Приводится расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной гидролизного производства

Содержание

 

Реферат.................................................................................................................3

Введение .........5

1.Определение тепловых нагрузок......................................................................6

1.1 Определение расхода теплоты на отопление................................................6

    1.2 Определение расхода теплоты на вентиляцию........................................6

    1.3 Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение....................7

  1. Расчёт тепловых нагрузок гидролизного производства...............................8
  2. Расчёт основных элементов принципиальной тепловой схемы           котельной..........................................................................................................12

                3.1 Расчёт сетевой подогревательной установки..........................................12

                3.2 Расчёт предварительной паропроизводительности котельной.............13

                3.3 Выбор типа и мощности котельных агрегатов.......................................14

                3.4 Расчёт расширителя непрерывной продувки...........................................15

                3.5 Расчёт подогревателей сырой воды ПСВ1, ПСВ2..................................17

                3.6 Расчёт деаэратора……………..................................................................20

                4. Расчёт тепловой эффективности котельной.............................................25

                4.1 Расчёт состава топлива..............................................................................25

                 4.2 Расчёт теплоты сгорания топлив.........................................................................25

               4.3 Определение объёмов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания....26

                    4.3.1 Расчёт теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания....26

                    4.3.2 Определение действительных объёмов продуктов сгорания.........27

        4.3.3 Расчёт энтальпии воздуха и продуктов сгорания...........................28

   4.4 Расчёт коэффициента полезного действия котлоагрегата.....................30

   4.5. Определение расхода топлива.................................................................31

Заключение.........................................................................................................35

Список использованных источников................................................................36


Приложение Б Описание принципиальной тепловой схемы........................37

 

Реферат

 

В данной курсовой работе приводится расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной гидролизного производства, расположенной в городе Чита. Выработка пара производится 3 котлоагрегатами типа Е-50-40, общей номинальной производительностью 150 т/ч, работающих под давлением Р = 2,4 МПа.

Курсовая   работа   содержит  Расчетно-пояснительную   записку   из   37 страниц текста, 8 рисунков, 1 графика и 3 приложений.

 

1 Определение тепловых нагрузок


1.1Определение расхода теплоты на отопление

 

 

Основное назначение    отопительной    нагрузки    заключается     в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком.

Расчетный расход теплоты может быть определен Qот, кВт, определяется по формуле:

 

Qot = gот ·Vот · (tвн- tн) · (1 + μ) · 10-3,                                                                (1.1)

 

где gот - величина удельных теплопотерь зданий, Вт/м3К. Представляет собой     потери теплоты - теплопередачей через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур в 1° С, отнесенные к 1 м3 наружного объема зданий [1];

       Vот - объем отопительных зданий, м3 . Определяется по наружному Объему здания;

            μ - коэффициент инфильтрации здания представляет собой отношение теплопотерь, через неплотности наружных ограждений (теплопотерь инфильтрации), к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения. Для промышленных зданий потери инфильтрацией достигают 25-30%

       tвн - усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемого помещения. Для производственных зданий - 14-18° С;

       tн - температура   наружного   воздуха.   Принимается   равной расчетному значению наружной температуры для отопления.

 

Принимаем значения gот = 0,6 Вт/ м3К ; Vот =1030 · 103 м3; tвн = 15 °С; tн = -38 ° С; μ = 0,25 Па·с.

Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим:

 

Qот = 0,6 · 1030 · 103 (15-(-38) (1+0,25) · 10-3 = 40942,5 кВт,

 

    1. Определение расхода теплоты на вентиляцию

 

 

На производственных предприятиях расход теплоты на вентиляцию часто превосходит расход теплоты  на отопление. Расход теплоты на вентиляцию обычно не превышает 5-10% расхода теплоты на отопление.

Расход теплоты на вентиляцию Qв, кВт , определяется по формуле:

 

Qв = gв ·Vв·(tвн-tн) ·10-3,                                               (1.2)


 

где gв - удельный расход теплоты на вентиляцию , Вт/м3 к [1];

      Vв - наружный объём вентилируемого помещения , м3.

Значения  расчетной температуры наружного  воздуха tвн- tн

Принимаем значения gв= 0,65BT /м3к; Vв= 550·10-3 м3; tвн= 15C°; tн= -38C°  

Подставляя значения в формулу (1.2) , получим:

 

Qв = 0,65 · 550 · 103 ·(15- (-38)) ·10-3 = 18947,5 кВт,

 

1.3 Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение

 

 

Средненедельный расход теплоты на горячее водоснабжение Qгв, кВт, отдельных жилых , общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий определяется по формуле:

 

Qгв=a·m·c·(tгв- tхв)/По,                                       (1.3)

 

где а - норма расхода горячей воды на потребителя , кг, в зависимости от вида потребления [ 1 ];

      m - количество потребителей горячей воды ;

     с - теплоемкость воды, кДж/кг ·К;

     tгв - температура горячей воды, поступающей в местную систему горячего водоснабжения , которую обычно принимают равной 50 - 75 С0 при открытой системе;

     tхв - температура холодной воды, С0;

     По - расчётная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут.

Применяем значения а = 290 кг; т = 1218; с = 4,19 кДж/кг·К;

Подставляя эти значения в формулу (1.3) получим:

 

Qгв=290·950·4,19·(65- 5)/86400 = 800,63 кВт

 

Суммарный расход  теплоты на отопление и вентиляцию и горячее водоснабжение :

 

Qтп.= Qот + Qв+ Qгв,                                       (1.4)

 

Подставляя значения в формулу (1.3) получим:

 

Qтп= 40942,5 + 18947,5 + 800,63 = 60690,63 кВт

 

2 Расчёт тепловых нагрузок  гидролизного производства

 

 

Гидролизное производство основано на свойстве полисахаридов, составляющих около 70% массы растений на суше, подвергаться гидролизному расщеплению до моносахаридов под действием воды в присутствии минеральных кислот. В качестве гидролизного сырья широко используются различные отходы лесопиления и деревообработки, дрова, отходы переработки сельскохозяйственных культур, некоторые дикорастущие растения. Наиболее ценным растительным сырьём, состоящим на 70-75% из полисахаридов, является древесина. Товарными продуктами гидролизного производства являются кормовые белковые дрожжи, фурфурол, этиловый спирт, углекислота ксилит.

Гидролиз осуществляется в стационарных гидролизаппаратах  ёмкостью 18,30,36,50,70,160 м3.

Гидролиз проводится разбавленной серной кислотой концентрацией 0,2 - 1% при температуре 180 - 190°С и давлении 1 - 1,5 МПа, без регенерации кислоты .

Гидролизаппарат представляет собой вертикальный цилиндр с  двумя усечёнными конусами. Верхний  конус заканчивается загрузочным  отверстием, нижний выгрузным устройством  для удаления лигнина по окончании  вар л сырья, здесь же устанавливаются фильтрующие устройства для отделу ия гидролизата от лигнина.

Характерной особенностью гидролиза является периодичность  загрузки сырья и непрерывная  перколяция кислоты, заключающаяся  в том, что разбавленная свежая кислота  при температуре 180 - 190°С непрерывно фильтруется через слой измельчённого и образующиеся в результате гидролиза сахара и другие продукты переходят в раствор вместе с ними непрерывно удаляются из реакционного пространства. Удельный раствор кислоты содержащий сахара и другие продукты распада растительного сырья, называют гидролизатом. Процесс гидролиза состоит из операции загрузки в аппарат измельчённого сырья, закачки кислоты, подогрева содержимого аппарата, собственно перколяции, промывки лигнина и отжима остатка гидролизата и удаления лигнина из гидролизаппарата.


Для разбавления кислоты  используется подогретая вода, которая  перед смешиванием с концентрированной  серной кислотой нагревается в смесителе  острым паром с давлением Р = 1,5 МПа. Принципиальная схема гидролизного аппарата представлена на рисунке 2.1.

 


1-гидролизаппарат; 2- смеситель.

Рисунок 2.1- Принципиальная схема гидролизного аппарата.

 

  1. Количество сырья , загружаемого в гидролизаппарат, на одну варку,        Gc апп, т, определяется по формуле:

 

Gс.апп=Vапп·q · ηапп                                              (2.1)

 

где q - удельная плотность загрузки, т/м3;

      Vaпп - объем аппарата, м3;

      ηапп - коэффициент использования полезного объёма аппарата, составляет 95%.

При использовании щепы и опилок q = 0,14 - 0,15 т/м3.

Принимаем значение q = 0,14 т/м3.

Подставляя значения в формулу (2.1) получим:

 

Gc.aпп= 50·0,14·0,95 = 6,65 т.

 

  1. Количество сырья, загружаемого на все аппараты на одну варку, Gс о,т, определяется по формуле:

 

Gс.о= Gc.aпп·m,                                                 (2.2)


где m - количество гидролизаппаратов,шт.

Принимаем значения m=13.

Подставляя значения в формулу (2.2), получим:

 

Gco= 6,65·16 = 106,4 т.

 

3. Количество варок в сутки за каждый аппарат , К, определяется по 
формуле:

 

К = 24/τвар,                                             (2.3)

 

где τвар- Время варки , ч, составляет 120 - 360 мин (2 - 6) часов.

Принимаем значение τвар= 3 ч .

Подставляя значения в формулу (2.3) получим:

 

К = 24/3 = 8,

 

4.Количество сырья, загружаемого в аппарат за сутки, Gcc, т/сут, 
определяется по формуле:

 

Gc.c= Gc.о·К,                                                          (2.4)

 

Подставляя значения в формулу (2.4) получим:

 

Gc.c= 106,4 ·8 = 851,2т/сут.

 

5. Количество технологического пара, Dтех, т/сут, определяется по 
формуле:

 

Dтex= Gc.с ·501/360,                                                             (2.5)

 

Подставляя значения в формулу (2.5) получим:

 

Dтex= 851,2 ·501/360 = 1184,59т/сут.

 

6. Количество  теплоты, подведенной с технологическим паром, Qтex, кВт, определяется по формуле:

 

Qтex= Dтex  · (hп- hк),                                                                                 (2.6)

 

где hп - энтальпия пара, поступающего в смеситель из котельной кДж/кг, при давлении 1,5МПа, определяемом условиями технологии производства;

       hк- энтальпия конденсата технологического пара.

 Принимаем значения hп= 2791 кДж/кг;[3] hк= 852,4 кДж/кг [3]

 Подставляя значения в формулу (2.6) получим:

 

Qтex= 1184,59· (2791 - 852,4) = 2296446,174 кВт,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчёт основных элементов принципиальной тепловой схемы котельной

 

Расчёт принципиальной тепловой схемы имеет целью определение  потока пара и воды в котельной, уточнения  предварительно выбранного количества и типа котельных агрегатов, определение тепловой экономичности котельной.

 

    1. Расчёт сетевой подогревательной установки

 

 

Расчёт сетевой подогревательной установки удобнее вести, включив  в уравнение теплового баланса  сразу две ступени нагрева  сетевой воды СП и ОК, показаны на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 -Схема  сетевой подогревательной установки

 

Уравнение теплового  баланса:

 

 

Dсп·(hсп- hок)·ηто = Gсв·(hпр- hоб),                                    (3.1)

 

 

где Dcп и hcп - расход и энтальпия пара на входе в сетевой подогреватель;

        hок - энтальпия охлажденного конденсата. Определяется по температуре охлажденного конденсата (принимается на 10 - 15° выше температуры обратной сетевой воды);

 

     hпp-ho6 - энтальпии прямой и обратной воды. Определяются по температуре прямой tпрям и обратной tобр воды;

     Gсв- расход сетевой воды. Расход сетевой воды, Gсв, кг/с, определяется по формуле:

 

Gсв = Qcn/( hnp-hо6 ),                                               (3.2)

 

Принимая  значения Qcп= 60690,63 кВт, hпp= 576,2 кДж/кг, ho6= 234,35 кДж/кг.

Подставляя значения в формулу (3.2) получим:

 

Gсв= 60690,63 /(576,2 - 234,35) = 177,54 кг/с.

 

Расход пара на входе в сетевой  подогреватель Dcп, кг/с выведем из уравнения теплового баланса и будем определять по формуле:

 

Dсп =  Gсв·( hпp-hо6) /( hсп-hок) · η то                                      (3.3)

 

Принимая  значения hcп= 2799,5 кДж/кг, hок= 276,21 кДж/кг, ηто= 0,98. Подставляя значения в формулу (3.3) получим:

 

Dcп= 177,54·(576,2 - 234,35)/ (2799,5 - 276,21)·0,98 = 24,54 кг/с.

 

3.2 Расчёт предварительной паропроизводительности котельной.

 

 

В соответствии с вероятными режимами работы оборудования котельной  расчет тепловой схемы производится для максимальных тепловых нагрузок, соответствующих низшей расчетной  температуре наружного воздуха (зимний режим), и для пониженных нагрузок летнего режима. По зимнему режиму определяют производительность котельных агрегатов и вспомогательного оборудования.

Расчёт и  предварительная оценка паропроизводительности котельной Dкот р, кг/с определяется по формуле:

 

Dкот р = Dвп+ Dкот сн+ Dкот ут                                    (3.5)

 

где Dвп - расход пара на внешнее потребление, кг/с ;

     Dкот сн - расход пара на собственные нужды, кг/с;

                          Dкот ут - расход с учётом потерь пара и конденсата от утечек через неплотности котельной, кг/с.

Расход пара на внешнее теплопотребление Dвп , кг/с, определяется по формуле:

 

Dвп= Dтех + Dвп                                              (3.6)

 

Подставляя значения в формулу (3.6) получим:

 

Dвп= 6,16 + 26,68 = 32,84 кг/с.

 

Расход на собственные нужды  котельной, Dкот сн , кг/с , которые составляют 5-10% от суммарного расхода на внешнее теплопотребление и определяется по формуле:

 

Dкот  сн = 0,06 · Dвп                                              (3.7)

 

Подставляя значения в формулу (3.7) получим:

 

Dкот  сн = 0,06 · 32,84 = 1,97 кг/с.

 

Расход с учётом потерь пара и конденсата от утечек через  неплотности котельной, Dкот yт , кг/с, определяется по формуле:

 

Dкот yт = 0,03 · (Dвп+ Dкот  сн),                                  (3.8)

 

Подставляя эти значения в формулу (3.8), получим:

 

Dкор ут = 0,03(32,84 + 1,97) = 1,04 кг/с.

 

Подставляя значения в формулу (3.5) получим:

 

Dкор ут = 32,84 + 1,97 + 1,04 = 35,85 кг/с.

 

Принимаем значение расхода паропроизводительности котельной Dкор р, т/ч, равной:

 

Dкор р = 35,85 кг/с.

 

3.3 Выбор типа и мощности котельных агрегатов

 

 

В производственно-отопительных котельных применяются паровые  барабанные котлоагрегаты с естественной циркуляцией и прямоточные водогрейные котлы.

Тип котлоагрегатов зависит  от вида и способа сжигания топлива, производительности, вида и параметров теплоносителя. Технические характеристики котлов принимаются поданным завода-изготовителя.

Количество и теплопроизводительность  котлоагрегатов выбирают по максимальному (зимнему) расходу тепла с тем, чтобы при выходе из строя одного из котлоагрегатов оставшиеся обеспечивали максимальный отпуск тепла на технологические нужды, средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление и вентиляцию и среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение.

Независимо от типа и  режима работы котельной к установке  принимается не менее двух котлоагрегатов.

При выборе количества котлоагрегатов необходимо определить коэффициент  загрузки котлов К3 как отношение расчетной суммарной паропроизводительности котельной Dкот p в режиме максимальной нагрузки к суммарной паро -производительности котельной при номинальной загрузке всех установленных котлоагрегатов Dкот н.

Коэффициент загрузки котлоагрегатов К3, рассчитывается по формуле:

 

К3 = Dкор р / Dкор н                                            (3.9)

 

Выбираем 3 котла типа Е-50-40, номинальной паропроизводительности 50 т/ч, абсолютное давление 2,4 мПа.

Принимаем значение Dкор р = 35,85 кг/c, Dкор н = 83,32кг/с. Подставляя значения в формулу (3.9), получим

 

К3= 35,85/ 41,67 = 0,86.

 

3.4 Расчёт расширителя непрерывной продувки

 

 



Дня стабилизации качества котловой воды, сохранения солевого баланса в барабане котельного агрегата из барабана удаляют избыточное содержание нежелательных для заданного количества пара компонентов. Процесс вывода из котлоагрегата избыточного количества растворенных веществ носит название продувки, соответствует рисунку 3.3.

 

Рисунок 3.3 - Схема расширителя продувки

 

Уравнение теплового баланса:

 

Gпр · hs6 = Dпр · hsпп + (Gпр - Dпр ) · hкпр ,                                                         (3.10)

 

где Gпp- расход продувочной воды , кг/с;

                     h- энтальпия продувочной воды ,кДж/кг;

                     Dпp- расход насыщенного пара, кг/с;

                      hsпп- энтальпия насыщенного пара, кДж/кг;

                       hкпp- энтальпия конденсата продувки , кДж/кг.

 

Величина продувки Gпp обычно составляет 2 - 5% от общей паропроизводительности котлоагрегата, определяется по формуле:

 

Gпp= 0,03 · Dк,                                        (3.11)

 

Подставляя значения в формулу (3.9), получим:

 

Gпp= 0,03 · 35,85 = 1,08 кг/с.

 

Принимая это значение из теплового баланса выводим  расход насыщенного пара Dпp , кг/с.

 

Dпp = Gпp · (hs6 - hкпр)/ hпp- hкпp ,                              (3.12)

 

 

Принимая  значения Gпp= l,08 кг/с, hs6 = 951,9 кДж/кг, hкпp= 439,36 кДж/кг,       hкпp =2683,8 кДж/кг [3].

Подставляя значения в формулу (3.12), получим:

 

Dпp= l ,08·(951,9 - 439,36)/2683,8 - 439,36 = 0,25 кг/с.

 

3.5 Расчёт подогревателей сырой воды ПСВ1, ПСВ2

 

 

Подогреватели сырой  воды предназначены для подогрева  воды перед подачей ее в фильтры химводоочистки (ХВО), соответствует рисунку 3.4

При расчете  подогревателей сырой воды составляют уравнения тепловых балансов для каждой ступени подогрева.

Уравнение теплового  баланса ПСВ1:

 

Gкпр · (hкпр – h2кпр) ·ηто= Gсыр в · (h2псв1-h1пвс1),                 (3.13)

 

где h2кпр - энтальпия концентрата продувки после ПСВ1. Принимается по температуре t = 35-50°С;

      h2псв1;h1пвс1-энтальпии сырой воды на входе и на выходе из ПСВ1;

      Gсыр в - расход сырой воды, подаваемой насосом сырой воды в химводоочистку через подогреватели ПСВ1 и ПСВ2.

Рисунок 3.4 -Принципиальная тепловая схема включения подогревателей сырой воды.

 

Расход сырой  воды Gсыр в, кг/с , подаваемой насосом сырой воды в химводо- очистку через подогреватели ПСВ1 и ПСВ2, определяется по формуле:

 

Gсыр в = П  + Gхво сн,                                     (3.14)

 

где П  - расход сырой воды , предназначаемой для восполнения потерь пара и конденсата котельной, кг/с ;

          Gхво сн - расход воды на собственные нужды ХВО.

Расход сырой  воды , предназначенной для восполнения  потерь пара и конденсата котельной Gкот п , кг/с , определяется по формуле:

 

П  = Dтех п Gкпр Dвып Gг в Dкот ут,                         (3.15)

 

где Gг в - расход горячей воды, кг/с;

                        Gсв ут- постоянные потери от утечек в сетевой установки, кг/с;        

                       Dкот ут - потери котловой воды от утечек и внутрикотельных расходов,кг/с.

Потери с  водой на горячее водоснабжение, Gr B, кг/с определяется по формуле:

 

Gг в = Qг в /(hпрям - hобр)  ,                                                          (3.16)

 

Подставляя эти значения в формулу (3.16), получим:

 

Gг в = 324,87/(576,2 - 234,35) = 0,95 кг/с.

 

Постоянные  потери от утечек в сетевой установки, Gсв ут, кг/с , определяется по формуле:

 

Gсв ут =  0,02 ∙ Gсв,                                                                       (3.17)

 

Подставляя это значения в формулу (3.17), получим:

 

Gсв ут = 0,02 ·193,04 = 3,86 кг/с.

 

Потери с  выпором деаэратора, Dвып кг/с, определяется по формуле:

 

Dвып= 0,004 · Dкот р,                                         (3.18)

 

Подставляя это значение в формулу (3.18), получим:

 

Dвып = 0,004 · 35,85 = 0,14 кг/с.

 

Потери котловой воды от утечек и внутрикотельных расходов, Gкот у , кг/с, определяется по формуле:

 

Gкот  yт= 0,03 · Dкот  p,                                                                (3.19)

 

Подставляя это значение в формулу (3.19), получим:

 

Gкот yт= 0,03 · 35,85 = 1,08    кг/с.

 

Подставляя эти значения в формулу (3.15), получим:

 

П  = 6,16 + 0,83 + 0,14 + 0,95 + 1,78 = 9,86 кг/с.

 

Расход воды на собственные нужды ХВО, Gхво сн, кг/с, определяется по формуле:

 

Gхво сн = 0,2 · П                                                                                               (3,20)

 

Подставляя это значение в формулу (3.20), получим:

 

Gхво сн = 0,2 · 9,86 = 1,97  кг/с.

 

Подставляя эти значения в формулу (3.14), получим:

 

Gсыр в= 9,86 + 1,97 = 11,83  кг/с.

 

Из уравнения теплового  баланса выделим энтальпию сырой  воды на выходе из ПСВ1, h2псв1:

 

h2псв1= (Gкпр·(hкпр – h2псв1) · ηто)/Gсыр в+ h1псв1,                      (3.21)

 

Принимая значения Gкпр = 0,83 кг/с; ηто = 0,98; hкпр = 439,36 кДж/кг. 
(Р = 1,2·105 Па)[3]; h2псв1= 188,35 (t=45 °C)[3]; Gсыр в = 5.88 кг/с; h1псв1= 41,99 
(t = 10°C)[3]. 

Подставляя эти значения в формулу (3.21), получим:

 

h2псв1= ( 0,83· (439,36 - 188,35)∙0,98)/11,83 + 11,83 = 29,09 кДж/кг.

 

Уравнения теплового  баланса ПСВ2:

 

Dпсв2·( hпсв2 – hкпсв2) · ηто= Gсыр в·(h2псв2 – h2псв1),                  (3.22)

 

где Dпсв2- расход греющего пара на ПСВ2;

       hпсв2; hкпсв2- энтальпия пара и конденсата ПСВ2 ;

                                h2псв2; h2псв1- энталыши сырой воды на входе и на входе и на выходе из ПСВ2.

Из уравнения  теплового баланса выведем расход греющего пара на ПCB2, Dпсв2, кг/т.:

 

Dпсв2= (Gсыр в ·( h2псв2 – h2псв1)/(( hпсв2 – hкпсв2)· ηто,               (3.23)

 

Принимая  значения Gсыр в = 11,83 кг/с ; h2псв2= 125,66 кДж/кг(tх в= 30°C) [3]; h2псв1=29,09 кДж/кг; hпсв2= 2683,8 кДж/кг (Р = 1,2·105 Па) [3]; hкпсв2= 439,36 кДж/кг (Р=1.2105) [3]; ηто = 0,98.

Приводится расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной гидролизного производства