Приводится расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной гидролизного производства
Содержание
Реферат.......................
Введение .........5
1.Определение тепловых нагрузок......................
1.1 Определение расхода теплоты
на отопление.....................
1.2 Определение расхода теплоты
на вентиляцию....................
1.3 Определение расхода теплоты
на горячее водоснабжение.................
- Расчёт тепловых нагрузок гидролизного производства..................
.............8 - Расчёт основных элементов принципиальной тепловой схемы котельной.....................
.............................. .............................. .........................12
3.1 Расчёт сетевой подогревательной
установки.....................
3.2 Расчёт предварительной паропроизводительности котельной.............13
3.3 Выбор типа и мощности котельных
агрегатов.....................
3.4 Расчёт расширителя непрерывной
продувки......................
3.5 Расчёт подогревателей сырой
воды ПСВ1, ПСВ2..........................
3.6 Расчёт деаэратора……………...............
4. Расчёт тепловой эффективности
котельной.....................
4.1 Расчёт состава топлива.......................
4.2 Расчёт теплоты сгорания
топлив........................
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......................
4.4 Расчёт коэффициента полезного
действия котлоагрегата.................
4.5. Определение расхода топлива.......................
Заключение....................
Список использованных
источников....................
Приложение Б Описание принципиальной тепловой схемы........................3
Реферат
В данной курсовой работе
приводится расчёт принципиальной тепловой
схемы производственно-
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,
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,
- 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,
где gв - удельный расход теплоты на вентиляцию , Вт/м3 к [1];
Vв - наружный объём вентилируемого помещения , м3.
Значения
расчетной температуры
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,
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
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
1-гидролизаппарат; 2- смеситель.
Рисунок 2.1- Принципиальная схема гидролизного аппарата.
- Количество сырья , загружаемого в гидролизаппарат, на одну варку, Gc апп, т, определяется по формуле:
Gс.апп=Vапп·q · ηапп
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.
- Количество сырья, загружаемого на все аппараты на одну варку, Gс о,т, определяется по формуле:
Gс.о= Gc.aпп·m,
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,
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,
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,
Подставляя значения в формулу (2.5) получим:
Dтex= 851,2 ·501/360 = 1184,59т/сут.
6. Количество
теплоты, подведенной с
Qтex= Dтex
· (hп- hк),
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.
- Расчёт сетевой подогревательно
й установки
Расчёт сетевой
Рисунок 3.1 -Схема сетевой подогревательной установки
Уравнение теплового баланса:
Dсп·(hсп- hок)·ηто
= Gсв·(hпр- hоб),
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
),
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
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
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
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),
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
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
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
,
где Gпp- расход продувочной воды , кг/с;
hsб- 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),
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
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) ,
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,
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,
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∑
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
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
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.