Отопительно-производственная котельная с котлами типа КЕ для закрытой системы теплоснабжения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Тепловая схема котельной, её расчёт и подбор оборудования 4

2 Расчет химводоочистки 13

3 Расчёт газового тракта с выбором дымососа 19

4 Расчёт воздушного тракта с выбором вентилятора 31

5 Топливоподача 35

6 Золошлакоудаление 37

Список используемых источников 38 
ВВЕДЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте рассмотрена отопительно-производственная котельная с котлами типа КЕ-10-14С  для закрытой системы теплоснабжения.

В результате расчета тепловой схемы котельной  принято к установке следующее  оборудование:

Паровые котлы КЕ-10-14С 5шт;

Золоуловитель БЦУ-30С 5шт;

Вентилятор  ВДН 8у 5шт;

Дымосос ДН 10у 4шт;

Na-катионитовый фильтр –4шт, 2 – в первой ступени, 1 – во второй ступени и 1 – резервный;

Деаэратор ДА-50/15 1шт;

Пароводяной сетевой теплообменник в максимально-зимний режим работы НН№41-0-16/2-92-TL 2шт ;

Пароводяной сетевой теплообменник в летний режим работы

HH№14-0-16/2-44-ТК 1шт.

 

1 Тепловая схема котельной, её расчёт и подбор оборудования

 

На тепловых схемах котельной с помощью условных графических изображений показывается основное и вспомогательное оборудование, объединяемое  линиями трубопроводов  для транспортировки теплоносителя  в виде пара или воды. На принципиальной тепловой  схеме показываются лишь главное оборудование (котлы, подогреватели, деаэраторы, насосы) и основные трубопроводы без арматуры, вспомогательных трубопроводов, без уточнения качества и расположения оборудования. Принципиальная схема  котельной с паровыми котлами  приведена на рис. 1.

Насыщенный  пар давлением Р₁ = 1,4 МПа вырабатывается котлом 1. Паровой котел работает устойчиво при этом давлении. Пар этого давления может направляться технологическим потребителям, если это необходимо для осуществления технологического процесса. Для многих технологических потребителей, для собственных нужд котельной и для подогрева сетевой воды в теплообменниках давление пара снижают до Р₂=0,7 МПа в редукционной установке 2.

Количество  пара, отбираемого из котлов, должно быть восполнено подачей питательной  воды в верхний барабан котла. Питание котельной производят водопроводной (сырой) водой, которая проходит обработку: химводоочистку и деадерацию. При этом вода утилизирует тепло различных процессов, осуществляемых самой котельной.

Сырая вода подается из водопровода насосом 3. Часть воды проходит через теплообменник 4. обогреваемых паром по трубе 5. Конденсат после теплообменника подается в деаэратор 6 по трубе 7.

Вода  после теплообменника смешивается  с холодной и подается  на химводоочистку (ХВО). Часть подаваемой воды используется на собственные нужды ХВО. Затем вся вода проходит охладитель продувочной воды 8 и охладитель выпара 9, утилизируя теплоту продувочной воды и выпара, а затем подается в деаэратор 6. Для деаэрации воды  используется насыщенный пар, подаваемый по трубе 10. Образуется выпар (смесь водяного пара и газов) подается в охладитель выпара 9.

С течением времени в котловой воде могут  накапливаться соли жесткости, которые  при определенной концентрации образуют накипь на стенках труб котла. Чтобы  не допустить этого, часть котловой воды с повышенной концентрацией  солей жесткости постоянно удаляют, заменяя ее водой питательной. Эта  операция, сброс котловой воды, называется продувкой котла.

Теплота удаляемой котловой воды утилизируется. С этой целью она поступает  в начале в сепаратор 11, где происходит понижение давления до Р₃=0,17 МПа и отделение образовавшегося пара от воды. Пар полезно используется в деаэраторе, куда подается по трубе 12. Вода поступает в охладитель продувочной воды 8, где тепло ее используется для нагрева химически очищенной воды.

Питательная вода, прошедшая обработку, насосом 13 подается в котел 1.

Производственные  потребители после осуществления  технологического процесса возвращают часть конденсата, который по трубе 14 подается в деаэратор.

Для восполнения  утечек в тепловой сети из бака деаэратора насосом 15 забирается некоторое количество воды и подается по трубе 16 в обратную магистраль.

В тепловой сети движение теплоносителя (воды) создает  сетевой насос 17. В теплообменниках 18 вода нагревается до необходимой температуры насыщенным паром. Конденсат пара поступает в деаэратор.

Расчет тепловой схемы  котельной производится с целью  определения расхода пара и воды для отдельных узлов при характерных  режимах работы котельной и составления  общего материального баланса пара и воды.

Рисунок 1 –  Тепловая схема котельной

 

Необходимые вычисления производят в табличной  форме (табл.1). Результаты расчета являются исходными данными для выбора оборудования котельной, в том числе количество и типа котлоагрегатов.

В процессе расчета схемы расход пара на деаэрацию  питательной воды уточняется методом  последовательных приближений. Предлагаемый метод расчета позволяет уточнить этот расход после одного приближения, при чем погрешность не превышает 5%.

Абсолютное  значение величины расхода пара на деаэрацию питательной воды вычисляется  по удельному расходу пара. Удельный расход пара определяется по графику.

После определения  расхода пара на сетевые подогреватели  для дальнейшего расчета тепловой схемы используют данные расчеты 

химводоочистки. Расчет химводоочистки (ХВО) начинается с составления предварительного пароводяного баланса котельной (без учета непрерывной продувки). При этом используют формулы из табл. 1 [1], вычисляя значения, отмеченные звездочкой. Из этих формул выбрасываются величины, связанные с продувкой (n=0). Из расчета ХВО устанавливают необходимость непрерывной продувки, ее величины, а также уточняют расход воды на собственные нужды химводоочистки.

Результаты  расчета заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет тепловой схемы котельной

Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Еди-ница изме-рения	Расчетная формула	Макси- мальный зимний	При средней температуре холодного месяца	Летний
Коэффициент снижения расхода тепла на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха	Ков	-		1	0,697	-
Расчетный отпуск теплоты на отопление и вентиляцию	Qов	МВт	· Ков	11,1	7,74	0
Температура прямой сетевой воды на выходе из котельной	t1	°C	18+64.5· Ков0,8+67.5· Ков	150	113	70
Температура обратной сетевой воды на входе в котельную	t2	°C	t1-80· Ков	70	57,2	41,7
Суммарный отпуск тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение	Qт	МВт	Qов +Qсргв	12,19	8,83	1,09
Расчетный часовой расход сетевой  воды	Gсет	т/ч		131,04	136,09	33,12
Объем сетевой воды в системе теплоснабжения	Gсист	Т	gсист·Qтmax	496,13
Расход подпиточной воды на восполнение утечек в теплосети	Gут.	т/ч	0,005·	2,48

 

 

 

Продолжение таблицы 1

Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Еди-ница изме-рения	Расчетная формула	Макси- мальный зимний	При средней температуре холодного месяца	Летний
Количество обратной сетевой воды	Gсет.об	т/ч	Gсет- Gут.	128,56	133,61	30,64
Температура обратной сетевой воды перед  сетевыми насосами	t3	°C		70,7	58,1	46,4
Расход пара на подогреватели сетевой  воды	Dб	т/ч		18,30	13,15	1,38
Количество конден-сата от подогревателей сетевой воды	Gб	т/ч	Dб	18,30	13,15	1,38
Первое приближение
Паровая нагрузка на котельную, складывающаяся из расхода пара на технологические нужды и блок подогревателей сетевой воды		т/ч	Dпотр +Dб	33,5	28,35	16,58
Количество конденсата от подогревателей сетевой воды и с производства		т/ч	Gб+ Gпотр	22,5	17,35	5,58
Количество продувочной воды, поступающей  в сепаратор непрерывной продувки		т/ч	0,01 · π ·	1,34	1,13	0,66
Количество пара на выходе из сепаратора непрерывной продувки		т/ч	0,148·	0,198	0,167	0,098
Количество продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки		т/ч	-	1,142	0,963	0,562

 

Продолжение таблицы 1

Рассчитываемая величина

Обоз-наче-ние

Еди-ница изме-рения

Расчетная формула

Макси- мальный зимний

При средней температуре холодного месяца

Летний

Внутрикотельные потери пара		т/ч	0,02·D	0,60	0,49	0,26
Масса воды на выходе из деаэратора		т/ч	D++ Gут	33,47	28,12	15,88
Выпар из деаэратора		т/ч	dвып ·	0,07	0,06	0,03
Количество умягчен-ной воды, поступаю-щей в деаэратор		т/ч	(Dпотр-Gпотр)++++Gут	15,29	14,99	14,33
Кол-во сырой воды, поступающей на ХВО		т/ч	·	18,35	17,99	17,20
Расход пара для подогрева сырой  воды		т/ч		0,76	0,74	0,71
Количество конденсата от подогревателей сырой воды, поступающее в деаэратор		т/ч		0,76	0,74	0,71
Суммарная масса потоков, поступающих  в деаэратор (кроме греющего пара)		т/ч	Gк+++  -	38,68	33,19	20,69
Доля конденсата от подогревателей сетевой  воды и от производства в суммарной массе потоков, поступающих в деаэратор	-	-		0,58	0,52	0,27
Удельный расход пара на деаэратор		т/т	Рис. 5 [1]	0,074	0,075	0,102
Абсолютный расход пара на деаэратор		т/ч	∙	2,86	2,66	2,09
Паровая нагрузка на котельную без учета внутрикотельных потерь	D`*	т/ч	D++	34,33	31,75	19,38
Внутрикотельные потери тепла		т/ч		0,70	0,65	0,38
Окончательный расчет

Продолжение таблицы 1

Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Еди-ницаизме-рения	Расчетная формула	Максимальный зимний	При средней температуре холодного месяца	Лет-ний
Суммарная паровая нагрузка на котельную	Dсум	т/ч	D`*+Dпот	35,03	32,4	19,78
Количество продувочной воды, поступающей  в сепаратор непрерывной продувки	Gпр	т/ч	0,01·π· Dсум	1,40	1,30	0,79
Количество пара на выходе из сепаратора непрерывной продувки	Dпр	т/ч		0,21	0,19	0,12
Количество продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки		т/ч	Gпр -Dпр	1,19	1,11	0,67
Количество воды на питание котлов	Gпит	т/ч	Dсум+Gпр	36,22	33,51	20,45
Количество воды на выходе из деаэратора	Gд	т/ч	Gпит +Gут	38,7	35,99	22,93
Выпар из деаэратора	Dвып	т/ч	dвып· Gд	0,077	0,072	0,046
Количество умягченной воды, поступающей в деаэратор	Gхво	т/ч	(Dпотр -Gпотр)+ +Gпр`+ Dпот+   +Dвып+ Gут	15,45	15,31	14,60
Кол-во сырой воды, поступающей на ХВО	Gсв	т/ч	· Gхво	18,54	18,37	17,52
Расход пара для подогрева сырой воды	Dс	т/ч		0,77	0,76	0,72
Количество конден-сата, поступающего в деаэратор от подогревателей сырой воды	Gс	т/ч	Dс	0,77	0,76	0,72
Масса потоков, поступающих в деаэратор (кроме греющего пара)	G∑	т/ч	Gк+ Gхво+ Gс+ + Dпр- Dвып	38,85	33,54	20,97

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 1

Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Еди-ницаизме-рения	Расчетная формула	Максимальный зимний	При средней температуре холодного месяца	Лет-ний
Доля конденсата от подогревателей сетевой воды и от производства в суммарной массе потоков, поступающих в деаэратор	-	-		0,58	0,52	0,27
Удельный расход пара на деаэрацию	dд	т/т	Рис. 5 [1]	0,074	0,075	0,102
Расход пара на деаэрацию	Dд	Т	dд· G∑	2,87	2,52	2,14
Суммарная паровая нагрузка на котельную	Dсум	т/ч	D*+Dд+Dс+Dпот	37,84	32,28	19,82
Процент расхода пара на собственные  нужды котельной (деаэрация, подогрев сырой воды)	Ксн	%		9,62	10,16	14,43
Количество работающих паровых котлов	Nк.раб.	шт		4	3	2
Количество установленных котлов	N	шт	Nк.раб.+1	5
Загрузка работающих паровых котлов		%		79,16	76,31	66,51
Количество воды, пропускаемое помимо подогревателей сетевой воды (через перемычку между трубопроводами прямой и обратной сетевой воды)	GСЕТ ПЕР	т/час	GСЕТ∙(t1мах-t1)/(t1мах-t3)	0	54,79	25,58

 

 

 

 

 

Окончание таблицы 1

Количество воды, пропускаемое через  подогреватели сетевой воды	GСЕТ Б	т/час	GСЕТ-GСЕТ ПЕР	131,04	81,3	7,54
Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Еди-ницаизме-рения	Расчетная формула	Максимальный зимний	При средней температуре холодного месяца	Лет-ний
Температура сетевой воды на входе  в пароводяные подогреватели	t4	°С	t1МАХ(h6-4,19tКБ)+t3(h2-h6)         (h2-4,19tКБ)	82,42	71,68	61,71
Температура умягченной воды на выходе из охлодителя продувочной воды	T4	°С	T3+(GПР'/GХВО)∙0,98(h8-4,19tПР)	52,83	51,08	41,62
Температура умягченной воды, поступающей в деаэратор из охладителя выпара	T5	°С	T4+(DВЫП/GХВО)∙0,98(h4-h5)	63,81	61,44	48,56

 

Принимаем к  установке 5 котлов.

 

Подбор технологического оборудования

1. Пароводяной теплообменник

Пароводяной теплообменник подбираем в расчетной программе "Ридан" для максимального зимнего режима.

Рисунок 2 - Пароводяной теплообменник  НН№41-0-16/2-92-TL

Устанавливаем 2 теплообменника НН№41-0-16/2-92-TL F=40,50м².

 

Пароводяной теплообменник для  летнего режима:

Рисунок 3 - Пароводяной теплообменник НН№10-0-16/2-44-ТК

Устанавливаем 1 теплообменник  НН№10-0-16/2-44-ТК F=6,30м².

 

 

2. Подбор деаэратора

 

Рисунок 4 – Деаэратор

 

По суммарному весу потоков, поступающих  в деаэратор (кроме греющего пара), G_S=38,85 т/ч, рассчитанному в табл.1 для максимально-зимнего режима принимается деаэратор ДА 50/15 со следующими параметрами:

  D=2016мм, F=2м².

 

2 Расчет химводоочистки

 

Для водоснабжения котельных установок  используют природные воды из поверхностных  или подземных источников. В сырой  воде всегда содержатся примеси либо в виде взвешенных веществ, либо растворенных солей, или коллоидно-растворенных соединений и растворенных газов. Растворенные в воде вещества вызывают образование в тепловых агрегатах накипные отложения и процессы коррозии. Поэтому перед поступлением в котел сырая вода подвергается обработке, которая в общем случае предусматривает удаление взвешенных примесей из воды, умягчение ее (снижение жесткости), снижение общего солесодержания, удаление из воды агрессивных газов, уменьшение и поддержание определенной щелочности.

Взвешенные примеси удаляют  из исходной воды путем фильтрования её в специальных устройствах  – механических (осветлительных) фильтрах. В качестве фильтрующих материалов применяют кварцевый песок, мраморную  крошку, антрацит.

Для умягчения  воды наибольшее распространение получило натрий – катионирование. При натрий – катионировании ионы кальция и магния, содержащиеся в воде, подлежащей умягчению, обмениваются в катионитном фильтре на ионы натрия. Процессы замещения катионов кальция и магния на катионы натрия осуществляют в фильтре, конструкция которого позволяет проводить эксплуатационные операции по регенерации и промывке катионита фильтров – цилиндрический с эллиптическими штампованными днищами.                

Для паровых котлов как правило применяют двухступенчатое катионирование. В качестве катионита используется сульфоуголь (синтетические КУ1 или КУ2). Для катионита всегда известно полная обменная способность Е_ПОЛ, г-экв/м³ – это то количество г-экв, который способен задержать 1 м³ катионита да полного его истощения , т.е. жесткость воды на выходе из фильтра сравняется с жесткостью воды  на входе.

Рабочая обменная способность Е_Р – это то количество г-экв Са и Mg, который способен задержать 1 м³ катионита до момента когда жесткость после фильтра начнет возрастать и будет больше требуемой величины.

Расчет первой ступени сводится к определению параметров  фильтра и числа фильтров. Определяется также число регенераций фильтра в сутки, которое не должно быть более 3.Принципиальная схема ХВО приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема Na-катионитовой водоподготовки

 

Расчет Na – катионитовых фильтров начинают обычно с подбора диаметра выпускаемых промышленностью фильтров по скорости фильтрования. Предварительно принимаем количество работающих фильтров 2 штуки.  Скорость фильтрования определяется из уравнений:

 

,                                                                       (1)

 

,                                                      (2)

 

где w_н и w_max – соответственно нормальная и максимальная скорости фильтрования, м/ч.

G_хво – производительность Na – катионитовых фильтров, м³/ч;

f_Na – площадь фильтрования стандартного фильтра выбранного диаметра, м²;

a – количество принятых предварительно работающих фильтров, не менее двух, не считая резервного, который в расчете не учитывается.

 

ω_н = = 9,90 м/ч,

 

ω_max = = 19,81 м/ч.

 

Принимаем к установке 2 фильтра первой ступени.

После подбора фильтров первой ступени, необходимо определить число регенераций каждого фильтра в сутки по формуле

 

,                                                     (3)

 

где Ж_о – общая жесткость воды, поступающей на фильтры, мг-экв/л;

a – количество работающих фильтров;

G_хво – то же, что и в формуле (1);

Н_сл – высота слоя катионита, м;

Е_р^Na – рабочая обменная емкость катионита при Na– катионировании, г-экв/л.

 

Е_р^Na= α_Na ∙ β_Na ∙ E_пол – 0,5 ∙ g_от ∙ Ж₀,                                         (4)

 

где a_Na – коэффициент эффективности регенерации Na – катионита;

b_Na – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca и Mgвследствии влияния ионов Na⁺;

Ж_о – то же, что и формуле (3);

Е_пол – полная обменная емкость катионита, г-экв/м³;

g_от – удельный расход воды на отмывку катионита, м³ на 1м³ катионита.

 

Е_р^Na= 0,55 ∙ 1 ∙ 550 – 0,5 ∙ 5 ∙ 5 = 290 г-экв/м³,

n = = 2

На второй ступени обычно устанавливают два фильтра специальной  конструкции с высотой фильтрующего слоя 2 м. На водоподготовительной установке малой производительности в целях унификации оборудования на обеих ступенях устанавливают Na–катионитовые фильтры первой ступени. При этом принимается не менее четырех фильтров, два из них работают как фильтры первой ступени, один второй ступени, один резервный, который при регенерации фильтра второй ступени используется на второй ступени, а при ремонте одного из  фильтров – как резервный.

Расход 100% соли на одну регенерацию фильтра

 

= ,                                                    (5)

 

где  f_Na- площадь фильтрования фильтра, м²;

Н_сл – высота слоя катионита, м;

Е_пол – полная обменная емкость катионита, г-экв/м³;

q_c – удельный расход соли на регенерацию, г/г-экв.