Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Федеральное агентство  по образованию

Архангельский государственный  технический университет

Кафедра Теплотехники

 

Факультет Мех Курс III Группа 5

 

 

Вариант №63

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Теплотехника

На тему: Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной

 

 

 

 

 

Студент: Зайков Д. В.

Руководитель: Смолина  М.В

 

 

 

 

 

 

 

Архангельск

2010

 

Содержание

 

1. Исходные данные для расчета тепловой схемы

2. Тепловые нагрузки внешних потребителей

3. Тепловые нагрузки собственных нужд котельной

4. Расчет тепловой схемы котельной

4.1 Расчет основного и вспомогательного оборудования

4.2 Расчёт расхода топлива

5. Расчёт мощности электродвигателей оборудования котельной установки

5.1 Питательные насосы

5.2 Тягодутьевые устройства

6. Тепловой баланс в узлах

7. Используемая литература

 

 

1. Исходные данные для расчета тепловой схемы

 

Составить принципиальную тепловую схему производственно-отопительной котельной промышленного предприятия и выполнить 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 определить необходимую максимальную паропроизводительность (мощность) котельной, выбрать тип и количество котлоагрегатов, другого основного и вспомогательного оборудования и рассчитать электрические мощности для их привода.

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

 

Вариант №63

Пар на производственно  технологические нужды

Возврат конденсата с производства

Горячая вода на производство

Отопительно-вентиляционная нагрузка

Температура воды в тепловой сети

Температура греющей среды

Топливо

Расход

Давление

Температура

Температура

Процент возврата

Температура

Расход

Расход пара на вентиляционную нагрузку

Расход теплоты на отопительную нагрузку

В подающем трубопроводе

В обратном трубопроводе

За охладителем к-та сетевого подогревателя

За подогревателем сырой холодной воды

Dпр

Pпр

tпр

tкпр

m

tпр.в

Gпр.в

Dвен

Qот

t′тс

t′′тс

tкот

tсл

т/ч

МПа

оС

оС

%

оС

т/ч

т/ч

МВт

оС

оС

оС

оС

12

2,3

Насыщенный пар

68

70

-

-

2

1,3

95

70

50

43

Древесные отходы

2. Тепловые нагрузки внешних потребителей

котельная тепловая схема

• Расход пара на производственно-технологические нужды составляет =3,33 кг/с. Параметры отпускаемого пара: давление = 2,3 МПа, пар насыщенный.
• Расход горячей воды на производственно-технологические нужды при температуре . 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.
• Для обеспечения вентиляционной нагрузки производственных помещений расходуется насыщенный пар давлением 0,6 МПа в количестве Dвен =2 т/ч = 0,55 кг/с.
• Расход теплоты на отопление жилого поселка и служебных зданий предприятия равен Qот= 1300 кВт. Температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети равна, соответственно, =95°С и =70оС.

Подогрев сетевой воды производится в пароводяном теплообменнике (бойлере) насыщенным паром давлением 0,6 МПа. Образующийся конденсат во избежание последующего вскипания в деаэраторе охлаждается до tкот =50°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 принять равными 1,5 % от её общего расхода Gсет.

• Потери теплоты в поверхностных пароводяных и водо-водяных подогревателях принять 2% или коэффициент сохранения теплоты (тепловой КПД подогревателей) считать равным ηп=0,98. Потери конденсата греющего пара в пароводяных подогревателях принять равными 2% от расхода пара.

Потери всех теплоносителей восполняются через химводоочистку и деаэратор котельной.

• Расчетную температуру сырой воды для зимних условий принять tс.в=5°С.

 

 

3. 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 tхво=30°С. 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.) принять равным 3% от паропроизводительности котельной (от общего расхода пара на внешние потребители и собственные нужды).
• Расход котловой воды на непрерывную продувку котлоагрегата принять 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 tсл=43оС продувочная вода сливается в канализацию или используется для технических целей.

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.

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.

 

 

4. Алгоритм расчёта тепловой схемы котельной.

 

4.1 Расчет основного и вспомогательного оборудования

 

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

 

 

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

-энтальпия конденсата греющего  пара после охладителя конденсата, кДж/кг;

=4,19*50=209,5 кДж/кг.

hп - коэффициент, учитывающий потери теплоты в бойлерной установке и принимаемый равным 0,98.

=0,52кг/с. (1,87т/ч)

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

,

 

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

 кг/с(44,68т/ч)

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

 

*

*12,41=0,186 кг/с(0,67т/ч)

 

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

4. Общий расход насыщенного пара давлением Pн=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(3,78т/ч)

 

В производственно-отопительных котельных небольшой мощности, вырабатывающих насыщенный пар невысокого давления (Pн < 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.

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

 

=3,33+1,07=4,4 кг/с(15,84т/ч)

 

6. Расход пара на собственные нужды котельной (подогреватель сырой воды, деаэратор), оценим предварительно 9% от отпуска пара внешним потребителям кг/с (т/ч).

0,09

0,09·4,4 =0,396 кг/с(1,426т/ч)

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

 

D∑

 

D∑ =4,94 кг/с (17,78т/ч)

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

7. Расчет расширителя (сепаратора) непрерывной продувки.

Схема использования  теплоты продувочной воды с принятыми условными обозначениями показаны на рис.1. Отсепарированный в расширителе насыщенный пар давлением Pн=0,12 МПа подается в деаэратор, а горячая продувочная вода – в теплообменник для подогрева холодной сырой воды перед ХВО.

 

Рис:1 Схема использования теплоты непрерывной продувки

1- расширитель или  сепаратор непрерывной продувки (РНП);

2– водо-водяной подогреватель  сырой холодной воды (ВВП-1)

 

Уравнение теплового  баланса расширителя

 

,

 

где - количество продувочной воды, поступающей из паровых котлов,

=0,03× D∑

=0,03×4,94 =0,144 кг/с(0,519т/ч)

- энтальпия продувочной воды при давлении 2,3 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 Рн=0,12 МПа.

Количество отсепарированного  пара, кг/с (т/ч)

 

.

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

 

.

 

Количество отсепарированного  пара

=0,031кг/с. (0,112 т/ч)

Количество продувочной  воды на сливе РНП

=0,144-0,031 =0,113 кг/с(0,407т/ч)

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

8.1. Потери от невозврата конденсата пара с производства

 

0,999 кг/с (3,596 т/ч);

 

8.2. Потери пара и конденсата в котельной