Министерство образования и науки молодежной политики Забайкальского края Государственное профессиональное училище «Читинский техникум отраслевых технологий и бизнеса» (ГПОУ «ЧТОТиБ») КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине «Основное и вспомогательное оборудование источников теплоснабжения.» 13.02.02 ТЕМА: Расчет принципиальной тепловой схемы котельной. Вариант 0; тепловая схема №2. Выполнил студент: Ямполец С.Н. Группа: ТТО-19-1. 2021г. Оглавление: Введение Пояснительная записка и описание схемы Исходные данные Расчеты Расчет РНП Расчет РОУ Расчет сетевого подогревателя Расчет подогревателя ХВО Расчет деаэратора Выбор котлов Схема котельной Список литературы 3 4 5 6 6 7 8 9 10 12 13 14 2 Введение Строительство новых, реконструкция действующих котельных требует умения грамотно проектировать, выбирать основное и вспомогательное оборудование, принимать решения по его размещению, рассчитывать технико-экономические показатели. Для этих целей производится расчет тепловой схемы котельной. При расчете тепловой схемы определяются температура и давление теплоносителей в пределах установки, а также определяется суммарный расход пара и тепла на всю котельную. Тепловая схема представляет собой графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, соединенного линиями трубопроводов для воды и пара. В схеме отражается лишь главное оборудования (котлоагрегат, подогреватели, деаэратор, насосы и пр.) и трубопроводы. Однотипные агрегаты изображаются только один раз независимо от их реального количества. Так, если все котельные агрегаты однотипны, то изображают на схеме только один. Аналогично изображается только по одному деаэратору, подогревателю сетевой воды и пр. Резервное оборудование на схеме не отображается. Схема выполняется компактной, но понятной и удобной для чтения. Линии, обозначающие трубопроводы должны иметь как можно меньше пересечений и поворотов. Линии должны состоять из горизонтальных и вертикальных участков. Соблюдением масштаба для удобства можно пренебречь. Правильный расчет тепловой схемы позволяет выбрать оптимальные типы и количество котлов. 3 Пояснительная записка и описание схемы. Данная котельная (стр. 13), является закрытой системой и предназначена для отпуска пара на потребителя и подогрева сетевой воды отопления. Принимаем, что максимальная нагрузка котла (котлов) равна общему количеству пара из котельной. Котельная вырабатывает пар с давлением (Р) и температурой (t). Основное количество пара (Dтех) идет на технологических потребителей. Дополнительно идет расход пара на подогрев сетевой воды отопления и собственные нужды (деаэрация подпиточной воды (Dд), подогрев исходной воды(Dп)). Подогрев сетевой и исходной воды производится в поверхностных пароводяных подогревателях паром после РОУ (редукционно-охладительной установки). Исходная вода (Gп) подогревается в теплообменнике, проходит цикл ХВО и поступает в атмосферный деаэратор, где освобождается от свободного кислорода и подается в котел при помощи питательного насоса. Конденсат от технологических потребителей накапливается в БЗК (бак запаса конденсата) и конденсатным насосом подается в деаэратор, конденсат после подогревателей и выпар из РНП (расширителя непрерывной продувки) так же поступают в деаэратор. Вода из РНП и выпар деаэратора поступают в барбатер и сбрасываются в техническую канализацию. В закрытой системе расход пара на отопление отсутствует и в расчете учитывается расчетная нагрузка системы отопления в виде горячей сетевой воды (Qот). Температурный график тепловой сети tпод/tобр принимается 90/70 оC. 4 Исходные данные: Параметр Обозначение Величина 1 Давление свежего пара Р 1,3 МПа 2 Температура свежего пара t 192 0C 3 Расход свежего пара на технологические нужды Dтex 4 кг/с 4 Доля возвращаемого конденсата от n 40% технологических потребителей 5 Температура возвращаемого конденсата tок 70 0С 6 Расход тепла на отопление Qот 16,5 МВт 7 Доля потерь пара и воды в тепловой схеме aут 3% котельной 8 Доля непрерывной продувки паровых котлов апр 1,5 % 9 Давление в деаэраторе Рд 0,118Мпа 10 Температура исходной воды tи 50С 11 Температура исходной подогретой воды tип 250С 12 Температура прямой сетевой воды tпр 900C 13 Температура обратной сетевой воды tобр 700С 5 Расчеты: 1. Найдем массовый расход конденсата. Он равен 40% от расхода пара на технологических потребителей. Следовательно: Gок=Dтех*40/100=1,6 кг/с. 2. Расход тепла на технологических потребителей равен: Qтех=Dтех*(i – iок*n/100) Где: i – энтальпия свежего пара;= 2788 кДж/кг iок – энтальпия обратного конденсата;= 293 кДж/кг n/100 – процент обратного конденсата от пара на технологические нужды. Отсюда: Qтех=4*(2788-293*40/100)=10683.2 кВт (кДж/с) 3. Суммарный расход тепла без учета собственных нужд равен: Q=Qтех+Qот=10683.2 +16500=27183,2 кВт (кДж/с). 4. Предварительный расход пара найдем по формуле: D=Q/(i – iпв) Где i - энтальпия свежего пара;= 2788 кДж/кг [2] iпв- энтальпия питательной воды, равная энтальпии кипящей воды при давлении в деаэраторе;=437кДж/кг Значит: D=27183,2/(2788-437)=11,56 кг/с. 5. Расход питательной воды на котлы с учетом непрерывной продувки и потерь воды и пара в схеме находим по формуле: Gк=D*(1+апр/100+аут/100)=11,56*(1+1,5/100+3/100)=12,08 кг/с. 6. Формула расхода свежего пара на РОУ: D1=D-Dтех-Dут Где Dут – потери пара и воды в схеме= D*3/100=11,56*3/100=0,35 кг/с Следовательно: D1=11,56-4-0,35=7,21 кг/с. 7. Расчет расширителя непрерывной продувки (РНП): Сепараторы и расширители непрерывной и периодической продувки предназначены для разделения на пар и воду пароводяной смеси, образующейся из продувочной воды паровых котлов при снижении её давления до давления в сепараторе (расширителе), с последующим использованием 6 тепла воды и пара. По условиям задачи потерями тепла в РНП можно пренебречь. Количество продувочной воды находим по формуле: Gпр=D*апр/100=11,56*1,5/100=0,17 кг/с Уравнение материального баланса: Gпр=Dвт+Gпр1 Где Dвт – расход вторичного пара из расширителя Gпр1 – расход продувочной воды Уравнение теплового баланса: Gпр*iпр=Dвт*iвт+Gпр1*iпр1 Где iпр – энтальпия воды при давлении в барабане котла;=815 кДж/кг iвт – энтальпия вторичного пара при давлении в деаэраторе;=2682 кДж/кг iпр1 – энтальпия продувочной воды, равная энтальпии кипящей воды при давлении в деаэраторе;=437 кДж/кг [4] Решаем систему двух уравнений методом замещения. Находим: Dвт=Gпр*(iпр-iпр1)/(iвт-iпр1)=0,17*(815-437)/(2682-437)=0,03 кг/с Отсюда находим расход продувочной воды: Gпр1=Gпр-Dвт=0,17-0,03=0,14 кг/с. 8. Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ): 7 Редукционно-охладительные установки (РОУ) предназначены для подготовки пара для технологических процессов параметры которого отличаются от параметров пара источника. Редуцированный пар имеет давление и температуру ниже исходного. Уравнение материального баланса: D1+Gов=Dр Где Gов – расход охлаждающей воды Dр – расход редуцированного пара Уравнение теплового баланса: D1*i1+Gов*iов=Dр*iр Где i1 – энтальпия свежего пара, поступающего на РОУ;=2788 кДж/кг [2] iов – энтальпия охлаждающей воды, равная энтальпии питательной воды;=437 кДж/кг [4] iр – энтальпия редуцированного пара при давлении в деаэраторе;=2682 кДж/кг [7] Решая систему уравнений, находим: Gов=D1*(i1-iр)/(iр-iов)=7,21*(2788-2682)/(2682-437)=0,34 кг/с Отсюда: Dр=7,21+0,34=7,55 кг/с 9. Расчет сетевого подогревателя: Подогреватели сетевой воды предназначены для подогрева сетевой воды ГВС и отопления паром после РОУ либо из отборов турбины. В заданной схеме используется поверхностный пароводяной подогреватель не смешивающего типа. Уравнение теплового баланса имеет вид: Qот=Gсв*(iпр-iобр)=Dот*(iот-iотк) Из этой формулы мы можем найти расход сетевой воды - Gсв, что не обязательно, т.к. у нас задан расход тепла на подогрев - Qот. Находим расход пара на подогрев: Dот=Qот/(iот-iотк) Где iот – энтальпия пара после РОУ при давлении в деаэраторе;=2682 кДж/кг [7] 8 iотк – энтальпия конденсата при давлении в деаэраторе=437 кДж/кг [8] Решаем уравнение: Dот=16500/(2682-437)=7,35 кг/с 10. Обычно в котельных расход пара на деаэрацию и подогрев воды на ХВО в общем составляет 3-11%. Примем 5% ввиду того, что по исходным данным, расчитываемые котлы малой мощности. Соответственно и расход на собственные нужды будет небольшим. Следовательно: Dд+Dп=D*5/100=11,56*5/100=0.58 кг/с Здесь Dд – расход пара на деаэрацию Dп – расход пара на подогрев воды ХВО 11. Расход подпиточной воды ХВО находим по формуле: Gхво=Dтех-Gок+Gпр1+Dут=4-1,6+0,14+0,35=2,89 кг/с 12. Расчет подогревателя ХВО: Для более эффективной химической подготовки подпиточной воды исходную воду нужно подогревать до заданной температуры. Для этого перед комплексом ХВО устанавливают подогреватели. Уравнение теплового баланса: Gхво*(iнагр-iисх)=Dп*(iп-iк) Где iнагр – энтальпия воды при температуре 25 0С;=104,8 кДж/кг iисх – энтальпия исходной воды при температуре 5 0С;=21,1 кДж/кг iп – энтальпия редуцированного пара;=2682 кДж/кг [7] iк – энтальпия конденсата при давлении в деаэраторе;=437 кДж/кг [8] Из уравнения находим расход пара на подогрев воды ХВО: Dп=Gхво*(iнагр-iисх)/(iп-iк)=2,89*(104,8-21,1)/(2682-437)=0,1 кг/с. 13. Расчет конденсатного бака (БЗК): В заданной схеме в БЗК поступает только конденсат, возвращаемый от технологических потребителей. Следовательно, в деаэратор поступает: Gок=1,6 кг/с. 9 14. Объем питательной воды, поступающей на котлы из деаэратора равен подпитке котлов с учетом потерь и воды уходящей на РОУ. Значит: Gпв=Gк+Gов=12,08+0,34=12,42 кг/с. 15. Расчет деаэратора. Деаэратор – это устройство для удаления из воды газовых примесей (в основном свободного кислорода) для уменьшения эффекта коррозии. Деаэрация воды в паровой котельной необходима для защиты всей парогенераторной системы и трубопроводов. Уравнение материального баланса: Gпв+Dвып=Dд+Gхво+Dп+Dот+Dвт+Gок Где Dвып – количество выпара из деаэратора. Решение системы двух уравнений слишком громоздкое. Поэтому примем 10 количество выпара из расчета: 1 - 2 кг пара на 1 тонну деаэрируемой воды (суммарный расход поступающих в деаэратор потоков воды и конденсата), согласно РТМ 108.030.21-78 "Расчет и проектирование термических деаэрационных установок" [https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294844/4294844615.htm] Dвып=(Gхво+Dп+Dот+Gок)*0,001=0,012 кг/с Уравнение теплового баланса: Gпв*iпв+Dвып*iвып=Dд*iд+Gхво*iхво+Dп*iп+Dот*iот+Dвт*iвт+Gок*iок Где iпв – энтальпия воды поступающей в котлы равная энтальпии кипящей воды при давлении в деаэраторе;=437 кДж/кг [4] Iвып – энтальпия выпара из деаэратора;=2682 кДж/кг iд – энтальпия редуцированного пара при давлении в деаэраторе;=2682 кДж/кг [8] iхво – энтальпия нагретой воды после подогревателя ХВО;=104,8 кДж/кг [12] iп=iк – энтальпия конденсата после теплообменника ХВО при давлении в деаэраторе;=437 кДж/кг [8] iот=iотк – энтальпия конденсата после сетевого подогревателя при давлении в деаэраторе;=437 кДж/кг [8] iвт - энтальпия вторичного пара при давлении в деаэраторе;=2682 кДж/кг [7] iок – энтальпия конденсата из БЗК при температуре 70 0С;=293 кДж/кг. [2] Из уравнения находим расход пара на деаэрацию: Dд=(Gпв*iпв+Dвып*iвып-Gхво*iхво-Dп*iп-Dот*iот-Dвт*iвт-Gок*iок)/iд=(12,42*437+0,012*26822,89*104,8-0,1*437-7,35*437-0,03*2682-1,6*293)/2682=0,5 кг/с Согласно расчетам общий расход пара на деаэрацию и подогрев воды на ХВО равен Dд+Dп=0,5+0,1=0,6 кг/с Расхождение с, принятой ранее величиной (0,58 кг/с)= 2%. Это укладывается в допустимые 2 - 3%, поэтому дальнейшего уточнения расчёта тепловой схемы не требуется. В противном случае по формуле [10] следует уточнить величину параметра (Dд+Dп) и повторить расчет. Полная нагрузка котельной составит: Dобщ=Dтех+D1+Dут=4+7,21+0,35=11,56 кг/с 11 16. Выбор котлов. Согласно условиям задания – котлов должно быть от 2-х до 5-ти, одинаковой производительности. При этом резервного котла нет, его функции выполняет котел, недогруженный по паровой нагрузке. Общая нагрузка котельной составляет 11,56 кг/с – это равняется 41,6 т/ч. Значит, максимальная нагрузка всех котлов с учетом запаса в 5% составит 43,7 т/ч. Как вариант подходит установка 5-ти ДЕ-10- 14 Барнаульского Котельного завода «ПРОМКОТЛОСНАБ» с характеристиками: Вид топлива Бурый уголь, каменный уголь Паропроизводительность, т/ч 10,0 Рабочее (избыточное) давление 1,3 (13,0) 2 теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см ) Температура пара на выходе, °С насыщ. 194 Температура питательной воды, °С 100 Расчетный КПД, % 85/85 Расход расчетного топлива, кг/ч 2270/1345 Но, для уменьшения количества, обслуживаемого оборудования, а так же оптимального соотношения экономических затрат и безопасной эксплуатации можно рассмотреть вариант установки 2-х котлов КЕ-25-14С (функцию резервного выполняет недогруженный котел) производства ООО«САЭМ» г. Барнаул с характеристиками: Вид расчетного топлива Паропроизводительность, т/ч Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см2) 1 - Каменный уголь; 2 - Бурый уголь 25 1,3(13,0) Температура пара на выходе, °С насыщ. 194 Расчетный КПД (топливо №1), % 86 Расчетный КПД (топливо №2), % 86 Расход расчетного топлива (топливо №1) , кг/ч 3116 Расход расчетного топлива (топливо №2) , кг/ч 5492 12 Сетевая вода D тех Dп Gп Dд D D ут ХВО Gк G пр П G пв Условные обозначения БАРБАТЕР Пар Дренаж Питательная вода Тех. канализация Конденсат ХВО БЗК Выпар Конденсатоотводчик Насос Подогреватель Основное и вспомогательное оборудование источников теплоснабжения Лит. Изм Лист N докум . Подпись Дата Разраб. Ямполец С.Н . Пров. Руденко С .С . Т.контр . Н.контр. Утв. Принципиальная тепловая схема паровой котельной Схема №2 Лист Масса Масштаб Листов ЧТОТиБ.ТТО-19-1(0) 13 Список литературы: 1. Лебедев В.М., Приходько С.В. «Тепловой расчет котельных агрегатов средней паропроизводительности. Учебное пособие». Издательство «Лань» 2017г. 2. Липов Ю.М.,Самойлов Ю.Ф.,Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. 1973г. 3. Е.Ф. Бузников, А.А. Верес, В.Б. Грибов; Под общ. ред. Е.Ф. Бузникова. «Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных». М.: Энергоатомиздат, 1989 г. 4. Расчет тепловой схемы и отдельных элементов производственной котельной: учебное пособие / АС. Ненишев, ВВ. Максимов. — Омск: СибАДИ, 2018 г. 5. Методические указания к выполнению курсовой работы «Расчёт принципиальной тепловой схемы котельной» для студентов заочной формы обучения. С.С. Руденко. – Издательство ГПОУ ЧТОТиБ 2020 г. 6. Соловьв Ю.П. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1978 г. 7. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник /Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1991 г. 8. Интернет ресурс: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294844/4294844615.htm. 14
