным 0,25; - расход химочищенной воды для подпитки тепловых сетей, определяется из уравнений материального и теплового баланса ДПТС (см. формулы 1.3).

При решении этих уравнений являются известными следующие величины:

а) температура подпиточной воды после ДПТ С (), которая принимается равной температуре насыщения при давлении в ДПТС 0,12 МПа, т.е. 104 0С;

б) температура химочищенной воды перед ДПТС, которая принимается на 10 0С меньше температуры в ДПТС, т.е. = 104 - 10 = 94 0С;

в) энтальпия пара на входе в ДПТС, которая принимается равной энтальпии пара перед РУ при заданных параметрах пара после РОУ; напоминаем, что при дросселировании пара в РУ до 0,6 МПа и в РУ до 0,12 МПа энтальпия пара не изменяется;

г) расход подпиточной воды, определенный выше (см. п. 4.1.1.4).

В результате решения уравнений материального и теплового баланса ДПТС определяются величины ДДПТС и .

В итоге определяется искомая величина ДПСТС по формуле (1.1).

Способ дальнейшего расчета для определения величины виден из расчетной схемы на рис. 4.1.

Расход пара низкого давления после РОУ () равен сумме заданного расхода пара и ранее определенных величин ДПСВ, ДПСТС и ДДПТС.

Расход пара перед РОУ () определяется из уравнений материального и теплового баланса РОУ (см. п. 1.5), при решении которых известны следующие величины:

а) энтальпии пара перед и после РОУ, которые определяются по заданным параметрам пара во внешних паропроводах высокого и низкого давления;

б) энтальпия охлаждающей воды перед РОУ, которая принимается равной энтальпии питательной воды после ДПВ, т.е равной энтальпии конденсата на линии насыщения при давлении в ДПВ, равном 0,12 МПа;

в) расход пара после РОУ ().

В результате решения этих уравнений определяется величина расхода пара перед РОУ ().

В итоге величина будет равна

Следует иметь в виду, что найденные в предыдущем расчете величины и учитывают только часть действительных расходов пара перед и после РОУ, т.е. только расходы пара для обеспечения тепловых нагрузок в паре и горячей воде внешних потребителей. Действительные величины этих потоков пара будут включать в себя расходы пара на собственные нужды котельной. паровой котел топливо отопительный

4.2 Определение величины

Формулу (4.1) представим в виде

где - коэффициент, показывающий долю расхода пара от котлов на собственные нужды котельной, определяется как

Дальнейший расчет по определению величины заключается в следующем. Так как величина , зависящая от , пока неизвестна, необходимо задаться значением в диапазоне 0.1-0.4, определить предварительное значение ()' по формуле (4.12) и по этому значению определить расходы пара на собственные нужды котельной ()' и уточненное значение ()". Если разница величин ()' и ()" будет меньше 5% от величины ()', то для дальнейших расчетов следует принять большее значение этих величин. Если эта разница будет больше 5%, то необходимо выполнить итерационную (уточняющую) процедуру расчета. Для этого по величине ()" следует определять уточненные значения ()" и ()"'. Итерационный процесс уточнения заканчивается, когда разность значений на соседних итерациях будет меньше 5%.

Величина включает в себя следующие расходы пара и питательной воды на собственные нужды котельной:

а) питательная вода на обеспечение непрерывной продувки котлов ДПРОД;

б) пар на подогрев сырой воды для подготовки добавочной воды для котлов ДП.С.К;

в) пар на подогрев ХОВ для котлов ДП.ХОВ.К.;

г) пар на подогрев мазута ДПМ;

д) пар на бытовые тепловые нагрузки котельной (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) ДБЫТ.;

е) пар на подогрев питательной воды котлов в ПВД ДПВД;

ж) пар на калорифер для подогрева воздуха для котлов ДКАЛ;

з) пар на ДПВ ДДПВ.

Расход питательной воды для обеспечения непрерывной продувки котлов определяется по формуле

где принимается по данным [5] равным 0,03.

Для определения расхода пара на подогрев сырой воды для подготовки добавочной воды котлов ДП.С.К с использованием формулы (1.1) определяется тепловая нагрузка подогревателя по формуле

где - расход сырой воды для подготовки добавочной воды котлов; = 30 0С (см. п. 4.1.2); - температура сырой воды перед подогревателем (см. ниже).

Величина определяется аналогично величине по формуле (4.11) при = 0,25 по величине . Расход химочищенной воды для подготовки добавочной воды котлов () должен восполнить потери конденсата в тракте паровых котлов и определяется по формуле

где - расход сбросной продувочной воды после расширителя непрерывной продувки котлов; - расход пара на ДПТС (см. п. 4.1.2); - потери пара и конденсата с утечками в котельной; - потери конденсата у внешних потребителей пара.

Величина определяется из уравнений материального и теплового баланса расширителя непрерывной продувки (РНП) (см. п. 1.5), при решении которых известны следующие величины:

а) расход непрерывной продувки (см. п. 4.2.2);

б) энтальпия продувки, принимаемая равной энтальпии конденсата на линии насыщения при давлении в барабане котла, которое допускается принять на 10% выше давления пара после котла;

в) энтальпия вторичного пара на выходе из РНП, принимаемая равной энтальпии сухого насыщенного пара при давлении в РНП, которое принимается равным 0,2 МПа для обеспечения подачи пара из РНП в ДПВ.

г) энтальпия сбросной продувочной воды, принимается равной энтальпии конденсата на линии насыщения при давлении в РНП.

В результате решения системы уравнений материального и теплового балансов РНП определяются:

- расход вторичного пара ;

- расход сбросной продувочной воды .

Величина принимается по данным [5] равной 3% от . Величина определяется по исходным данным. В итоге определяется величина по формулам (4.11) и (4.16).

Величина определяется из теплового баланса охладителя сбросной продувочной воды по уравнению вида (1.2).

В этом уравнении температура греющей (сбросной) воды после охладителя принимается в соответствии с требованиями нормативов по охране окружающей среды не выше 40 0С. Температура нагреваемой воды перед охладителем равна = 5 0С. Если окажется больше = 300 С, то подогреватель сырой воды не нужен и ДП.С.К = 0. Для дальнейших расчетов следует использовать полученное значение .

В итоге определяется величина ДП.С.К по формуле (1.1).

Расход пара на подогрев мазута () для угольных котельных принимается по данным [5] в размере 2,5% от . Для мазутной примерно 4%.

Расход пара на бытовые нагрузки котельной () рекомендуется принимать при отсутствии данных в размере 5% от .

В случае установки ПВД определяется расход пара на ПВД по уравнению (1.1). Тепловая нагрузка ПВД определяется по формуле

где - расход питательной воды на входе в котел; - температура питательной воды на входе в котел, которая принимается по характеристикам котла (как правило, при установке ПВД - 145 0С); - температура питательной воды перед ПВД, которая принимается равной температуре конденсата на линии насыщения при давлении в деаэраторе.

Величина определяется по выражению

где = 0,03 (см. п. 4.2.2).

Расход пара на калориферы для подогрева дутьевого воздуха определяется по формуле

где - доля расхода пара на калорифер для подогрева дутьевого воздуха.

При отсутствии соответствующих данных из теплового расчета котлов для калориферов с давлением пара 0,6 МПа величину допускается принимать, по рекомендациям [5], равной 0,048.

Напоминаем, что величину рекомендуется определять только для паровых котлов производительностью 50 т/ч и выше.

Для определения расхода пара на подогреватель ХОВ перед ДПВ по уравнению (1.1) определяется тепловая нагрузка подогревателя по формуле

где определен выше (см. п. 4.2.3.1); принимается на 10 0С ниже температуры насыщения при давлении в ДПВ; - температура химочищенной воды перед подогревателем, которая определяется в зависимости от схемы подогрева ХОВ.

Для схемы подогрева ХОВ при открытой системе теплоснабжения (рис. 3.1) величину рекомендуется принимать на 2 - 30 С ниже температуры сырой воды перед ХВО, которая принимается равной 300 С (см. п. 4.1.2).

Для схемы подогрева ХОВ при закрытой системе теплоснабжения (рис. 3.2) величину следует принимать равной температуре ХОВ после охладителя конденсата 5.6 на рис. 3.2, которую следует определять из уравнения теплового баланса этого охладителя.

В тепловом балансе охладителя конденсата (формула 1.2) известны следующие величины:

а) расход нагреваемой ХОВ, подаваемой в ДПВ, определен в п. 4.2.3.1;

б) расход греющей воды, равный сумме потоков конденсата от ПВД (см. п. 4.2.6), от калорифера дутьевого воздуха (см. п. 4.2.7) и от подогревателя воды на бытовые нагрузки котельной (см. п. 4.2.5);

в) температура нагреваемой ХОВ перед охладителем , принимаемая на 2 - 30 С ниже температуры сырой воды перед ХВО, которая принимается равной 300 С (см. п. 4.1.2);

г) температура греющей воды перед охладителем равна температуре конденсата на линии насыщения при давлении пара в подогревателях, т.е. 0,6 МПа.

Для определения неизвестных температур греющей и нагреваемой воды после охладителя конденсата применяется метод последовательных приближений, при котором расчет выполняется в два этапа. На первом этапе следует задаться температурой ХОВ после охладителя конденсата () равной 940 С, т.е. на 100 С ниже температуры насыщения при давлении в ДПВ, равном 0,12 МПа.

Затем следует определить температуру греющего потока конденсата после охладителя (). Если полученное значение будет удовлетворять условию.

> + 10 ,

то это значение можно использовать для дальнейших расчетов и величина будет равна заданному значению 940 С. В этом случае отпадает необходимость в установке пароводяного подогревателя 5.5.

Если условие (4.21) не выполняется, то необходим переход ко второму этапу расчета. В этом случае потоком конденсата из коллектора 4.3 нагреть ХОВ до 940 С невозможно. На этом этапе необходимо выполнить уточняющий расчет теплового баланса охладителя конденсата, в котором следует задаться новым значением , которое удовлетворяло бы условию (4.21). При этом должно быть определено значение , которое будет меньше 940 С. Для нагрева ХОВ до 940 С возникает необходимость в установке пароводяного подогревателя 5.5.

При всех схемах подогрева ХОВ энтальпия пара перед подогревателем 5.5 принимается по параметрам пара в паропроводе низкого давления, т.е. после РОУ, а энтальпия конденсата принимается на линии насыщения при давлении 0,12 МПа.

Расход пара на ДПВ определяется из уравнений материального и теплового баланса ДПВ.

Для составления этих уравнений рекомендуется подготовить расчетную схему (рис. 4.2).

В уравнениях материального и теплового баланса ДПВ должны быть известны следующие величины:

а) расход и температура химочищенной воды перед ДПВ (см. пп. 4.2.3.1 и 4.2.8);

б) расход и энтальпия пара вторичного вскипания из РНП, равная энтальпии сухого насыщенного пара при давлении в РНП (см. п. 4.2.3.1);

в) суммарный поток конденсата из конденсатоочистки и средняя температура этого потока; величина этого потока определяется по выражению

где - расходы конденсата, возвращаемого в котельную от потребителей пара РВ и РН, определяются по исходным данным. Средняя температура потока конденсата после конденсатоочистки определяется как температура смеси потоков конденсата, возвращаемого от внешних потребителей с заданными температурами; в целях упрощения расчетов допускается не учитывать потери конденсата в конденсатоочистке; в случае необходимости такого учета величину следует уменьшить на величину потерь конденсата и на величину этих потерь увеличить расход ХОВ для котлов; в курсовом проекте можно не учитывать охлаждение конденсата перед конденсатоочисткой; при необходимости такого учета температуру конденсата после бака можно снизить путем нагрева сырой или химочищенной воды;

г) расход () и температура конденсата от мазутохозяйства, которую рекомендуется принимать, при отсутствии данных, равной 80 0С; величину принимают равной (см. п. 4.2.4);

д) расход и температура конденсата от ПСВ (см. пп. 4.1.1 и 1.3);

е) суммарный расход () и температура конденсата от подогревателей с давлением пара 0,6 МПа, т.е. из коллектора 4.3; величина определяется как сумма расходов конденсата от калорифера дутьевого воздуха , от ПВД и от подогревателя, обеспечивающего бытовые нагрузки котельной ; величины этих расходов конденсата равны соответствующим расходам пара; способ определения температуры суммарного потока конденсата (см. п. 4.2.8.2);

ж) суммарный расход () и температура конденсата от подогревателей с давлением пара 0,12 МПа, т.е. из коллектора 4.4; величина определяется как сумма расходов конденсата от подогревателей сырой и химочищенной воды, т.е. как сумма соответствующих расходов пара ДПСТС (см. п. 4.1.2), ДП.С.К. (см. п. 4.2.3), ДП.ХОВ.ТС (см. ниже) и Д П.ХОВ.К (см. п. 4.2.8); температура потока конденсата принимается равной температуре конденсата на линии насыщения при давлении 0,12 МПа.

...