Проектирование производственно-отопительной котельной жилого района Волгоградской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Подольский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра: «Промышленная теплоэнергетика и электроснабжение»

Курсовой проект

По дисциплине: «Проектирование и эксплуатация теплоэнергетических систем и установок промышленных предприятий»

«Проектирование производственно-отопительной котельной жилого района Волгоградской области»

г. Подольск

2015г.



Задание на курсовой проект

Обосновать и рассчитать принципиальную тепловую схему производственно-отопительной котельной, оснащенной в паровой части котлами марки БКЗ и в водогрейной части котлами марки КВ-ГМ, определить производительность основного оборудования и выбрать вспомогательное оборудование в Волгоградской области.

Определить производительность основного оборудования и выбрать вспомогательное оборудование для заданных потребителей

Исходные данные:

Расположение	Волгоградская область
Расчетная температура наружного воздуха для отопления	tно	-22	?С
Расчетная температура наружного воздуха для вентиляции	tнв	-13	?С
Средняя температура наружного воздуха холодного месяца	tхм	-9,2	?С
Продолжительность отопительного периода	ф	182	суток
Отопительная характеристика зданий	qv	0,41	Вт/м3·к
Численность жителей района	nж	12000	чел
Насыщенный пар после РОУ с давлением	Р	0,6	МПа
Производительность	Dроу	50	т/ч
Возврат конденсата	G в.к.	40	%
Температура конденсата	tк	50	?С
Параметры сетевой воды у ПСВ		150/70	?С
Температура горячей воды для открытой системы ГВС	tгвс	60	?С
Потребление воды жителями	аж	110	л/с
Потребление воды в общественном помещении	аобщ	20	л/с
Удельная теплоемкость	Ср	4,19	КДж/кгК
Температура холодной воды зимой	t зхв	5	?С
Температура холодной воды летом	t лхв	15	?С
Уменьшение расхода ГВС в летний период	?	0,8



1. Краткое описание тепловой схемы котельной с паровыми и водогрейными котлами

Насосом (25) сырая вода из системы водоснабжения попадает в установку химводоочистки (16) и на подпитку системы ГВС. Предварительный подогрев сырой воды перед ХВО осуществляется в охладителе дренажа непрерывной продувки (19) в пароводяном подогревателе сырой воды (15). Химически очищенная вода поступает в деаэратор атмосферного типа (3) в период отопительного сезона - через водяной охладитель деаэрированной воды (12), пароводяной подогреватель (10) и охладитель выпара (4), в летний период через (10) и (4). Питательным насосом (13) деаэрированная вода попадает в паровые котлы и на впрыск РОУ. Непрерывная продувка паровых котлов направляется в расширитель продувки (14), где вследствие снижения давления, испаряется: полученный пар возвращается в деаэратор, а загрязненная солями и шлаками вода поступает в (19) и сбрасывается в продувочный колодец -- барбатер (20).

На выходе паровых котлов (1) пар разделяется на 2 направления: первое на производство с рабочими параметрами котлов (давлением и температурой), второе производство и собственные нужды котельной через РОУ (2). Возврат конденсата с производства осуществляется в конденсатный бак (21) и конденсатным насосом (24) подается в головку деаэратора. Конденсат местного паропотребляющего оборудования направляется непосредственно в деаэраторный бак.

Подогрев воды системы ГВС осуществляется в пароводяных подогревателях (7). Циркуляция контура ГВС обеспечивается насосом (9).

Насос (23) осуществляет циркуляцию сетевой воды в тепловой сети. Корректировка температурного режима теплосети, а так же работы водогрейного котла (11) осуществляется системой рециркуляции (17) и перепускной линией (18). Предусматривается работа тепловой сети от пароводяных сетевых подогревателей (5, 6), подпитка тепловой сети осуществляется подпиточным насосом (22).

2. Описание тепловой схемы

Водогрейная часть котельной предназначена для нужд отопления и горячего водоснабжения жилых зданий.

Сырая вода поступает из водопровода с температурой 5°С. Если напор сырой воды недостаточен, предусматривают установку насосов сырой воды. Сырая вода проходя подогреватель сырой воды нагревается до 20°С и направляется в до подготовительную установку.

Химически очищенная вода нагревается в подогревателе химически очищенной воды до температуры, требующейся для вскипания в вакуумном деаэраторе (65-70°С), и поступает в деаэратор, для удаления в ней растворённых газов.

Вода из обратной линии тепловых сетей поступает к сетевым насосам. Туда же подводится вода от подпиточных насосов, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной и сырой воды.

Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подаётся рециркуляционным насосом, перекачивающим нагретую воду.

При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов, минуя котлы, подают по линии перепуска в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчётную температуру в подающей магистрали тепловых сетей.

Паровая часть котельной предназначена для выработки и отпуска пара технологическим потребителям, а также на собственные нужды и восполнение потерь в котельной.

Сырая вода с температурой 5 °С подогревается в охладителе непрерывной продувки из паровых котлов и в пароводяном подогревателе сырой воды до 20 °С. Далее вода проходит через водоподготовительную установку, где происходит снижение её температуры на 2-3 °С и направляется в подогреватель химически очищенной воды.

Химически очищенная вода, нагретая до температуры 70 °С поступает в атмосферный деаэратор. В деаэратор направлены также потоки конденсата и насыщенный пар с давлением 1,5 кгс/см2 для подогрева деаэрируемой воды до температуры 104 °С. Деаэрированная вода при помощи питательных насосов подаётся в водяные экономайзеры паровых котлов и к охладителям РОУ.

На приведённой схеме предусматривается использование теплоты непрерывной продувки паровых котлов. Для этой цели установлен сепаратор непрерывной продувки, в котором вода частично испаряется за счёт снижения её давления от 14 до 1,5 кгс/см2. Образующийся пар отводится в паровое пространство деаэратора, горячая вода направляется в водоводяной подогреватель сырой воды. Охлаждённая до 35°С продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец.

Конденсат от внешних потребителей собирается в конденсатный бак и перекачивается конденсатными насосами в деаэратор. Конденсат от пароводяных подогревателей под давлением греющего пара подаётся прямо в деаэратор.

В летнее время, когда водогрейные котлы не работают, пар используется для подогрева сетевой воды для нужд горячего водоснабжения в пароводяных подогревателях.

3. Расчет тепловых нагрузок

Для определения расхода топлива разработки эксплуатационных режимов и графиков ППР, оборудования графиков работы и отрезков,

а также должностных обязанностей персонала необходимо знать годовые расходы теплоты на ТС, а также его распределение по месяцам и сезонам года.

Годовая потребность потребителей в теплоте:

где

- суммарный годовой расход теплоты;

- годовой расход теплоты на отопление;

- годовой расход теплоты на вентиляцию;

- годовой расход теплоты на ГВС;

Расчётный расход теплоты на отопление.

Максимальные расходы теплоты на отопление жилых, общественных и производственных зданий и сооружений должны определяться при проектировании тепловых сетей, по расчётным расходам теплоты

приведенном в тепловых или индивидуальных проектов соответствующих зданий и сооружений.

расчетная температура наружного воздуха (-22?С)

расчетная температура воздуха внутри отапливаемого помещения (18?С)

поправочный коэффициент на климатические условия, отличные от

объем здания по наружному обмеру

удельная отопительная характеристика зданий [Вт/м3К]

Объем здания по наружному обмеру:

объемный коэффициент 1,02

норма жилой площади на одного жителя [м2/чел.]

число жителей (12000 тыс. чел)

В соответствии со статьей 28 Жилищного кодекса Российской Федерации принимаем социальную норму жилья:

Общая жилая площадь населенного пункта:

наружная высота этажа

Наружный объем здания:

Отопительная нагрузка на жилищно-коммунальный сектор ( ЖКС):

Где - расчетная температура воздуха внутри помещения, принимаем по СНиП 2.01.01.- 82 «Строительная климатология и геофизика».

Отопительную нагрузку промышленных предприятий принимаем 70% от нагрузки ЖКС:



Расход теплоты на вентиляцию общественных зданий ЖКС:

Внутренний объем здания:

Внутренняя высота этажа = 2,7м

Расход теплоты на вентиляцию промышленных предприятий принимаем 70% от расхода вентиляции ЖКС:

Расчет среднесуточной тепловой нагрузки ГВС ЖКС при температуре горячей воды 60 оС для открытой системы ГВС:

где

температура сырой воды зимой;

аж = 110 л/сут потребление воды жителями;

аобщ. = 20 л/сут потребление воды в общественных помещениях;

фсут = 24суток = 86400с

Ср = 4190Дж/кг ·?С теплоемкость воды;

Общая тепловая нагрузка котельной:

Коэффициент снижения нагрузки по средней температуре

наиболее холодного месяца

где

- средняя температура наиболее холодного месяца

- расчетная температура наружного воздуха для Хабаровской области

- расчетная температура воздуха внутри отапливаемого помещения

Средняя нагрузка на отопление за отопительный период:

Годовой расход теплоты на отопление при длительности отопительного

периода 205 суток (для Хабаровской области):

Где фсут = 24суток=86400с

Средняя нагрузка теплоты на вентиляцию:

Годовой расход теплоты на вентиляцию при длительности ее работы:

Расчет средней тепловой нагрузки ГВС ЖКС в летний период:

- температура сырой воды летом;

цл = 0,8 - уменьшение расхода воды ГВС в летний период Годовой расход на ГВС:

- продолжительность летнего периода с учетом ремонта котельной 15 суток;



Годовой расход теплоты:

Снижение нагрузки ОВГ за холодный месяц:

Расчет количества водогрейных котлов необходимых для покрытия нагрузки ОВГ.

можно принять соответствующую номинальную теплопроизводительность одного котла марки КВ-ГМ-20-150

Принимаем к установке 2 котла

4. Расчет водогрейной части котельной

Таблица исходных данных, условно подразумеваемых величин, независимых переменных и соответствующих им значений.

Наименование	Обозначение	Обоснование	Значение
Пункт реализации проекта		По заданию	г. Волгоград
Укрупненный показатель тепловой нагрузки: отопление	Qо	Из расчета тепловых нагрузок	12,04МВт
вентиляция	Qв		4,81МВт
ГВС	QГВС		4,16МВт
Температура сырой воды в зимний период	tсв	Из расчета тепловых нагрузок	5°С
Температура воды на выходе изВК		Принято	150°С
Температура воды на входе в ВК		Принято	70°С
Температура обратной воды тепловых сетей		Принято	60°С
КПД водогрейного котла	звк	Принято	0,92
КПД теплообменного оборудования	зоб	Принято	0,98
Минимальная разность температур греющей и нагреваемой среды	Дtв	Принято	10°С
Коэффициент утечек тепловых сетей		Принято	2%
Температура воды в подающей линии ГВС Низшая теплота сгорания условного топлива	tГВС	Принято	60°С
Низшая теплота сгорания условного топлива		Справочная величина	29308

Суммарная тепловая нагрузка:

Расход сырой воды в подающую линию системы ГВС:

где 860 - переводной коэффициент

Тепловая нагрузка подогревателя ГВС первой ступени:

где 1,16 10-3 - переводной коэффициент

Расход сетевой воды на подогрев системы ГВС:

Расчет промежуточной температуры подогревателей ГВС



Тепловая нагрузка подогревателей ГВС второй ступени:

Уточненная расчетная температура воды в подающей линии ГВС потребителям:

Расчетный расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции:

Суммарный расчетный расход сетевой воды на отопление, вентиляцию, ГВС:

Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловых сетях:

Суммарный расход воды необходимый в водогрейных котлах:

Расход воды на рециркуляцию:

Расход воды по перепускной линии для расчетного режима:

Расчетный расход воды по обратной линии тепловых сетей:

Расчетный расход воды через котлы:

Расчетный расход воды в подающую линию тепловых сетей:

Неувязка значений расходов воды:

Расход топлива (условного) за отопительный период:

Газопровод Уренгой-Ужгорой “Союз” основное топливо - природный газ резервное топливо-мазут

5. Выбор оборудования для водогрейной части котельной

котельная котел нагрузка подогреватель

Расчет количества водогрейных котлов необходимых для покрытия нагрузки ОВГ.

Согласно расчету тепловой схемы водогрейной котельной суммарная тепловая нагрузка на котельную для максимально зимнего периода составляет = 21,02МВт.

можно принять соответствующую номинальную теплопроизводительность одного котла марки КВ-ГМ-20-150

Поэтому в качестве основного оборудования котельной выбираем два водогрейных котла типа КВ-ГМ-20-150 (один их них резервный).

Водо-водяной подогреватель воды для нужд ГВС ступени

Средний температурный напор



Рис. 1

Коэффициент теплопередачи беретсядля водо-водяных теплообменников

Поверхность теплообменника

Выбираем горизонтальный секционный водо-водяной подогреватель, по ОСТ 34-588-68, имеющий следующие характеристики ВВП 15х325х2000

Поверхность нагрева одной секции	13,8м2
Количество секций	2шт
Наружный диаметр и толщина стенки корпуса секции	325мм
Длина одной секции	2м
Масса одной секции	413кг

Водо-водяной подогреватель воды для нужд ГВС II ступени

Средний температурный напор

Рис. 2

Коэффициент теплопередачи берется

для водо-водяных теплообменников

Поверхность теплообменника

Выбираем горизонтальный секционный водо-водяной подогреватель, по ОСТ 34-588-68,имеющий следующие характеристики ВВП-11-219х2000

Поверхность нагрева одной секции	5,89м2
Количество секций	1шт
Наружный диаметр и толщина стенки корпуса секции	219мм
Длина одной секции	2м
Масса одной секции	213кг

6. Расчет паровой части котельной

Таблица исходных данных, условно подразумеваемых величин, независимых переменных и соответствующих им значений.

Наименование	Обозначение	Обоснование	Значение
Тепловая нагрузка ГВС		Из расчета тепловых нагрузок	4,16МВт
Расход сетевой воды на подогрев системы ГВС		Из расчета тепловых нагрузок	39,76т/ч=11,04кг/с
Расход подпиточной воды на восполнение утечки тепловой сети		Из расчета тепловых нагрузок	4,02т/ч=1,12кг/с
Коэффициент собственных нужд установки ХВО		Принимается	1,25
Температура воды в подающие линии тепловых сетей		Принимается	150°С
Температура воды в обратной линии тепловых сетей		Принимается	60°С
Температура сырой воды на входе в котельную		Принимается	5°С
Температура подпиточной воды тепловых сетей		Принимается	70°С
Температура сырой воды перед установкой ХВО		Принимается	20°С
Температура химически очищенной воды на выходе из ХВО		Принимается	18°С
Температура на выходе из ПВП ХОВ		Принимается	80°С
Температура дренируемой воды расширителя продувки		Принимается	40°С
Энтальпия химически очищенной воды на выходе из пароводяного подогревателя ХОВ		Справочная величина	335
Температура питательной воды		Принимается	104°С
КПД теплообменного оборудования		Принимается	0,98
Коэффициент загрязнения теплообменного оборудования		Принимается	0,85
Потребность в паре производственных линий		Из расчета	=13,88кг/с
Возврат конденсата производства		Из задания	40%
Температура возвращаемого конденсата		Принимается	50°С
Давление пара на выходе из ПК		Принимается	2,ЗМПа
Температура пара на выходе из ПК		Принимается	400°С
Энтальпия пара на выходе из ПК		Справочная величина	3240
Давление пара на выходе РОУ		Из задания	0,6МПа
Энтальпия пара на выходе РОУ		Справочная величина	2756
Энтальпия отработанного пара на выходе РОУ		Справочная величина	671
Энтальпия конденсатного пара РОУ		Справочная величина	314
Температура конденсатного РОУ		Принимается	80?C
Энтальпия питательной воды		Принимается	436
Величина непрерывной продувки котлов		Принимается	3%
Давление продувки ПК		Принимается	0,17МПа
Энтальпия котловой воды		При Р=2,3МПа t=220°С	943
Температура продувочной воды		Принимается	115,2°С
Удельный объем пара при и		Справочная величина	0,001061
Удельный объем воды		Справочная величина	0,9
Энтальпия пара при расширении при Р=0,17МПа		Справочная величина	2699
Энтальпия воды при Р =2,3МПа		Справочная величина	505
Степень сухости пара при РНП		Принимается	0,98
Допустимое напряжение объема в РНП		Принимается	800
Коэффициент теплопередачи теплообменника пар - вода		Принимается	3000
Коэффициент теплопередачи теплообменника вода - вода		Принимается	1000
Расчетная температура воды в подающей линии ГВС на потребителей		Из расчета ВК	61,1°С
Температура пара на выходе из РОУ		Справочная величина	158,04°С
Теплоемкость воды		Справочная величина	4,19

Расход пара на подогреватель воды в пароводяном подогревателе (ПВП) ГВС (поз.7,8) по тепловому балансу:

Необходимая тепловая мощность подогревателя ГВС второй ступени

Температура промежуточная ГВС:

Средний температурный напор в ПВП ГВС:



Рис. 3

Поверхность нагрева:

Необходимая тепловая мощность охладителя конденсата подогревателя ГВС:

Средний температурный напор:

Рис. 4



Площадь нагрева охладителя конденсата ПВП ГВС:

Расход пароводяных подогревателей сетевой воды (поз.5,6):

Коэффициент расхода теплоты на отопление и вентиляцию:

Теоретически необходимая температура воды в подающей линии
тепловой сети на нужды отопления и вентиляции:

Теоретическая температура обратной воды тепловой сети после систем отопления и вентиляции предприятия:

Суммарная тепловая нагрузка отопления и вентиляции при данном
режиме работы:

Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию (из расчета
водогрейной части котельной):

Gо.в =161,1т/ч = 44,75кг/сек

Расход сетевой воды через обратную линию (из расчета водогрейной
части котельной):

Go6p =157,1т/ч = 43,64кг/ сек

Расход подпиточной воды для восполнения утечек в теплосети:

Gпп.в = Goв - Gобр = 44,75-43,64 = 1,116кг/сек

Температура сетевой воды поступающей в охладитель конденсата подогревателя сетевой воды:



Расход пара на пароводяной подогреватель сетевой воды по тепловому балансу

Необходимая тепловая мощность подогревателя сетевой воды:

Температура воды между подогревателем сетевой воды и охладителем конденсата подогревателя сетевой воды:

Средний температурный напор в подогревателе сетевой воды:

Рис. 5



Поверхность нагрева: Необходимая тепловая мощность охладителя конденсата подогревателя сетевой воды:

Средний температурный напор в охладителе конденсата подогревателя сетевой воды:

Рис. 6

Площадь нагрева охладителя конденсата подогревателя сетевой воды:

Расход пара на мазутное хозяйство:

Предварительная потребность в сырой воде без учета расхода воды на впрыск РОУ и восполнения потерь конденсата в котельной:

Предварительная потребность в паре:

Попринимаем установки по каталогам оборудования - котла типа

БКЗ-75-3,9. Выбор осуществляется с запасом котла по 75т/ч.

Количество котловой воды, поступающий в расширитель с непрерывной продувки:

Количество пара образующегося РНП и возвращаемого в деаэратор:

Количество воды в РНП подлежащей дренированию:

Предварительный объем РНП:

Полный объем РНП:

Количество теплоты переданное сырой воде в охладителе дренажа

в непрерывной продувке:

Температура сырой воды на выходе из ОДНП:



Средний температурный напор:

Рис. 7

Площадь теплопередающей поверхности ОДНП:

Расход пара на ПВП СВ:

Необходимая мощность ПВП СВ:

Средний температурный напор:



Рис. 8

= 1,87 ф 1,7, зна

Площадь нагрева ПВП СВ:

Тепловая нагрузка охладителя деаэрированной воды:

Температура на выходе из ОДВ:

Средний температурный напор:



Рис. 9

Площадь нагрева ОДВ:

Тепловая нагрузка ПВП ХОВ:

Расход пара на ПВП ХОВ:

Средний температурный напор:



Рис. 10

Площадь нагрева

Уточненная потребность в воде без учета воды во впрыск РОУ:

Количество воды и пара поступающих в деаэратор, за исключением греющего пара

Расход пара на деаэратор:

Расчет потребности редуцированного пара:

Количество питательной воды, впрыскиваемое в РОУ:

Расчетная производительность котельной по пару:

Расход условного топлива на паровую часть котельной:

Суммарный годовой расход условного топлива на котельную:

Выбор оборудования для паровой части котельной.

Паровой котел марки БКЗ-75-3,9

Деаэратор атмосферного давления марки ДА-100

Пароводяной теплообменник типа ПП1-50-2-2



Литература

1. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» справочник М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Эстеркин Р.И. «Котельные установки» - М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Соколов Е.Я. «Теплофикация и тепловые сети» учебник для вузов М.: Энергоиздат, 1982.

Размещено на Allbest.ru