Расчет принципиальной тепловой схемы котельной

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Расчет принципиальной тепловой схемы котельной

Наумов А.В.

1. Исходные данные

Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию Qо.в = 8,8 МВт.

Тепловые нагрузки на горячее водоснабжение Qг.в. = 3,2 МВт.

Место нахождения река Ангара.

2. Расчет принципиальной тепловой схемы отопительной котельной с закрытой системой теплоснабжения

Расчет принципиальной тепловой схемы начинается с определения общей тепловой мощности котельной (без учета собственных нужд), МВт:

(2.1)

где Qо.в., Qг.в.- тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение соответственно (принимаются по заданию).

Далее определяют расходы сетевой воды, кг/с,

- на отопление и вентиляцию

(2.2)

- на горячее водоснабжение

(2.3)

- общий

(2.4)

где - температура прямой сетевой воды на выходе из котельной (принимается равной 150 С); - температура обратной сетевой воды на входе в котельную (принимается равной 70 С).

Расход воды на подпитку и потери в тепловой схеме, кг/с, определится из выражения

G (2.5)

Расход теплоты на собственные нужды котельной (принимается предварительно), МВт, составит:

(2.6)

Общая тепловая мощность котельной, МВт, с учетом собственных нужд определится из выражения

(2.7)

Расход воды через котельные агрегаты, кг/с, по условиям их работы, принимается постоянным для всех режимов:

(2.8)

где - температура воды на входе в котел (при сжигании твердого топлива, газа и малосернистого мазута принимается равной 70 С; при сжигании среднесернистого мазута - 90 С; при сжигании высокосернистого мазута - 110 С); - температура воды на выходе из котла (принимается равной 150 С).

Температура воды на выходе из котла при максимальном зимнем режиме составляет 150 С. Для других режимов работы при условии, что Gк = const и = 70 С = const, она рассчитывается по формуле

(2.9)

Расход воды на собственные нужды, кг/с, (через котельный агрегат)

(2.10)

где - температура воды на выходе из котла, найденная из выражения (2.9).

Расход воды по линии рециркуляции, кг/с, зависит от вида сжигаемого топлива (см. формулу 2.8) и определяется по зависимости.

(2.11)

Расход воды по перемычке, кг/с,

(2.12)

Расход исходной воды, кг/с, при условии, что Gхво=Gподп, определится из выражения

(2.13)

Расход греющей воды на деаэрацию, кг/с,

(2.14)

где t - температура воды в деаэраторе, принимаемая равной 70 С; t - температура воды, поступающей на деаэрацию после теплообменника ТО2, принимаемая около 60ч65 С.

Расход выпара из деаэратора, кг/с,

(2.15)

где d - удельный расход выпара из деаэратора, принимаемый равным 0,002 кг пара/кг воды.

Расход греющей воды, кг/с, на мазутное хозяйство (если оно имеется).

(2.16)

Расход греющей воды, кг/с, на теплообменник ТО2

(2.17)

где - температура греющей воды после теплообменника ТО2, принимаемая равной 70 С; - температура воды, поступающей на водоподготовку, принимаемая около 25ч35 С.

Температура греющей воды, С, после теплообменника ТО1, составит

 (2.18)

где t - температура исходной воды, принимаемая равной 5 С.

Расчетные расходы воды, кг/с, определятся из выражений:

- на собственные нужды

(2.19)

- через котельный агрегат

(2.20)

Невязка расчета, %, определяется по формуле

(2.21)

После уточнения Gк рассчитывается необходимое число котлов:

(2.22)

где G1к - расход воды через один котел, кг/с, определяемый по формуле

(2.23)

где Q1к - теплопроизводительность одного котла, МВт (см. п. 4).

3. Расчет диаметров труб тепловой схемы

котельный деаэрация регенерационный

Трубопроводы являются одним из наиболее ответственных элементов котельных установок. Нарушение непрерывного потока теплоносителя может привести к полной остановке котельной. Для трубопроводов котельных применяются бесшовные, электросварные трубы с продольным или спиральным швом и водогазопроводные трубы. Бесшовные трубы изготовляются по ГОСТ 8731-74* (горячекатаные) и по ГОСТ 8733-74* (холоднотянутые), электросварные трубы изготовляются по ГОСТ 10704-91, 10707-80* и ГОСТ 8696-74*, водогазопроводные - по ГОСТ 3262-75*.

При использовании электросварных труб необходимо проводить радиографический или ультразвуковой контроль сварного шва по всей длине.

Водогазопроводные трубы могут применяться для среды с параметрами: р ? 1 МПа (10 кгс/см2 ) и t ? 200 С (трубы обыкновенные); р ? 1,6 МПа (16 кгс/см2 ) и t ? 200 С (трубы усиленные).

Диаметры трубопроводов определяются, исходя из расчетных максимальных расходов и допустимых скоростей воды и пара. Скорость воды в трубопроводах рекомендуется принимать от 0,5 до 1,5 м/с перед насосами и от 2 до 3 м/с за ними.

Скорости пара должны быть не более:

- для перегретого пара при диаметре труб

до 200 мм 40 м/с;

свыше 200 мм 70 м/с;

- для насыщенного пара при диаметре труб

до 200 мм 30 м/с;

свыше 200 мм 60 м/с.

Внутренний диаметр трубопровода может быть определен по формуле



где G расход среды через трубопровод, кг/с (при расчете диаметра паропровода вместо расхода воды G подставляется расход пара D); рекомендуемая скорость среды, м/с; плотность среды, кг/м3 .

Плотность среды в данных расчетах можно принять: 1200 кг/м3 для воды до водоподготовительной установки, 1000 кг/м после ХВО; плотность пара принимается в зависимости от давления как обратная величина.

После расчета внутреннего диаметра трубопроводов необходимо с учетом толщин стенок трубы выбрать стандартный типоразмер трубопровода с диаметром, имеющим ближайшее и большее значение к расчетному.

Выбираем трубу D=108*4.5.

4. Расчет I ступени Na-катионирования.

Допустимая расчетная скорость фильтрования, , через Na-катионитные фильтры I ступени принимается в зависимости от общей жесткости исходной воды: при Жо <5 мг-экв/л - =25м/ч, при Жо = 5ч10 мг-экв/л - =15м/ч, при Жо = 10ч15 мг-экв/л -= 10 м/ч.

У нас р. Ангара Жо=1,5 =25м/ч.

Расчетная площадь фильтрации, м2 , определяется по формуле

Исходя из расчетной площади фильтрации, определяется расчетный минимальный диаметр фильтра, м:

По величине выбирается стандартный фильтр с диаметром , имеющим ближайшее и большее значение к расчетному.

Принимаем фильтр ФИПа I-1,0-0,6-Na =1000мм=1м.

Действительная скорость фильтрования, м/ч, определится из выражения.

где - площадь фильтрования стандартного фильтра, м2; - количество работающих фильтров на I ступени очистки (принимается в количестве не менее двух, кроме резервного, который в расчете не учитывается).

Число регенераций каждого Na-катионитного фильтра в сутки определяется по формуле.

Принимаем 2 регенерации.

где Жо - общая жесткость исходной воды, поступающей на Na-катионитные фильтры, мг-экв/л; Hсл - высота слоя катионита, м; Eр - рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3 , определяемая по формуле.

где - коэффициент эффективности регенерации натрийкатионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 10.1; - коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита, принимаемый по табл. 10.2; Eпол - полная обменная емкость катионита, г-экв/м3 (допускается принимать: для сульфоугля с крупностью зерен 0,5ч1,1 мм - 500 г-экв/м3 ; для катионита КУ-2 крупностью 0,8ч1,2 мм - 1500ч1700 г-экв/м3 ); - удельный расход воды на отмывку 1 м 3 катионита, принимаемый равным для сульфоугля - 4 м 3 и для КУ-2 - 6 м 3 .

Необходимо учесть, что число регенераций каждого фильтра в сутки должно быть в пределах от одной до трех. При большем количестве регенераций необходимо увеличивать либо диаметр фильтра, либо число фильтров.

Для выбора коэффициента необходимо знать удельный расход соли на регенерацию катионита, , который принимается в размере 120ч150 г/г-экв. Объем катионита, м3 , в фильтрах I ступени следует определять по формуле.

Расход 100 %-й соли NaCl на одну регенерацию фильтра определяется по формуле.



где - удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита.

Расход воды, м3, на одну взрыхляющую промывку фильтра определяется из выражения.

где i - интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/(с•м2 ), принимаемая равной 4 л/(с м 2 ) при крупности зерен катионита 0,5ч1,1 мм и 5 л/(с м 2 ) при крупности 0,8ч1,2 мм; - продолжительность взрыхляющей промывки, мин, принимаемая около 20ч30 мин.

Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли, м3 , определяется из выражения.

где b - концентрация регенерационного раствора, %, принимаемая для фильтров I ступени в размере 5ч8 %; 1,203 - плотность регенерационного раствора, т/м3 .

Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м3 , определяется по формуле.

Общий расход воды на одну регенерацию фильтра, м3, без использования отмывочных вод на взрыхляющую промывку составит.

Время регенерации фильтра, мин, определяется из выражения.

где - продолжительность взрыхляющей промывки, мин; - время пропуска регенерационного раствора через фильтр, мин; - время отмывки фильтра от продуктов регенерации, мин.

Время пропуска регенерационного раствора через фильтр, определяется из выражения.

где - скорость фильтрования регенерационного раствора через фильтр, принимаемая в размере 3ч4 м/ч.

Время отмывки фильтра от продуктов регенерации определяется по зависимости.

где - скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита, принимаемая в размере 6ч8 м/ч.

Время между регенерациями фильтра, ч, определяется из выражения.



5. Подбор деаэратора

Процесс выделения растворенных в воде кислорода, диоксида углерода и других газов называется деаэрацией или дегазацией, а устройства, в которых происходит выделение газов, - деаэраторами.

Процесс деаэрации может быть осуществлен при разном абсолютном давлении. Если давление над поверхностью воды меньше атмосферного, т. е. вода кипит при температуре ниже 100 С, то такие установки называются вакуумными. Деаэраторы, работающие при давлении, близком к атмосферному (около 0,12 МПа) называют атмосферными.

В атмосферных деаэраторах вода подогревается до температуры кипения за счет пара. В котельных с водогрейными котлами при отсутствии пара применяют вакуумную деаэрацию, основанную на само вскипании воды, нагретой до температуры, превышающей температуру насыщения при данном давлении. В качестве греющей среды используется горячая вода из котлов. Для создания вакуума в деаэраторе применяют водоструйные эжекторы.

Деаэраторы состоят из деаэрационных колонок и деаэраторных баков. Колонки деаэраторов атмосферного типа устанавливаются на баках, а колонки деаэраторов вакуумного типа устанавливаются отдельно от баков. Баки обеспечивают необходимый запас воды котельных и надежную работу питательных насосов. Некоторые деаэраторы (например, ДА-1, ДА-3) изготовляются бес колонковыми, поскольку у них все элементы размещаются непосредственно в объеме бака.

Условное обозначение деаэратора должно включать: тип, номинальную производительность, полезную вместимость деаэраторного бака. Например: деаэратор ДА-100/35 - это деаэратор атмосферного типа производительностью 100 т/ч с баком полезной вместимости 35 м3 .

Подбор деаэраторов производится по расходу деаэрируемой воды Gд.

Марка - ДА-1

Производительность, Gд =1т/ч

Давление - 0,12МПа

Температура 104-107.

6. Подбор сетевых насосов

Сетевые насосы используют для обеспечения циркуляции теплоносителя в системе теплоснабжения.

Подачу (производительность) сетевых насосов следует принимать равной суммарному расчетному расходу воды в системе теплоснабжения, и в данной работе эта величина принимается из расчета тепловой схемы, равной Gс.

Напор сетевых насосов следует определять для отопительного и неотопительного периодов и принимать равным сумме потерь давления в источнике теплоты (котельный агрегат), в подающем и обратном трубопроводах от источника теплоты до наиболее удаленного потребителя и в системе потребителя. Число насосов следует принимать не менее двух, один из которых является резервным; при пяти рабочих сетевых насосах в одной группе резервный насос допускается не устанавливать.

Подбор сетевых насосов можно произвести. Насосы серии СЭ предназначены для питания тепловых сетей водой с температурой до 180 С, содержащей твердые частицы размером не более 0,2 мм при концентрации не более 5 мг/литр.

Маркировка насоса СЭ 500-70-16 означает следующее:

СЭ - сетевой электронасос;

500 - подача, м3 /час;

70 - напор, м;

16 - номер модификации.

7. Подбор подпиточных насосов

Подпиточные насосы в закрытых системах теплоснабжения устанавливаются для поддержания статического давления и восполнения потерь воды из тепловой сети (например, вследствие аварии).

Подачу (производительность) рабочих подпиточных насосов на источнике теплоты в закрытых системах теплоснабжения следует принимать равной расходу воды на компенсацию потерь сетевой воды из тепловой сети, а в открытых системах - равной сумме максимального расхода воды на горячее водоснабжение и расхода воды на компенсацию потерь. Таким образом, в данной работе подачу подпиточных насосов необходимо принимать из расчета тепловой схемы, равной Gподп .

Напор подпиточных насосов должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического давления и проверяться для условий работы сетевых насосов в отопительный и неотопительный периоды.

Число насосов должно быть:

- в закрытых системах теплоснабжения - не менее двух, один из которых является резервным;

- в открытых системах - не менее трех, один из которых является резервным.

Подбор подпиточных насосов консольного типа можно произвести. Данные насосы предназначены для перекачивания чистой воды производственно-технического назначения (кроме морской) с рН 6ч9, температурой от 0 до 105 С, и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1%.

Маркировка насоса К8/18 означает следующее:

К - консольный тип насоса;

8 - подача м/ч;

18 - напор 0,18МПа.

8. Подбор насосов исходной воды

Насосы исходной воды должны обеспечить максимальный расход химически очищенной воды для питания котлов, подпитку тепловой сети и дополнительный максимальный расход на отмывку фильтров, который согласно расчетам равен Gисх .

Необходимый напор, МПа, который должен обеспечить данный насос, составит.

где Рi - сумма потерь напора в подогревателях исходной воды, фильтрах 1 и 2-й ступеней ХВО, подогревателях химически очищенной воды, трубопроводах и др., (можно принять равной 0,3 МПа); Рд - напор, необходимый на подъем воды и ввод ее в деаэратор, принимаемый равным 0,18 МПа.

Число насосов должно быть установлено не менее двух, в том числе один резервный.

Подбор насосов исходной воды можно произвести по:

Маркировка насоса К8/18 означает следующее:

К - консольный тип насоса;

8 - подача м/ч;

18 - напор 0,18МПа.

Список литературы

1. Соколов, Б.А. Паровые и водогрейные котлы малой и средней мощности : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б.А. Соколов. - М.: Академия, 2008. - 128 с.

2. Бузников, Е.Ф. Производственные и отопительные котельные / Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я. Берзиньш. - Промиздат, 2008. - 248 с.

3. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). - М.: Энергия, 1998. - 296 с.

4. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. - М.: НПО ОБТ, 1993. - 192 с.

5. СНиП II-35-76*. Котельные установки. - М.: Стройиздат, 1998. - 45 с.

Размещено на Allbest.ru

...