Расчет отопительно-производственной котельной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТЭС

Расчетно-графическая работа

Расчет отопительно-производственной котельной

Студент: Шаюк С.М.

Преподаватель: Шаров Ю.И.

Новосибирск

• Задание
• 1. Построение температурного графика
• 2. Расчет принципиальной тепловой схемы котельной
• 2.1 Исходные данные
• 2.2 Выбор основного оборудования (котла)
• 2.3 Сетевая установка (пароводяной подогреватель)
• 2.4 Собственные нужды котельной
• 2.5 Расширитель непрерывной продувки котлов
• 2.6 Деаэратор питательной воды
• 2.7 Относительная погрешность расчета
• 2.8 Выбор котельных агрегатов
• 2.9 Оценка экономичности котельной
• 3. Оценка экологических проблем
• 3.1 Расчет вредных выбросов котельной
• 4. Расчет высоты дымовой трубы

Задание

— Рассчитать принципиальную тепловую схему отопительно-производственной котельной с закрытой (без водоразбора) системой горячего водоснабжения для г. Семипалатинск Рисунок 1.1.

— Выбрать основное оборудование и оценить экономичность котельной.

— Определить вредные выбросы котельной в окружающую среду и высоту дымовой трубы.

— Исходные данные выбрать из табл.3.1.

1. Построение температурного графика

Температурный график — это зависимость температур прямой сетевой воды t_пс (отпускаемой котельной потребителю) и обратной t_{ос (}возвращаемой от потребителя) от температуры наружного воздуха t_вз.

Начало графика — точка С соответствует условию t_пс = t_ос=t_вз =18°С. При графике теплоснабжения t_пс/t_ос=150/70°С максимальная температура прямой сетевой воды 150 °C соответствует расчетной температуре наружного воздуха (средней температуре наиболее холодной пятидневки года) — точка D на температурном графике. Из табл. П. 4 для Семипалатинска расчетная температура наружного воздуха равна — 38 °C. При этой же температуре наносится на график максимальная температура обратной сетевой воды t_ос = 70 °C (точка Е).

После соединения прямыми линиями точки С с точками D и Е получаются зависимости прямой и обратной сетевой воды от температуры наружного воздуха (температурный график). Считается экономически нецелесообразным отпускать потребителю горячую воду с температурой не ниже 70 °C, поэтому из рис. 1 при температурах наружного воздуха t_вз > - 3,7°С (для Семипалатинска) температура отпускаемой потребителю горячей воды остается постоянной (см. точку, А на температурном графике) t_пс = 70 °C, а регулирование тепловой нагрузки системы теплоснабжения осуществляется расходом горячей воды (количественное регулирование). Аналогично остается постоянной и температура обратной сетевой воды t_oc =38°С (см. точку В на температурном графике). При температурах же t_вз < - 3,7°С — регулирование качественное, т. е. изменением температуры отпускаемой потребителю горячей воды (при ее постоянном расходе).

Необходимая поверхность нагрева отопительных приборов, обеспечивающая компенсацию потерь теплоты через ограждения здания в окружающую среду, определяется обычно при средней температуре наиболее холодного месяца (января). Из табл. П. 4 таковая для Семипалатинска равна t_вз = - 16,2°С, при ней и находятся из температурного графика (рис.1) расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды t_пс =99°С и t_oc = 50°С.

котельная тепловая схема водоснабжение

2. Расчет принципиальной тепловой схемы котельной

2.1 Исходные данные

Тепловая нагрузка сетевой установки: Q_Т = 85 МВт.

Расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды при расчетной средней температуре наиболее холодного месяца для С t_вз = - 16,2°С из температурного графика (рис.1): t_nc/t_oc = 99/50°С.

Расход производственного пара на технологические нужды: D_n = 10 т/ч (2,778 кг/с) при давлении р_п = 10 бар.

Коэффициент возврата конденсата от производственного потребителя: = 0,62.

Относительная величина непрерывной продувки котла: б_пр=0,06.

Расчетное топливо: Оренбургский газ.

2.2 Выбор основного оборудования (котла)

Для заданного давления производственного пара р_п = 26 бар при заданном топливе (бухарский газ) выбирается из табл. П. 1 котел Е-25-14-ГМ на ближайшее давление р₀= 14 бар с паропроизводительностью D₀ =25 т/ч (6,944 кг / с), КПД брутто котлоагрегата = 89 %, температурой свежего пара t₀ = 225°С и его энтальпией h₀ = 2867кДж/кг.

2.3 Сетевая установка (пароводяной подогреватель)

Расчетная схема подогревателя представлена на рис. 1.2.

Температура конденсата греющего пара (температура насыщения):

, (1)

где t_пс = 99 °C — температура прямой сетевой воды (отпускаемой потребителю) была определена по температурному графику (рис.1) при расчетной температуре (средней температуре наиболее холодного месяца) для Семипалатинска t*_вз = - 16,2°С (см. табл. П.4); = 7.10°С — недогрев сетевой воды до температуры конденсации греющего пара;

Расход греющего пара на сетевую установку находится из ее уравнения теплового баланса по пару, кг/с:

(2)

Здесь =85 МВт — тепловая нагрузка сетевой установки (задана); = 0,98 — КПД подогревателя; = 2867 кДж/кг — энтальпия греющего пара; = 448,5 кДж/кг — энтальпия конденсата греющего пара, взятая из табл. П. 2 при температуре насыщения.

Расход сетевой воды находится из уравнения теплового баланса пароводяного подогревателя по воде, кг/с:

(3)

где =4,19 кДж/ (кгК) — теплоемкость воды; tпс; tос — температуры прямой и обратной сетевой воды, найденные по температурному графику (рис.1) на расчетном режиме (см. исходные данные),°С.

2.4 Собственные нужды котельной

По известным расходам производственного пара (задан) и теплофикационного [определен по формуле (2)], находится отпуск пара внешним потребителям, кг/с:

(4)

Оценивается расход пара на деаэратор (собственные нужды котельной) в размере 10% от внешнего потребления, кг/с:

(5)

Паропроизводительность котельной с учетом потерь (коэффициент запаса 1,03), кг/с:

(6)

2.5 Расширитель непрерывной продувки котлов

Расчетная схема расширителя продувки дана на рис. 1.3 Количество отсепарированного вторичного пара (сухого, насыщенного) находится из уравнения теплового баланса расширителя продувки кг/с:

(7)

где расход продувочной воды кг/с; =h'=790 кДж/кг — энтальпия продувочной воды по табл. П. 2 при давлении насыщения в барабане котла рб =1,15р0 = 1,15*10 = 11,5 бар; = h' = 504 кДж /кг — энтальпия отсепарированной воды по табл. П. 2 при давлении насыщения в расширителе продувки Pрп = 2 бара; = h" = 2707 кДж/кг — энтальпия отсепарированного пара по табл. П. 2 при давлении насыщения 2 бара.

Тогда расход отсепарированной воды, кг/с:

(8)

Потери воды, конденсата и пара, кг/с:

продувочной отсепарированной воды, которая имеет повышенное солесодержание и непригодна для дальнейшего использования, поэтому после охлаждения в водо-водяном подогревателе подпиточной сырой воды она выбрасывается П1 = = 2,286;

конденсата у производственных потребителей

кг/с

воды в тепловой сети

где коэффициент утечки для закрытых (без водоразбора) тепловых сетей =0,015.0,02;

пара в котельной порядка 3% П4 = 0,03Dк = 0,03*43.78 = 1,3134.

Тогда расход химически очищенной подпиточной воды, кг/с:

(9)

2.6 Деаэратор питательной воды

Суммарный материальный поток на входе в деаэратор (кроме греющего пара), кг/с:

(10)

где кг/с — возврат конденсата от производственных потребителей; кг/с — возврат конденсата греющего пара от сетевой установки.

Суммарный тепловой поток на входе в деаэратор (кроме греющего пара), кВт:

(11)

где взятые по табл. П. 2 при соответствующих температурах: = h' = 105 кДж/кг — энтальпия химически очищенной подпиточной воды, подогретой предварительно в водо-водяном подогревателе отсепарированной продувочной водой до температуры txo =25°С; =h''= 293 кДж/кг — энтальпия конденсата, возвращаемого от производственных потребителей с температурой = 70 °C; = h'=335 кДж/кг — энтальпия конденсата греющего пара, возвращаемого из пароводяного подогревателя с температурой = 80 °C; =h" = 2707 кДж/кг — энтальпия отсепарированного вторичного пара при температуре = 120 °C, соответствующей давлению насыщения 2 бара в сепараторе непрерывной продувки котла.

С учетом (10) и (11) расход греющего пара на деаэратор из его уравнения теплового баланса, кг/с:

(12)

Здесь = 2867 кДж/кг — энтальпия перегретого пара на входе в деаэратор по табл. П. 1 для выбранного котла; = h' = 448,5 кДж/кг — энтальпия питательной воды на выходе из деаэратора по табл. П. 2 при температуре tпв=107°С, соответствующей давлению насыщения в деаэраторе 1,3 бар.

2.7 Относительная погрешность расчета

Уточненная паропроизводительность котельной с учетом потерь на уровне 3%, кг / с:

(13)

где = 38,641 кг/с — расход пара внешними потребителями по формуле (4).

Относительное расхождение между уточненной паропроизводительностью котельной (13) и принятой предварительно [см. формулу (6)], %:

(14)

Относительное расхождение по абсолютной величине не превышает 3%, поэтому расчет производительности котельной считается законченным.

2.8 Выбор котельных агрегатов

Количество котлов (парогенераторов) выбранного выше типа Е-25−14-ГМ:

(15)

гдепаропроизводительность котельной (13), кг/с;

= 6,944 кг/с (25 т/ч) — единичная производительность котла.

Кроме того, необходимо установить в котельной еще один резервный котел, который будет включаться в работу при аварии или плановом ремонте действующего.

Принимаем число котлов равным 8.

2.9 Оценка экономичности котельной

Расход натурального топлива (бухарский газ) парогенераторами котельной, кг /с:

(16)

Здесь = 2867 кДж /кг — энтальпия перегретого пара на входе в деаэратор по табл. П. 1 для выбранного котла;

=h'=448,5кДж / кг — энтальпия питательной воды на выходе из деаэратора по табл. П. 2 при температуре tпв =107°С, соответствующей давлению насыщения в деаэраторе 1,3 бара;

Gпp =2,6268 кг / с — расход продувочной воды [см. пояснения к формуле (7)];

=790 кДж/кг — энтальпия продувочной воды (см. там же);

=38 МДж /кг — теплота сгорания оренбургского газа по табл.П. З;

= 0,89 — КПД брутто котлоагрегата по табл. П. 1 для выбранного котла Е-25−14-ГМ, работающего на газе.

Расход условного топлива, кг/с:

(17)

где -29,3 МДж /кг — теплота сгорания условного топлива, не существующего в природе, понятие которого введено для возможности сравнения экономических показателей энергетических предприятий, использующих различные виды топлив.

Отпуск тепловой энергии котельной с производственным паром, МВт:

(18)

где =2,788 кг / с (10 т/ч) — заданный расход производственного пара;

= = 2867 кДж/кг — энтальпия производственного пара, равная энтальпии свежего пара из-за его условно изоэнтальпийного дросселирования в редукционном устройстве;

= 0,62 — заданный коэффициент возврата производственного конденсата;

= 293 кДж/кг — энтальпия конденсата, возвращаемого технологическим потребителем с температурой t* = 70 °C [ (см. пояснения к формуле (11)].

Отпуск тепловой энергии внешним потребителям (производственным и теплофикационным), МВт:

(19)

где = 85 МВт — заданная тепловая нагрузка сетевой установки.

Удельный расход условного топлива

Показателями экономичности котельной являются удельный расход условного топлива на единицу отпущенной теплоты и КПД нетто котельной.

Удельный расход условного топлива:

кг/Мдж (20)

или кг/Гкал.

Здесь 4187 МДж/Гкал — переводной коэффициент.

КПД нетто котельной (с учетом ее собственных нужд), %:

(21)

3. Оценка экологических проблем

3.1 Расчет вредных выбросов котельной

Выбросы окислов азота, г/с:

(3.1)

где в соответствии с пояснениями к формуле: = 0,85 — поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива; = 3,5D0/70 = 3.5*25/70 = 1,25 — коэффициент выхода окислов азота на 1 т топлива для котлов с производительностью D0< 70 т/ч; =38 МДж/кг — низшая рабочая теплота сгорания бухарского газа.

Объем дымовых газов, выбрасываемых котельной в окружающую среду по, ():

(3.2)

Здесь: 1,05 — коэффициент запаса по производительности; =11,25; =10,05 (см. П3); =1,4; =105.

4. Расчет высоты дымовой трубы

По выбросам окислов азота

(4.1)

Высота дымовой трубы, м

(4.2)

где в соответствии с пояснениями к формулам: А = 200 — для Казахстана (Семипалатинск): коэффициент, зависящий от места расположения котельной; F = 1 — для окислов серы и азота; m = 0,9; n = 1 — коэффициенты при скорости выхода газов из устья трубы w = 25 м/с; Z = 1 — число стволов дымовой трубы для котельных с паровыми котлами; °С — разность между температурой уходящих газов и средней температурой наиболее холодного месяца года (tвз = - 16,2°С — из табл. П. 4 для Семипалатинска); = 105 °C — температура уходящих газов для газа; , — фоновые концентрации окислов серы и азота в приземном слое, мг/м, которые принимаются при строительстве котельной в городе или вблизи от других энергетических предприятий на уровне 30% от соответствующей ПДК (Сф = 0,3 ПДК).

Принимается ближайшее более высокое стандартное значение Н = 30 м.

Диаметр устья ствола трубы при скорости уходящих газов w = 25 м/с:

м. (4.3)

Принимается ближайший типовой размер d0 =1,8 м.

Оценивается расстояние от дымовой трубы, на котором наблюдается максимальная концентрация вредностей у поверхности земли в метрах:

м. (4.4)