Котельная установка

Содержание

Принципиальная схема котельной.............................................................................................. 1

Исходные данные.......................................................................................................................... 2

1. Тепловой расчет котельной...................................................................................................... 3

Тепловой расчет подогревателя сетевой воды .......................................................................... 5

Тепловой расчет охладителя конденсата ................................................................................... 6

Расчет сепаратора непрерывной продувки................................................................................ 7

Расчет теплообменника продувочной воды............................................................................... 8

Расчет подогревателя сырой воды............................................................................................... 9

Расчет конденсатного бака......................................................................................................... 10

Расчет барботажного бака.......................................................................................................... 10

Расчет теплообменника питательной воды.............................................................................. 11

Расчет деаэратора........................................................................................................................ 12

Расчет производительности котельной..................................................................................... 12

2. Расчет химводоподготовки.................................................................................................... 13

2.1. Выбор схемы приготовления воды.................................................................................... 13

2.2. Расчет оборудования водоподготовительной установки................................................ 15

3. Расчет и выбор насосов.......................................................................................................... 16

4. Аэродинамический расчет котельной................................................................................... 18

4.1. Расчет газового тракта (расчет тяги).................................................................................. 18

4.2. Расчет самотяги дымовой трубы........................................................................................ 19

4.3. Расчет дымососов и дутьевых вентиляторов.................................................................... 20

Список литературы..................................................................................................................... 21

Исходные данные

1. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ

Для расчета принимается тепловая схема отопительно-производственной котельной с паровыми котлами КЕ-6,5 для закрытой системы теплоснабжения. Принципиальная тепловая схема характеризует сущность основного технологического процесса преобразования энергии и использования в установке теплоты рабочего тела. Она представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединенного линиями трубопроводов рабочего тела в соответствии с последовательностью его движения в установке.

Основной целью расчета тепловой схемы котельной является:

- определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов тепла на собственные нужды, и распределением этих нагрузок между водогрейной и паровой частями котельной для обоснования выбора основного оборудования;

- определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры.

2. Расчет химводоподготовки

Основной задачей подготовки воды в котельных является борьба с коррозией и накипью. Коррозия поверхностей нагрева котлов подогревателей и трубопроводов тепловых сетей вызывается кислородом и углекислотой, которые проникают в систему вместе с питательной и подпиточной водой.

Качество питательной воды для паровых водотрубных котлов с рабочим давлением 1,4МПа в соответствии с нормативными документами должно быть следующим:

- общая жесткость 0,02мг.экв/л,

- растворенный кислород 0,03мг/л,

- свободная углекислота - отсутствие.

При выборе схем обработки воды и при эксплуатации паровых котлов качество котловой (продувочной) воды нормируют по общему солесодержанию (сухому остатку): величина его обуславливается конструкцией сепарационных устройств, которыми оборудован котел, и устанавливается заводом изготовителем.

2.1. ВЫБОР СХЕМЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДЫ

Выбор схемы обработки воды для паровых котлов проводится по трем основным показателям:

Величине продувки котлов

Жесткость исходной воды

Ж_ив = Ж_к + Ж_нк = 5,92 + 1,21 = 7,13 мг.экв/л

DS определяется по графику рис 6. [2]. DS = 60 мг/кг.

Сухой остаток обработанной воды.

S_ов = S_ив + DS = 505 + 60 = 565 мг/л

Доля химически очищенной води в питательной

a₀ = G_хво / Д_к = 4,2 / 8,95 = 0,47

Продувка котлов по сухому остатку:

Р_п=( S_ов • a₀ • 100%)/(S_к.в - S_ов • a₀)=565 • 0,47 • 100 / (3000-565 • 0,47) = 9,7%

S_к.в - сухой остаток котловой воды, принимается по данным завода изготовителя котлов

9,7% < 10% - принимаем схему обработки воды путем натрий-катионирования.

Относительной щелочности котловой воды

Относительная щелочность котловой:

Щ = (40 • Щ_i • 100 %) / S_ов =40 • 5,92 •100 / 565 = 41,9 %

где 40 - эквивалент Щ мг/л

Щ_i- щелочность химически обработанной воды, мг.экв/л, принимается для метода
Na-катионирования, равной щелочности исходной воды (карбонатной жесткости).

20% < 41,9% < 50% - возможно применение Na-катионирования с нитратированием, дополнительное снижение щелочности не требуется.

По содержанию углекислоты в паре

Количество углекислоты в паре:

С_уг=22 • Ж_к • a₀ • (a'+a")=22 • 5,92 • 0,47• (0,4+0,7)=67,39 мг/л

где a' - доля разложения НСO₃ в котле, при давлении 1,4МПа принимается равной 0,7

a'' - доля разложения НСO₃ в котле, принимается равной 0,4

67,39мг/л > 20мг/л - необходимо дополнительное снижение концентрации углекислоты.

К установке принимается обработка воды по схеме двухступенчатого Na-катионирования.

2.2. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Для сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации принимают однотипные конструкции фильтров для первой и второй ступени. Для второй ступени устанавливаем два фильтра: второй фильтр используется для второй ступени в период регенерации и одновременно является резервным для фильтров первой ступени катионирования.

Скорость фильтрования принята в зависимости от жесткости исходной воды

Ж_ив = 7,13 мг.экв/л => w_ф = 15 м/ч [2].

Коэффициент собственных нужд химводоочистки

К^с.н._хво = 1,1

Количество сырой воды, поступающей на химводоочистку

G_с.в = К^с.н._хво • G_хво = 1,1 • 3,44 = 3,78 кг/с

Площадь фильтров

F'_ф = G_с.в / w_ф =3,78 • 3,6 / 15 = 0,9 м²

К установке принимается 2 фильтра

F_ф = F'_ф / 2 = 0,9 / 2 = 0,45 м²

Диаметр фильтра

d'_ф = = = 0,76 м

К установке принимаем катионовые фильтры № 7

Диаметр фильтра d_ф = 816 мм; высота сульфоугля l = 2 м.

Производительность фильтров I ступени G_I = 5 т/ч

Производительность фильтров II ступени G_II = 20 т/ч

Скорость фильтрования I ступени w_I = 9 м/ч

Скорость фильтрования II ступени w_II = 30 м/ч

Полная площадь фильтрования

F_ф^д = (p • d_ф² / 4 ) • 2 = (3,14 • 0,816² / 4) • 2 = 1,05 м²

Полная емкость фильтров

Е = 2 • p • d_ф² • h_кат • l / 4 = 2• 3,14 • 0,816² • 300 • 2/ 4 = 627 мг.экв

Период регенерации фильтров

Т = Е / G_с.в • Ж_ив = 627 / 5,75 • 3,6 • 7,13 = 4,25 ч

Число регенераций в сутки n = 6 раз.

Расход соли на 1 регенерацию:

М_соли = p • d_ф² • h_кат • l • b / 4 • 1000 = 3,14 • 0,816² • 300 • 2• 200 / 4 • 1000 = 62,72 кг

Суточный расход соли

G_соли = М_соли • n = 62,72 • 6 = 376,32 кг

3. Расчет и выбор насосов

Подбор питательных насосов

В котельных с паровыми котлами устанавливаются питательные насосы числом не менее двух с независимым приводом. Питательные насосы подбирают по производительности и напору.

Напор создаваемый питательным насосом:

Н_пн=10 • Р₁ + Н_эк +Н_с = 10 • 12 + 7 + 15 = 142 м.в.ст.

где Р₁ - избыточное давление в котле, Р₁ =1,4 МПа = 12 атм.

Н_эк- гидравлическое сопротивление экономайзера, принимаем Н_эк = 7 м.в.ст.

Н_с – сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Н_с=15 м.в.ст.

Производительность всей котельной, Д' = 9,0 кг/с = 32,4 т/ч

Принимаем 3 электрических насоса 2,5 ЦВМ 0,8 производительностью 14 м³/ч, полный напор 190 м.в.ст. и 2 насоса с паровым приводом типа 2ПМ-3,2/20 производительностью 3,2 м³/ч, напор 200 м.в.ст.

Подбор сетевых насосов

Напор сетевых насосов

H_сн=Н_п + Н_с = 15 + 30 = 45 м.в.ст.

где Н_п- сопротивление бойлера теплофикации, принимаем Н_эк = 15 м.в.ст.

Н_с – сопротивление сети и абонента, принимаем Н_с = 30 м.в.ст.

Расход сетевой воды G_сет=117,7 кг/с = 423,72 т/ч

К установке принимаем 2 сетевых насоса типа 10CD-6 производительностью 486 м³/ч, напор 74 м.в.ст.

Подбор конденсатного насоса

Напор развиваемый конденсатным насосом

Н_кн = 10 • Р_д + Н_ск +Н_д = 10 • 1,2 + 15 + 7 = 34 м.в.ст.

где Р_д - давление в деаэраторе, Р_д =0,14 МПа = 1,2 атм.

Н_ск – сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Н_ск=15 м.в.ст.

Н_д – высота установки деаэратора, принимаем Н_д = 7 м.

Количество конденсата G_к = 6,71 кг/с = 24,16 т/ч

К установке принимаем 2 конденсатных насоса типа КС10-55/2а, напор 47,5 м.в.ст.

Подбор подпиточного насоса

Напор развиваемый насосом

Н_пс = Р_д + Н_ск +Н_д = 1,2 + 15 = 16,2 м.в.ст.

где Р_д - давление в деаэраторе, Р_д =0,14 МПа = 1,2 атм.

Н_ск – сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Н_ск=15 м.в.ст.

Количество подпиточной воды G_к = 1,76 кг/с = 6,34 т/ч

К установке принимаем 2 насоса типа К8/18, производительность 8 м³/ч, напор 18 м.в.ст.

Подбор насоса сырой воды

Напор развиваемый насосом

Н_св = Н_ск +Н_то +Н_хво = 20 + 20 + 5 = 45 м.в.ст.

где Н_то- сопротивление теплообменников, принимаем Н_эк = 20 м.в.ст.

Н_ск – сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Н_ск=20 м.в.ст.

Н_хво – сопротивление фильтров ХВО, принимаем Н_ск=5 м.в.ст.

Количество сырой воды G_хво” = 11,18 кг/с = 40.25 т/ч

К установке принимаем 2 насоса типа К-80-50-200, производительность 50 м³/ч, напор 50 м.в.ст.

4. АЭРОДИНАМИЧЁСКИЙ РАСЧЕТ

4.1. Расчет газового тракта (расчет тяги)

Температура газов в начале трубы:

t_тр = t_ух • a_ух + (a_тр - a_ух) • t_в= 200 • 1,6 + (1,7-1,6)•30 = 190 ^оС

a_тр 1,7

где t_в – температура воздуха в котельной t_в = 25 ^оС

Сопротивление трения уходящих газов:

Dh_тр = l • (l /d_экв) • (w_ух² / 2 • 9,8) • r_г = 0,03 • (18 / 1) • (8² / 2 • 9,8) • 0,78= 1,38 мм в.ст.

где r_г - плотность газов при температуре 190 ^оС r_г = 0,78 кг/м³

l – длина газохода по чертежу, l = 18 м.

d_экв – эквивалентный диаметр газохода 1000 х 1000 мм, d_экв = 1 м.

l - коэффициент трения для стальных футерованных газоходов, l = 0,03

Потеря давления на местные сопротивления

Dh_м = S¦ • (w_ух / 2• 9,81) • r_г = 5,8 • (8² / 2 • 9,81) • 0,78 = 14,76 мм.в.ст.

где S¦ - сумма коэффициент местных сопротивлений по тракту воздуха, S¦=5,8

патрубок забора воздуха ¦=0,2; плавный поворот на 90°(5 шт.) ¦=0,25*5=1,25;

резкий поворот на 90° ¦=l,l; поворот через короб ¦ =2, направляющий аппарат ¦=0,1;

диффузор ¦=0,1; тройник на проход - 3 шт. ¦=0,35*3=1,05

Полное аэродинамическое сопротивление газового тракта

Dh = Dh_м + Dh_тр + Dh_з + Dh_зас = 14,76 + 1,38 + 63 + 1,5 = 80,64 мм.в.ст.

где Dh_з – сопротивление золоуловителя Dh_з = 63 мм.в.ст.

Dh_зас – сопротивление заслонок Dh_зас = 1,5 м.в.ст.

6. Сечение газоходов

f_г = V_г • b • n • (273 + t_тр ) =11,214 • 0,325 • 1 • (273+190) = 0,77 м²

273 • w_ух 273 • 8

где n – число котлов

Эквивалентный диаметр газохода

d_экв = = = 0,99 м²

4.2. Расчет самотяги дымовой трубы

В зависимости от расхода топлива b= 1,17 т/ч, зольности Аⁿ = 1,76, содержания серы Sⁿ = 0,08

высота дымовой трубы принимается H=30 м.

Скорость газов в дымовой трубе принимается w_тр = 10 м/с

Максимальная часовая производительность котельной

Q^к = b • n • Q_н^р • h = 0,325 • 5 • 6240 • 0,98 = 9600 ккал/ч

Охлаждение газов в трубе

Dt_тр = = =0,1 ^оС/м

Внутренний диаметр трубы

d_вн = = == 0,87 м

Наружный диаметр трубы

d_н = d_вн + 0,02 • Н = 0,87 + 0,02 • 30 = 1,47 м

Средний расчетный диаметр

d_ср = 2 • d_н • d_вн / (d_вн + d_н) = 2 • 1,47 • 0,87 / (1,47 + 0,87) = 1,09 м

Потеря напора на трение в дымовой трубе

Dh_тр=l • (H / d_ср) • (w² / 2•9,81) • r = 0,03 • (30/1,09) • (10²/2•9,81) • 0,78 = 3,28 мм.в.ст.

Потеря напора на выходе из дымовой трубы

Dh_вых = x • r • w_тр² / 2 • 9,81 = 1 • 0,87 • 10² / 2•9,81 = 4,43 мм.в.ст.

Сопротивлений дымовой трубы

Dh_д.тр = Dh_тр + Dh_вых = 3,28 + 4,43 = 7,71 мм.в.ст.

Теоретическая тяга дымовой трубы

DP = H • 273 • 1,3 • ( 1 – 1 ) • h_бар =

(273 + t_хв) (273 + t_тр) – ( Dt_тр • Н /2) 760

= 30 • 273 • 1,3 • ( 1 – 1 ) • 760 = 21,29 мм.в.ст.

(273 - 30) (273 + 190) – ( 0,1 • 30 /2) 760

4.3. Расчет дымососов и дутьевых вентиляторов

Расчетный напор дымососа

h_дым = SDh_м + SDh_тр + Dh_д.тр + h_к + h_з + h_эк - DP =

= 14,76 + 1,38 + 7,71 + 32 + 63 + 16 – 21,29 = 113,56 мм.в.ст.

Расчетная производительность дымососа, м³/с (М³/2)

V_дым = V_г • b • (273 + t_тр) • 1.1 / 273 =

= 11,214 • 0,314 • (273 + 190) • 1,1 / 273 = 6,57 м³/с = 23,65•10³ м³/ч

Мощность потребляемая дымососом

N_дым = V_г • h_дым •1,1 / 102 • h = 11,214 • 113,56 • 1,1 / 102 • 0,98 = 14 кВт

Напор вентилятора

h_дв = Dh_сл + Dh_в = 60 мм.в.ст.

где Dh_сл – сопротивление слоя лежащего на решетке Dh_сл = 60 мм.в.ст.

Dh_в – сопротивление воздуховодов, принебрегаем.

Производительность вентилятора

V_дв = 1,1 • V_г • a_т • b • (1 – q₄ / 100) • ((273 + t_хв) / 273) =

= 1,1 • 11,214 • 1,4 • 0,325 • (1 – 10/100) •(( 273 – 30 ) / 273) = 4,49 м³/с = 16,16•10³ м³/ч

Принимаем вентилятор типа ВД-Б производительностью 10•10⁴ м³/ч, напор 172 кгс/см²

Литература

1. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1975. 488с

2. Лумми А.П. Методические указания к курсовому проекту "Котельные установки". Свердловск: УПИ. 1980. 20с.

3. Сидельников Л.Н, Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Производственные и отопительные котельные. /Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я.Берзиньш.- 2-е изд., перераб. – М.: Энергатомиздат, 1984.-с. 248., ил 4. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

5. http:/www.kotel.ru – официальный сайт завода "Бийскэнергомаш".