Расчет тепловой схемы паровой котельной

Температура суммарного потока конденсата и расходы пара на подогреватели ХОВ для подпитки тепловой сети и котлов ДП.ХОВ.ТС и Д П.ХОВ.К зависят от схемы теплоснабжения.

При открытой системе теплоснабжения определение указанных величин рекомендуется производить в 3 этапа.

На первом этапе определяется температура химочищенной воды после охладителя подпиточной воды 3.5 () из уравнения теплового баланса охладителя (формула 1.2), в котором известны следующие величины:

а) расходы греющей (подпиточной) и нагреваемой (химочищенной) воды;

б) температура греющей воды до охладителя (см. п. 4.1.2) и после охладителя, принимаемая равной 700 С;

в) температура химочищенной воды на выходе из ХВО, т.е. до охладителя подпиточной воды (), которая принимается на 2 - 3 0С ниже температуры сырой воды перед ХВО.

На втором этапе определяется температура общего потока конденсата из коллектора 4.3 после охладителя этого потока (3.6) из уравнения теплового баланса этого охладителя (формула 1.2), в котором известны следующие величины:

а) расходы греющей (общий поток конденсата) и нагреваемой (химочищенная вода перед ДПТС) воды;

б) температура потока конденсата из коллектора 4.3, которая принимается равной температуре конденсата на линии насыщения при давлении 0,6 МПа;

в) температура химочищенной воды перед охладителем конденсата 3.6, которая равна температуре этой воды после охладителя подпитки , определенной на предыдущем этапе расчета. Так как в уравнении теплового баланса охладителя конденсата остаются неизвестными температуры греющей и нагреваемой воды после охладителя, то значения этих температур необходимо определять методом последовательных приближений. Вначале следует задаться температурой химочищенной воды после охладителя конденсата (), равной 94 0С, т.е. на 10 0С ниже температуры насыщения при давлении в деаэраторе, равном 0,12 МПа. Затем следует определить температуру общего потока конденсата ( ). Если найденное значение будет удовлетворять условию (4.21), в которое вместо величины следует подставить величину , то полученное значение можно использовать в дальнейших расчетах и величина будет равна заданному значению 94 0С.

Если условие (4.21) не выполняется, то необходим переход к 3-му этапу расчета. В этом случае потоком конденсата из коллектора 4.3 нагреть химочищенную воду в охладителе конденсата до заданной температуры 94 0С технически невозможно. На этом этапе надо выполнить уточняющий расчет теплового баланса охладителя конденсата, в котором задаться новым значением , которое удовлетворяло бы условию (4.21). При этом должно быть определено значение , которое будет меньше 94 0С. Для нагрева ХОВ до температуры 94 0С будет использоваться дополнительный пароводяной подогреватель 3.7.

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

где значение см. п. 4.1.2; величина определена на предыдущем этапе.

При закрытой системе теплоснабжения температуры суммарного потока конденсата из коллектора 4.3 и расход пара на подогрев ХОВ перед ДПВ определены в п. 4.2.8.

Расход пара на подогреватель ХОВ перед ДПТС определяется по формулам (1.1) и (4.22), в которую вместо величины подставляется промежуточное значение температуры ХОВ после охладителя подпиточной воды . Величина определяется из уравнения теплового баланса охладителя по методике, описанной для первого этапа расчетов в п. 4.2.9.2 для открытой системы.

При всех схемах подогрева ХОВ расход конденсата из коллектора 4.4 определяется с учетом расхода конденсата от подогревателей ХОВ перед ДПВ и ДПТС.

В результате решения системы уравнений материального и теплового балансов ДПВ определяются две неизвестных величины:

- расход пара на ДПВ (ДДПВ);

- расход питательной воды на выходе из деаэратора, равный сумме расхода питательной воды, проходящей через ПВД в экономайзеры котлов, и расхода охлаждающей воды на РОУ ().

Если при решении системы уравнений материального и теплового балансов ДПВ величина ДДПВ окажется отрицательной, это будет означать, что средняя энтальпия всех входящих в ДПВ потоков, кроме ДДПВ, оказалась выше энтальпии сухого насыщенного пара при давлении в ДПВ.

В этом случае возможны два варианта дальнейших расчетов тепловой схемы котельной.

Первый вариант. Если решается задача определения расчетной производительности котельной для выбора числа котлов, то в дальнейшем расчете допустимо принимать отрицательное значение ДДПВ. Такое допущение не приведет к ошибочным результатам при решении данной задачи. В курсовом проекте рекомендуется принять этот первый вариант.

Второй вариант. Если решается задача разработки тепловой схемы котельной и выбора не только основного, но и вспомогательного оборудования, необходима корректировка теплового баланса ДПВ с уменьшением энтальпии некоторых входящих потоков конденсата и ХОВ для получения положительного значения величины ДДПВ. Для этого рекомендуется рассмотреть, с выполнением необходимых расчетов, следующие варианты:

- уменьшение температуры ХОВ после подогревателя 5.5;

- охлаждение потока конденсата из мазутохозяйства за счет подогрева сырой воды.

Этот второй вариант рекомендуется проработать при дипломном проектировании.

Расход охлаждающей воды на РОУ () и расход пара на РОУ из паропровода после котлов ДРОУ определяется путем повторного (уточняющего) решения уравнений материального и теплового балансов РОУ (см. п. 4.1.3), которые составляются с использованием ПТС котельной (рис. 3.1 и 3.2) и расчетной схемы (рис. 4.1).

При решении этой системы уравнений должны быть известны следующие параметры:

а) энтальпия охлаждающей воды, которая принимается равной энтальпии конденсата на линии насыщения при давлении в ДПВ;

б) энтальпия пара перед РОУ, которая определяется по параметрам пара на выходе из котла;

в) энтальпия пара после РОУ, которая принимается по заданным параметрам пара во внешнем паропроводе;

г) расход пара низкого давления после РОУ (), который определяется как сумма следующих расходов пара:

1) низкого давления после РОУ для обеспечения тепловых нагрузок в паре и горячей воде внешних потребителей ();

2) на подогреватель сырой воды для подготовки добавочной воды для котлов (ДПСК);

3) на подогрев химочищенной воды перед ДПВ ();

4) на подогрев мазута ();

5) на бытовые нагрузки котельной ();

6) на ПВД (ДПВД);

7) на калориферы дутьевого воздуха (ДКАЛ);

8) на ДПВ (ДДПВ);

9) на подогрев химочищенной воды перед ДПТС.

В результате решения уравнений теплового и материального балансов РОУ определяются расходы охлаждающей воды () и пара на РОУ (ДРОУ).

Расход питательной воды определяется как разность величин (+ ) и , определенных выше.

По величине находим уточненное значение ()' при = 0,03 по формуле.

Полученное значение ()' сравнивается с предварительно принятым значением в п. 4.2.1 и, при необходимости, выполняется итерационный процесс уточнения величины , описанный в п. 4.2.1. Итерационный процесс расчетов начинают с п. 4.2.2. Для дальнейших расчетов принимается уточненное значение .

По уточненной величине определяются:

а) уточненное значение коэффициента собственных нужд паровой котельной по расходу пара от котлов по видоизмененной формуле.

где см. п. 4.1.3.

б) значение коэффициента собственных нужд паровой котельной по расходу теплоты по формуле

где - расчетная тепловая мощность котельной; - расчетная суммарная тепловая нагрузка внешних потребителей в паре и горячей воде.

Величина определяется по формуле

где и - энтальпия пара на выходе из котлов и энтальпия питательной воды, которые определяются по параметрам котлов (см. приложение 2).

Величина определяется по формуле

где - см. формулу (4.2); - см. п. 4.1.1.3; - см. п. 4.1.1.4; - см. п. 5.1 и формулы (5.4) и (5.5).

4.3 Предварительный выбор числа котлов

По выбранному типу паровых котлов (см. главу 3) и по определенному значению выбирается предварительное число котлов из номенклатурных справочников котлов, выпускаемых заводами-изготовителями. В курсовом проекте такой выбор рекомендуется производить по приложению 2.

Выбор паровых котлов производится с учетом следующих рекомендаций проектных организаций:

- число котлов должно быть не меньше 3-х;

- выбираются котлы с наибольшей производительностью одинакового типоразмера.

Предварительное число котлов определяется по формуле

где - расчетная (номинальная) производительность выбранного котла (единичная мощность).

Полученное дробное число n округляется до целого значения в большую сторону. Полученное предварительное число котлов должно быть проверено на выполнение условий работы котлов в неотопительном периоде, а затем на выполнение требований аварийного резервирования. Методика этой проверки приведена в следующей главе.

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

Выбранный тип котлов необходимо проверить на возможность их работы при минимальных нагрузках в неотопительном периоде. Для такой проверки необходимо иметь данные о допустимом снижении тепловой нагрузки выбранных котлов (), т.е. о минимальной допустимой единичной тепловой мощности одного котла при его разгрузке, а также о минимальной тепловой нагрузке котельной в неотопительном периоде ().

Величину , при отсутствии данных, рекомендуется принимать в долях () от расчетной единичной тепловой мощности котла ().

Величину , при отсутствии данных, рекомендуется принимать:

- для угольных котлов со слоевыми топками - 0,7;

- для угольных котлов с камерными топками - 0,4;

- для газомазутных котлов - 0,3.

Величина определяется по формуле

где - энтальпии пара на выходе из котла и питательной воды, определяемые по известным параметрам пара и питательной воды (см. пиложение 2).

Величина определяется по формуле

где - расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения в неотопительный период; - тепловая нагрузка промышленных потребителей пара соответственно с высоким и низким давлением в неотопительный период.

Величина определяется по формуле

где - коэффициент, показывающий снижение потребления горячей воды в неотопительный период; - температура воды в холодном источнике в неотопительный период, принимаемая, при отсутствии данных, равной +15 0С; - см. п. 4.1.1.1.

В соответствии с проектной практикой значение рекомендуется принимать:

- для жилых микрорайонов, кроме курортных городов, = 0,8;

- для курортных городов в южных районах ранее действующие проектные нормативы рекомендовали принимать = 1,5; однако следует учитывать, что численность населения в таких городах в неотопительный период может увеличиваться в несколько раз;

- для промпредприятий = 1.

Величина определяется по заданной доле тепловой нагрузки промпредприятия в неотопительном периоде (см. исходные данные) от расчетного значения этой нагрузки

Величина определяется по формуле

где - расчетный расход пара высокого давления (см. исходные данные); - энтальпия пара высокого давления, определяемая по заданным параметрам пара (см. исходные данные); - условная энтальпия возвращаемого конденсата.

При полном возврате конденсата величина равна фактической энтальпии конденсата. При частичном возврате конденсата величина определяется по формуле

где - энтальпия возвращаемого конденсата от потребителей пара высокого давления, определяется по заданной температуре возвращаемого конденсата (см. исходные данные); - энтальпия сырой воды для подготовки добавочной воды, восполняющей потери конденсата у потребителей пара, определяемая при температуре сырой воды 5 0С; - расход конденсата, возвращаемого от потребителей пара высокого давления (см. исходные данные); - расход сырой воды для подготовки добавочной воды, восполняющей потери конденсата у потребителей пара, который рекомендуется принять равным количеству невозвращенного конденсата (см. исходные данные).

Величина определяется аналогично величине по соответствующим исходным данным о паропроводе низкого давления с использованием формул (5.4) и (5.5).

После определения величины по формулам (5.2), (5.3), (5.4) и (5.5) необходимо сравнить её значение с величиной одного котла.

? ,

Если выполняется условие то выбранный тип котлов, т.е. их единичная тепловая мощность, удовлетворяет условиям работы в неотопительном периоде.

Если условие (5.6) не выполняется, то необходимо, в дополнение к предварительно выбранным котлам, выбрать котлы малой мощности, обеспечивающие выполнение условия (5.6). Если котельная в неотопительном режиме отпускает пар на производство, то число дополнительных котлов должно быть выбрано с учетом требований аварийного резервирования (см. ниже), а параметры пара у этих котлов должны быть такими же, как у основных котлов.

Если промышленная паровая нагрузка в неотопительный период отсутствует, то допускается выбрать только один дополнительный котел с низкими параметрами пара для обеспечения только нагрузки горячего водоснабжения без резерва.

5.2 Учет требований аварийного резервирования котлов

После предварительного выбора числа котлов и проверки технической возможности их работы в неотопительном периоде необходимо проверить количество котлов на выполнение нормативных требований аварийного резервирования [7].

Согласно этим требованиям, при выходе из строя 1-го самого крупного котла оставшиеся в работе котлы должны обеспечить минимально-допустимые тепловые нагрузки внешних потребителей в следующих размерах:

а) минимально-допустимый отпуск пара на производство; величина допустимого снижения расчетного расхода пара на производство по каждому паропроводу от котельной устанавливается договором между потребителем и производителем пара; в курсовом проекте норма (в процентах) подачи пара при аварии в котельной по каждому паропроводу является заданной величиной;

б) среднечасовая нагрузка систем горячего водоснабжения за отопительный период;

в) минимально-допустимый расход тепла на отопление и вентиляцию в расчетном режиме, определяемый по формуле

где - минимально-допустимая доля расчетного расхода теплоты на отопление и вентиляцию, которая принимается в зависимости от расчетной наружной температуры () по рекомендациям [7] в размере:

, 0С	-20	-30	-40	-50
	0,84	0,87	0,89	0,91

При этом принимается, что величина относится к общественным и промышленным зданиям, не имеющим вредных выделений.

г) если отдельные вентилируемые здания промузла имеют вредные выделения, то нагрузка неотключаемых вентиляционных систем таких зданий должна приниматься без какого-либо её уменьшения в аварийном режиме.

Методика проверки предварительно выбранного числа котлов заключается в следующем. Принимая за величину суммарную производительность оставшихся в работе котлов, необходимо проверить возможность предварительно выбранных котлов, включая котлы, выбранные для работы в неотопительном периоде, обеспечить минимально-допустимые нагрузки внешних потребителей. Для этого необходимо выполнить расчеты аварийного режима в следующей последовательности (см. рис. 3.1 и 3.2):

1) по величине определяется величина по выражению

где - минимально-допустимый расход пара по паропроводу высокого давления, определяется по заданной норме подачи пара внешним потребителям в аварийном режиме;

2) из уравнений материального и теплового баланса РОУ вышеописанным способом (см. пп. 1.5 и 4.1.3) определяется расход пара низкого давления после РОУ, т.е. ; при этом параметры пара и охлаждающей воды принимаются неизменными, т.е. такими же, как в расчетном режиме;

3) определяется расход пара в паропроводе собственных нужд котельной, т.е. после РОУ, по выражению



где определяется аналогично величине ;

4) определяется расход пара на ПСВ как разность величины и всех остальных расходов пара из паропровода низкого давления, к которым относятся следующие расходы пара:

из этих расходов пара только две величины ( и ) не зависят от величины , т.е. в аварийном режиме не изменяются; остальные расходы пара при выходе из строя 1-го котла могут незначительно уменьшиться; для обеспечения запаса по установленной производительности котлов рекомендуется не учитывать уменьшение всех вышеперечисленных потоков пара на собственные нужды котельной в аварийном режиме.

5) по найденной величине определяется тепловая производительность ПСВ и ОК с использованием формулы (1.1), при этом сохраняются ранее принятые значения энтальпии пара и конденсата.

6) по величине определяется величина по формуле (4.2), в которой: величины принимаются без изменения, т.е. равными ранее принятым значениям; вместо величины принимается величина (см. исходные данные);

- в данном курсовом проекте принято, что промышленные здания промузла не имеют вредных выделений;

7) определяется по формуле (5.7). Если ?, то сохраняется предварительно принятое число котлов. Если <, то предварительно принятое число котлов увеличивается на 1, т.е. предусматривается резервный котел.

Следует иметь в виду, что при аварийной норме подачи пара на производство меньше 100%, величина может оказаться больше 1; а в тех случаях, когда снижение расхода пара на производство недопустимо, то всегда будет меньше 1. Студенты должны самостоятельно объяснить причину таких результатов.

6. Определение расхода топлива в котельной

Расчетный расход топлива определяется по формуле

где - расход пара на выходе из котлов (паропроизводительность или паровая мощность котельной); - энтальпии пара и питательной воды, определяемые по характеристикам котлов; - КПД котлов (см. ниже); - теплотворная способность топлива, определяемая по справочным данным по виду основного топлива в котельной.

Величина в формуле зависит от цели расчета . Для определения расчетных параметров оборудования для подготовки и подачи топлива в котлы вместо принимается суммарная установленная мощность предварительно принятых котлов (см. п. 4.3), не считая резервный котел. Для определения параметров расчетного режима при отпуске от котельной расчетных расходов пара и горячей воды в формулу (6.1) подставляется величина .

Из формулы (6.1) может быть получено выражение для удельного расхода топлива на единицу выработанной теплоты

Если в формулу (6.2) подставить теплоту сгорания условного топлива (= 7000 ккал/кг у.т = 29300 кДж/кг у.т), то получим величину - удельный расход условного топлива на единицу выработанной теплоты, который применяется для сравнительной оценки эффективности котельной. Этот показатель характеризует качество конструкции и изготовления основного и вспомогательного оборудования, качество проектных решений и качество эксплуатации. На практике широко используется показатель с размерностью кг у.т/Гкал. В этом случае формула (6.2) приобретает вид

кг у.т./Гкал

В системе СИ эта формула приобретает вид:

кг у.т./Гдж .

Величину , при отсутствии данных, рекомендуется принимать:

- для угольных котлов со слоевыми топками - 0,86;

- для угольных котлов с камерными топками - 0,9;

- для газомазутных котлов - 0,92.

Годовой расход топлива в котельной определяется по формуле

где - определяется по формуле (6.2); - годовая выработка тепловой энергии в котельной, которая определяется по формуле



где - коэффициент собственных нужд котельной, который рекомендуется принять равным определенному по формуле (4.2.4) значению; - годовой отпуск теплоты в паре на производственные нужды промпредприятий; - годовой отпуск теплоты в горячей воде на бытовые нужды, т.е. на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилого микрорайона и промузла.

Величина определяется по формуле

где , - расчетные расходы теплоты передаваемой промышленным потребителям по внешним паропроводам высокого и низкого давления; , - годовые числа часов использования расчетной паровой нагрузки промпредприятий, получающих пар высокого и низкого давления (см. исходные данные).

Величины , определяются по формулам (5.4) и (5.5) по соответствующим исходным данным по расходам и параметрам пара и возвращаемого конденсата для внешних паропроводов высокого и низкого давления (см. исходные данные).

Величина определяется как сумма годового отпуска теплоты на отопление и вентиляцию () и годового отпуска теплоты на горячее водоснабжение ().

Величина определяется по формуле

где - суммарная расчетная тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию жилого микрорайона и промузла (см. исходные данные); - расчетная температура воздуха в отапливаемых помещениях, принимаемая, в соответствии с нормами [7], равной 18 0С для районов с > -30 0С и 20 0С для районов с ? -30 0С; для упрощения расчетов и обеспечения запаса по годовому расходу топлива допускается не учитывать разницу величины для зданий жилого микрорайона и промузла; и - средняя температура наружного воздуха в течение отопительного периода и продолжительность этого периода; - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления; все вышеперечисленные климатологические характеристики района сооружения котельной принимаются по нормативным [6] или справочным [1] данным.

Величина определяется по формуле

где , - среднечасовая нагрузка горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла в течение отопительного (см. исходные данные) и неотопительного периода; 8400 - расчетное годовое число часов работы системы горячего водоснабжения, учитывающее плановую продолжительность ремонтного периода, которая может быть изменена на практике в меньшую сторону.

Величина определяется по формуле (5.3), в которую вместо подставляется . В итоге определяется величина по формуле (6.5).

Заключение

После освоения методики расчета принципиальной тепловой схемы паровой котельной с целью выбора состава основного оборудования с применением настоящих Указаний при разработке курсовых проектов рекомендуется продолжить углубленное изучение рассматриваемых вопросов на практических занятиях, на стадии дипломного проектирования, а также во время работы в проектных и эксплуатационных организациях.

Такое углубленное изучение рекомендуется проводить в следующих направлениях.

1. Изучение способов более точных расчетов расходов теплоты на собственные нужды котельных: расход теплоты на мазутохозяйство угольных котельных, расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, а также на подогрев дутьевого воздуха.

2. Изучение способов уменьшения расхода и температуры сбросной воды после расширителей непрерывной продувки котлов с целью уменьшения вредного воздействия такого сброса на окружающую среду.

3. Выявление условий, при которых отпадает необходимость в установке охладителей конденсата после пароводяного подогревателя сетевой воды, а также в установке пароводяного подогревателя химочищенной воды перед деаэратором подпитки тепловой сети.

4. Разработка способа включения в тепловую схему котельной бака для запаса подпиточной воды в закрытых системах теплоснабжения с обеспечением непрерывного подогрева воды в этом баке.

5. Разработка тепловой схемы использования технической воды для подготовки подпиточной воды тепловой сети при закрытой системе теплоснабжения с обязательным кипячением этой воды при температуре не ниже 100 0С.

6. Разработка тепловой схемы котельной с использованием вакуумных деаэраторов, а также новых усовершенствованных деаэраторов различных типов.

7. Разработка программы с необходимым банком данных для расчета тепловой схемы котельной на современных компьютерах.

Размещено на Allbest.ru

...