Общие методические положения

Задача по выбору основного оборудования паровой котельной формулируется следующим образом Для заданных:

• — климатических характеристик места расположения котельной;
• — расходов и параметров пара, отпускаемого от котельной промышленным предприятиям, а также расходов и температур возвращаемого конденсата;
• — расчетных расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, отпускаемой от котельной внешним потребителям в горячей воде с заданным температурным графиком;
• — вида системы горячего водоснабжения;
• — вида основного топлива в котельной.

Требуется:

• — выбрать тип паровых котлов и подготовить ПТС котельной;
• — определить расчетную производительность котельной;
• — выбрать состав паровых котлов с учетом условий их работы в неотопительный период, а также требований аварийного резервирования котлов;
• — определить часовой и годовой расход топлива для котельной.

При выборе состава котлов на практике приходится учитывать различные ограничения, связанные с вредными воздействиями теплоисточников на окружающую среду. Однако рассмотрение методики учета экологических ограничений не входит в объем расчета тепловой схемы котельной, выполняемого по настоящим Указаниям.

В технической литературе по промышленным котельным расчет ПТС котельной рекомендуется выполнять, как правило, для нескольких режимов её работы. Например, в [5] рекомендуется такой расчет выполнять для 4-х режимов:

• — 1-й режим — при расчетной наружной температуре для проектирования отопления, по которому выбирается состав основного оборудования;
• — 2-й режим — при средней наружной температуре наиболее холодного месяца, по которому выбранное число котлов проверяется на выполнение нормативных требований по обеспечению тепловых нагрузок при аварийном выходе из строя 1-го самого мощного котла;
• — 3-й режим — при средней наружной температуре за отопительный период, по которому определяются показатели годового отпуска тепла и расхода топлива;
• — 4-й режим — при работе котельной в неотопительном периоде, по которому уточняется состав и параметры вспомогательного оборудования котельной для обеспечения работы с уменьшенными нагрузками.

В настоящих Указаниях, посвященных расчету ПТС паровой котельной для выбора состава основного оборудования с учетом условий работы котлов в неотопительном периоде, а также требований аварийного резервирования, приведена методика расчета только для 1-го режима. При использовании этой методики отпадает необходимость в расчете 2-го режима работы котельной. Более подробное обоснование изложенного здесь методического подхода к учету требований аварийного резервирования приведено в [2]. Методика определения годовой выработки тепловой энергии и годового расхода топлива, изложенная в настоящих указаниях, позволяет отказаться от расчета 3-го режима. Изложение методики расчета ПТС котельной для 4-го режима, по которому выбирается вспомогательное оборудование котельной для работы в неотопительном периоде, не входит в задачу Указаний. Работа котельной в неотопительный период в Указаниях рассматривается только в объеме проверки выбранного типа паровых котлов на возможность их работы в неотопительный период со сниженными тепловыми нагрузками.

При расчете ПТС котельной в Указаниях используется уравнение теплового баланса пароводяных подогревателей (ПВП), которое для определения расхода пара на подогреватель имеет вид.

где — тепловая нагрузка ПВП, т. е. расход теплоты, передаваемой паром нагреваемой воде; - энтальпия пара перед ПВП; - энтальпия конденсата после ПВП; - КПД подогревателя, показывающий потери теплоты в окружающую среду и принимаемый, как правило, равным 0,98.

Для всех ПВП в котельной, использующих пар из паропроводов собственных нужд после редукционных установок (РУ), снижающих давление пара до 0,6 МПа, а затем до 0,12 МПа (поз. 2.5 и 3.10 на рис. 3.1), величина принимается равной энтальпии пара до этих РУ, т.к. энтальпия пара в процессе дросселирования остается неизменной. Таким образом, величина определяется по таблицам свойств воды и водяного пара при заданных параметрах пара в паропроводе низкого давления. Величина для всех ПВП, кроме подогревателей сетевой воды (ПСВ), определяется как энтальпия конденсата на линии насыщения при давлении пара в ПВП. Давление пара после первого РУ (поз. 2.5 на рис. 3.1) определяется по максимальной температуре нагреваемой воды в котельной. В рассматриваемой в Указаниях паровой котельной такой максимальной температурой является расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе (). Например, при = 150 0С необходимое давление пара, определяемое по температуре насыщения, превышающей значение на 5 — 10 0С, принято равным 0,6 МПа. Из этого паропровода пар подается также на подогреватель питательной воды перед котлом и на паровой калорифер для подогрева дутьевого воздуха.

Давление пара после второго РУ определяется по расчетному давлению в атмосферных деаэраторах, равному 0,12 МПа. Из этого паропровода пар подается на деаэраторы питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети, а также на подогреватели сырой и химочищенной воды перед деаэраторами. Величина для ПСВ определяется по температуре конденсата после охладителя (ОК) (п. 2.6 на рис. 3.1), которая зависит от температуры сетевой воды на входе в ОК. В открытых системах теплоснабжения температура сетевой воды на входе в котельную в максимально зимнем режиме () равна 70 0С. Температура подпиточной воды принимается, как правило, также равной 70 0С. Поэтому температуру конденсата после ОК в открытых системах следует принимать не менее 80 0С. В закрытых системах величина < 70 0С, однако, для упрощения расчетов и для обеспечения запаса по расходу пара на ПСВ и по производительности котельной величину рекомендуется определять при температуре 80 0С, т. е. такой же как и в открытой системе. Такое упрощение допустимо только при выборе состава основного оборудования котельной. При расчете тепловой схемы паровой котельной в закрытых системах при выбранном составе котлоагрегатов необходимо определять величину с учетом охлаждения сетевой воды в водоводяных подогревателях горячего водоснабжения у потребителей и затем по этой величине принимать температуру конденсата после ОК.

Для определения расходов и температур греющей и нагреваемой воды в водоводяных подогревателях (ВВП) используется уравнение теплового баланса ВВП:

где , — расходы греющей и нагреваемой воды; , — температуры греющей воды соответственно до и после ВВП; , — температуры нагреваемой воды соответственно до и после ВВП; , — удельные теплоемкости греющей и нагреваемой воды.

В целях упрощения расчетов тепловой схемы котельной в КП допускается не учитывать разницу между значениями и, т. е. в этом случае допускается исключить величины и из уравнения (1.2). При необходимости более точных расчетов значения и определяются в зависимости от температуры воды по [4, приложение 9].

В процессе расчета тепловой схемы котельной приходится находить параметры потоков пара и воды в деаэраторе подпиточной воды тепловой сети (ДПТС), в деаэраторе питательной воды котлов (ДПВ), в редукционно-охладительной установке (РОУ) и в расширителе непрерывной продувки котлов. Общей чертой этих видов вспомогательного оборудования является то, что они являются смесительными устройствами и параметры потоков пара и воды для них определяются путем совместного решения уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального баланса представляет собой равенство суммарных расходов входящих и выходящих потоков. Уравнение теплового баланса представляет собой равенство входящих и выходящих суммарных потоков теплоты. Уравнение теплового баланса получают из уравнения материального баланса умножением расхода для каждого потока на величину его удельной энтальпии. Например, для ДПТС (поз. 3.4 на рис. 3.1) эти уравнения будут иметь вид.

В этих уравнениях: t и С — температура и удельная теплоемкость соответствующих потоков воды; - удельная энтальпия потока пара (далее — энтальпия).

Такая система из двух уравнений позволяет найти любые два неизвестных параметра при известных остальных параметрах. Например, в выражении (1.3) любые два параметра могут быть неизвестными, а остальные 4 параметра должны быть известны. Величины С и не входят в число этих параметров, т.к. являются известными.

В Указаниях, в целях упрощения расчетов, приняты следующие допущения.

В расчетах не рассматривается установка охладителей выпара у деаэраторов питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети. При этом создается некоторый запас по суммарной номинальной производительности котлов.

При необходимости более точных расчетов тепловых схем паровых котельных при установке охладителей выпара (ОВ) деаэраторов рекомендуется учесть подогрев части химочищенной воды в таких ОВ, что позволит получить некоторую экономию топлива за счет использования теплоты выпара и уменьшение затрат на подготовку добавочной воды для котлов за счет уменьшения потерь пара с выпаром.

В ПТС на рис. 3.1 и 3.2 не предусмотрены охладители конденсата, возвращаемого от внешних потребителей пара, а температура этого конденсата принята равной 40 — 50 0С. В тех случаях, когда эта температура будет выше температуры, допустимой по технологии конденсатоочистки, может возникнуть необходимость в установке охладителей конденсата перед конденсатоочисткой, в которых конденсат охлаждается до необходимой температуры за счет нагрева сырой или химочищенной воды (ХОВ). Температура конденсата перед конденсатоочисткой устанавливается по требованиям технологии химической очистки.

Конденсат из мазутного хозяйства с температурой 80 0С направляется в деаэратор питательной воды. В тех случаях, когда потребуется очистка этого конденсата, необходимо его охладить до температуры 40 — 50 0С за счет нагрева сырой или химочищенной воды.

Расчет ПТС паровой котельной состоит из следующих этапов:

• 1) Подготовка исходных данных.
• 2) Выбор типа котлов и подготовка ПТС котельной.
• 3) Определение расчетной производительности котельной и предварительный выбор числа котлов.
• 4) Выбор состава котлов с учетом режима их работы в неотопительном периоде, а также требований аварийного резервирования.
• 5) Определение часового и годового расходов топлива в котельной.

По результатам работы, выполненной согласно п. 1.7 должна быть подготовлена пояснительная записка, в которой приводятся:

• — введение, содержащее цель работы и перечень основных исходных данных;
• — материалы работы, указанные в п. 1.7.;
• — заключение, содержащее анализ полученных результатов и области их применения;
• — список используемой литературы.

Пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии со стандартом СТП ИрГТУ «Оформление курсовых и дипломных проектов». При этом особое внимание должно быть уделено правильному оформлению графиков и формул.