Расчет тепловой схемы промышленно-отопительной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Расчет тепловой схемы промышленно-отопительной котельной

Пояснительная записка

Курсовой проект по дисциплине

“Теоретические основы теплотехники”

Реферат

КОТЛОАГРЕГАТ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ДЕАЭРАТОР, БОЙЛЕР, РАСШИРИТЕЛЬ-СЕПАРАТОР, КОНДЕНСАТООТВОДЧИК, РЕДУКЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ХИМВОДООЧИСТКА, КОНДЕНСАТНЫЙ БАК

Объект разработки - промышленно-отопительная котельная заданной тепловой схемы.

Цель курсового проекта - выполнение теплового расчета тепловой схемы котельной, расчет водяного экономайзера.

Выполнен итерационный расчет тепловой схемы и составлен тепловой баланс котельной. Выбран тип и количество котлоагрегатов, составлен тепловой баланс котлоагрегата.

Получены объемы и энтальпии продуктов сгорания заданного топлива (антрацита). Вычислен годовой расход и экономия топлива при наличии экономайзера в котлоагрегате.

Проведен тепловой и конструктивный расчет водяного экономайзера котлоагрегата.

котельная пар подогреватель экономайзер

ВВЕДЕНИЕ

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными .

Перевод экономики России на рыночные отношения и постоянное повышение цен на топливо требуют серьёзной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Пути и перспективы развития энергетики и теплоснабжения определены «Энергетической программой», одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберегающих технологий, использование вторичных энергоресурсов, экономия топлива и энергии на собственные нужды.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной степени зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной

1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ

1.1 Задание

Необходимо рассчитать тепловую схему промышленно-отопительной котельной установки с паровыми котлами.

Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной следующие:

1 Параметры острого (свежего) пара из котла: .

2 Расход острого пара для технологических нужд: .

3 Температура поступающей в котельную сырой воды: .

4 Давление редуцированного пара после РОУ: .

5 Степень сухости вторичного пара, выходящего из расширителя-сепаратора непрерывной продувки (РНП): .

6 Потери от утечек пара в котельной в процентах от .

7 Расход котловой воды на продувку в процентах от .

8 Потери воды в тепловой сети: .

9 Расход тепла на подогрев сетевой воды: .

10 Температура сетевой воды, выходящей из бойлера в теплосеть: .

11 Температура сетевой воды из обратной линии тепловой сети: .

12 Температура сырой воды перед ХВО и химочищенной воды: .

13 Возврат конденсата от потребителя производится двумя потоками:

14 первый поток - в количестве с температурой ;

15 второй поток - в количестве с температурой .

16 Температура конденсата на выходе из бойлера: .

17 Температура конденсата после подогревателя сырой воды: .

18 Топливо для котлоагрегатов: Каменный уголь.

19 Низшая теплота сгорания используемого топлива: .

20 Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки: ,

21 Температура газов перед экономайзером: .

22 Температура газов после экономайзера: .

23 Коэффициент теплопередачи в экономайзере:

1.2 Определение параметров воды и пара

Для сухого пара и воды в состоянии насыщения при заданном давлении , используя данные для давлений 1,40 и 1,45 МПа, методом линейной интерполяции находим:

,

,

,

.

Аналогично, для сухого пара и воды в состоянии насыщения при давлении , используя данные для давлений 0,12 и 0,13 МПа, находим:

,

,

,

.

Энтальпия острого (свежего) пара, выходящего из котлоагрегата (парового котла) во влажном насыщенном состоянии, равна:

.

Энтальпия вторичного пара во влажном насыщенном состоянии, выходящего из расширителя непрерывной продувки (РНП), равна:

.

Энтальпия нагретой воды при температуре ниже 100 С с достаточной для практических расчетов точностью может быть определена по формуле:

,

где - удельная теплоемкость воды;

- температура воды или конденсата, С.

1.3 Расчет подогревателей сетевой воды (бойлеров)

Расход сетевой воды через сетевые подогреватели (паровые бойлеры Б) находится из заданного расхода тепла QБ и уравнения их теплового баланса:

,

где - удельная теплоемкость воды.

Потери сетевой воды в теплосети, полностью восполняемые подпиточным насосом ППН, равны:

.

ППН подает в тепловую сеть, перед сетевым насосом СН, деаэрированную воду из деаэратора Д, с энтальпией , в количестве . Энтальпия “обратной” сетевой воды, поступающей из обратной линии теплосети в котельную, при температуре , соответственно равна . Поэтому, требуемое для подогрева сетевой воды в бойлерах количество теплоты уменьшится на величину:

.

Считая, что в бойлеры поступает редуцированный пар после РОУ в сухом насыщенном состоянии при давлении и с энтальпией , необходимый расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

,

где - энтальпия конденсата греющего редуцированного пара после бойлеров.

Откуда: .

1.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды

Расход теплоты на технологические нужды определяется, исходя из заданного расхода пара технологическим потребителям,

,

где - средневзвешенная энтальпия возвращающегося обратно конденсата технологического пара с учетом энтальпии сырой воды, подаваемой в котельную для восполнения потерь конденсата у технологических потребителей:

,

где - энтальпия первого потока;

- энтальпия второго потока;

- энтальпия сырой добавочной воды

Соответственно, средневзвешенная энтальпия обратного конденсата:

.

При отсутствии возврата конденсата технологического пара . Расход тепла на технологические нужды:

.

Суммарный расход теплоты на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

.

Необходимый общий расход свежего пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды:

.

1.5 Определение общего расхода свежего (острого) пара

Дополнительный расход острого пара на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и на деаэрацию воды в деаэраторе обычно равен 3…11 % от . Примем, что .

Соответственно, ориентировочный суммарный расход свежего пара котельной в первом приближении равен:

.

Данное количество пара должно вырабатываться всеми котлоагрегатами (паровыми котлами) котельной.

1.6 Расчет редукционно-охладительной установки

Расход редуцированного пара с параметрами и расход охлаждающей воды определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

и из уравнения материального баланса РОУ:

.

Решая совместно эти уравнения, получим:

,

где - расход поступающего в РОУ острого пара с параметрами ;

- энтальпия влажного острого пара, кДж/кг;

- энтальпия охлаждающей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг;

- теплота парообразования при давлении , кДж/кг.

Расход острого пара, поступающего в РОУ,

.

Расход охлаждающей воды:

.

Расход редуцированного пара:

.

1.7 Расчет расширителя - сепаратора непрерывной продувки

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному значению в процентах от :

.

Количество пара, выделяющееся в РНП из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

и массового баланса:

.

Выражая расход вторичного пара , получаем:

.

Расход продувочной воды удаляемой из расширителя:

.

1.8 Расчет расхода химически очищенной воды

Общее количество дополнительной воды, которую необходимо добавлять в схему из блока химводоочистки (ХВО) для восполнения потерь рабочей среды в котельной, равно сумме потерь воды и пара в котельной, у технологических потребителей и в тепловой сети.

1) Потери от утечек свежего пара внутри котельной:

.

2) Потери с продувочной водой:

.

3) Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем .

4) Потери сетевой воды в теплосети:

.

5) Потери конденсата пара у технологических потребителей:

.

Общее количество необходимой в схеме добавочной химически очищенной воды равно:

Для определения требуемого расхода сырой воды, поступающей в блок химводоочистки, необходимо учесть дополнительное количество воды на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Эту дополнительную воду обычно учитывают коэффициентом К=1,10…1,25. Примем К=1,20.

Получаем, что необходимый расход сырой добавочной воды равен:

.

Расход удаляемой из блока химводоочистки промывочной воды равен:

.

1.9 Расчёт водяного подогревателя сырой воды

Уравнение теплового баланса подогревателя:

, где кДж/кг.

Температура сырой воды на выходе из подогревателя

Температура сырой воды на выходе из ВПСВ

1.10 Расчет парового подогревателя сырой воды

Уравнение теплового баланса парового водоподогревателя:

,

где - энтальпия воды для ХВО;

- энтальпия удаляемого из ППСВ

конденсата греющего пара.

Необходимый расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:

.

1.11 Расчет конденсатного бака

Найдем суммарный расход смеси , которая поступает в конденсатный бак. В бак подается два потока конденсата от технологических потребителей:

;

;

.

Температура смеси потоков конденсата:

,

чему соответствует - энтальпия смеси.

1.12 Расчёт охладителя выпара

Произведем уточнение ранее принятого расхода . Суммарный расход деаэрируемой воды и количество выпара равны:

;

.

Уравнение теплового баланса охладителя выпара имеет вид:

, где - энтальпия конденсата выпара

Энтальпия смеси после охладителя равна:

1.13 Расчет деаэратора

Уравнение теплового баланса деаэратора:

Уравнение массового баланса деаэратора:

Из последнего уравнения находим:

Подставляя, полученное значение в уравнение теплового баланса и решая его относительно , находим расход деаэрированной воды:

.

Соответственно, расход греющего редуцированного пара:

.

1.14 Проверка точности расчета первого приближения

Из уравнения массового баланса для линии редуцированного пара определяем значение расхода пара на деаэрацию :

.

При расчете деаэратора получено значение .

Ошибка при расчете составляет 55 %. Допустимое расхождение 3 %. Следовательно, необходим уточненный расчет тепловой схемы во втором приближении.

1.15 Уточненный расчет РОУ (II приближение)

Уточненный расход редуцированного пара, исходя из вычисленного более точного расхода пара на деаэрацию, равен:

.

.

Уточненный расчет охлаждающей воды:

.

Уточненный расход острого пара:

.

Уточненный общий расход острого пара:

.

1.16 Уточненный расчет тепловой схемы (II приближение)

Расширитель - сепаратор непрерывной продувки:

;

.

Расход химочищенной воды:

;

.

Водяной подогреватель сырой воды:

Паровой подогреватель сырой воды:

.

Охладитель выпара:

Деаэратор:



;

.

1.17 Проверка точности расчета второго приближения

Для редуцированного пара находим:

.

Из расчета деаэратора имеем .

Расхождение составляет 1,86 %, т.е. меньше 3 %, и ,поэтому, дальнейших приближений не требуется.

1.18 Определение полной нагрузки на котельную

Суммарная (полная) нагрузка котельной (номинальная расчетная паропроизводительность всех котлов) по формуле баланса свежего пара:

.

В то же время полная нагрузка котельной по балансу преобразуемой в свежий пар в паровых котлах деаэрированной воды равна:

.

За расчетное берется среднее значение полной нагрузки:

Суммарный расчетный расход питательной воды поступающей во все котлоагрегаты котельной:

,

.

Среднее значение:

2. Расчет теплового баланса котельной

Поступление теплоты в котельную происходит в котлоагрегаты в виде той части теплоты сгорания топлива, которая используется на парообразование и нагрев продувочной воды и в виде теплоты , поступающей в схему с сырой добавочной водой. Суммарное поступление теплоты в схему:

,

где - теплота сгорания топлива, кДж/с;

- теплота поступающей в схему сырой воды, кДж/с.

Подставляя, получаем для котельной:

Найдем величину полезно использованной теплоты. Количество теплоты , полезно использованной с острым паром на технологические нужды (производственная нагрузка) с учетом возврата части конденсата на котельную:

Процент (доля) расхода теплоты на производственные нужды:

.

Количество теплоты , полезно использованной в водяной тепловой сети (отопительная нагрузка) с учетом потерь сетевой воды, равно:

где - энтальпия “прямой” сетевой воды, подаваемой из бойлеров котельной в подающую линию тепловой сети.

Аналогично, процент (доля) расхода теплоты на отопительные нужды:

.

Полезно использованная у потребителей доля суммарно поступившей в котельную теплоты, т.е. К.П.Д. схемы равен:

.

Соответственно, доля суммарных потерь теплоты в схеме:

.

Рассмотрим основные составляющие потерь теплоты в схеме.

1) Потери от утечек свежего пара в котельной:

.

2) Потери теплоты в окружающую среду в бойлерах котельной:

.

Не основные тепловые потери в котельной составляют:

.

3) Потери теплоты с водой, удаляемой из блока химводоочистки:

.

4) Потери теплоты со сбрасываемой в барботер продувочной водой:

.

5) Потери теплоты в окружающую среду в паровом подогревателе сырой воды (ППСВ):

.

6) Потери теплоты конденсата выпара, сливаемом в бак - барботер:

7) Потери теплоты в окружающую среду в водяном подогревателе сырой воды ВПСВ :

8) Потери теплоты в окружающую среду в охладителе выпара ОВ :

Суммарные не основные потери составляют:

Проверяем тепловой баланс расчета схемы котельной установки:

.

3. Определение количества котлоагрегатов котельной

Марка котла	КЕ-2,5-13	КЕ-4,0-13	КЕ-6,5-13	КЕ-10-23
DКА, кг/с	0,695	1,11	1,80	2,78

Количество котлоагрегатов Z в котельной определяется по их суммарной паропроизводительности:

В котельной устанавливается 4 котла типа КЕ-10-23 из которых четвёртый котёл недогружен (резервный).

4. Расчет объемов продуктов сгорания

Котлоагрегаты котельной работают на буром угле следующего состава:

Теоретически необходимое количество воздуха:

Объем трехатомных газов:

.

Объем азота:

.

Теоретический объем водяных паров:

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры дан в задании: . Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера .

Далее расчет выполняется для двух вариантов: с экономайзером и без него. Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах:

Действительный объем водяных паров:

;

.

Действительный объем продуктов сгорания:

;

.

5. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

Расчет энтальпий произведем отдельно для вариантов с экономайзером и без него

5.1 Вариант “С” - с установкой экономайзера

Температура уходящих из котлоагрегата дымовых газов по заданию: . Используя таблицу значений энтальпии газов и влажного воздуха в зависимости от их температуры, методом линейной интерполяции находим:

.

Аналогично для других газов и воздуха:

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре :

.

5.2 Вариант “Б” - без установки экономайзера

В этом случае температура уходящих из котлоагрегата дымовых газов по заданию: . Используя таблицу значений энтальпии газов и влажного воздуха в зависимости от их температуры, методом линейной интерполяции находим:

.

Аналогично для других газов и воздуха:

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

Расчетный расход твердого топлива с учетом неполноты его сгорания:

.

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре :

.

6. Расчет теплового баланса котлоагрегата

Используемое топливо (каменный уголь) имеет по заданию низшую теплоту сгорания . Принимаем, что .

Из таблицы характеристик тепловых потерь для угля, сжигаемого в камерной топке, находим потери от химической неполноты сгорания и потери от механической неполноты сгорания . Температура холодного воздуха .

Энтальпия теоретически необходимого объема холодного воздуха:

.

Составление теплового баланса котлоагрегата выполним отдельно для двух вариантов конструкции.

6.1 Вариант “С” - с установкой экономайзера

Потери теплоты с уходящими газами:

;

.

Из таблицы потерь тепла котлоагрегатами КЕ в окружающую среду для котлоагрегата КЕ-10-23 находим и вычисляем К.П.Д. “брутто” котла с экономайзером:

.

Из расчета тепловой схемы котельной находим:

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расчетный расход твердого топлива с учетом неполноты его сгорания:

.

6.2 Вариант “Б” - без установки экономайзера

Потери теплоты с уходящими газами:

;

.

Так как экономайзер в котлах располагается в виде отдельного агрегата, то его отсутствие уменьшает тепловые потери в окружающую среду. Из таблицы потерь тепла котлоагрегатами КЕ в окружающую среду для котлоагрегата КЕ-10-23 находим и вычисляем К.П.Д. “брутто” котла без экономайзера:

.

Расход топлива, подаваемого в топку, изменится только за счет изменения К.П.Д. котла . Поэтому:

Расчетный расход твердого топлива с учетом неполноты его сгорания:

.

7. Расчет годового расхода и экономии топлива

Годовой расход пара, вырабатываемого одним котлом:

.

Приращение энтальпии рабочей среды в котлоагрегате:

.

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

Годовая экономия топлива на одном котлоагрегате вследствие использования экономайзера для подогрева питательной воды равна:

8. Тепловой и конструктивный расчет экономайзера

8.1 Тепловой расчет экономайзера

Исходные данные:

Коэффициент сохранения тепла газового потока:

Тепловосприятие экономайзера:

Энтальпия воды на выходе из экономайзера: ()

.

Так как , то экономайзер является не кипящим. Температура питательной воды на выходе из экономайзера условно определяется по ее энтальпии:

.

Наибольший температурный напор: .

Наименьший температурный напор: .

Средний температурный напор теплопередачи в экономайзере:

.

Площадь , теплопередающей поверхности экономайзера с учетом заданного коэффициента теплопередачи равна:

.

8.2 Конструктивный расчет экономайзера

Выбираем для экономайзера трубы наружным диаметром с толщиной стенок и относительные шаги расположения труб в пучке .

Абсолютные шаги размещения труб:

Для котлоагрегата типа КЕ-10-13 ширина газохода , а глубина .

Число труб в одном ряду:

.

Площадь живого сечения для прохода газов:

.

Средняя температура уходящих газов:

.

Объемный расход уходящих дымовых газов (продуктов сгорания):

.

Скорость дымовых газов:

.

Расход питательной воды через экономайзер:

.

Внутренний диаметр труб: . Выбирается двухходовой экономайзер .

Скорость воды в трубах:

.

Длина одной петли: . Количество петель на одном змеевике (всего труб в пучке ) равно:

.

Высота экономайзера:

.

Коллектор по высоте следует разбить на шесть пакетов высотой по .

Диаметр коллекторов экономайзера:

.

Выбираются коллекторы с внутренним диаметром

Заключение

В данной курсовой работе был проведен проектировочный расчет тепловой схемы производственно - отопительной котельной. Для данного варианта тепловой схемы, требований технологических и тепловых потребителей необходима установка восьми паровых котлов типа КЕ-10-23 с номинальной паропроизводительностью , работающих на топливе - Каменный уголь. Было также установлено, что наиболее экономичной (в плане годового расхода топлива) является эксплуатация котлов с установленным в нем экономайзером. Тепловой расчет экономайзера показал, что он является некипящим.

Список литературы

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М.Башта и др. М.: Машиностроение, 2009. - 423 с.

БаштаТ.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 2010.-320 с.

Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник. М.: Машиностроение, 2008. - 464 с.

Размещено на Allbest.ru