Расчет и подбор оборудования отопительной котельной

В промышленных котельных с паровыми котлами, как правило, используются центробежные насосы с электрическим приводом и с приводом от паровой турбины. Для подпитки водой тепловых сетей, когда в качестве источника теплоснабжения установлены стальные водогрейные котлы, применяются центробежные насосы, обычно с электрическим приводом. В небольших котельных иногда для подачи питательной воды используют поршневые паровые насосы или инжекторы.

4.2 Расчет тепловой схемы производственной котельной

Тепловую схему производственной котельной рекомендуется рассчитывать в такой последовательности:

1. Определяем суммарную паропроизводительность котельной, т/ч:

Д = Д_к · n₁,

где Д_к - паропроизводительность одного котла, т/ч.

Д = 6,5·2=13 т/ч.

С другой стороны,

Д = Д_вн + Д_сн,

где Д_вн - суммарный расход пара внешним потребителям, т/ч; Д_сн - суммарный расход пара на собственные нужды, в том числе на мазутное хозяйство и покрытие потерь в котельной, т/ч.

Д_вн = Д'_т + Д_псв,

где Д'_т - расход пара внешним потребителям на технологические нужды, т/ч; Д_псв - расход пара, идущего на подогрев воды в сетевых подогревателях,

,

где Q_ов и Q_гв - расходы теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячее водоснабжение соответственно, МВт; i_0,7, i_к - энтальпии пара при давлении 0,7 МПа к температуре 180°С и конденсата при давлении 0,7 МПа и температуре насыщения соответственно, кДж/кг; з_под - КПД сетевого подогревателя, з_под = 0,98.

т/ч

Д_вн = 1,3+6,7 =8 т/ч.

2. Находим суммарный расход пара на собственные нужды, т/ч:

Д_сн = Д'_сн + Д_м + Д_n.

Здесь Д'_сн - расход пара на собственные нужды котельной, т/ч:

Д'_сн = 0,01· К_сн· Д_вн,

где К_сн - коэффициент расхода пара на собственные нужды котельной (на подогрев сырой и химически очищенной воды, на деаэрацию питательной воды). Рекомендуемое значение - 5-10 %; Д_м - расход пара на мазутное хозяйство, т/ч,

Д'_сн = 0,01·5 ·8=0,4 т/ч

Д_п = 0,01· К_п( Д_вн - Д'_сн),

где К_п - коэффициент расхода пара на покрытие потерь принимается равным 2-3 %.

Д_п = 0,01· 2(6,7 - 0,3 ) = 0,1 т/ч

После определения значений Д_сн необходимо выполнить проверку по формуле

Д _сн = Д - Д_вн

Д _сн = 13 - 12,6 = 0,4 т/ч

3. Определить суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор, т /ч:

G_д = G_xoв + в (Д'_т + Д_т) + Д_сн,

где G_xoв - расход химически очищенной воды, возмещающей потери конденсата, т/ч

G_xoв = G_к^пот + 0,01 ·К_тс · G.

Здесь G_к^пот - потери конденсата в оборудовании внешних потребителей, т/ч

G_к^пот = ( 1 - в )( Д'_т + Д _т) + 0,01· К_к· Д,

где в - доля конденсата, возвращаемого внешними потребителями; К_к - коэффициент потерь конденсата в котельной установке, рекомендуется К_к = 3%; G - расход сетевой воды в теплосети, т/ч

,

где t₁ и t₂ - температура сетевой воды в теплосети, °С; К_тс - коэффициент потерь воды в теплосети, рекомендуется К_тс = 2 - 3 %.

 т/ч

G_к^пот = ( 1 - 0,9 )( 1,3 + 0,9) + 0,01· 3· 13 =0,4 т/ч

G_xoв = 0,4 + 0,01 ·2 · 125 = 2,8 т/ч

G_д = 2,8 + 0,9 (1,3 + 0,9) + 0,4 = 3,3 т/ч

4. Определить тепловую мощность котельной Q_к, МВт:

Q_к = Д' (i_п - i_пв) · 10 ^-3

где Д' - суммарная паропроизводительность котельной, кг /с

,

где i_пв, i_п - энтальпия питательной воды и перегретого пара за котлоагрегатом.

кг /с

Q_к = 3,6 (2855 - 335) · 10 ^-3 = 9,1 МВт

5. Тепловая мощность, расходуемая на собственные нужды и потери, кВт

кВт

Процент собственных нужд и потерь:

4.3 Подбор оборудования котельной

1. Подбор питательного насоса. Питательные насосы подбирают по специальным каталогам, для чего определяют производительность, напор и мощность электродвигателя.

Производительность питательного насоса, кг/с

Д_пн = 1,2 · Д'(1 + q_пр + q_к),

где 1,2 - коэффициент запаса по производительности; q_np - потери на продувку, q_np=0,01 · р (р - процент продувки); q_к - потери в котельной, q_к = 0,01 · К_п.

Д_пн = 1,2 · 3,6(1 + 0,02 + 0,04) = 4,6 кг/с

Создаваемый насосом напор должен быть несколько выше давления в котле. Величину его, Мпа, можно рассчитать по формуле

H_к = P_к + H_c,

где Р_к - давление воды на выходе в котел; Р_к = Р_п + 0,2, МПа; Н_с - полное сопротивление в сети на участке от питательного бака до места ввода воды в котел, примерно равное 0,1 - 0,4 МПа.

H_к = 14,2 + 0,1 = 14,3 МПа

Для выбора электродвигателя следует определить мощность питательного насоса, кВт:

,

где з_н - КПД насоса, равный 0,65 - 0,85.

кВт

2. Подбор сетевых насосов. Производительность сетевого насоса, кг/с, определяют из уравнения теплового баланса для сетевого подогревателя:

,

где G - расход сетевой воды, т/ч.

кг/с

Расчетный напор сетевого насоса, МПа:

Н_н = 1,2 · ДР_сет,

где ДР_сет - перепад давления в теплосети, МПа.

Н_н = 1,2 · 0,54 = 0,63 МПа

Мощность на привод сетевого насоса, кВт:

,

где 1,1 - коэффициент запаса по мощности; з_сн - КПД насоса, примерно равный 0,65 - 0,85.

кВт

Количество выбранных насосов равно расчетному плюс один, резервный.

4.4 Аэродинамический расчет котельной

4.4.1 Исходные данные для подбора вентилятора

Производительность вентилятора, м³/с:

,

где 1,1 - коэффициент, учитывающий утечки в воздуховоде; а"_т - коэффициент избытка воздуха в топке; В_р - расчетный расход топлива, кг/с; V_o - количество теоретически необходимого воздуха для сгорания 1 кг топлива при 0°С и 760 мм рт. ст. м³/с; t_xв - температура холодного воздуха,°С; t_хв=30°С; Р - барометрическое давление в районе размещения котельной, мм рт. ст. Разница между Р и Р_о - 760 мм рт. ст. - обычно мала и поэтому поправку на давление 760/P принимают равной единице.

м³/с

Напор, развиваемый вентилятором, численно больше величины гидравлического сопротивления всасывающей трубы вентилятора:

,

где Уо - сумма коэффициентов сопротивлений всасывающей трубы; W_вс.тр - скорость воздуха в трубе, м/с; р_в - плотность воздуха при t_xв, кг/м³.

Скорость воздуха принимают 5-10 м/с. Исходя из принятого значения скорости, определяют площадь сечения воздуховода, м²:

м²

Сумма коэффициентов сопротивлений воздуховода

,

где о_вх= 0,5 и о_вых= 1 - соответственно значения коэффициентов входа и выхода; о_пов - значения коэффициента при поворотах.

4.4.2 Расчет гидравлического сопротивления воздушного короба

Расчет производят аналогично расчету гидравлического сопротивления всасывающей трубы. Скорость воздуха в коробе принимают также равной 5-10 м/с. Размеры короба, его конфигурацию определяют из компоновки котельной, поскольку он размещен между вентилятором и горелками котла.

м²

Па

4.4.3 Подбор вентилятора

Гидравлическое сопротивление воздушного тракта, Па:

S_вт = ДS_вс.тр + S_вк + S_г,

где S_вк - гидравлическое сопротивление воздушного короба, Па; S_г - гидравлическое сопротивление топочного устройства: горелки при сжигании газа (S_г = 1000-1200 Па).

S_вт = 110,6 + 46,5 + 1100 = 1257,1 Па

Мощность на привод вентилятора, кВт:

,

где з_вепт - КПД вентилятора при полном давлении.

Тип вентилятора выбирают по производительности и полному напору. При этом производительность, м³/ч, определяют с пересчетом:

V'_в = 3600 ·V_в ;

V'_в = 3600 ·1,9 = 6840 м³/ч

соответственно напор, МПа:

кВт

4.4.4 Подбор дымососа

Количество уходящих газов, м³/с:

где V_ух - объем продуктов сгорания, покидающих котел, м³/кг; t_ух - температура уходящих газов,°С.

м³/с

Напор, создаваемый дымососом, Па:

S_д ? S_к + S_эк + S_б + S_д.тр - h_c,

где S_к, S_эк, S_б, S_д.тр - гидравлическое сопротивление газового тракта котла (табл. 2.3), экономайзера, борова уходящих газов, дымовой трубы, Па; h_c - самотяга дымовой трубы.

Гидравлическое сопротивление экономайзера, Па:

Здесь с_ух - плотность уходящих газов при t_ух:

,

где с₀ = 1,3 кг/м³; сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений экономайзера,

кг/м³

Уо_эк = о_вх+ о_вых + о_ряда · n₁ + о_пов · n_2,

где о_ряда - коэффициент гидравлического сопротивления одного ряда труб экономайзера (о_ряда= 0,5); n₁ - число рядов труб по ходу газов; n₂ - число поворотов по ходу газов (на 180°) в газоходе экономайзера.

Уо_эк = 0,5+1 + 0,5 · 2 + 2 · 2 = 5,5

Па

Гидравлическое сопротивление дымовой трубы, Па:

,

где л - коэффициент сопротивления трения; i - постоянная конусность внутренней поверхности верха трубы (i = 0,01- 0,05); W_o - скорость газов на выходе из дымовой трубы, рекомендуется 6 - 8 м/с.

Па

При выборе дымовых труб для котельных, работающих на газе, расчетной величиной является H_3min, м.

К установке принимают трубы из кирпича и железобетона, имеющие следующие диаметры (устья) выходных отверстий, м: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 6,6; 7,2; 7,8; 8,4; 9,0; 9,6. Высоту дымовых труб принимают: 30,0; 45; 60; 75; 90; 120; 150 и 180 м.

Самотяга дымовой трубы при движении газов снизу вверх имеет противоположный знак по сравнению с ее сопротивлением. Абсолютное значение самотяги, Па:

h_с = H_тр· q(с_в - с_ух),

где q - ускорение свободного падения.

h_с = 45· 9,8(1,3 - 0,82) = 195 Па

Во избежание проникновения дымовых газов в толщу конструкций кирпичных и железобетонных труб не допускается положительное статическое давление на стенки газоотводящего ствола. Для этого определяющий критерий должен быть меньше 10.

Определяющий критерий

,

где d₀ - внутренний выходной диаметр трубы; h₀ - динамический напор, создаваемый продуктами сгорания в выходном сечении трубы, Па:

,

Па

- условие выполняется

Производительность дымососа с запасом 20%, м³/с

м³/с

Мощность, потребляемая на привод дымососа, кВт:

,

где 1,2 - коэффициент запаса; з_дым - КПД дымососа.

кВт

Выбираем дымосос ДН - 24

4.5 Выбор и расчет схемы водоподготовки

1. Производительность котельной Д, т/ч, при давлении 1,4 МПа равна 13 т/ч

2. Конденсат, возвращаемый с производства, в количестве, определенном заданием, имеет следующие характеристики:

- сухой остаток S_кон = 10 мг/кг;

- щелочность Щ_кон = 0,1 мг-экв/кг;

- жесткость общая Ж_кон = 0.

3. Исходная вода, возмещающая потери конденсата, поступает из источника в количестве, восполняющем потери воды сети и котельной с характеристиками согласно заданию:

- сухой остаток S_ив = 471 мг/кг;

- общая жесткость Ж_кон = 1,4 мг-экв/кг;

- некарбонатная постоянная Ж_нк = 4,7 мг-экв/кг.

Щелочность принимают эквивалентной карбонатной жесткости, мг-экв/кг, т.е.

Щ_ив = Ж_ив - Ж_нк

Щ_ив = 4,7 - 1,4 = 3,3 мг-экв/кг

4. Характеристики питательной воды, являющейся смесью конденсата и добавки исходной воды (в том случае, когда докотловая химическая очистка отсутствует):

- сухой остаток, мг/кг

S_пв = S_кон · в + S_ив (l - в)

S_пв = 10 · 0,9 + 471 (l - 0,9) = 56,1 мг/кг

- общая жесткость, мг-экв/кг

Ж'_пв = Ж_кон · в + Ж_ив(1 - в)

Ж'_пв =4,7 · 0,9 + 1,4(1 - 0,9) = 1,73 мг-экв/кг

- щелочность, мг-экв/кг

Щ_пв = Щ_кон · в + Щ_ив(1 - в)

Щ_пв = 0,1· 0,9 + 3,3(1 - 0,9) = 0,42 мг-экв/кг

5. Согласно правилам Госгортехнадзора, для котлов производительностью более 0,7 т/ч, а также имеющих экранные поверхности нагрева, обязательно применение докотловой химической обработки исходной воды. При его применении необходимо соблюсти следующие требования:

- обеспечение размера продувки из котлов не более 10% от Д;

- относительная щелочность котловой воды Щ_ох - не должна быть более чем 20 %;

- содержание углекислоты в паре - не более 20 мкг/кг.

Наиболее распространенным методом умягчения воды для котельных с котлами малой мощности является натрий-катионирование, которое снижает общую жесткость питательной воды.

Определив величину общей жесткости питательной воды для конкретного источника Ж'_пв, необходимо сравнить ее с допускаемой, которое составляет = 0,02мг-экв/кг.

Условием обязательного использования 2-ступенчатого натрий-катионирования является выполнение неравенства

Относительная щелочность котловой воды, %:

,

где Щ_ох - относительная щелочность химически очищенной воды, %; S_x - сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг, который несколько больший, чем сухой остаток исходной воды,

S_x = (1,05 - 1,1) S_иc

S_x = (1,05 - 1,1) 471 = 1012 мг/кг

Так же как относительная, абсолютная щелочность химически очищенной воды Щ_х, мг-экв/кг, остается неизменной и равна щелочности исходной воды, т.e. Щ_х = Щ_ив.

Содержание углекислоты в паре определяют в зависимости от щелочности исходной воды, мкг/кг:

СО₂ = 22 · Щ_ив (1 - в) ·1,7

СО₂ = 22 · 3,3 (1 - 0,9) ·1,7 = 12,5 мкг/кг

Полученные значения относительной щелочности Щ_ок и содержания СО₂ сравнивают с нормативными значениями, указанными выше. Использование 2-ступенчатого натрий-катионирования необходимо практически во всех производственно-отопительных котельных, так как возврат конденсата в в них всегда меньше 1.

6. Расчет и подбор фильтров.

Ориентировочно производительность химической водоподготовки с учетом продувки и собственных нужд котельной, м³/ч:

Д_вод = 1,2 · G_xoв,

где G_xoв - количество химочищенной воды, возмещающей потери конденсата, т/ч.

Д_вод = 1,2 · 2,7 = 3,3 м³/ч

В качестве катионита в фильтрах используют сульфоуголь с обменной способностью Е = 300 г-экв/кг. Рекомендуется выбирать фильтры исходя из следующих условий:

- число фильтров первой ступени n₁ не более четырех, при этом один из них - резервный, т.е. (n₁+ 1) ? 4;

- число фильтров второй ступени, п₂ = 1-2 шт.;

- число регенераций каждого фильтра не должно быть более трех в сутки, т.е. одного раза в смену.

Скорость фильтрации в фильтрах первой ступени принимают в пределах W_доп = 5-10 м/ч, а в фильтрах второй ступени она может быть принята равной или менее 30 м/ч.

Рассчитываем количество фильтров, шт., первой ступени:

,

где f_ф1 - сечение фильтра, м²

м²

Принимаем 2 фильтра ФИП 0,7-0,7

После прохождения через фильтры первой ступени вода снижает свою первоначальную жесткость до 0,2-0,1 мг-экв/кг. Общее количество солей жесткости, г-экв/сут, поглощаемое в фильтрах первой ступени, при конечной жесткости 0,2 мг-экв/кг составляет:

А₁ = (Ж_ив - 0,2)Д_вод · 24

А₁ = (4,7 - 0,2)3,3 · 24 = 350 мг-экв/кг

Объем сульфоугля в каждом фильтре, м³:

,

где Н - высота загрузки фильтра, м.

м³

Число регенераций натрий-катионитных фильтров первой ступени в сутки, рег/сут

,

рег/сут

а каждого фильтра первой ступени, рег/сут:

рег/сут

Межрегенерационный период, ч

ч

Жесткость воды, поступающей на фильтры второй ступени, была принята равной 0,2 мг-экв/кг, а ее содержание на выходе из фильтра - нулю, следовательно, количество солей жесткости, поглощаемое в фильтре второй ступени, г-экв/сут:

A₂ = 0,2 · Д_вод · 24;

A₂ = 0,2 · 3,3 · 24 = 15,6 г-экв/сут

- число регенераций фильтров второй ступени в сутки

;

рег/сут

- на один фильтр

рег/сут

- межрегенерационный период работы фильтра, ч

ч

7. Определение расхода соли, необходимого для регенерации.

Расход соли на одну регенерацию, кг/рег

,

где а - удельный расход соли, принимается 200-235 г/г-экв обменной способности катионита.

кг/рег

Объем 26%-ного раствора соли на одну регенерацию, м³

,

где с - плотность раствора соли при t = 20°С; с = 1,2 т/м³; Р - содержание соли в растворе, % (26%).

м³

Расход технической соли в сутки, кг/сут:

G_cym = G_c. (R_l + R₂)

G_cym = 46,2_. (1,5 +0,04) = 72,2 кг/сут

Расход соли на регенерацию фильтров в месяц, т/мес

т/мес

Резервуар мокрого хранения соли, м³, находят из расчета месячного расхода с запасом в 50 %, согласно СНиП:

м³

Устанавливают железобетонный резервуар вместимостью V_рез, м³, размерами а Ч b Ч c, м. Вместимость мерника раствора соли, м³, принимают по расходу соли на регенерацию фильтров с запасом 30%, т.е.:

V_мер=1,3·V_c

V_мер=1,3·0,38 = 0,5 м³

Высоту мерника желательно выполнять одинаковой с высотой резервуара хранения соли, т.е. в данном случае равной с, м, а диаметр мерника

м

6. Заключение

В курсовом проекте рассчитана отопительная котельная города Саратова, предназначенная для пароснабжения и горячего водоснабжения и состоящая из 2-х котлов ДКВР-6,5-13-250.

В результате разработки курсового проекта были проведены следующие расчеты и на их основе сделаны выводы:

- Тепловой расчет котельной установки - этот раздел включает сведения о составе используемого топлива, расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания на 1 м³ топлива, расчет действительных объемов воздуха и продуктов сгорания при а>1 определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчет этих величин необходим для последующих расчетов. В конце расчета строится диаграмма, для последующего определения энтальпий и температур воздуха в хвостовых поверхностях котельного агрегата.

- Расчет теплового баланса - в него входят уравнение теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива, конструктивный расчет котла, в котором рассчитывается конструкция и геометрические характеристики поверхностей нагрева котла, и проверочный тепловой расчет, в котором по заданной конструкции и геометрическим характеристикам поверхности нагрева котла для конкретного вида топлива определяется реальная производительность котла и экономичность работы. Для чего определяют: тепловые потерн, КПД котла, расход топлива, скорости теплоносителя, воздуха и продуктов сгорания, температуры теплоносителя и продуктов сгорания, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи элементов поверхностей нагрева котла. В конце теплового расчета теплогенератора определяют абсолютную невязку теплового баланса ДQ, далее определяют относительную невязку, %, которая при правильном расчете не превышает 0,5 %. Проверочный расчет выполнен для оценки показателей эффективности, выбора вспомогательного оборудования и нахождения значений необходимых для дальнейших расчетов.

- Расчет и подбор оборудования котельной - целью является определение количества котельных агрегатов, их суммарная производительность, а также расчет аэродинамического и гидравлического сопротивления котельной установки. По результатам этого расчета выбираются типоразмеры дымососов, вентиляторов, питательных и сетевых насосов, а также электродвигателей к ним.

- Выбор и расчет схемы водоподготовки - целью этого расчета является определение характеристик питательной воды, являющейся смесью конденсата и добавки исходной воды. По результатам этого расчета выбирают схему химводоочистки, а также оборудование: фильтры первой и второй ступени, солерастворитель, деаэратор. В данной
курсовой работе выбрана двухступенчатая схема (устанавливается два фильтра на первую ступень, один на вторую и резервный).

Повышение надежности и экономичности систем теплоснабжения зависит от работы котельных агрегатов, рационально спроектированной тепловой схемы котельной, широкого внедрения энергосберегающих технологий, экономии топлива, тепловой и электрической энергии.

Библиографический список

1. Делягин Г.Н. Теплогенерирующие установки / Г.Н. Делягин. М.: Стройиздат, 1986. 560 с.

2. Роддатис К.Ф. Котельные установки: учеб. пособие / К.Ф. Роддатис. М.: Энергия, 1977. 432 с.

3. Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий. М.: Энергоатомиздат, 1989. 488 с.

4. Эстеркин Р.И. Котельные установки: Курсовое и дипломное проектирование: учеб. пособие / Р.И. Эстеркин. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

5. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности / В.Г. Александров. Л.: Энергия, 1972. 200 с.

6. Щеголев М.М. Котельные установки: учеб. пособие для вузов / М.М. Щеголев, Ю.Л. Гусев, М.С. Иванова. М.: Стройиздат, 1972. 384 с.

7. Ривкин С.Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара / С.Л. Ривкин, А.А. Александров. М.: Энергия, 1980. 424 с.

8. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: отраслевой каталог 15-83. М.: НИИинформэнергомаш, 1983. 226 с.

9. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: отраслевой каталог. М.: НИИинформэнергомаш, 1987. 208 с.

10. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Л.: Энергия, 1977. 256 с.

11. СНиП П-35-76.Ч.П, гл.35. Котельные установки. М.: Госстрой СССР, 1977.

Размещено на Allbest.ru