Расчет принципиальной тепловой схемы котельной.

ФГБО вский государственный аграрный университет

Им. Н.И.Вавилова

Институт заочного обучения и дополнительного образования

Кафедра «Строительство и теплогазоснажение»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА: «Проект производственно-отопительной котельной»

Саратов 2016 год

Введение

В сельском хозяйстве применяют следующие ТГУ: котельные установки, теплогенераторы, электронагревательные установки сушки и тепловой обработки.

Котельная установка – это комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения нагретого пара и горячей воды за счет сжигания топлива или использования посторонних теплоисточников. Она состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования, служащего для подготовки и подачи топлива, воздуха, удаления и очистки дымовых газов, удаления золы или шлака при сжигании твердого топлива.

Котельный агрегат – это комплекс устройств, предназначенный для получения пара под давлением или горячей воды. По назначению котлы делятся на паровые и водогрейные.

В сельскохозяйственном производстве пар, вырабатываемый в паровых котлах, используется в основном на технологические нужды, а также в системах отопления производственных, коммунальных и других зданий.

Отличительной особенностью тепловых котельных, предназначенных для отопительных целей является высокая надежность, простота эксплуатации, возможность централизации теплоснабжения как местных, так и крупных районов.

Расчет и построение годового графика выработки теплоты.

Работа котельной характеризуется существенной неравномерностью в течение года, определяемой режимами потребления теплоты на производственные (технологические) и коммунально-бытовые нужды. Промышленные предприятия расходуют наибольшее количество теплоты в зимний период, летом часть оборудования останавливается для ремонта, что уменьшает теплопотребление на 40-50⁰/₀. Коммунально-бытовая нагрузка включает расходы на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Отопительная нагрузка определяется температурой наружного воздуха t_нв. При расчетной температуре t_нв^р, на которую проектируется система отопления, нагрузка отопления максимальная, при t_нв. – температура начала (конца) отопительного периода, равной +8⁰С, нагрузка минимальная. Потребление теплоты на горячее водоснабжение обычно составляет 15-20⁰/₀ от коммунально-бытовой нагрузки и в течение года постоянна. Вентиляционная нагрузка вследствие малой величины при выполнении проекта не учитывается.

Согласно СНиП 11-35-76 тепловые нагрузки должны определяться для расчета и выбора оборудования применительно к трем характерным режимам работы ТГУ или котельной:

- максимально-зимнего, при средней t наружного воздуха наиболее холодной пятидневки

- наиболее холодного месяца, при средней t наружного воздуха в наиболее холодный месяц.

Для построения графика выработки теплоты определяются следующие величины:

Q_мах^пр = q_прQ_мах^н 10^-2 =30х 14 х10^-2=МВт

Q_мин^пр= (0,5….0,6) х Q_мах^пр= 0,6х2,10=1,26 МВт

Q_мах^кб= Q_мах^н-Q_мах^пр= 14-2,1= 11,9 МВт

Q_гв=(0,15…0,2)хQ_мах^кб= 0,2х11,9= 2,38 МВт

Q_мах^от= Q_мах^кб -Q_гв= 11,9-2,38= 9,52 МВт

Q_мин^от = Q_мах^отх (t_ном- t_нв^нк)/ (t_ном-t_нв^д)= 9,52х(20-10)/(20+29)=1,94 Вт

Где Q_мах^пр; Q_мин^пр; Q_мах^от;Q_мин^от – производственные и отопительные максимальные и минимальные нагрузки, МВт

q_пр – доля производственной нагрузки , выдаваемой по заданию, МВТ

Q_мах^кб -максимальная коммунально-бытовая нагрузка, МВт

Q_гв – нагрузка горячего водоснабжения, МВт

t_ном расчетная температура внутри помещения, tн =20⁰ С

Расход теплоты на собственные нужды котельной, МВт

Qсн =qсн х Qмах^нх10^-2 = 12х14х10^-2= 1,68 МВт

Где qсн -для расхода теплоты на собственные нужды котельной ⁰/₀

Величина qсн оценивается в следующих пределах: обдувка пов-й нагрева -1⁰/₀, потери в окружающ.среду через неплотности трубопроводов и обор-я -1⁰/₀, паровые насосы питательной воды -1⁰/₀, разогрев мазута в хранилищах до 3⁰/₀, распыливание мазута в форсунках 2-3⁰/₀, расход пара на деаэратор и подогрев добавочной воды 5-10⁰/₀. Годовой график выработки теплоты представляет собой систему координат, на оси ординат которой откладываются тепловые нагрузки, а на оси абсцисс продолжительность их состояния в году. Построение графика начинают для отопительной нагрузки: влево проводится дополнительная ось абсцисс, на ней откладывают t наружного воздуха от t нв^{t до} tнв^нк .Из крайних точек, соответствующих t нв^{t до} tнв^нк, восстанавливают перпендикуляры, на которых отмечаются Qмах^от, Qмин^от, затем эти точки соединяют прямой. Последняя представляет собой зав-ть отопительной нагрузки от t нар.вз. Соединив точки пересечения, получим линию расхода теплоты на отопительные нужды. В правой части годового графика по оси ординат откладывают Qгв, Qсн и проводят прямые параллельные оси абсцисс. График производственной нагрузки строится по 2 точкам Qмах^пр, Qмин^пр. Суммарный график выработки котельной Q^выр строится путем сложения по осям ординат каждой нагрузки.

Qмах^выр= Qмах^пр+ Qмах^от + Qгв+Qсн= 14,56 МВт

Продолжительность работы котельной в году определяется длительностью производственной нагрузки. Из-за остановки оборудования предприятий и тепловых сетей на ремонт, продолжительность работы котельной составляет 8200-8400 г в году. Выбор числа устанавливаемых в котельной котлов ввиду того, что тип котла задан, в курсовом проекте производится в соответствии с нормами. В котельных 1 категории, от которых питаются потребители, не допускающие перерывов в теплоснабжении, при выходе из строя наибольшего по производительности котла, оставшиеся должны обеспечивать максимальный отпуск теплоты на технологические нужды, а на отопление и горячее водоснабжение – в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца. Поэтому в котельной 1-й категории рекомендуется установка резервного котла.

При выходе из строя котла в котельных 2-й категории количество отпускаемой теплоты не нормируется. Необходимое число работающих котлов n- шт определяется выражением:

n= Qмах^выр/ Qка= 14,56/2,66=4,9 ~5 шт.

где Qка – единичная тепловая мощность котла, МВт

Qка = Рка (hn-hnв)х10^-3 = 1,11 (2777-377)10^-3 = 2,66 МВт

Где Рка -паропроизводительность котла кг/с

(hn;hnв)- энтальпия пара, генерируемого котлом и питательной воды, кДж/кг

hnв= tnв х сnв= 75х4,19=314,2 кДж/кг.

Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха.

Теоретический объем воздуха V⁰, необходимого для полного сгорания при сжигании газа:

V⁰= 0,0476 [0,5СО+0,5N₂+ 1,5Н₂S+Ʃ (m+n/4) СmНn- О₂]где m-число атомов углерода, n- число атомов водорода

V⁰= 0,0476[ (1+4/4) 96,57+ +(2+6/4)1,40+(3+8/4)0,4+(4+10/4)0,18+(5+12/4)0,07+(6+14/4)0,03]= 9,62 нм³/нм³

Теоретический объем азота V⁰N₂ в продуктах сгорания при сжигании газа

V⁰N₂= 0,79V⁰+ N₂/100

V⁰N₂= 0,79 х9,62+1,2/100=7,61 нм³/нм³

Объем трехатомных газов VRО₂ в продуктах сгорания при сжигании газа:

VRО₂= 0,01 (СО₂+ СО+Н₂S+ƩmСmНn)

VRО₂₌ 0,01(0,15+(1х96,57+2х1,4+3х0,4+4х0,18+5х0,07+6х0,03))= 1,02нм³/нм³

Теоретический объем водяных паров VН₂О нм³/нм³, в продуктах сгорания при сжигании газа.

VН₂О= 0,01 (Н₂S+Н₂+Ʃn/2 СmНn+0,124d г.гл) +0,0161V⁰ где

d г.тл- влагосодержание топлива, отнесенного к 1 м³ сухого газа

d г.тл.= 10г/нм³

VН₂О= 0,01(4/2 х96,57+6/2х1,+8/2х0,4+10/2х0,18+12/2х0,07+14/2х0,03+0,124х10)+0,0161х9,62=2,17нм³/нм³

Теоретический объем продуктов сгорания V⁰г

V⁰г= VRО₂+V⁰N₂₊ VН₂О

V⁰г= 1,02+7,61+2,17=10,8 нм³/нм³

По таблице № 3 источник 1 для котла ДЕ-10 присос воздуха составляет: топка Δάт= 0,15 (смесительная горелка), первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева Δάкп =0,05, второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева Δά²кп = 0,1; водяной экономайзер (чугунный с обшивкой) Δά вэ =0,1

Все расчетные данные заносятся в таблицу 1

Таблица объемов

Энтальпия продуктов сгорания газа, при ά=1 равна:

Н⁰г = (V⁰RО₂хСRО₂+V⁰N₂хСN₂+V0Н2ОхСН2О)хυ;

Где υ – температура дымовых газов, ⁰С,СRО2, СN2, СН2О, Св- средние объемные теплоемкости соответственно газов и воздуха Кдж/нм³

(таблица № 2)

Энтальпия продуктов сгорания воздуха при ά=1, равна:

Нв⁰= V⁰Св t

Где t – температура воздуха

Расчет энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 300⁰ С

Для υ =300⁰С

СRО₂= 1,86 КДж/м³ СN= 1,31 кДж/м³ СН2О=1,54 кДж/м³Св=1,34 кДж/м³

Н⁰г = (1,02 х1,86+7,61х1,31+2,17х1,54)300= 4562,3 кДж/м³

Н⁰в= 9,62х1,34х300= 3867,2 кДж/м³

Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Нг=Н⁰г + (ά^// -1) Н⁰в

Для примера рассчитаем энтальпию в каждой графе при разной температуре

Для топки при υ =1000⁰С

ά^//т = 1,15

Нг= 16554,4+(1,15-1)х13852,8= 18632,3 кДж/м³

Для 1-го котельного пучка υ =500⁰С

ά^//1= 1,2Нг=7800,2+(1,2-1)х6589,7=9118,2 кДж/м³

для 2-го котельного пучка υ =300⁰С

ά^//1=1,3 Нг=4562,3+(1,3-1)х3867,2=5722,5 кДж/м³

Для экономайзера: υ =100⁰С ά^//1=1,4

Нг=1488,2+(1,4-1)х1269,8=1996,1 КДЖ/м³

Тепловой баланс котла

Цель составления теплового баланса котла – определение его КПД и расход топлива

Из уравнения прямого теплового баланса котла расход топлива В равен:

Β= Qка х100/ Qр^рхϞка

Qка – полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом,

Qр^р – располагаемая теплота топлива,

Ϟ ка КПД котельного агрегата

Для паровых котлов малой мощности без пароперегревателя Qка, равна:

Qка= Д (h^// -hп.в.)+Дпр.(h^/- hп.в.)

Где Д – паропроизводительность котла Д=1,1 кг/с ( по заданию)

Дпр- расход воды на непрерывную продувку

Дпр=рхДх0,01 кг/с

Р=4⁰/₀ доля продувки солей, следовательно

Д пр.= 4х1,1х0,01= 0,044 кг/с

h^// -энтальпия насыщенного пара определяется по начальному давлению

h^// = 2788,4 кДж/кг ( таблица № 2)

hп.в. – энтальпия питательной воды, определяется в зависимости от температуры питательной воды 70⁰С

hп.в. -293,3 кДЖ

h^/ -энтальпия кипящей воды на линии насыщения, определяется по начальному давлению, h^/ = 830,1 кДж/кг ( 2таблица№2)

После определения неизвестных величин определяем Qка

Qка = 1,1(2788,4-293,3)+0,044(830,1-293,3)=2768,23

Располагаемая теплота топлива для котлов малой мощности Qр^р

Qр^р= Qн^р

Где Qн^р -низшая теплота сгорания топлива Qн^р= 36,8 мДж/м³

Qф-тепло, вносимое в топку с паровым дутьем, Qф= 0

Qр^р=Qн^с=36,8 МДж/м³

КПД – котельного агрегата по обратному балансу

Ϟ ка = 100-(q2+q3+q4+q5+q6) ⁰/₀

Где q2 – потери теплоты с уходящими газами

q3 потери теплоты от химической неполноты сгорания определяется (1 таблица №5)

q3= 1 ⁰/₀

q5 – потери теплоты от наружного охлаждения, определяется по (1.рис.1)

В зависимости от Д=1,1= 4 q5= 3⁰/₀

q6 – потери теплоты с физическим теплом шлака q6=0 ( для газов)

q4- потери теплоты от механической неполноты сгорания (1табл.4) q4=0

В общем случае q2= (Нух-άух*Нхв⁰) х(100-q4) /Qр^р

Где Нух -энтальпия уходящих газов ( определяется по Н-υ-таблице по υух и άух; υух -принимается из технико-экономических соображений и при

t пв= 70⁰С, υух – составляет 130⁰С = Нух =2593,5 кДж/м³

άух =1,4; Нхв⁰ – энтальпия холодного воздуха кДж/м³ при температуре присасываемого холодного воздуха tх.в = 30⁰С

Нхв⁰ =V⁰Свtх.в. = 9,56х 1,32 х30=378,6 кДж/м³

Определяем q2 ⁰/₀ = 2593,5-1,4 х378,6) (100-0)/36800=5,6⁰/₀

Определяем КПД котельного агрегата:

Ϟ ка = 100- (5,6+1+1,7)= 91,7⁰/₀

После нахождения неизвестных величин, определяем расход топлива β

β = 2768,23х100/36800х91,7=0,082 м³/с

Расчетный расход топлива Вр определяется по формуле:

Вр= 0,01 хβх (100-q4)

Вр= 0,01х0,082(100-0) =0,082 м³/с

Расчет и выбор тягодутьевой установки и дымовой трубы. Включающий расчет воздушного тракта котельной с подбором вентилятора и расчет газового тракта с выбором дымовой трубы и при необходимости дымососа.

Подачу воздуха в топку, перемещение продуктов сгорания по газоходу котла, удаление их в атмосферу производят дутьевыми и тяговыми устройствами (вентиляторами и дымососами). Для их выбора необходимо произвести расчет аэродинамических сопротивлений тракта и объемные расходы подаваемого воздуха и удаляемых дымовых газов.

4.1. Расчет и выбор тракта котельной, выбор вентилятора. Расчет воздушного тракта выполняется для максимально зимнего режима ТГУ. В курсовой работе определены следующие величины: расчетный расход топлива – Вр, кг/с (м³/с) теоретический объем воздуха -V₀ м³/с коэффициент воздуха на выходе из топки – ά_м^//, присосы Δάм, t холодного воздуха- tх.в.

Объемный расход воздуха Vв м³/с, на который рассчитывается вентилятор, определяется по выражению

Vв=β1 Вр V₀(άп^//-Δdг)(tх.в.+273)/273= 1,1х0,08 х10(1,15-0,15)(30+273)/273=0,976 м³/с

Где β1 – коэффициент запаса вентилятора по производительности

β1 = 1,1

Принимаемая скорости воздуха в воздуховодах ώ=6-10 [м/с] рассчитывают эквивалентные диаметры

dэ = √ 4V/Пώdэ^вс =√4х0,976/3,14х7= 0.42м

dэ^н= √ 4х0,976/3,14х8=0,4 м

меньше значения скоростей ( 6-7 м/с) рекомендуется принимать для всасывающих воздуховодов, больше (8-10 м/с) для нагнетательных

Аэродинамические потери на трение воздуха в воздуховодах Δртр, ПА

Δр тр.= ƛlвс/dэвс х ώвс²/2 х ρв+ƛlн/dэнх ωн²/2 х ρ

Δртр= 0,02х10/0,42 х7²/2 х1,165+0,02х7/0,4х8²/2х 1,165=17,32ПА

ƛ- коэффициент сопротивления трению, принимается равным 0,02

lвс, lн- длина всасывающего и нагнетательного воздуховодов, м

ρв – плотность воздуха при tхв, кг/м³

ρв = ρо х 273/t х.в.+273= 1,29х273/30+273=1,165 кг/м³

ρ0 – плотность воздуха при н.у. кг/м³

Потери давления на местные сопротивления Δр м ПА

Вычисляют по формуле

Δрм = Σξвс х ωвс²/2 хρв+Σξωн²/2 х ρв

Δрм = 1,5х 7²/2 х 1,165 +1,165х 8²/2 х 1,165 = 86,2 ПА

Где Σξвс и Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающих и нагнетательном воздуховодах, принимаются по данным

Перепад давлений в выходном патрубках вентилятора Δр в, ПА рассчитывается по выражению:

Δрв = β2(Δртр+ Δрм+Δрту) = 1,2(17,3+86,24+1500) = 1924,3 ПА

Где β2 – коэффициент запаса вентилятора по давлению β2 = 1,2

Δрму -сопротивление топлив-го устройства Δрму = 1500 ПА

При сжигании твердого топлива в слое Δрму принимается как сопротивление стоя топлива и мазута – в зависимости от типа горелки. Для топок типа ПМЗ-РПК при сжигании антрацитов Δрму = 1000 ПА, для топок ПМЗ-РПК. ПМЗ и каменных углей с цепной решеткой прямого хода Δрму =800 ПА. Для топок с ПМЗ и цепной решеткой обратного хода при сжигании всех топлив Δрму = 500 ПА

Газо-мазутные горелки имеют сопротивление 1500-2000 Па. Для выбора стандартного вентилятора полученный перепад давлений Δр ПА, должен быть приведен к условиям, принятым в каталоге:

Δр =Δрв х 273+tхв / 273+t кат.= 1924 х 273+25/273+20=1956,8 Па

Где tкат – температура воздуха, указанная в каталоге ⁰ С

По значениям V в и Δр с использованием характеристик тягодутьевых машин, находят тип дутьевого вентилятора. Вентиляторы к котлу устанавливаются индивидуально. Мощность двигателя для привода вентилятора Νв, кВт, определяется по выражению:

Νв= β3 х Vв х Δр10³/Ϟв = 1,1 х 0,976х1956,8х10³/0,65 =33 к Вт

Где β3 – коэффициент запаса β3 = 1,1

Ϟв – КПД вентилятора ,Ϟв = 0,6-0,7

Расчет принципиальной тепловой схемы котельной.

В задачу расчета тепловой схемы входит определение параметров и расходов пара, воды в характерных точках, уточнение расходов теплоты на собственные нужды. Для котлов паро-производительностью 0,69-2,78 кг/с принципиальная тепловая схема работает следующим образом. Из деаэратора питательной воды Д вода питательным насосом ПН подается в котел. Продувочная вода из барабана котла направляется в сепаратор С, а пар отводится через редакционную установку на коллектор собственных нужд СН и на производство. Для восстановления потерь пара на утечки в котельной обдувку поверхностей нагрева Д ут, потерь шлаковой воды Дш, потерь конденсата на производстве, сетевой воды в тепловых сетях, хим-очищенной воды в водо-подогревательной установке, расходуемой для омывки фильтров, подают воду насосом сырой воды НСВ через охладитель шлаковой воды ОХ1 и подогреватель П1 на водоподготовительную установку ВПУ. В последней вода очищается от механических примесей и умягчается, затем после подогрева в подогревателе П2 подается на деаэрацию в деаэраторе Д. Туда же сливаются потоки конденсата с производства и от подогревателей, а также подается пар из сепаратора и из коллектора СН. Нагрев сетевой воды для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения осуществляется в охладителе конденсата ОХЗ и сетевом подогревателе СП. Сетевой подогреватель питается паром из коллектора СН, а конденсат поступает на ОХЗ, где охлаждается с передачей теплоты сетевой воды. Подготовка подпиточной воды тепловой сети производится в деаэраторе ДП, куда поступает через охладитель ОХ2 поток хим.очищенной воды. На питание деаэратора ДП подается пар из коллектора СН. Из деаэратора ДП после охлаждения до 70⁰С в ОХ2 вода насосом НПВ направляется на вход сетевого насоса.

Расчет тепловой схемы котельной начинается с определения потоков пара на производство и сетевой подогреватель:

Дн= Qмах^пр / hп-q х 10^-2= 21,х10³/ 2777-75 х 335х10^-2= 1,1 кг/с

Дт= Qмах^кб/ hп- (tос+δt)с х Ϟ= 9,75х10³/2777-(60+10)х 4,19 х0,98 = 4 кг/с

Где hп – энтальпия пара, принимается в зависимости от давления и температуры на выходе из котла, hп =2777 кДж/кг

Hвк – энтальпия возвратного конденсата при температуре 80-90⁰С и давлении 0,15 Мпа кДж/кг

tос 60-70⁰С

δt – меньший температурный напор в охладителе ОХЗ, рекомендуется принимать равным 10-12 ⁰С

Ϟп- КПД подогревателя = 0,98

Расход пара на П1 Дп1 кг/с

Дп1 = Дсв х (t п1- t ох1) с/ (hп-hпк)х Ϟп = 1,37х (25-8,49)х 4,19/ (2777-697) х 0,98= 0,036 кг/с

Где t п1 – температура воды перед ВПУ, t п1= 25-30⁰С

hпк – энтальпия конденсата пара при давлении в коллекторе СН, hпк – 697 кДж/кг

Количество пара, подаваемого на деаэратор подпитки Ддп кг/с оценивается из совместного решения уравнения теплового баланса ДП и ОХ2

Ддп= 0,02х Gсв х с х (tпмс-tвпу)/ hп-схhвпу= 0,02х33х4,19х (70-23)/2777-4,19х23=0,05 кг/с

Где tпмс, t впу – температура подпиточной воды теплосети и на выходе из ВПУ

Tпмс = 70⁰С t впу принимается на 2-3⁰С ниже чем перед ВПУ.

При установке пароводяного подогревателя в качестве П2 расход пара Дп2 кг/с составит

Дп2= (Двпу – 0,02 хGвс + Ддп) х (tп2-tпву)/ (hп - hкл)Ϟп = (1,245-0,02х33+0,12)х(60-23)х4,19/ (2777-697)х 0,98 = 0,034 кг/с

Где tп2 – температура на выходе из П2, принимается в пределах 60-80⁰С

Расход пара на деаэратор питательной воды Дд кг/с

Дд= [ (1+рх10^-2) Двыр х hд – Дмх х hк^мх- Дс х hс^// - Двпу – 0,02 ХgСВ+Ддп) х tп2 х С – Дт х (tос +10) х с] / hп

Дд = [(1+3х10^-2) х 5,86х439-0,05х125,7-0,026х2684-1,245-0,02х33+0,05)х60х4,19-4(60+10)х4,119/2777= 045 кг/с

Суммируя расходы на подогреватели и деаэраторы, получим

Двыр = Дут+Дп1+Дп2+Дд+Ддп+Дп+Дт

Двыр= 0,05+0,05+0,036+0,034+0,45+0,05++4=5,77 кг/с

Сравнивая ДвыриДвыр^/ имеем погрешность Δ⁰/₀

Δ= Двыр – Двыр^// Двыр х 100 = 5,86-5,77/5,86 х 100 = 1,5 ⁰/₀

Т.к. Δ = 1,5<3 ⁰/₀ , то на этом расчет заканчивается.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: