Проект рабочей котельной

Содержание

 

            Введение

 

Строительство новых промышленных  объектов  сопряжено  с  большими  трудностями,   если   вообще строительство возможно. Но в любое время, при любой экономической  ситуации существует  целый  ряд  отраслей   промышленности,   без   развития   которых невозможно  нормальное функционирование   народного  хозяйства,  невозможно обеспечение необходимых санитарно-гигиенических условий населения.  К  таким отраслям и относится энергетика,  которая  обеспечивает  комфортные  условия жизнедеятельности населения, как в быту, так и на производстве.

Последние   исследования показали экономическую    целесообразность сохранения  значительной  доли участия  мелких  производственно-отопительных котельных установок в покрытии общего потребления тепловой энергии.

Наряду  с  крупными   производственными,   производственно-отопительными котельными мощностью в  сотни тонн пара в час или сотни  МВт  тепловой нагрузки установлены большое количество котельных  с агрегатами до 1 МВт  и работающих почти на всех видах топлива.

В данном дипломном проекте  разрабатывается проект производственно-отопительной котельной  в п.Инзер, РБ, которая использует  в качестве топлива природный газ газопровода «Уренгой – Помары – Ужгород».

Котельная установка предназначена для отопительно-производственных целей.

Водоснабжение котельной  осуществляется из центрального водопровода.

Забор воздуха на горение  осуществляется с улицы и непосредственно с котельного помещения.

Система теплоснабжения, для нужд отопления и вентиляции, закрытая. Регулирование качественное с температурой 90 – 70 ^оС. Подпитка котлов производится химически очищенной водой с температурой 60 ^оС.

1 Исходные данные

 

1.1 Тепловые нагрузки по пару:

Пар на технологические  нужды 

Р = 0,6 МПа;

t = 140 °С;

D = 1,6 т/ч.

Возврат конденсата технологическими потребителями 

b = 30%;

t_К = 90°С.

 

1.2 Тепловые нагрузки с водой:

на отопление Q_О = 0,25 МВт;

на вентиляцию Q_В = 0,21 МВт;

на горячее водоснабжение Q_ГВ = 0,18 МВт;

на технологические  нужды потребителей 0,3 МВт

t_гор = 90°С.

1.3 Температурный график 90 – 70 °С.

1.4 Тип системы горячего водоснабжения – циркуляционный.

1.5 Тип устанавливаемых котлов  Е – 1,0 – 0,9 ГН.

Вид топлива – газ природный  газопровода «Уренгой – Помары - Ужгород».

1.6 Специальная часть задания: расчет и подбор теплообменного оборудования для приготовления горячей воды.

 

2 Расчетная часть проекта

2.1 Составление принципиальной тепловой  схемы котельной и расчет ее  для трех характерных режимов

 

Насыщенный пар из котлов с рабочим  давлением Р = 0,6 МПа поступает в общую паровую магистраль котельной, из которой часть пара отбирается на оборудование установленное в котельной, а именно на: подогреватель сетевой воды; подогреватель горячей воды. Другая часть пара направляется на производственные нужды предприятия.

Конденсат от производственного потребителя  самотёком  возвращается, в размере 30% при температуре 90 ^оС,  в конденсатосборник и далее конденсатным насосом направляется в бак подпиточной воды.

Подогрев сетевой воды, также  как и подогрев горячей воды, производится паром в пароводяном водоподогревателе. Горячая вода для отопления,вентиляции и технологического водоснабжения по общей магистрали поступает на распределительную гребенку и там зазбивается на отдельные трубопроводы.

Периодическая продувка из котлов в  размере 3 % направляется в барботер.

Вода с температурой около 60 ^оС питательным насосом нагнетается в экономайзер и далее поступает в котел.

Подпиточная вода для  системы теплоснабжения и технологического водоснабжения забирается подпиточным насосом из бака подпиточной воды.

Основной целью расчёта  тепловой схемы являются:

• определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расхода пара на собственные нужды,
• определение всех тепловых и массовых потоков необходимых для выбора оборудования,
• определение исходных данных для дальнейших технико-экономических расчётов (годовых выработок тепла, топлива и т.д.).

Расчёт тепловой схемы  позволяет определить суммарную паропроизводительность котельной установки при нескольких режимах её работы. Расчёт производится для 3-х характерных режимов:

• максимально-зимнего,
• наиболее холодного месяца,
• летнего

1. Расход пара на  производство, т/ч: т/ч

2. Коэффициент снижения  расхода теплоты на отопление  и вентиляцию для режима наиболее холодного месяца:

3. Расход воды на  подогреватель сетевой воды т/ч*10³:

                                                                            [9] стр. 152 (1)

Q_о.в. – расход теплоты на отопление и вентиляцию =  0,21 + 0,25МВт = 0,396 Гкал/ч;

t₁ – расчётная температура воды в подающей линии тепловой сети,  ^оС;

t₂ – расчётная температура воды в обратной линии тепловой сети,  ^оС;

С_в – теплоёмкость воды, Ккал/т·^оС.

4. Температура воды в подающей  линии тепловой сети, для режима  наиболее холодного месяца, ^оС:

                                                                 [9] стр. 153 (2)

5. Температура воды  в обратной линии тепловой  сети, для режима наиболее холодного месяца, ^оС:

                                                                [9] стр. 152 (3)

6. Расход пара на  подогреватель сетевой воды, т/ч:

                                                                  [9] стр. 153 (4)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

 – энтальпия конденсата с  пролётным паром, Гкал/т;

η – КПД подогревателя сетевой  воды.

7. Расход подпиточной воды на восполнение утечек в системе теплоснабжения, т/ч: 

                                                                      [9] стр. 153 (5)

К_ут – потери воды в закрытой системе теплоснабжения, %.

8. Возврат конденсата от технологического  потребителя, т/ч:

                                                                          [9] стр. 154 (6)

β – возврат конденсата производственным потребителем, %.

9. Расход сырой воды на бак  подпиточной воды, т/ч:

                                              ,                  [9] стр. 154 (7)

где G_гв. – расход воды на горячее водоснабжение, т/ч для неотопительного периода, применяется коэффициент b = 0,8.

 см. формулу 1.1-9.

10. Средняя температура  воды в баке подпиточной воды, ^оС:

                                                                [9] стр. 154 (8)

Зимнее время

Летнее время

t_к – температура конденсата от производственного потребителя, ^оС;

t_cв.– температура сырой водопроводной воды, ^оС;

11. Расход пара на  подогреватель горячей воды, т/ч:

                                                                  [9] стр. 155 (9)

Зимнее время

Летнее время

t₃ – температура горячей воды, ^оС

η – КПД подогревателя  ГВС.

12. Расход пара внешними  потребителями, т/ч:

                                                         [9] стр. 155 (10)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

Летнее время

13. Расход пара на  собственные нужды котельной,  т/ч:

                                                              [9] стр. 155 (11)

Зимнее время

Наиболее холодного  месяца

Летнее время

К_с.н. – расход пара на собственные нужды котельной, %.

14. Суммарная паропроизводительность  котельной, т/ч,:

                                                                           [9] стр. 156 (12)

Зимнее время

Наиболее холодного  месяца

Летнее время

15. Потери пара у  потребителя, т/ч:

                                                                  [9] стр. 157 (13)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

Летнее время

К_пот. – потери пара в котельной и у потребителя, %.

16. Расход воды на периодическую  продувку, т/ч:

                                                            [9] стр. 157 (14)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

Летнее время

ρ_пр. – продувка периодическая, %.

17. Расход сырой воды на ХВО, т/ч:

                                                                        [9] стр. 158 (15)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

Летнее время

К_хво – коэффициент расхода сырой воды на собственные нужды ХВО.

18. Расход сырой воды, т/ч:

                                                                 [9] стр. 158 (16)

Зимнее время

Наиболее холодного месяца

Летнее время

19. Действительная паропроизводительность котельной, т/ч:

                                           [9] стр. 159 (17)

Зимнее время

Наиболее холодного  месяца

Летнее время

20. Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной, %:

                                                                 [9] стр. 159 (18)

Зимнее время

Наиболее холодного  месяца

Летнее время

Невязка получилась меньше 3 %, то есть расчёт тепловой схемы считается законченным. Все полученные значения сведем в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Расчёт тепловой схемы

Физическая величина	Обозна-чение	Значение величины при характерных  режимах работы котельной.
		Максимально – зимнего	Наиболее холодного месяца	летнего
1. Расход пара на производство, т/ч:	Dт	1,6	1,6	1,6
2. Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию для режима наиболее холодного месяца:	Ко.в.	1	0,8	-
3. Расход воды на подогреватель сетевой воды, в том числе на отопление, вентиляцию, технологическое водоснабжение т/ч:	G	19,8	19,8	-
4. Температура воды в подающей линии тепловой сети, оС:	t1	90	75,6	-
5. Температура воды в обратной линии тепловой сети,  оС:	t2	70	59,6	-
6. Расход пара на подогреватель сетевой воды, т/ч:	Dп.с.в.	0,922	0,737	-
7. Расход подпиточной воды на восполнение утечек в системе теплоснабжения, т/ч:	Gут.	0,0004	0,0004	-
8. Возврат конденсата от технологического потребителя, т/ч:		0,48	0,48	0,48
9. Расход сырой воды на бак подпиточной воды, т/ч:		2,96	2,96	2,368
10. Средняя температура воды в баке подпиточной воды, оС:	t4	16,86	16,86	27,64
11. Расход пара на подогреватель горячей воды, т/ч:	Dп.г.в.	0,083	0,083	0,048
12. Расход пара внешними потребителями, т/ч:	Dвн	2,605	2,42	1,648
13. Расход пара на собственные нужды котельной, т/ч:	Dс.н.	0,13	0,121	0,082
14. Суммарная паропроизводительность котельной, т/ч,:		2,735	2,542	1,73
15. Потери пара у потребителя, т/ч:	Dпот.	0,054	0,05	0,034
Продолжение таблицы 1 – Расчёт тепловой схемы
16. Расход воды на периодическую продувку, т/ч:	Gпер.пр.	0,082	0,076	0,052
17. Расход сырой воды на ХВО, т/ч:		2,17	2,15	2,11
18. Расход сырой воды, т/ч:	Gс.в.	5,13	5,11	4,48
19. Действительная паропроизводительность котельной, т/ч:	Dк	2,657	2,468	1,68
20. Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной, %:	ΔD	2,93	2,98	2,97
21. Уточнённая паропроизводительность котельной, т/ч		2,657	2,468	1,68

 

2.2 Выбор единичной  мощности и числа устанавливаемых  котлов

 

В соответствии со СНиП “Котельные установки” расчётная мощность котельной  определяется суммой мощностей требующихся  потребителям на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячие водоснабжение при максимально-зимнем режиме.

При определении мощности котельной  должны также учитываться мощности, расходуемые на собственные нужды  котельной и покрытия потерь в  котельной и тепловых сетях.

Количество и единичную производительность котлоагрегата устанавливаемого в котельной следует выбирать по расчётной производительности котельной, проверяя режим работы котлоагрегатов для тёплого периода года.

1. На технологическое теплоснабжение и системы вентиляции в количестве, определяемом минимальной допустимой нагрузкой.

2. На отопление и ГВС в количестве, определяемом режимом наиболее холодном месяце.

                            ,                  [9] стр. 161 (19)

округляем количество котлов до 3.

В производственно-отопительной котельной в п. Инзер должно быть установлено 3 котла типа Е – 1 – 0,9 ГМ (один – резервный).

Техническая характеристика котла Е – 1,0 – 0,9 ГН:

1. Номинальная производительность: 1 т/ч.
2. Расчетная температура насыщенного пара: 140^оС.
3. Температура питательной воды: 60^оС.
4. Теплопроизводительность: 2600 МДж/ч.
5. Тепловая мощность: 0,76 МВт
6. Площадь испарительной поверхности нагрева: 26,5 м³.
7. Объём:  

– паровой: 0,4 м³,

– водяной: 1,2 м³.

8. Температура газов за котлом: 

– газ: 295^оС,

9. Расчётное КПД:

– газ: 90 %,

– мазут: 89 %.

При летнем режиме горячее водоснабжение и пароснабжение потребителей будет обеспечено двумя котлами, второй котел будет загружен на 68 % (0,68 т/ч), при этом один котёл находится в резерве и в случае выхода из строя работающего котла его можно использовать для пароснабжения потребителей. При режиме наиболее холодного месяца в работе находятся три котла, вырабатывая 2,468 т. пара в час.

 

2.3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования тепловой схемы

 

Питательные насосы

Питание котлов водой  должно быть надёжным. При снижении уровня воды ниже допустимых пределов кипятильные трубы могут оголиться и перегреться, что в свою очередь может привести к взрыву котла.

Для питания котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть с электроприводом, а другой – с паровым приводом. Производительность одного насоса с электроприводом должна составлять не менее 110 % номинальной производительности всех рабочих котлов. При установке нескольких насосов с электроприводами их общая производительность должна составлять также не менее 110 %.

Производительность насосов  с паровым приводом должна быть не менее 50 % номинальной производительности котлов. Можно устанавливать все питательные насосы только с паровым приводом, а при двух или нескольких источниках питания электроэнергией – только с электрическим приводом. Насосы с паровым приводом потребляют от 3 до 5 % вырабатываемого пара, поэтому их используют как резервные.

Выхлопной пар поршневого прямодействующего насоса удаляется в атмосферу. Если этим паром подогревают воду в особом теплообменнике, то конденсат выбрасывают. В котёл его возвращать нельзя, так как он загрязнён маслом, а плёнка масла на трубках ухудшает теплопередачу. В крупных установках используют паротурбонасосы, конденсат их выходного пара маслом не загрязнён, поэтому его можно направлять в котёл. Инжекторы для питания котлов в отопительно-производственных котельных непригодны, так как они плохо засасывают горячую воду.

Производительность насосов  определяется по формуле, т/ч:

                                    [3] стр. 71 (20)

k – коэффициент запаса (1,1 для насосов с электроприводом и 0,5 с паровым приводом).

D_макс – максимальный расход питательной воды, т/ч,

                                [3] стр. 73 (21)

D_к – расход пара при номинальной нагрузке, т/ч,

G_п.р. – количество продувочной воды при номинальной нагрузке, т/ч,

т/ч,

 т/ч.

Номинальная подача одного питательного насоса  =  3,01/3 = 1 т/ч.

В котельной должны быть установлены три питательных насоса НГ 1,6/1,6, запитанных от разных источников электроэнергии.

Технические характеристики насоса НГ 1,6/1,6:

1. Номинальная подача: 1,6 м³/ч.
2. Напор насоса при номинальной подаче: 1,6 кгс/см²,
3. Электродвигатель: 

– мощность: 1,5 кВт,

– частота: 1370 об/мин,

4. Габаритные размеры: 480х260х300 мм,
5. Масса: 19,5 кг.

Конденсатный насос

Производительность конденсатного  насоса равна часовому расходу конденсата от технологического потребителя. К этому расходу следует прибавить расход конденсата от сетевого подогревателя отопления, так как в случаи повышения жёсткости конденсат сбрасывают в конденсатный бак на нужды ГВС. Повышение жёсткости может быть вызвано разрывом нескольких латунных трубок в самом подогревателе и вследствие чего попадания сетевой воды с довольно большой жёсткостью (0,7 ÷ 1,5 мг-экв/кг) в конденсат.

т/ч.       [3] стр. 77 (22)

Напор конденсатного  насоса определяется геодезической  заразностью конденсатного насоса и бака подпиточной воды, а также сопротивлением сети (всасывающих и нагнетательных линий).

В котельной установлен один конденсатный насос марки Кс – 1,5 – 4. Данный насос установлен на нулевой отметке и подаёт конденсат в бак подпиточной воды установленный на нулевой отметке.

Техническая характеристика насоса Кс – 1,5 – 1,5:

1. Производительность: 1,5 м³/ч,
2. Напор: 4 м. вод. ст.,
3. Электродвигатель: 

– мощность: 2,2 кВт,

– частота: 2900 об/мин,

4. Габаритные размеры: 420х250х300 мм,
5. Масса: 18 кг.

Сетевой насос системы  отопления и вентиляции

Этот насос служит для циркуляции воды в тепловой сети. Его выбирают по расходу сетевой воды из расчёта тепловой схемы. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии тепловой сети, где температура сетевой воды не превышает 70 ^оС.

G_с.н. = 19,8 т/ч

Согласно правилам Госгортехнадзора РФ, в котельной должно быть установлено  не менее 2-х сетевых насосов.

Напор, развиваемый сетевым насосом выбирается в зависимости от требуемого напора у потребителя и сопротивлением сети.

В котельной должно быть установлено два сетевых насоса марки К50-50-125, запитанные от разных источников электроэнергии, один из которых резервный.

Техническая характеристика насоса К50-50-125:

1. Производительность: 25 м³/ч,
2. Напор: 40 м. вод. ст.,
3. Электродвигатель:

– мощность: 2,2 кВт,

– частота: 3000 об/мин,

4. Масса: 1200 кг,

5. Габаритные размеры: 792х324х336 мм.

Подпиточный насос

Предназначены для восполнения  утечки воды из системы теплоснабжения, количество воды необходимое для покрытия утечек определяется в расчёте тепловой схемы. Производительность подпиточных насосов выбирается равной удвоенной величине полученного количества воды для восполнения возможной аварийной подпитки:

                                                     т/ч                 [3] стр. 78 (23)

Необходимый напор подпиточных  насосов определяется давлением  воды в обратной магистрали и сопротивлением трубопроводов и арматуры на линии подпитки, число подпиточных насосов должно быть не менее 2-х, один из которых резервный.

В котельной должно быть установлено три подпиточных насоса марки ВК-0,5/16К, один из которых резервный. Насосы установлены на нулевой отметке и подают подпиточную воду из бака подпиточной воды в обратную линию тепловой сети.

Техническая характеристика насоса ВК-0,5/16К:

1. Производительность: 0,8 м³/ч,
2. Напор: 18 м. вод. ст.,
3. Электродвигатель: 

– мощность: 0,55кВт,

– частота: 2700 об/мин,

4. Масса: 8 кг.

Циркуляционный насос  ГВС

Служит для подачи требуемого расхода и обеспечения  требуемого напора горячей воды у потребителя. Его выбирают по расходу горячей воды и необходимому напору:

G_г.в.= 3,44 т/ч

В котельной должно быть установлено два насоса ГВС марки К8/18, один из которых резервный. Насос установлен на нулевой отметке и подаёт сырую воду из бака горячей воды в пароводяные теплообменники.

Техническая характеристика насоса К8/18:

1. Производительность: 8 м³/ч,
2. Напор: 18 м. вод. ст.,
3. Электродвигатель: 

– мощность: 2,2 кВт,

– частота: 3000 об/мин,

4. Габаритные размеры: 764х257х310 мм,
5. Масса: 61 кг.

Насос сырой воды

Служит для подачи хим. очищенной воды в бак подпиточной воды. Производительность насоса определяют из расчёта тепловой схемы: G_c.в.= 5,13 т/ч

В котельной должен быть установлен один насос сырой воды марки К8/18. Данный насос расположен на отметке 0,000 и установлен на линии подачи воды из ХВО.

Техническая характеристика насоса К8/18 дана выше.

Водоподогреватели

Подогреватель сетевой  воды для нужд отопления и вентиляции

Предназначен для подогрева  паром сетевой воды до требуемой  температуры. Теплообмен происходит в латунных трубках, в которых протекает нагреваемая среда.

В котельной должно быть установлено два пароводяных подогревателя горячего водоснабжения марки ПП 2-6-2 II (с плоским дном), один подогреватель является резервным.

Техническая характеристика подогревателя ПП 2-6-2 II:

Площадь поверхности  нагрева: 6,3 м²,

Диаметр корпуса: 325 мм,

Количество трубок: 68 шт.,

Длина трубок: 2000 мм,

Длина подогревателя: 2550 мм,

Давление греющего пара: 0,7 МПа,

Число ходов по воде: 2 шт.,

Тепловая производительность номинальная: 0,538 Гкал/ч

Расход воды номинальный: 29,2 т/ч

Масса: 380 кг.

Подогреватель системы  ГВС

Предназначен для нагревания воды, которая направляется для нужд ГВС. Теплообмен происходит в латунных трубках, в которых протекает нагреваемая среда.

В котельной должна быть установлена пара пароводяных подогревателей ГВС марки ПП 2-6-2 II (с плоским дном), один из них является резервным.

Техническая характеристика подогревателя ПП 2-6-2 II дана выше.

Расчет и подбор теплообменного оборудования для приготовления  горячей воды.

Тепловой расчет пароводяного водоподогревателя

Исходные данные:

• Температура греющего пара при давлении 0,6 МПа Т₁=140°С
• Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель

t₂ = 16,86°С;

• Температура нагреваемой воды на выходе из подогревателя

t₁ = 55°С;

1. Количество теплоты  расходуемое в подогревателе

Q = 0,023*4190*(55 - 16,86)*10^-3 = 3,676КВт                     [18] стр. 6 (51)

где G₁ = 0,083 = 0,023 т/ч = 0,023 кг/с – расход нагреваемой воды.

2. В качестве пароводяного подогревателя принят подогреватель ПП 2-6-2 II.

Техническая характеристика подогревателя ПП 2-6-2 II:

Площадь поверхности  нагрева: 6,3 м²,

Диаметр корпуса: d_Н = 325 мм, d_ВН = 314 мм,

Количество трубок: 68 шт.,

Диаметр латунных трубок 16мм,

Длина трубок: 2000 мм,

Длина подогревателя: 2550 мм,

Давление греющего пара: 0,6 МПа,

Приведенное количество трубок в вертикальном ряду Z_пр=8 шт.