Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной с выбором основного и вспомогательного оборудования

Тип:
Добавлен:

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский федеральный университет - УрФУ»

Уральский энергетический институт

Кафедра «Теплоэнергетика и теплотехника»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий

Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной с выбором основного и вспомогательного оборудования

студент:

Чернавская Е.И.

Екатеринбург 2016

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОЙ

2.1 Тепловой расчет подогревателя сетевой воды и охладителя конденсата

.2 Выбор мощности и числа котлов

.3 Определение потерь воды и конденсата в тепловой схеме

.4 Тепловой расчет расширителя непрерывной продувки и ВПУ

.5 Тепловой расчет подогревателей сырой воды

.6 Расчет конденсатного бака

.7 Тепловой расчет деаэратора питательной воды

.8 Тепловой расчет охладителя деаэрированой воды

.9 Уточненный расчет

.10 Выбор диаметров трубопроводов

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

3.1 Определение количества котлов

.2 Расчет и выбор теплообменных аппаратов

.3 Выбор насосов

4. РАСЧЕТ ХИМВОДОПОДГОТОВКИ

4.1 Выбор схемы приготовления воды

.2 Расчёт оборудования водоподготовительной установки

5. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

6.1 Сопротивление участков тракта дымовых газов

.2 Сопротивление дымовой трубы. Расчет самотяги

.3 Сопротивление участков воздушного тракта

6.4 Выбор дымососа и вентилятора

.5 Разработка схемы ГРП

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задаваемые величины:

Расход пара на производство:

Макс. тепловая нагрузка на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

Доля возврата от конденсата с производства:

Температура конденсата с производства:

Температура прямой сетевой воды:

Температура обратной сетевой воды:

Температура сырой воды:

Температура воды, сливаемой в канализацию,

КПД сетевых подогревателей:

Давление пара:

-на выходе из барабана котла

-на теплофикацию (по манометру)

-в деаэраторе

-в расширителе

-на деаэрацию (по манометру)

-на собственные нужды

-на производство (по манометру)

Свойства сырой воды:

Источник (река)Место отбора пробыСухой остаток, мг/дм3Жесткость, мг-экв/дм3ЖоЖЖСаУралг. Гурьев7706,203,85,41

Вид топлива - газообразное: попутный газ Барса-Гельмес-Вышка-Небит-Даг

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОЙ

Выписываем из справочника [1. таблица XXIII] теплофизические свойства воды и водяного пара на линии насыщения по давлениям пара.

Таблица 2.1 Теплофизические свойства воды и водяного пара на линии насыщения

Давление МПаТемпература насыщения, t = ts,°СУдельный объем воды , м3/кгУдельный объем пара , м3/кгЭнтальпия воды , кДж/кгЭнтальпия пара , кДж/кгТеплота парообразования r, кДж/кгРб =1,4195,040,00114890,14072830,12788,41958,3Рп = 0,7164,960,00110820,27234697,12762,92065,8Рт = 0,9175,360,00112130,21484742,62773,02030,4Рс.н.= 0,2120,230,00106080,88592504,72706,92202,2Рвд = 0,12104,330,00104721,48064437,362683,02245,7Рр = 0,15111,370,00105301,1597467,132693,92226,8

2.1 Тепловой расчет подогревателя сетевой воды и охладителя конденсата

Уравнение теплового баланса для пары теплообменных аппаратов для подогрева сетевой воды [2. Формула (3.1)]:

.

Расход сетевой воды из уравнения теплового баланса [2. Формула (3.2)], кг/с:

.

Расход пара на подогрев сетевой воды из теплового баланса [2. Формула (3.3)], кг/с:

,

где - заданная суммарная тепловая нагрузка на отопление, ;

- расход сетевой воды, кг/с;

- расход пара на отопление и т.д., кг/с;

и - заданные температуры прямой и обратной сетевой воды, , ;

- энтальпия редуцированного пара при давлении Рт перед подогревателями сетевой воды, (таблица 1);

- изобарная теплоемкость воды;

- КПД сетевых подогревателей, принимается равным 0,98;

- энтальпия конденсата после ОК при температуре

, кДж/кг;

.

Уравнение теплового баланса для охладителя конденсата:

, откуда

,

где - энтальпия воды при давлении Рт.

Составляем схему подогревателя сетевой воды.

.2 Выбор мощности и числа котлов

Котлы должны производить пар в количестве, достаточном для производства Dп, для подогрева сетевой воды Dт и для собственных нужд котельной.

Точное значение расхода пара на собственные нужды Dс.н определим после расчета всех элементов тепловой схемы.

Предварительно принимаем Dс.н , равным 10 % от суммарного расхода на производство и подогрев сетевой воды [2. Формула (3.4)], кг/с:

.

Предварительно определим число котлов:

,

где D - паропроизводительность одного котла, т/ч.

. Предварительно число котлов nк=2.

Выбираем три котла марки ДЕ-10-1,4, с паропроизводительностью 10 т/час. Согласно СниП Котельные установки (7) в котельной нельзя ставить менее двух котлов.

2.3 Определение потерь воды и конденсата в тепловой схеме

Потери воды в теплосети [2. Формула (3.5)], кг/с:

.

Потери воды из паровой части схемы (их компенсируют подачей воды в питательный деаэратор) складываются из:

а)потери конденсата на производстве [2. Формула (3.6)], кг/с:

,

где Dп и g - расход пара на производство и доля конденсата, возвращаемого с производства;

б)потери конденсата в цикле котельной установки [2. Формула (3.7)], кг/с:

;

в)потери воды из котла с непрерывной продувкой [2. Формула (3.8)], кг/с:

,

где - процент непрерывной продувки, принимаем 3 % (затем эту величину уточним при расчете оборудования водоподготовительной установки).

Так как , для подпиточной воды не требуется собственный деаэратора и в общей схеме котельной будет один деаэратор.

2.4 Тепловой расчет расширителя непрерывной продувки и ВПУ

Продувочная вода не вся сбрасывается в канализацию. За счет снижения давления воды в дроссельном клапане часть ее превращается в пар в расширителе непрерывной продувки.

Пар идет в деаэратор питательной воды, а оставшаяся шламовая вода направляется в теплообменник, где охлаждается, подогревая сырую воду на 5…10 ºС, и сбрасывается в канализацию.

Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки (РНП), рассчитывается по тепловому балансу [2. Формула (3.9)], кг/с:

,

где - энтальпия котловой воды, (таблица 1);

и - энтальпии пара и воды, выходящих из расширителя непрерывной продувки при , и .

Расход шламовой воды на выходе из расширителя непрерывной продувки (РНП) [2. Формула (3.10)], кг/с:

,

Все потери воды восполняем химически очищенной водой [2. Формула (3.11)]:

,

Подача воды на водоподготовительную установку (ВПУ) [2. Формула (3.12)] поскольку, примерно 25 % воды расходуется на собственные нужды ВПУ (промывка фильтров, приготовление раствора соли и т.д.), кг/с:

,

.

Составляем схемы водоподготовительной установки (ВПУ) и непрерывной продувки.

2.5 Тепловой расчет подогревателей сырой воды

Температура воды перед ВПУ должна быть =30…35 оС по условию не выпадения росы на наружных поверхностях труб и оборудования [2. Стр.15]. Поэтому сырая вода нагревается паром в теплообменнике сырой воды.

Расход пара на подогреватель сырой воды [2. Формула (3.16)] кг/с:

,

Так как , то устанавливаем первичный теплообменник для подогрева сырой воды.

Рассчитаем теплообменник охладителя непрерывной продувки.

= 5 ºС.

.

Составляем схемы водяного и парового подогревателей сырой воды

2.6 Расчет конденсатного бака

Уравнение материального баланса [2. Формула (3.24)] кг/с:

- суммарный расход конденсата из бака, кг/с.

Из баланса энергии найдем температуру конденсата на выходе из конденсатного бака [2. Формула (3.25)], ºС:

,

где - энтальпия конденсата, возвращаемого с производства, кДж/кг, .

tкп - заданная температура конденсата, возвращаемого с производства, .

Составляем расчетную схему конденсатного бака

2.7 Тепловой расчет деаэратора питательной воды

Расход пара на деаэрацию определяется из совместного решения уравнений материального и теплового баланса [2. Формула (3.26)], кг/с:

,

где все значения расходов, температур и энтальпий берем из предыдущих расчетов. Расход выпара из колонки деаэратора в расчетах принимаем равным нулю.

Уравнение материального баланса деаэратора:

Составляем схему деаэратора питающей воды

2.8 Тепловой расчет охладителя деаэрированой воды

Химочищенную воду перед питательным деаэратором подогревают до 60 оС в теплообменнике [2. Формула (3.22)], кг/с:

, кг/с

Из уравнения теплового баланса определяем температуру питающий воды на выходе из охладителя tподп при заданной температуре питательной воды [2. Формула (3.21)], ºС:

,

где tхов - температура химически очищенной воды на входе в охладитель деаэрированной воды, из схемы tхов=30 ºС;

- температура воды на выходе из деаэратора, при;

tхов - температура химически очищенной воды на выходе из теплообменника и поступающая в питающий деаэратор tхов =60 ºС;

- расход воды из деаэратора, равный расходам поступающим в него потоков,

Составляем схему охладителя питающей сетевой воды.

2.9 Уточненный расчет

Уточненный расход пара на собственные нужды, кг/с:

Уточненная паропроизводительность котельной [2. Формула (3.28)], кг/с:

.

Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной [2. Формула (3.29)], %:

,

.

Составляем тепловую схему котельной с расчетными параметрами (рисунок 10). На тепловой схеме указываем расходы и температуру воды или пара на всех трубопроводах, соединяющих агрегаты.

2.10 Выбор диаметров трубопроводов

Определяем внутренний диаметр трубопровода dвн-расч, мм [3. Формула (10.107)]:

,

где G -расход среды, протекающий по трубопроводу, м3/ч или кг/с;

ω -рекомендуемая скорость среды, м/с. Для насыщенного пара давлением до 1,4 Мпа принимаем ωп=30 м/с, для воды в напорных трубопроводах принимаем ωв=2,0 м/с, во всех других трубопроводах принимаем ωв=1,5 м/с;

ρ - плотность среды, кг/м3;

υ - удельный объем среды, м3/кг (таблица 1).

Расчетный диаметр dвн-расч округляем до ближайшего значения условного диаметра dвн по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия».

Определяем по принятому диаметру трубопровода dвн действительную скорость среды ω, м/с [3. Формула (10.108)]:

,

Материал и толщина стенок трубопроводов выбираются по давлению и температуре протекающей среды. Водогазопроводные обыкновенные трубы могут применяться для среды с давлением менее 1,0 Мпа и температурой менее 200 ºС, а усиленные - при давлении менее 1,6 Мпа и температуре менее 200 ºС.

Сокращенное обозначение позиций на схеме (рисунок 10) представлены в таблице 1.2.

Таблица 2.2 Принятые сокращения в тепловой схеме котельной

п/пПринятое сокращениеРасшифровка принятого сокращения1. ДДеаэратор2. БББарботажный бак3. ПСВПодогреватель сетевой воды4. ВПУВодоподготовительная установка5. ОКОхладитель конденсата6. КБКонденсатный бак7. РНПРасширитель непрерывной продувки8. ОДВОхладитель деаэрированной воды9. ПсыВ1Подогреватель сырой воды и охладитель непрерывной продувки10. ПсыВ2Подогреватель сырой воды11. ДУДроссельное устройство12. ВЭКЭкономайзер13. СНСобственные нужды14. КНКанализация15. СВСырая вода

Таблица 2.3 Выбор диаметров трубопроводов

Наименование трубопровода№ п/пt,ºСD, G, кг/сν, м3/кгωрасч, м/сdрасч, ммdвн, ммω, м/с123456789ПарКотел-тройник1195,042,7410,14130128,015021,838Тройник-гребёнка2195,045,4820,14130181,020024,567Гребенка - РУ на производство3195,041,2200,1413085,410021,870РУ-паропровод на производво4195,041,2200,31630127,915021,797Гребенка-РУ на теплофикацию5195,043,7970,14130150,620017,017РУ-ПСВ6195,043,7970,24030196,820029,059Гребенка-РУ на соб. Нужды7195,040,4650,1413052,76519,721РУ- тройник на соб. Нужды8195,040,4650,88630132,215023,308Тройник на ПсыВ29195,040,1010,8863061,76527,013Тройник- деаэратор10195,040,3640,88630116,912526,259РНП-Деаэратор Д11111,370,0271,1603036,55015,948КонденсатПроизвод. -Конденсатный бак1246,0000,5610,0011,521,9251,15ПСВ-ОК13175,3601,8990,0011,542,4501,08ОК- Конденсатный бак1480,0003,7970,0011,560,0651,28Конденсатный бак-Деаэратор1576,6394,4590,0011,563,1651,41ПсыВ - Конденсатный бак16120,2300,1010,0011,59,5200,34ВодаВвод сырой воды-насос1 (всас-й)1752,5570,0011,546,6501,303Насос 1 - тройник1852,5570,0011,546,6501,303Насос 1 - ПсыВ11952,5570,0011,546,6501,303ПсыВ1-ПсыВ2208,6592,5570,0011,546,6501,303ПсыВ2- ВПУ(напорный)21302,5570,001240,5501,309ВПУ - ОДВ (напорный)22302,0450,001236,2501,048ОДВ-Деаэратор (напорный)23602,0450,001236,4501,060Деаэратор-ОДВ (напорный)24104,336,8960,001267,8801,437ОДВ-тройник (всасывающий)2595.2496.8960,0011.578.0801.427Тройник-насос2 (всасывающий)2695,2491,0830,0011,530,9321,401Насос 2-тройник2795.2491,0830,0011,530,9321,401Тройник- ВЭК (напорный)2895.2492,9070,001243,9501,540Тройник (напорный)- Насос 32995.2495,8130,001262,1651,823Ввод обратной тройник307054,1250,0011,5216,82001,763Тройник-насос4317054,1250,0011,5216,82001,763Насос 4-тройник(напорный)327054,1250,0012187,82001,763Тройник-ОК (напорный)337027,0630,0012132,81501,567ОК ПСВ (напорный)3476,68527,0630,0012133,11501,575ПСВ- тройник (напорный)3511027,0630,0012135,01501,621Тройник-Сеть (напорный)3611054,1250,0012191,02001,824НПР котла-РНП (напорный)37195,040,1660,001211,0200,606РНП- ПсыВ138111,370,1390,0011.511.1200,465ПсыВ1-Барботажный бак39400.1390,0011.511.1200.465Барботажный бак-канализация40400.1390,0011.511.1200.465

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

3.1 Определение количества котлов

Количество котлов:

,

Принимаем nк=2 котла ДЕ-10-14 с расчетной производительностью Dр=10 т/ч насыщенного пара температурой 195,04°С и давлением 1,4 МПа.

3.2 Расчет и выбор теплообменных аппаратов

Для расчетов используем уравнения теплового баланса, расходы греющего пара или воды через теплообменники.

Таблица 3.1 Расчет тепловых мощностей в аппаратах

НаименованиеФормулаед.изм.Знач.ТипПСВкВт9071,4п-вОКкВт1515.993в-вКонд.баккВт1432.001ОДВкВт257.113в-вПСыВ2кВт226.386п-вПСыВ1кВт41.440в-вРНПкВт60.095ДеаэраторкВт837.852

Площадь поверхности нагрева (F) теплообменника, м2 [2. формула (4.2)]:

,

где Qi - тепловая мощность теплообменника, кВт;

k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м2 · К), при учебных расчетах k принимается равным:

-для водоводяных теплообменников 1 кВт/(м2 · К),

-для пароводяных - 2 кВт/(м2 · К);

-для пластинчатых - в 2 раза больше;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;

- температурный напор, определяется по [2. формула (4.3-4.4)]:

При

При

где и - большая и меньшая разности температур теплоносителей на разных концах теплообменного аппарата.

Таблица 3.2 Расчет площади поверхности нагрева по формуле (27-29)

НаименованиеQ, кВтΔtБ, ºCΔtМ, ºCΔt, ºCF, м2фазакПСВ9071,498.67565.361.510<1,782.01856.430п - в2ОК1515.99398.67510.0009.868>1,738.73639.936в - в1КБ1432.001ОДВ257.11365.24944.331.472<1,754.7904.788в - в1ПСыВ2226.386111.36290.231.234<1,7100.7961.146п - в2ПСыВ141.440102.502352.929>1,762.8200.673в - в1РНП60.095Деаэратор837.852

Таблица 3.3 Принятые диаметры и действительные скорости в трубах аппаратов

НаименованиеСредаdвн, ммω, м/сПСВпар20029.059вода1501.621ОКконденсат651.277вода1501.567ПСыВ2пар6527.013вода501.309ПСыВ1вода200.465вода201.303ОДВвода501.060вода801.437

При расчете температурного напора для каждого теплообменника строим графики, указав значения температур, большие и меньшие перепады температур и направление движения потоков.

Выбор теплообменника подогрева сетевой воды

Для котельной второй категории нужно 2 параллельно работающих теплообменника подогрева сетевой воды на расчетную мощность, т.е. вдвое меньшей площади.

По расчетной поверхности нагрева выбираем теплообменник, имеющий ближайшую большую поверхность нагрева.

По [2. таблица 3] выбираем тип теплообменника ПП-1-71-2-II для температурного графика 70/95ºС.

Определяем для выбранного теплообменника скорость подогреваемой воды в трубах, которая не должна превышать 1,5-2,0 м/с [2. формула (4.5)]:

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.