Проектирование производственно-отопительной котельной с котлами ДКВР 6,5-13

Насосы в данном курсовом проекте выбираются по производительности. Производительность насоса подбирается с учетом коэффициента запаса .

В проектируемой котельной используем насосы с электроприводом. В соответствии со СНиП II-35-76 «Котельные установки» [2], при использовании насосов с электроприводом, они должны быть подключены к двум независимым источникам электроснабжения.

Число и производительность питательных насосов выбираются с таким расчетом, чтобы в случае остановки наибольшего по производительности насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в необходимых количествах.

Выбор насосов исходной воды

Насос исходной воды служит для подачи сырой воды из системы водопровода жилого района к оборудованию водоподготовки котельной. Данные насосы выбираются исходя из максимальной потребности котельной в химически очищенной воде (G_хво), включая расход воды на собственные нужды химводоочистки. При определении расхода учитывается коэффициент запаса .

Расчетный расход сырой воды для выбора насоса:



(3.1.1)

Для питания котельной выбираем два насоса марки GRUNDFOSCR 15-4 (Вертикальный многоступенчатый центробежный насос с нормальным всасыванием типа "ин-лайн" для монтажа на плите-основании). Один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1 - Технические характеристики насоса GRUNDFOSCR 15-4

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочих колес и промежуточных камер	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	-20 .. 120 °C
Частота вращения	2917 об/м
Текущий рассчитанный расход	12,1 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	51,1 м
Тип электродвигателя	112MC
Номинальная мощность электродвигателя	4 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	8 A
Пусковой ток	1120-1230 %
Cos ?	0,88-0,84
Класс защиты	IP55
Вес нетто	68 кг
Полный вес	87 кг

Выбор питательных насосов

Питательные насосы предназначены для бесперебойного снабжения паровых котлов питательной водой. Количество и подача питательных насосов выбирается так, чтобы в случает остановки самого мощного насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в количестве, необходимом для питания всех рабочих паровых котлов.

Расчетный расход питательной воды:

(3.1.2)

Для питания котлов выбираем два насоса GRUNDFOS CRE 32-2 A-F-A-E HQQE. Один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2 - Технические характеристики насоса GRUNDFOS CRE 32-2 A-F-A-E HQQE

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочих колес и промежуточных камер	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	-30 .. 120 °C
Частота вращения	2917 об/м
Текущий рассчитанный расход	29 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	20 м
Тип электродвигателя	112MC
Номинальная мощность электродвигателя	4 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	8,1-6,6 A
Номинальная скорость	360-3530 об/м
Пусковой ток	1120-1230 %
Класс защиты	IP55
Вес нетто	92 кг
Полный вес	115 кг

Двигатель насоса снабжен защитой от перегрузки и перегрева.

Расход питательной воды не является постоянной величиной, и меняется в зависимости от режима работы котельной установки. Для обеспечения плавного регулирования подачи питательных насосов, экономии электроэнергии и увеличения ресурса оборудования, электродвигатели питательных насосов подключаются к источнику электроснабжения через преобразователи частоты.

Использование преобразователей частоты позволяет осуществлять автоматическое плавное регулирование подачи питательных насосов в зависимости от расхода воды. При этом исключаются гидроудары и обеспечивается экономия электроэнергии за счет регулирования подачи насоса частотой вращения рабочего колеса, а не закрытием задвижки.

Выбранный тип насоса изначально комплектуется преобразователем частоты и датчиком давления, что позволяет автоматизировать работу насоса.

Выбор сетевых насосов

Сетевые насосы предназначены для обеспечения циркуляции теплоносителя в тепловой сети. Сетевые насосы устанавливаются на выходе из котельной в обратной линии тепловой сети перед подогревателями, так как температура сетевой воды в данной точке не превышает 70 °С. В котельной должно быть установлено не менее двух сетевых насосов. Расход одного насоса:

(3.1.3)

Где - максимальный расход сетевой воды, т/ч;

- коэффициент запаса;

N - количество параллельно работающих насосов.

В качестве сетевых применяем два насоса GRUNDFOSTPE 125-320/4-S A-F-A BAQE. Одиннасос является основным, второй - резервным. Насосы комплектуются встроенным преобразователем частоты серии CUE, позволяющим осуществлять плавное регулирование подачи насосов в широких пределах.

Управление насосом может осуществляться с помощью пульта дистанционного управления R100, который позволяет задавать и считывать количественные параметры, такие как "Текущее значение", "Скорость", "Входная мощность" и "Энергопотребление".

Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.1.3.

Таблица 3.1.3 - Технические характеристики насоса GRUNDFOS TPE 125-320/4-S A-F-A BAQE

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочего колеса	Чугун
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Вода в системе отопления
Диапазон температур жидкости	0 .. 120 °C
Частота вращения	1450 об/м
Текущий рассчитанный расход	145 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	20 м
Тип электродвигателя	180MA
Номинальная мощность электродвигателя	18,5 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	30..37 A
Номинальная скорость	240..1750 об/м
Класс защиты	IP55
Вес нетто	379 кг
Полный вес	429 кг

Выбор подпиточных насосов

Подпиточные насосы служат для восполнения утечек воды из системы теплоснабжения. Подпитка ведется химически обработанной водой из бака деаэратора. Вода подается в обратную линию тепловой сети.

Производительность подпиточных насосов выбирается равной удвоенной величине полученного количества воды для восполнения возможной аварийной подпитки:



(3.1.4)

В котельной устанавливаем два подпиточных насоса GRUNDFOSCR 5-4 A-FGJ-A-V HQQV, один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.1.4.

Таблица 3.1.4 - Технические характеристики насоса GRUNDFOSCR 5-4 A-FGJ-A-V HQQV

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочего колеса	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Вода в системе отопления
Диапазон температур жидкости	-20 .. 90 °C
Частота вращения	2856 об/м
Текущий рассчитанный расход	6,7 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	14,9 м
Тип электродвигателя	71B
Номинальная мощность электродвигателя	0,55 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	1,44 A
Номинальная скорость	2830-2850 об/м
Пусковой ток	480-520 %
Класс защиты	IP55
Вес нетто	24,7 кг
Полный вес	27,4 кг

Выбор конденсатных насосов

Конденсатные насосы предназначены для подачи конденсата, возвратившегося с производства в деаэратор. Производительность конденсатного насоса равна часовому расходу конденсата от технологического потребителя:



(3.1.5)

Где - расход пара на технологические нужды, т/ч;

- процент возврата конденсата.

Выбираем два конденсатных насоса GRUNDFOS CR 5-4 A-FGJ-A-V HQQV, один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.1.5.

Таблица 3.1.5 - Технические характеристики насоса GRUNDFOS CR 5-4 A-FGJ-A-V HQQV

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочего колеса	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Вода в системе отопления
Диапазон температур жидкости	-20 .. 90 °C
Частота вращения	2856 об/м
Текущий рассчитанный расход	6,7 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	14,9 м
Тип электродвигателя	71B
Номинальная мощность электродвигателя	0,55 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	1,44 A
Номинальная скорость	2830-2850 об/м
Пусковой ток	480-520 %
Класс защиты	IP55
Вес нетто	24,7 кг
Полный вес	27,4 кг



3.2 Выбор теплообменников

Выбор теплообменников производится на основании теплового расчета установки. На практике, обычно выполняются только проверочные расчеты для определения пригодности выбранных по каталогам теплообменников для заданных расчетных условий. Поверхности нагрева серийно изготавливаемых теплообменников должны быть несколько больше требуемых по расчету, то есть выбираться с запасом. В курсовом проекте выбор ведется по теплопроизводительности и площади поверхности нагрева.

Теплопроизводительность теплообменника, т.е. количество передаваемой теплоты, определяется из уравнения теплового баланса.

Для водо-водяного теплообменника:

(3.2.1)

где - теплоемкость воды;

- расход греющей и нагреваемой воды, кг/с.

Площадь поверхности нагрева теплообменника определяется по формуле:

(3.2.2)

где Q - количество передаваемой теплоты, кВт;

К - коэффициент теплопередачи. Для ориентировочного расчета;

t', t” - температуры теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения. Принимаем;

- среднелогарифмический температурный напор:

(3.2.3)

где - большая и меньшая разности температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника, °С.

Для паро-водяного теплообменника:

(3.2.1)

где D - расход пара, кг/с;

- энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

Площадь поверхности нагрева теплообменника определяем по выражению:

(3.2.2)

где K - коэффициент теплопередачи. Для ориентировочного расчета в соответствии с [8] принимаем - для паро-водяных теплообменников и для водо-водяных теплообменников.

? - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду. Принимаем ?=0,98.

Результаты расчета параметров Q и F сведены в таблицу 3.2.1.



Таблица 3.2.1 - Расчет основных параметров теплообменников

Наименование, обозначение	Температура греющей среды на входе t'1, °С	Температура греющей среды на выходе t"1, °С	Температура нагреваемой среды на входе t'2, °С	Температура нагреваемой среды на выходе t"2, °С	Расход нагреваемой среды Gнагрев, кг/с	Среднелогарифмический температурный напор ?t, °С	Коэффициент теплопередачи К, кВт/м2·°С	Теплопроизводительность Q, кВт	Площадь поверхности теплообмена F, м2
Охладитель непрерывной продувки, К8	111,35	60	5	14,41	27,13	74,00	1,7	1070	8,68
Подогреватель сырой воды, К9	164,95	95	14,41	40	7,54	101,15	3,5	808	2,33
Сетевой подогреватель, К10	164,95	164,95	76,57	130,00	26,54	57,59	3,5	5943	30,08
Охладитель конденсата, К11	164,95	105,77	70,00	76,57	7,37	58,16	1,7	203	2,1
Охладитель выпара, К12	Поставляется в комплекте с деаэратором

Для установки в котельной выбираем разборные теплообменники пластинчатого типа, как наиболее эффективные. Пластинчатые теплообменники применяются для теплообмена между различными жидкими и газообразными средами. Кроме высокого коэффициента теплопередачи достоинствами разборных пластинчатых теплообменников являются удобство обслуживания, возможность изменения мощности, компактность и устойчивость к вибрации.

Устройство разборного пластинчатого теплообменника показано на рисунке 3.2.1.



Рисунок 3.2.1 - Устройство разборного пластинчатого теплообменника

1-неподвижная плита с присоединительными патрубками; 2-верхняя направляющая; 3-нижняя направляющая; 4-задняя прижимная плита; 5-теплообменные пластины с уплотнительными прокладками;

6-комплект резьбовых шпилек; 7-задняя стойка.

Основные преимущества разборных пластинчатых теплообменников:

1. Экономичность и простота обслуживания. При засорении пластинчатый теплообменник может быть разобран, промыт и собран двумя работниками в течение 4-6 часов.

2. Низкая загрязняемость поверхности теплообмена вследствие высокой турбулентности потока жидкости, образуемой рифлением, а также качественной полировки теплообменных пластин.

3. Срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей достигает 10 лет. Срок работы теплообменных пластин: 20-25 лет. Стоимость замены уплотнений колеблется в пределах 15-25% от стоимости пластинчатого теплообменника, что дешевле аналогичного процесса замены латунной трубной группы в кожухотрубном теплообменнике, составляющей 80-90% от стоимости аппарата.

4. Стоимость монтажа пластинчатого теплообменника составляет 2-4% от стоимости оборудования, что на порядок ниже, чем у кожухотрубного теплообменника. Низкие массогабаритные показатели пластинчатого теплообменника позволяют сэкономить на монтаже и уменьшить площади, отводимые под теплообменное оборудование.

5. Изменяемость под задачи: в случае необходимости площадь поверхности теплообмена в пластинчатом теплообменнике может быть легко уменьшена или увеличена простым извлечением или добавлением пластин.

6. Устойчивость к вибрациям: пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, вызывающей повреждения кожухотрубного теплообменника.

7. Меньшие последствия при гидроударах. Самое негативное последствие гидравлического удара для разборного пластинчатого теплообменника -- выход из строя прокладок. В то время как для паяного или сварного, кожухотрубного в том числе, возможно повреждение.

Основные параметры подобранных теплообменников приведены в таблице 3.2.2.

Таблица 3.2.2 - Результаты выбора теплообменников

Наименование, обозначение	Тип	Площадь поверхности теплообмена F, м2	Площадь поверхности теплообмена одной пластины f, м2	Количество пластин n, шт	Теплопроизводительность Q, кВт	Габаритные размеры ВхШхГ, мм	Присоединительный диаметр Ду, мм	Масса, кг
Охладитель непрерывной продувки, К8	НН №14 О/С-16	9,6	0,15	64	1184	950х300х715	50	200
Подогреватель сырой воды, К9	НН №04 О/С-16	2,604	0,042	62	904	570х200х609	32	71
Сетевой подогреватель, К10	НН №21 О/С-16	33,12	0,24	138	6543	1060х450х1392	100	550
Охладитель конденсата, К11	НН №04 О/С-16	2,31	0,042	55	224	570х200х609	32	71



3.3 Выбор сепаратора непрерывной продувки

Сепараторы непрерывной продувки предназначены для разделения на пар и воду пароводяной смеси, образующейся из продувочной воды паровых котлов путем снижения её давления до давления в сепараторе (что приводит к вскипанию воды), с последующим использованием тепла воды и пара.

Для ускорения процесса сепарации применяется тангенциальный подвод продувочной воды. Также в сепараторах присутствуют вертикальные жалюзийные каплеуловители для осушки пара вторичного вскипания.

Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд сварной конструкции и состоит из корпуса с приваренным к нему нижним эллиптическим днищем; верхнее эллиптическое днище соединяется с корпусом с помощью фланцевого разъёма. В средней части корпуса приварены 2 или 4 опоры для установки сепаратора в подвешенном состоянии на опорных балках.

В нижней части корпуса находится приёмное устройство, состоящее из двух концентрично установленных обечаек и двух тангенциально вваренных в корпус патрубков, предназначенное для приёма тангенциально подводимой продувочной воды.

В верхней части корпуса крепится болтами к кольцу сепарирующее устройство, состоящее из набора специально отогнутых лопаток и предназначенное для отделения мелких капель воды от пара.

Постоянный уровень отсепарированной воды автоматически поддерживается поплавковым регулятором уровня, встроенным в штуцере в нижней части корпуса.

Для визуального наблюдения за уровнем отсепарированной воды сепаратор оснащён водоуказательным устройством, состоящим из водоуказательного стекла и кранов клапанного типа.

Для наблюдения за рабочим давлением в паровом пространстве сепаратора имеется манометр показывающий с пределом измерения до 1,6МПа с продувочным 3-х ходовым краном и спускным вентилем.

Отсекание давления пара в корпусе выше допустимого (0,75МПа) обеспечивается клапаном предохранительным полноподъёмным фланцевым, снабжённым сменной пружиной, работающей при давлении в пределах 0,7-1,3МПа. Срабатывание клапана регулируется на давление 0,75МПа. Верхняя часть клапана закрыта колпаком, в котором имеется регулировочный винт для установки пружины на заданное давление.

Работа сепаратора заключается в приёме пароводяной смеси от котла, разделении её на пар и воду за счёт расширения и вращательного движения потока в приёмном устройстве сепаратора. Окончательно пар осушивается в сепарирующем устройстве.

Сепаратор непрерывной продувки выбирается исходя из расхода продувочной воды

(3.3.1)

где - расход остаточной воды на выходе из СНП, т/ч;

- расход пара на выходе из СНП, т/ч

Исходя из заданных условий выбираем сепараторы марки СП-0,28-0,45 производства Саратовского завода энергетического машиностроения. Основные характеристики СП-0,28-0,45 приведены в таблице З.З.1. Габаритные размеры указаны на рисунке 3.3.1.



Таблица 3.3.1 - Технические характеристики СП-0,28-0,45

Давление рабочее	0,7 МПа
Температура рабочая	170 °С
Давление пробное при гидроиспытании	1,0 МПа
Паропроизводительность	0,7 т/ч
Расход пароводяной смеси	3,5 т/ч
Вместимость	0,28 м3
Масса сухая	470 кг

Рисунок 3.3.1 - Габаритные размеры сепаратора СП-0,28-0,45



А-штуцер регулятора уровня; Б-подвод пароводяной смеси; В-выход отсепарированного пара;

Г-выход отсепарированной воды; Д-для предохранительного клапана; Е-дренаж; Ж-муфта манометра;

И-муфты указателя уровня; К-штуцер смотровой



4. Расчет и подбор тягодутьевого оборудования

4.1 Описание схемы подачи воздуха и дымоудаления

В соответствии со СНиП II-35-76 «Котельные установки», для обеспечения подачи воздуха к котельным агрегатам и отвода продуктов сгорания тягодутьевые установки предусматриваются индивидуально для каждого котла.В состав тягодутьевой установки котельного агрегата входят: дутьевой вентилятор - для подачи воздуха, необходимого при сжигании топлива; дымосос - для отвода продуктов сгорания от котлоагрегата в окружающую среду. Для подачи в топочную камеру в зимнее время используется теплый воздух из верхней зоны котельной, а в летний - воздух, забираемый из окружающей среды. Воздухопроводы внутри котельной изготавливаются стальными круглого сечения. Отвод продуктов сгорания осуществляется по железобетонным подземным газоходам. Каждый котлоагрегат имеет индивидуальный газоход, отводящий продукты сгорания к дымовой трубе. В котельной предусмотрена одна дымовая железобетонная труба высотой 30 м с диаметром устья 1,2м. В местах сопряжения газоходов с дымовой трубой предусматриваются температурно-осадочные швы.

Для обеспечения экономичной работы тягодутьевого оборудования, электроприводы вентиляторов и дымососов подключаются к электросети через преобразователи частоты, которые осуществляют плавное регулирование оборотов электродвигателя (а следовательно и производительность оборудования) в зависимости от режима работы котлоагрегатов. Установка преобразователей частоты позволяет обеспечить экономию электроэнергии до 30%, автоматизировать работу тягодутьевого оборудования и продлить срок его службы, исключить человеческий фактор при управлении аппаратами.



4.2 Расчет объемов продуктов сгорания и КПД-брутто котлоагрегата

Состав природного газа второй нитки трубопровода Ставрополь-Москва по объему:

Метан СН₄ 92,8%

Этан С₂Н₆ 2,8%

Пропан С₃Н₈ 0,9%

Бутан С₄Н₁₀ 0,4%

Пентан С₅Н₁₂ 0,1%

Азот N₂ 2,5%

Двуокись углерода СО₂ 0,5%

Относительная плотность по воздуху (при 20 °С) 0,772

Низшая теплота сгорания 36550 кДж/.

Выбор коэффициента избытка воздуха

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:

(5.2.1)



где -- действительный объем воздуха, доданного в топку на 1 топлива.

Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают . Для горелки ГМГ-4м, идущей в комплекте котлоагрегата ДКВР 6,5-13ГМ,.

Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при =1):

(5.2.2)

Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1 природного газа:

Теоретический объем азота в продуктах сгорания:

(5.2.3)

Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:

(5.2.4)



Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:

(5.2.5)

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

(5.2.6)

Энтальпия теоретического объема воздуха:

(5.2.7)

Энтальпия продуктов сгорания:

(5.2.8)

где - энтальпия золы, при сжигании природного газа не учитывается;

- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата:

(5.2.9)

(5.2.10)

где - располагаемая теплота,;

- полезно использованная теплота,;

- суммарные потери,;

- потери теплоты с уходящими газами,;

- потери теплоты от химического недожога,;

- потери теплоты от механической неполноты сгорания,;

- потери теплоты в окружающую среду,;

- потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (1.5.2) является суммой следующих величин:

(5.2.11)



где - теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;

- теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);

- физическая теплота 1 топлива.

Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (1.5.4) принимает вид:

(5.2.12)

(5.2.13)

где - энтальпия 1 воздуха, кДж/.

Коэффициентом полезного действия парового котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды. В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто - коммерческую экономичность. КПД-брутто котельного агрегата определяется по уравнению прямого баланса:



(5.2.14)

где - полезная мощность парового котла, кВт;

- расход топлива паровым котлом,

- располагаемая теплота, кДж/.

То же по уравнению обратного баланса:

(5.2.15)

где - относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

(5.2.16)

где - энтальпия холодного воздуха:

- потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %

Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис.8.1 [11]=2,1%. Потери теплоты от химического недожога определяются по таблице 3.1 [5]=0,5%. КПД-брутто котельного агрегата:



(5.2.17)

Расчет количества топлива, сжигаемого в котельном агрегате

Общий расчет топлива, подаваемого в топку котельного агрегата:

(5.2.18)

где - полезная мощность парового котла:

(5.2.19)

где - паропроизводительность парового котла, кг/с. =6,5т/ч=1,81кг/с;

- энтальпия насыщенного пара при давлении в котле, ;

- энтальпия питательной воды, =h'_0,12=436;

- энтальпия котловой воды, =h'_1,4=826;

Таким образом,

4.3 Выбор тягодутьевого оборудования

Тягодутьевое оборудование котельной выбираются по производительности и создаваемому напору. Для выбора данного оборудования необходимо определить величину аэродинамического сопротивления газовоздушного тракта котельной установки. Расчет производится по упрощенной методике.

Аэродинамическое сопротивление котельной установки

Аэродинамическое сопротивление газовоздушных трактов котельной установки определяется по формуле:

(5.3.1)

где - аэродинамическое сопротивление топки. Принимаем =40Па;

- аэродинамическое сопротивление конвективного пучка. Согласно таблице 8.17 [10], для котла ДКВР 6,5-13, ;

- аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера. Принимаем =200Па;

- аэродинамическое сопротивление борова. Принимаем ;

- аэродинамическое сопротивление шиберов. Установлено 4 шибера с сопротивлением по 20Па, тогда ;

- аэродинамическое сопротивление дымовой трубы. Принимаем .

Таким образом, аэродинамическое сопротивление котельной установки:

Выбор дутьевого вентилятора

Определим расчетную производительность дутьевого вентилятора:

(5.3.2)



где - коэффициент запаса. Согласно приложению 3 СНиПII-35-76 [2], 1,05 - расход топлива на котельный агрегат, м³/с;

теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа, ;

- коэффициент избытка воздуха в топке;

- температура воздуха, подаваемого на горение. Принимаем .

Расчетный напор вентилятора определяется с учетом аэродинамического сопротивления горелки и воздушного тракта котельной установки:

(5.3.3)

где - коэффициент запаса. Согласно приложению 3 СНиПII-35-76 [2],1,1

- аэродинамическое сопротивление горелкиГМГ-4м. Согласно таблице 7.52 [10],;

- аэродинамическое сопротивление воздуховодов, принимаем .

Для подачи воздуха выбираем дутьевой вентилятор марки ВДН-8-1500 производства Бийского котельного завода. Технические характеристики вентилятора приведены в таблице 5.3.1. Габаритные размеры указаны на рисунке 5.3.1.



Таблица 5.3.1 - Технические характеристики дутьевого вентилятора ВДН-8-1500

Диаметр рабочего колеса	0,8 м
Частота вращения максимальная	1500 об/мин
Типоразмер электродвигателя	АИР160S4
Установленная мощность электродвигателя	15,0 кВт
Номинальная потребляемая мощность	7,9 кВт
Производительность на всасывании	10460 м3/ч
Полное давление	2330 Па
Температура перемещаемой среды на всасывании	30 °С
Максимальная температура перемещаемой среды на всасывании	200 °С
КПД	83 %
Габаритные размеры	1165х1470х1285мм
Масса	523кг

Рисунок 5.3.1 - Габаритные размеры вентилятора ВДН-8-1500

1-корпус; 2-рабочее колесо; 3-осевой направляющий аппарат; 4-электродвигатель; 5-постамент.

Выбор дымососа

Определим расчетную производительность дымососа:



(5.3.4)

где - коэффициент запаса. Согласно приложению 3 СНиПII-35-76 [2],1,05

- расход топлива на котельный агрегат, м³/с;

-полный объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1м³ топлива, .

;

- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах. Принимаем ;

- температура уходящих газов. Принимаем .

Расчетный напор дымососа определяется с учетом аэродинамического сопротивления котельной установки:

(5.3.5)

Для отвода продуктов сгорания выбираем дымосос марки ВДН-10-1000 производства Бийского котельного завода. Технические характеристики дымососа приведены в таблице 5.3.2. Габаритные размеры указаны на рисунке 5.3.2.



Таблица 5.3.2 - Технические характеристики дутьевого вентилятора ВДН-10-1000

Диаметр рабочего колеса	1 м
Частота вращения максимальная	1000 об/мин
Типоразмер электродвигателя	АИР160S6
Установленная мощность электродвигателя	11,0 кВт
Номинальная потребляемая мощность	7,1 кВт
Производительность на всасывании	13620 м3/ч
Полное давление	1550 Па
Температура перемещаемой среды на всасывании	30 °С
Максимальная температура перемещаемой среды на всасывании	200 °С
КПД	83 %
Габаритные размеры	1288х1825х1485мм
Масса	625кг

Рисунок 5.3.1 - Габаритные размеры дымососа ВДН-10-1000

1-корпус; 2-рабочее колесо; 3-осевой направляющий аппарат; 4-электродвигатель; 5-постамент.



5. Топливоснабжение котельной

5.1 Описание газорегуляторной установки

В качестве основного топлива в проектируемой котельной используется природный газ второй нитки газопровода Ставрополь-Москва. Для газоснабжения производственно-отопительной котельной предусмотрена ГРУ (газорегуляторная установка), которая располагается внутри помещения котельной.

Основные функции газорегулятоной установки:

– Снижение давления газа до заданных параметров;

– поддержание в автоматическом режиме этого давления на выходе из ГРУ;

– прекращение подачи газа при давлениях выше максимального и ниже минимально допустимого;

– очистка газа от существенных механических примесей;

– учёт расхода газа.

Помещение ГРУ оборудуется системами вентиляции, отопления и освещения.

Система вентиляции рассчитана таким образом, что обеспечивает как минимум трехкратный часовой воздухообмен в помещении ГРУ. Система отопления - водяная (температура теплоносителя не должна превышать 130 °С). Внутренняя температура в ГРУ в зимнее время поддерживается не ниже +5 °С.

Система искуственного освещения ГРУ выполняется с использованием оборудования во взрывозащищенном исполнении.

Входное давление газа на вводе в ГРУ составляет 0,6МПа. На вводе газопроводов в ГРУ и на выводе из нее устанавливаются отключающие устройства на расстоянии 5м.

Газопроводы к котельным агрегатам после ГРУ прокладываются в виде тупиковых ответвлений. Газопроводы котельных снабжаются продувочной свечой, которая обеспечивает отвод газа в атмосферу при продувке газопроводов.

5.2 Состав и функции оборудования ГРУ

В состав ГРУ входит следующее оборудование:

Фильтр газовый - служит для очистки поступающего газа от механических примесей (пыли, окалины, грязи). Очистка газа необходима предотвращения стирания уплотняющих поверхностей запорных устройств, острых кромок измерительных диафрагм а также предотвращения загрязнения импульсных трубок и дросселей.

Степень чистоты фильтра характеризуется перепадом давления, которое контролируется в процессе эксплуатации и не должно превышать заданных значений (максимум 10кПа).

Предохранительно-запорный клапан (ПЗК) - для полного автоматического отключения подачи газа при повышении или понижении давления газа за регулятором на 25 %.

На верхнюю заданную границу давления клапан настраивается сжатием пружины верхней границы, а на нижнюю - сжатием пружины нижней границы. Клапан устанавливается после фильтра перед регулятором давления.

Регулятор давления - обеспечивает автоматическое снижение давления газа и поддержание его значения на заданном уровне независимо от изменения и колебания давления во входном газопроводе.

Регулятор давления настраивается таким образом, что колебание давления за ним не превышает 10 % от заданного значения.

Предохранительно-сбросной клапан (ПСК) - служит для сброса некоторого количества газа в атмосферу при возможных кратковременных повышениях давления. ПСК настраивается на величину превышения давления меньшую, чем ПЗК. Это позволяет избежать отключения подачи газа при незначительных колебаниях давления за счет сброса излишков газа в атмосферу.

Байпас (обводной газопровод) - обводной газопровод для подачи по нему газа во время ревизии или ремонта оборудования ГРУ.При переводе котельной на питание по обводному газопроводу давление регулируется вручную с помощью задвижек.

Сбросные и продувочные линии - для сброса газа в атмосферу от предохранительно сбросного клапана и продувки газопроводов и оборудования.

Измерительные приборы -давления и температуры газа.

Узел учёта - для учета расхода газа.

Принципиальная схема газоснабжения котельной приведена на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 - Принципиальная схема газоснабжения котельной



1-продувочная свеча; 2-сбросная лини от предохранительного клапана; 3-предохранительный

сбросной клапан; 4-счетчик; 5,12-манометры; 6-термометр; 7-регулятор давления;

8-предохранительный клапан; 9-импульсная линия; 10-фильтр; 11,15-задвижки;

13-общая магистраль; 14-регуляторы расхода; 16-самосмазывающиеся краны к горелкам;

17-запальники; 18-диафрагма для измерения расхода газа.



6. Автоматика котельной

6.1 Общие требования к автоматизации

Основные цели автоматизации:

– обеспечение выработки необходимого количества пара;

– достижение экономичности сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд установки;

– минимизация потерь теплоты

– обеспечение надёжности и безопасности, т.е. установление и сохранение нормальных условий работы каждого агрегата, исключающих возможность неполадок и аварий как самого агрегата, так и вспомогательного оборудования.

6.2 Параметры, подлежащие контролю

В котельной применяются следующие виды приборов:

– показывающие - для наблюдения за технологическими параметрами;

– сигнализирующие - для контроля за параметрами, изменение которых может привести к аварийному состоянию оборудования;

– суммирующие - для контроля параметров, на основе которых производится последующий анализ работы оборудования.

В производственно-отопительной котельной контролируются следующие параметры:

– температура и давление питательной воды в общей магистрали перед котлами;

– давление пара и уровня воды в барабане;

– температура уходящих газов;

– давление пара в барабане;

– давление воздуха после дутьевого вентилятора, каждого регулирующего органа;

– давление газообразного топлива перед горелками за регулирующим органом;

– разрежение в топке;

– разрежение перед дымососом;

– расход пара в общем паропроводе от котлов (самопишущий прибор);

– содержание кислорода в уходящих газах (переносный газоанализатор);

– давление воды до и после каждого фильтра водоподготовки;

– расход воды, поступающей к каждому ионитному фильтру;

– расход воды, поступающей на водоподготовку (суммирующий);

– расход воды на взрыхление фильтров;

– расход воды, поступающей к каждому эжектору приготовления регенерационного раствора.

6.3 Автоматика безопасности котла

Автоматика безопасности котла предусматривает прекращение подачи топлива при:

– повышении или понижении давления газообразного топлива перед горелками;

– уменьшении разрежения в топке;

– понижении давления воздуха перед горелками;

– погасании факелов горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

– повышении давления пара при работе котельных без постоянного обслуживающего персонала;

– повышении или понижении уровня воды в барабане.

Контроль технологических параметров обеспечивается непрерывным опросом состояния датчиков и концевых выключателей исполнительных механизмов. При отклонении любого контролируемого параметра от нормы система управления котлом переводится в режим останова, т.е. автоматически прекращается подачатопливаккотлу,проводится перекрытие запорной арматуры газовых блоков, производится послеостановочная вентиляция топки.

6.4 Сигнализация

В котельной предусмотрена светозвуковая сигнализация следующих событий:

– остановки котла (при срабатывании защиты);

– причины срабатывания защиты;

– повышения или понижения давления газа;

– понижения давления воды в каждой питательной магистрали (при постоянно работающих питательных насосах);

– понижения или повышения давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

– повышения или понижения уровня воды в баках (деаэраторных, конденсатных, питательной, декарбонизированной воды и т.п.), а также понижения уровня промывочной воды в баках;

– повышения температуры жидких присадок в резервуарах хранения;

– повышения температуры подшипников электродвигателей и технологического оборудования;

– понижения давления (разрежения) в деаэраторе.



6.5 Автоматическое регулирование

В котельной предусмотрено автоматическое регулирование следующих процессов:

– автоматическое регулирование подачи в котлы питательной воды;

– автоматическое поддержание давления в сетевом трубопроводе;

– автоматическое регулирование температуры воды, поступающей в тепловые сети;

– автоматическое регулирование уровня воды и давления пара в деаэраторе;

– автоматическое поддержание давления в редукционных установках;

– автоматическое регулирование уровня конденсата в паро-водяных теплообменниках;

– автоматическое регулирование температуры подогрева исходной воды.



7. Описание архитектурно-строительной части котельной установки

Компоновка оборудования котельной выполнена исходя из следующих требований:

– обеспечение надежной работы, удобного и безопасного обслуживания установленного оборудования;

– минимальная протяженность трубопроводов, коммуникаций, кабельных линий;

– минимизация габаритов помещений для сокращения капитальных затрат на строительные конструкции;

– обеспечение возможности расширения действующей котельной с минимальными переделками коммуникаций;

– создание условий для механизированного производства ремонтных работ, ревизий, чистки оборудования и арматуры.

Паровые котлы устанавливаются в один ряд с фронтом, расположенным в одну линию и обращенным к окнам котельного зала. Фронт котлов располагается на расстоянии 3м от стены котельной. Расстояние от крайнего котла до стены - 1,3м.

Газораспределительная установка расположена на стене котельной напротив фронта котлов. Трансформаторная подстанция - пристроенная. Помещения для персонала располагаются на втором этаже на отметке +3,300. Лаборатория химводоочистки размещается на первом этаже.



8. Отопление и вентиляция помещения котельной

Отопление и вентиляция проектируется в соответствии со СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

В помещении котельной предусмотрена система воздушного отопления, во вспомогательных - система водяного отопления с применением в качестве нагревательных приборов регистров из гладких труб.

Система вентиляция спроектирована таким образом, что обеспечивает трехкратный часовой воздухообмен.

Вытяжная вентиляция - естественная с вытяжкой воздуха из верхней зоны и за счет подсоса в газовоздушный тракт котлоагрегата. Вытяжка осуществляется через дефлекторы ЦАГИ.

Приточная вентиляция - естественная. В теплый период года подача воздуха осуществляется в рабочую зону.



Список использованных источников

1. Строительная климатология. СНиП 23-01-99.

2. Котельные установки. СНиП II-35-76.

3. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите.ТСН 23-341-2002 Рязанской области Администрация Рязанской области г. Рязань - 2002.

4. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-86.

5. Тепловой расчет котельных установок. Методические указания для выполнения расчетной работы №1. Мордовский государственный университет им.Н.П. Орагева. Саранск, 2005.

6. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 - М.: Издательство МЭИ. 1999.

7. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. Для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.

8. Выбор и расчет теплообменников. Учебное пособие. Пензенский государственный университет. Пенза, 2001.

9. Роддатис К.Ф. Котельные установки. Учебное пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. - М.: «Энергия», 1977.

10. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

11. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я.. Производственные и отопительные котельные 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

12. Справочник эксплуатационника газифицированных котельных. Л.Я. Порецкий, Р.Р. Рыбаков, Е.Б. Столпнер и др. - 2-е изд., перераб. и доб. - Л.: Недра,1988.

13. Сайт ОАО «Бийский котельный завод» www.bikz.ru

14. Сайт Саратовского завода энергетического машиностроения www.water.sarzem.ru

15. Сайт компании «Ридан» www.ridan.ru

16. Сайт компании «Grundfos» www.grundfos.ru

Размещено на Allbest.ru