Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Кафедра теплотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по «Теплотехнике»

ТЕМА: «Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной»

2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Основные положения о тепловой схеме котельной

2 Исходные данные для расчета тепловой схемы

2.1 Тепловые нагрузки внешних потребителей

2.2 Тепловые нагрузки собственных нужд котельной

3 Расчет тепловой схемы котельной

3.1 Расчет основного и вспомогательного оборудования

3.2 Расчёт расхода топлива

4 Расчёт мощности электродвигателей оборудования котельной установки

4.1 Питательные насосы

4.2 Тягодутьевые устройства

Список использованных источников

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ КОТЕЛЬНОЙ

Современная производственно-отопительная котельная оснащена разнообразным тепломеханическим оборудованием с развитой сетью паропроводов, трубопроводов сырой и питательной воды, конденсатопроводов, дренажей. Кроме котельного агрегата - основного источника теплоснабжения, в котельной устанавливаются пароводяные подогреватели сетевой и горячей воды для отопления, бытового горячего водоснабжения и производственно-технологических нужд. Для подогрева холодной воды и утилизации низкопотенциальных тепловых выбросов устанавливаются водо-водяные теплообменники. Подготовка воды требуемого качества осуществляется в деаэраторе и оборудовании химводоочистки. Перемещение потоков воды, воздуха, требуемого для горения топлива, и продуктов сгорания происходит с помощью питательных и циркуляционных насосов, дутьевых вентиляторов и дымососов. Для надёжной и безаварийной работы котельной насосы и тягодутьевые устройства должны быть снабжены современными схемами электропривода, а её оборудование оснащено системами автоматизации.

Для определения необходимой мощности котельной и выбора основного и вспомогательного оборудования выполняется расчет тепловой схемы.

При расчете тепловой схемы котельной для каждого потребителя определяют требуемый расход воды или пара, расход теплоносителя на восполнение утечек и рассчитывается необходимая производительность химводоочистки. По результатам расчета тепловой схемы выбирается тип и количество котлоагрегатов, другого теплообменного оборудования, производительность и мощность насосов и тягодутьевых устройств. На схеме проставляются установленные расчётом расходы потоков рабочих сред и диаметры трубопроводов.

Исходными данными для расчета тепловой схемы являются значения тепловых нагрузок и графики расхода теплоты. Данные о тепловых нагрузках по цехам и видам потребления группируются в сводную таблицу по параметрам теплоносителей. Потребителей теплоты необходимо группировать по признаку однотипности теплоносителя и его параметров. При этом, проектируя теплоснабжение, следует стремиться, чтобы разнообразие в параметрах и характере теплоносителей было минимальным.

Перед расчетом в соответствии с заданием и исходными данными составляется принципиальная тепловая схема в виде чертежа. На ней условными обозначениями изображается всё основное и вспомогательное оборудование котельной, линии потоков пара и воды, записываются параметры и величины потоков (расходы) пара, воды и теплоты. Элементы оборудования располагают на схеме по определенной системе: котлоагрегаты и главный паропровод помещают в верхней части схемы, ниже группируют всё остальное, причём теплообменники и трубопроводы с большими давлениями и температурами изображают выше.

Пример принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной показан на рисунке 1.

Теплопотребление предприятия и жилого массива значительно изменяется в течение года. Чтобы иметь правильное представление о загрузке котельной и грамотно планировать её работу, реальное проектирование рекомендуется выполнять для четырех характерных режимов:

1 - максимального зимнего, при минимальной расчётной температуре наружного воздуха; этот режим определяет максимальную паропроизводительность и тепловую мощность котельной, по которой выбирается число и тип котлоагрегатов и теплофикационных теплообменников.



Рисунок 1 - Принципиальная схема производственно-отопительной котельной: 1 - пар; 2 - питательная вода; 3 - химический очищенная вода; 4 - конденсат; 5 - сырая вода; 6 - подпиточная вода; 7 - сетевая вода; 8 - котловая вода; ПК - паровой котел; ПСВ-1 и ПСВ-2 - подогреватели сырой воды первой и второй ступеней; ОФ - осветлительный фильтр; КФ - катионовый фильтр; Н - насос; Д - деаэратор; ПН - питательный насос; РОУ-1 и РОУ-2 - редукционно-охладительные установки; ПГВ - подогреватель системы горячего водоснабжения; СП - сетевой подогреватель; ОК охладитель конденсата; ЦН - циркуляционный насос; ППН - подпиточный насос тепловой сети; РНП - расширитель непрерывной продувки; К1 и К2 - паровые коллекторы; КБ - конденсатный бак.

2 - расчетно-контрольного, соответствующего средней за наиболее холодный месяц температуре наружного воздуха и возможному аварийному останову одного из котлов.

3 - среднеотопительного, рассчитываемого по средней за отопительный сезон температуре наружного воздуха. По среднеотопительному режиму можно подсчитать годовой расход теплоты.

4 - летнего, характеризующего работу котельной при отсутствии отопительных нагрузок. Расход пара на производственно-технологические цели принимается максимальным в течение суток, а по горячему водоснабжению средним за неделю.

При реальном проектировании производственно-отопительной котельной расчет обычно выполняют параллельно для всех четырех режимов в табличной форме записи.

В случае выполнения учебного задания допускается выполнить расчет для максимального зимнего режима с целью определения максимальной мощности котельной, числа устанавливаемых котлоагрегатов и теплообменников.

Для удобства расчета тепловой схемы и анализа полученных результатов, выделяют внешнее теплопотребление и собственных нужд котельной. Расчет проводят в следующей последовательности. Сначала определяются расходы воды, пара и теплоты внешними потребителями, к которым относятся производственно-технологические нужды, отопление и вентиляция производственных помещений, отопление и горячее водоснабжение жилого поселка. Далее подсчитываются расходы пара и воды на собственные нужды котельной: деаэрацию питательной воды, пароводяные подогреватели и др.

Расчет общей паропроизводительности (мощности) котельной выполняется методом последовательных приближений. В первом приближении с учетом опыта эксплуатации и практики проектирования промышленных котельных малой и средней производительности, расход пара на собственные нужды принимают в пределах 5-7% (в среднем 6%) от расхода пара внешними потребителями.

Трудно поддающиеся расчету расходы пара на обдувку поверхностей нагрева котла и утечки для промышленных котельных малой и средней мощности можно принять равной 2-3% от расхода пара на внешние потребители и собственные нужды.

При расчете тепловой схемы котельной используются уравнения теплового и материального (весового) баланса для всех её элементов. При расчете диаметров трубопроводов - уравнение неразрывности (сплошности) потока.

Точность расчета тепловой схемы зависит от числа последовательных приближений величин полученных при расчете, к величинам, которыми предварительно задавались. В инженерной практике проектирования котельных точность расчета должна находиться в пределах не более 2-3%.

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

Составим принципиальную тепловую схему производственно-отопительной котельной промышленного предприятия, и выполним её расчет при следующих условиях. Котельная должна обеспечивать бесперебойную подачу пара и горячей воды на производственно-технологические нужды предприятия и сетевой воды на горячее водоснабжение и отопление производственных и служебных помещений предприятия и жилого поселка.

В результате расчета тепловой схемы определим необходимую максимальную паропроизводительность (мощность) котельной, выберем тип и количество котлоагрегатов, другого основного и вспомогательного оборудования и рассчитаем электрические мощности для их привода.

В расчетах будем использовать международную систему единиц СИ по ГОСТ 9867-61.

Вариант задания тепловых нагрузок котельной для курсовой работы возьмем в Приложении 1 [1]. Нагрузки соответствуют максимальному зимнему режиму самой холодной пятидневки года с учетом потерь теплоты во внешних трубопроводах.

2.1 Тепловые нагрузки внешних потребителей

1) Расход пара на производственно-технологические нужды составляет= 5,55 кг/с. Параметры отпускаемого пара: давление= 2,3 МПа, пар имеет температуру . Возврат конденсата с производства составляет м = 65% от расхода пара . Температура возвращаемого с производства конденсата = 86°С. Вид топлива - природный газ.

2) Расход горячей воды на производственно-технологические нужды = 1,39 кг/с при температуре = 90°С. Подогрев горячей воды производится в пароводяном подогревателе, насыщенным паром давлением 0,6 МПа, поступающим из главного паропровода через редукционный клапан. Вся горячая вода расходуется на производстве и в котельную не возвращается.

3) Для обеспечения вентиляционной нагрузки производственных помещений расходуется насыщенный пар давлением 0,6 МПа в количестве D_вен = 2 т/ч = 0,56 кг/с.

4) Расход теплоты на отопление жилого поселка и служебных зданий предприятия равен Q_от= 4200 кВт. Температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети равна, соответственно, =150 ⁰С и =70 ⁰С.

Подогрев сетевой воды производится в пароводяном теплообменнике (бойлере) насыщенным паром давлением 0,6 МПа. Образующийся конденсат во избежание последующего вскипания в деаэраторе охлаждается до t_к^от = 75°С в водо-водяном теплообменнике - охладителе конденсата. Таким образом, обратная сетевая вода до поступления в основной пароводяной подогреватель нагревается, проходя через охладитель конденсата. Потери сетевой воды потребителями принимаем равными 1,5% от её общего расхода G_сет.

5) Потери теплоты в поверхностных пароводяных и водо-водяных подогревателях принимаем равными 2% или коэффициент сохранения теплоты (тепловой КПД подогревателей) считаем равным з_п=0,98. Потери конденсата греющего пара в пароводяных подогревателях принимаем равными 2% от расхода пара. Потери всех теплоносителей восполняются через химводоочистку и деаэратор котельной.

6) Расчетную температуру сырой воды для зимних условий принимаем равной t_с.в= 5°С.

2.2 Тепловые нагрузки собственных нужд котельной

Собственные нужды котельной складываются из расхода пара на подогрев воды в деаэраторе, подогрев сырой воды перед химводоочисткой, расход теплоты с продувкой котлов, с утечками пара и питательной воды, прочие неучтенные потери.

Деаэрация питательной и подпиточной сетевой воды происходит в смешивающем подогревателе - деаэраторе атмосферного типа. Греющий теплоноситель - насыщенный пар давлением 0,12 МПа.

Перед химводоочисткой сырая вода должна быть подогрета до температуры t_хво= 30С. Расход пара на подогреватель сырой воды определяется расчетом. Для подогрева используется насыщенный пар давлением 0,12 МПа.

Расход пара на другие собственные нужды котельной (обдувка поверхностей нагрева котлоагрегата, неучтенные потери и т.д.) принимаем равным 3% от паропроизводительности котельной (от общего расхода пара на внешние потребители и собственные нужды).

Расход котловой воды на непрерывную продувку котлоагрегата принимаем равным 3% от его паропроизводительности.

Продувочная вода поступает в расширитель (сепаратор) непрерывной продувки. Образующийся насыщенный пар давлением 0,12 МПа подается в коллектор пара или непосредственно в деаэратор. Горячая вода, выходящая из расширителя, пропускается через подогреватель сырой воды, который является первой ступенью подогрева сырой холодной водопроводной воды. Охлажденная до t_сл = 45^оС продувочная вода сливается в канализацию или используется для технических целей.

Необходимые для расчёта параметры пара и горячей воды в зависимости от варианта задания определим по таблицам приложений 2 и 3 или специальным компьютерным программам.

После расчёта вычисленные значения расходов и параметры теплоносителей нанесем на принципиальную тепловую схему котельной, которую рекомендуется выполнить с помощью графических редакторов на формате А3. При нанесении расчетных расходов будем обращать внимание на то, что для каждого элемента (узла) схемы суммы входящих и исходящих потоков могут отличаться не более чем на 2...3%. Баланс по отдельным узлам показан в Приложении 1. Заданная точность вычислений достигается соблюдением изложенного ниже расчёта, основанного на методе последовательных приближений.

3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ

3.1 Расчет основного и вспомогательного оборудования

Расход пара на подогреватель горячей воды для производственных нужд предприятия определяется по формуле, кг/с (т/ч),

, (1)

где - расход горячей воды на производство, кг/с (т/ч);

с_{в -} удельная теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/кг·град;

и - температуры горячей и холодной воды, °С;

- энтальпия греющего пара давлением Р_н = 0,6 МПа, кДж/кг;

- энтальпия конденсата при Р_н = 0,6 МПа, кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий потерю теплоты в подогревателе, = 0,98.

После подстановки в формулу (1) заданных величин

=кг/с (0,867 т/ч)

Расход насыщенного пара давлением P_н = 0,6 МПа в бойлерной установке для подогрева сетевой воды, циркулирующей по тепловым сетям, кг/с (т/ч)

, (2)

где - максимальный расход теплоты на отопление с учетом потерь в наружных сетях, кВт;

- энтальпия конденсата греющего пара после охладителя конденсата, кДж/кг; в нашем примере = 4,1975 = 314 кДж/кг.

_{п -} коэффициент, учитывающий потери теплоты в бойлерной установке и принимаемый равным 0,98.

Подставив в формулу (2) численные значения согласно варианту задания, получим:

= 1,754 кг/с (6,314 т/ч).

Расход сетевой воды, направляемой в тепловую сеть, кг/с (т/ч)

, (3)

где и - температуры сетевой воды в подающей и обратной ветвях тепловой сети, ^оС.

Подставив заданные величины:

кг/с (42,252 т/ч).

Потери сетевой воды (утечки) в тепловых сетях, согласно заданию принимаем 1,5% от расхода , кг/с (т/ч)

= 0,01512,52 = 0,1878 кг/с (0,676 т/ч). (4)

Эти потери теплоносителя в нормальных условиях эксплуатации должны восполняться химически очищенной водой, подаваемой подпиточным насосом.

Общий расход насыщенного пара давлением P_н = 0,6 МПа для приготовления горячей воды на производственно- технические нужды предприятия, для нагрева сетевой воды, циркулирующей в тепловых сетях, и для работы приточно-вытяжных вентиляционных систем предприятия составит, кг/с (т/ч)

кг/с (9,19 т/ч) (5)

В производственно-отопительных котельных небольшой мощности, вырабатывающих насыщенный пар невысокого давления (P_н < 4 МПа), понижение давления потребляемого пара из главной магистрали осуществляется простым дросселированием с помощью редукционного вентиля или клапана. Процесс дросселирования протекает при постоянной энтальпии пара h = const. В крупных котельных и ТЭЦ, когда котлоагрегаты дают перегретый пар достаточно высокого давления и температуры, для потребителей пара с меньшими давлениями и температурой приходится устанавливать редукционно-охладительные установки (РОУ).

В данном случае при давлении за котлом в главной паровой магистрали =2,3 МПа и температуре насыщенного пара С, достаточно простого дросселирования пара до 0,6 МПа.

Общий отпуск пара всех параметров внешним теплопотребителям составит, кг/с (т/ч)

= 5,55+2,553 = 8,103 кг/с (29,17 т/ч). (6)

Расход пара на собственные нужды котельной (подогреватель сырой воды, деаэратор), оценим предварительно 6% от отпуска пара внешним потребителям кг/с (т/ч).

Для рассматриваемого примера.

0,06= 0,06·8,103 = 0,486кг/с (1,75т/ч). (7)

В первом приближении общая паропроизводительность котельной с учетом 3% потерь пара и конденсата внутри котельной составит, кг/с (т/ч)

D_?= 8,85 кг/с (31,86 т/ч). (8)

Для уточнения расхода пара на собственные нужды котельной выполним тепловой расчет расширителя непрерывной продувки, подогревателя сырой воды и деаэратора.

Расчет расширителя (сепаратора) непрерывной продувки.

Схема использования теплоты продувочной воды с принятыми условными обозначениями показаны на рисунке 2.

тепловой схема отопительный котельная

Рисунок 2 - Схема использования теплоты непрерывной продувки: 1 - расширитель или сепаратор непрерывной продувки (РНП); 2 - водо-водяной подогреватель сырой холодной воды (ВВП-1)

Отсепарированный в расширителе насыщенный пар давлением P_н=0,12 МПа подается в деаэратор, а горячая продувочная вода - в теплообменник для подогрева холодной сырой воды перед ХВО.

Уравнение теплового баланса расширителя

, (9)

где - количество продувочной воды, поступающей из паровых котлов, = 0,03 D_? = 0,038,85 = 0,265 кг/с (0,956 т/ч);

- энтальпия продувочной воды при давлении 1,3 МПа, кДж/кг;

- коэффициент сохранения теплоты в расширителе, принимаем 0,98;

- количество пара, получаемого в расширителе, кг/с (т/ч);

и - энтальпии воды и насыщенного пара при давлении в расширителе Р_н = 0,12 МПа.

Из уравнения (6) количество отсепарированного пара, кг/с (т/ч)

. (10)

Количество горячей воды, выходящей из расширителя, кг/с (т/ч)

(11)

В нашем примере количество отсепарированного пара

= 0,059кг/с (0,21 т/ч).

Количество продувочной воды на сливе РНП

= кг/с (0,745 т/ч)

Расход сырой воды в котельной на восполнение всех потерь с паром и конденсатом через химводоочистку, кг/с (т/ч).

- потери от невозврата конденсата пара с производства

2,22 кг/с (7,993 т/ч); (12)

- потери пара и конденсата в котельной

= 0,038,85 = 0,265кг/с (0,958 т/ч); (13)

- потери конденсата в подогревателях горячей воды для производственно-технических нужд, отопления и вентиляции (2% от общего расхода пара в них)

= 0,022,553 = 0,051 кг/с (0,1316т/ч); (14)

- потери котловой воды при продувке по формуле (11) = 0,207 кг/с (0,745 т/ч);

- суммарные потери конденсата и котловой воды, которые необходимо восполнять питательной водой с ХВО

кг/с (9,87 т/ч); (15)

- расход химически очищенной воды с учетом восполнения потерь воды в тепловых сетях

кг/с (12,65 т/ч). (16)

Учитывая расход воды на собственные нужды химводоочистки в размере 20% от полезной производительности ХВО, общий расход сырой воды

кг/с (12,65 т/ч). (17)

Расчет температуры сырой воды за водо-водяным подогревателем (ВВП-1) расширителя непрерывной продувки. Данная температура определяется из теплового баланса подогревателя (Приложение 1)

(18)

Уравнением

. (19)

С.

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды.

Для подогрева сырой воды перед химводоочисткой от температуры = 7,78 С до = t_хво = 30С за ВВП-1 установлен пароводяной подогреватель поверхностного типа ПВП-2. Греющим теплоносителем этого теплообменника является редуцированный пар давлением P_н = 0,12 МПа.

Из уравнения теплового баланса ПВП-2

(20)

расход пара составит

(21)

кг/с (0,516 т/ч).

Количество конденсата от подогревателя ПВП-2, поступающего в деаэратор с учётом 2% потери составляет

=0,98= 0,98·0,143 = 0,14 кг/с (0,504 т/ч). (22)

Расчёт деаэратора. Расчетом деаэратора определяется расход пара, необходимого для подогрева в нем воды до температуры 104,8оС.

Сведем в таблицу 1 характеристики потоков воды и пара, поступающих в деаэратор, а в таблицу 2 - потоки питательной воды из деаэратора:

Таблица 3.1 - Потоки, поступающие в деаэратор

Наименование потоков, поступающих в деаэратор	Обозначение	Расчёт, кг/с	Температура, С	Энтальпия, кДж/кг
Возврат конденсата пара с производства		мDпр=0,65·5,55=3,61	80,0	335
Конденсат пара из вентиляционной установки		0,98=0,98·0,56=0,549	158,8	671
Конденсат из подогревателя сетевой воды отопления посёлка		0,98=0,98·1,754 =1,72	75,0	314
Конденсат из подогревателя горячей воды для производства		0,98=0,98·0,241=0,236	158,8	671
Конденсат из пароводяного подогревателя сырой воды ПВП-2		0,140 по ф-ле (22)	104,8	439
Химически очищенная вода с ХВО		3,93 по ф-ле (16)	30,0	126
Добавочный пар для подогрева воды в деаэраторе		Искомая величина	104,8	2683

Таблица 3.2 - Потоки питательной воды

Наименование потоков, выходящих из деаэратора	Обозначение	Расчёт, кг/с	Температура, С	Энтальпия, кДж/кг
Питательная вода для котлов		8,85 по ф-ле (8)	104,8	439
Подпиточная вода для тепловых сетей		0,1878по ф-ле (4)	104,8	439

Для определения добавочного расхода пара на деаэрацию питательной воды составим уравнение теплового баланса деаэратора. Потери теплоты в деаэраторе учтем КПД =0,98.

Подогретая в деаэраторе вода с температурой 104,8С подается питательным насосом в паровые котлы и подпиточным насосом в тепловые сети для восполнения утечек теплоносителя у потребителей.

После подстановки в уравнение (23) известных численных значений из таблиц 1 и 2, получим:

Решая это уравнение относительно , найдем расход добавочного пара в деаэратор. Расход = 0,63кг/с (2,276 т/ч).

Действительный расход пара на собственные нужды котельной составит:

= 0,63+0,143= 0,773кг/с (2,78 т/ч). (24)

Таким образом, максимальная расчётная паропроизводительность котельной с учетом 3% потерь пара и конденсата внутри котельной должна составлять

= 9,01 кг/с (32,43 т/ч) (25)

Расхождение с величиной паропроизводительности котельной, полученной по предварительному расчёту (смотри формулу 8)

= 9,01 - 8,85 = 0,16 кг/с. (26)

Расхождение в процентах равно (0,16/9,01)100 = 1, 7% (меньше допустимых 2…3%), поэтому дальнейшего уточнения расчёта тепловой схемы не требуется. В противном случае по формуле (7) следует уточнить и повторить расчет.

В котельных промышленных предприятий небольшой производительности чаще всего применяются котлоагрегаты типа ДЕ и КЕ (ранее ДКВр) выпускаемые Бийским котельным заводом.

Для необходимой при максимальном зимнем режиме паропроизводительности котельной = 9,01 кг/с (32,43 т/ч) выбираем для установки 2 котлоагрегата ДЕ 16-24ГМ-0 Бийского котельного завода. Общая номинальная паропроизводительность двух котлоагрегатов составит 25 2 = 50 т/ч или 180 кг/с, что позволяет иметь резерв на возможное увеличение теплопотребления предприятия и жилого поселка.

Установка двух котлоагрегатов позволяет в летних условиях удовлетворить в тепле производственно-технологические нужды предприятия при работе одного котлоагрегата, проводя ремонты и ревизии на другом. Максимальная теплопроизводительность (тепловая мощность) котельной составляет

Q_?^расч = = 9,01·2799,8= 25226,198 кВт. (27)

Технико-экономические характеристики выбранных к установке котлов выбираем из Приложения 5 МУ к выполнению курсовой работы и заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Технико-экономические показатели

Тип котла	Вид топлива	КПД, %	Расход топлива, кг у.т/Гкал	Расход топлива, кг у.т/ ГДж
ДЕ 16-24ГМ-О	Природный газ	90,70	157,5	37,62

3.2 Расчёт расхода топлива

Располагаемая теплота топлива, кДж/кг (кДж/м³)

+++, (28)

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива,

, - удельная теплота, вносимая в топку с подогретым воздухом и топливом;

- удельная теплота, вносимая через форсунку паром при распылении мазута.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива выбирается из приложения 6 в зависимости от вида и марки сжигаемого топлива. Например, при сжигании газа из газопровода Нюксеница - Архангельск нормативная величина = 31840 кДж/м³.

Удельная теплота, вносимая в топку с подогретым воздухом, кДж/кг (кДж/м³)

, (29)

где - коэффициент избытка воздуха в топочной камере (Приложение 6); и - теплоёмкости и температуры, соответственно, подогретого и холодного воздуха.

Воздух перед подачей в топочную камеру обычно нагревают от =30 ^оС до = 150…250 ^оС и более. Теплоёмкости воздуха приведены в приложении 7. Удельная теплота подогретого топлива находится по формуле, кДж/кг (кДж/м³)

= 0, (30)

где - теплоёмкость топлива.

Для твёрдых топлив обычно принимают =30 ^оС, ? 0,88…1,1 кДж/(кг·К). Для мазута при <100 ^оС, =1,89+0,0053, а при = 100…150 ^оС, =1,30+0,0112, кДж/(кг·К). Теплота, вносимая в топку паром для распыления мазута, кДж/кг

, (31)

где - расход пара через мазутную форсунку.

Расчётный расход топлива в котле, кг/с (м³/с)

, (32)

где n - количество принятых к установке котлов, - КПД котла (Приложение 5).

4 РАСЧЁТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

4.1 Питательные насосы

Питательные насосы относятся к числу наиболее важного вспомогательного оборудования котельной, поскольку они должны обеспечивать непрерывную подачу воды в котел. Запас воды в современном котле незначителен, и прекращение питания его водой может привести к полному её испарению, интенсивному разогреву и разрушению поверхностей нагрева и котла в целом. В качестве современных питательных устройств применяют центробежные насосы высокого давления, рассчитанные на работу при температуре воды 105… 150 ^оС. Чтобы избежать кавитации, на входе в насос должен быть обеспечен подпор жидкости, достигаемый установкой деаэратора и насосов на разных отметках (этажах) котельной. Центробежные насосы имеют электрический (переменного тока) привод. Для работы в аварийном режиме может быть предусмотрен и паротурбинный привод.

Расчет производительности питательных насосов производят по максимальной нагрузке котельной с запасом не менее 10%. При определении требуемой подачи (производительности) питательных насосов следует учитывать расход воды на собственные нужды котельной. Суммарная подача всех питательных насосов должна быть такой, чтобы при выходе из строя одного из них остальные смогли обеспечить работу котлоагрегатов с номинальной нагрузкой, м³/с:

, (33)

где 1,1 - коэффициент запаса по паропроизводительности;

 - максимальная паропроизводительность котельной, кг/с;

плотность питательной воды при давлении и температуре в деаэраторе,

кг/м³.

Напор, который должен обеспечить питательный насос, определяется по формуле, Па

, (34)

где 1,15 - коэффициент запаса по напору;

- избыточное давление пара в барабане котла и в деаэраторе, Па;

- перепад давления, обусловленный разностью отметок уровней воды в барабане котла и в деаэраторе, принимаем равное Па;

_- суммарное сопротивление всасывающего и напорного трактов питательной воды, ;

- длина питательного трубопровода от деаэратора до котла, принимаем равное м.

Барабан котла и деаэратор обычно расположены вверху котельной, поэтому отметки уровней воды в них примерно совпадают. Для трубопроводов горячей воды допускается принимать удельную потерю давления h_с = 80 Па/м.

Длина принимается с учетом мощности котельной несколько десятков метров.

Расчётная мощность для привода питательного насоса, кВт

, (35)

где - КПД питательного насоса (для современных типов питательных устройств = 0,74…0,80).

По рассчитанной мощности подбирается тип электродвигателя и его характеристики.

.

Выбираем электродвигатель марки 4А180S2 имеющего N = 20 кВт и частоту вращения вала n = 2945 мин^-1.

4.2 Тягодутьевые устройства

Стабильная работа котлоагрегатов обеспечивается непрерывной подачей воздуха в топку и удалением в атмосферу газообразных продуктов сгорания. В маломощных паровых и водогрейных котельных иногда бывает достаточно естественной тяги, создаваемой дымовой трубой. Современные же котлоагрегаты имеют сложные профили газоходов и воздуховодов и большие аэродинамические сопротивления. Поэтому для преодоления сопротивления воздуховодов и горелочного устройства (или колосниковой решетки со слоем топлива) котлоагрегат оснащают дутьевым вентилятором, а для преодоления сопротивления газового тракта - дымососом.

Производительность вентилятора и дымососа определяется, соответственно, по формулам, м³/с

 (36)

, (37)

Производим расчет:

где 1,05 - коэффициент запаса по производительности тягодутьевого устройства;

- расчетный расход топлива в котлоагрегате, кг/с (м³/с);

-теоретическое количество воздуха (при нормальных условиях), необходимое для сгорания 1 кг (м³) топлива, м³/кг (м³/м³);

- теоретический объём продуктов сгорания (при нормальных условиях) на 1 кг (м³) топлива, м³/кг (м³/м³);

- коэффициент избытка воздуха в топке;

- утечки воздуха между вентилятором и топкой (0,02 на каждые 10 метров стального воздуховода);

- присосы воздуха в топке (пылеугольная и газомазутная 0,02…0,10, слоевая - 0,1);

- коэффициент избытка воздуха перед дымососом;

-температура холодного воздуха перед вентилятором (принимается 30^оС);

-температура газов перед дымососом (уходящих газов). Значения даны в Приложении 6.

Коэффициент избытка воздуха перед дымососом определяют по формуле

 (38)

где - присосы воздуха в газовом тракте парогенератора.

Присосы воздуха в газовом тракте суммируются из присосов в котельном пучке - примерно 0,15, в экономайзере 0,1…0,2, в воздухоподогревателе 0,06 (на каждую ступень), в золоуловителе 0,05 и стальных газоходах 0,01 на каждые 10 погонных метров.

Теоретические объёмы воздуха и продуктов сгорания для некоторых видов топлив при = 1 приведены в Приложении 6.

Напор, который должен развивать вентилятор () и дымосос () зависит от вида и способа сжигания топлива, типа сожигательного устройства, протяжённости и конфигурации воздуховодов и газоходов. Эти характеристики определяются при аэродинамическом расчете котельного агрегата. Для их приближенных расчетов можно взять сумму следующих значений.

Вентилятор должен обеспечить напор воздуха для преодоления сопротивления воздуховодов и трубного пучка воздухоподогревателя 2,5…3,5 кПа, газомазутной горелки 2,0… 3,0 кПа или колосниковой решётки 0,5…1,0 кПа.

Дымосос должен преодолевать газовое сопротивление котла, составляющее 0,2…0,4 кПа, водяного экономайзера - до 3 кПа, воздухоподогревателя - до 2 кПа, золоуловителя - 0,2…0,8 кПа и газоходов.

Расчётные мощности приводов вентилятора и дымососа составят, кВт

; (39)

, (40)

Производим расчет:

где 1,21=1,1·1,1 - коэффициенты запаса по напору и мощности электродвигателя;

и - напоры, развиваемые вентилятором и дымососом, принимаем равными, ;

, - КПД вентилятора и дымососа.

В настоящее время БиКЗ выпускает для промышленных котельных дутьевые вентиляторы и дымососы типа ВДН6,3 - ВДН13 и ДН6,3 - ДН13 производительностью от 3,4 до 60 тыс.м³/час с электродвигателем 1000 - 1500 об/мин мощностью от 1 до 116 кВт. Коэффициенты полезного действия таких тягодутьевых машин составляют , .

По рассчитанным мощностям тягодутьевых устройств подбираются марки электродвигателей и их характеристики.

По полученным в результате расчета значениям мощности привода вентилятора и дымососа подбираем двигатели, в нашем случае это:

- для вентилятора - 4А112М4, имеющий мощность N = 5,5 кВт и частоту вращения n = 1500 мин^-1;

- для дымососа - 4А160М4, имеющий мощность N = 18,5 кВт и частоту вращения n = 1500 мин^-1.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Орехов, А.Н. Расчет тепловой производственно-отопительной котельной: методические указания к выполнению курсовой работы [текст] / А.Н. Орехов. - Архангельск: АГТУ, 2005. - 40 с.

2. Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное. Изд-во НПО ЦКТИ, СПб, 2001. - 256 с.

3. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справочно-методическое пособие / Под ред. С.К. Сергеева; НГТУ, НИЦЭ - Н. Новгород, 2001. - 296 с.

4. Каталог продукции Бийского котельного завода, электронный адрес каталога http://www.dol.ru/users/kotel/products/bem_prod.doc.

Размещено на Allbest.ru