Проект котельной установки

 


 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В связи со строительством нового микрорайона, застроенного 15-ти этажными зданиями в городе Воронеж, стала необходимость в строительстве новой водогрейной котельной. Данная котельная должна обеспечить нагрузку на ОВ и ГВС необходимую для комфортной жизни людей. Район строительства имеет ровный рельеф. Система теплоснабжения 4-х трубная, ГВС- открытая, Т1,Т2- закрытая.

       Расход тепла на отопление – 9,0 МВт;

Расход тепла на вентиляцию – отсутствует;

Расход тепла на ГВС – 3,0 МВт.

Параметры вырабатываемого теплоносителя– горячая вода 115-70°С.

Основной вид топлива природный газ =35,2 (МДж/м3);

Резервное топливо мазут М100.

Климатические характеристики г. Воронеж:

температура наиболее холодной пятидневки:  -32°С.

средняя температура наиболее холодного месяца: -13,5°С.

средняя температура отопительного периода: -5,2°С.

температура в точке излома температурного графика: -5,4°С.

средняя температура теплого периода года: +8°С.

Продолжительность отопительного периода:220 сут.

Исходная вода: река Воронеж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчет тепловой схемы отопительной котельной

На рисунке 1  приведён график, который служит для определения температуры определения точки излома. Получена температура -10 градусов.

 

Рис1. Определение точки излома

 

Рис2. Расчетная схема водогрейной котельной

Тепловые нагрузки по видам потребления приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Тепловые нагрузки по видам потребления

Наименование нагрузки

Вода

 

Режимы

График температурный

-26

-7,8

-1,8

-10

8

Отопление и вентиляция, МВт

115-70

19,10

11,54

9,05

12,46

0

ГВС, МВт

60

7,60

7,60

7,60

7,60

6,23

Технология, МВт

-

0

0

0

0

0

Суммарная нагрузка, МВт

-

26,70

19,14

16,65

20,06

6,23


 

Таблица 2. Расчет тепловой схемы котельной

№ п.п.

Параметры

Метод определения

Величина

зимний

сред. наиб. хол. мес.

сред. отоп. периода

точка излома

летний

Исходные данные

1

Исходная температура наружного воздуха

tн.в., ºС

-26

-7,8

-1,8

-10

8

2

Расход теплоты (с учетом потерь в сети), МВт

            

на ОВ

Qров=1,1Qов(tрнв-tнв)/(tрнв-tро)

21,01

12,70

9,96

13,70

0,00

на ГВС

Qлгв=1,1*0,82Qзгв

8,36

8,36

8,36

8,36

6,86

3

Общая тепловая мощность (с учетом потерь в сети) ТГУ, МВт

Qт=Qов+Qгв

29,37

21,06

18,32

22,06

6,86

4

Температура прямой сетевой воды на выходе из ТГУ, 0С

По температурному графику t'c

115

63

70

70

70

5

Температура обратной сетевой воды на входе в ТГУ, 0С

По температурному графику t"c

70

49

49

49

49


 

   

 

 

 

 

 

 

 Продолжение Таблицы 2.

6

№ п.п.

Параметры

  

Величина

      
   

зимний

сред. наиб. хол. мес.

сред. отоп. периода

точка излома

летний

  

для ГВС греющей

Gгвс=1000*Qгв/(4,19(t'c-t"c))

44,34

142,52

95,01

95,01

77,91

для Т3

GТ3=1000*Qгвс/(4,19(t3-tв1)

36,28

36,28

36,28

36,28

36,36

для Т4

GТ4=0,3*QТ3

10,88

10,88

10,88

10,88

10,91

общий

Gс=Gов+Gгв

156

359

208

251

78

7

Подпитка закрытой тепловой системе, кг/с

Gзподп=(0,75*60/100*3,6)*Qов

2,63

1,59

1,24

1,71

0,00

8

Подпитка открытой тепловой системе, кг/с

Gоподп=(0,75*30/100*3,6)*Qгв

0,52

0,52

0,52

0,52

0,43

9

Общая подпитка, кг/с

Gподп

3,15

2,11

1,77

2,24

0,43

10

Общая тепловая мощность ТГУ , МВт

Qк=Qов+Qгв

29,37

21,06

18,32

22,06

6,86

11

Расход воды , кг/с, через котельные агрегаты ТГУ

Gк=Qк/(4,19(t"к-t'к))

155,77

120,29

120,29

120,29

40,10

12

Температура воды на выходе из котельного агрегата при t'к=70 0С=const

t"к=t'к+Qк/(4,19Gк)

115,00

111,78

106,34

113,77

110,80

13

Расход воды, кг/с, на линии рециркуляции при t'к=70 0С

Gрц=Gк(t'к-t"к)/(t"к-t"к)

0,00

93,46

76,24

81,29

26,47

14

Расход воды, кг/с

            

по перемычке

Gпм=Gс(t"к-t'с)/(t"к-t"к)

0,00

168,19

71,72

105,24

51,44

исходной

Gисх=Gподп+GТ3

39,43

38,39

38,04

38,51

36,79

15

Расход греющей воды на теплообменник ГВС 2-ой ступени, кг/с

G2ГВС=QhSPII/4,19*(t"К-70); QhSPII=4,86МВт (принимается из расчета)

25,78

27,76

31,92

26,50

28,43

16

Расчетный расход воды, кг/с:

            

через котельный агрегат

Gрк=(Qов+Qгв)/(4,19(t"к-t'к)

155,77

120,29

120,29

120,29

40,10

17

Относительная погрешность расчета, %

Δ=(Gрк-Gк)/Gрк<2

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00


 

Режимы работы котельной приведены в таблице 3.

Таблица 3. Режимы работы котельной

 

№

наименование нагрузки

ед. изм.

режимы работы

1

2

3

4

5

1

суммарная нагрузка потребителей

МВт

26,70

19,14

16,65

20,06

6,23

3

потери в наружных сетях

МВт

2,67

1,91

1,67

2,01

0,62

4

требуемая производительность котлов

МВт

29,37

21,06

18,32

22,06

6,86

5

количество котлов в работе КВ-ГМ-11,63-150

шт

4

3

3

3

1

6

процент загрузки котла

%

97,1

92,8

80,8

97,3

90,7


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Подбор котлов

 

Преобладающей нагрузкой являются нагрузки на отопление и вентиляцию. В котельной должна быть предусмотрена установка водогрейных котельных агрегатов. Количество водогрейных котельных агрегатов для коммунально-бытовых котельных выбирают на основании следующих требований:

а) Учитывают допустимый процент снижения теплоты для коммунально-бытовых потребителей определяется по СНиП 41.02-2003 «Тепловые сети»( ,). При выходе из строя одного котла, оставшиеся должны обеспечить  87% мощностей на горячее водоснабжение и отопление-вентиляцию соответственно от расчетной нагрузки на водоснабжение и отопление-вентиляцию, с учетом потерь в наружных сетях (10%).

(МВт)

б) Рекомендуется устанавливать в котельной не менее 3 и не более 6 котлов.

в) Суммарная мощность котельных агрегатов должна обеспечить нагрузку потребителей с учетом потерь в наружных сетях, и собственные нужды котельной:

(МВт)

В результате выбраны следующие котлы:

Водогрейные котлы КВ-ГМ-7,56-115

Таблица 4. Технические характеристики котла: 

Показатели

КВ-ГМ-7,56-115

Теплопроизводительность номинальная, МВт

7,56

Вид топлива

газ/мазут

Рабочее давление воды, МПа

1 - 1,56

Температурный режим, °C

70 - 115

Гидравлическое сопротивление, МПа

0,12

Диапазон регулирования теплопроизводительности по отношению к номинальной, %

20-100

Масса котла без горелки, кг

26260

Габаритные размеры:

  

- длина, мм

6500

- ширина, мм

3000

- высота, мм

5000

Продолжение таблицы 4

 

 

Расход воды, т/ч

 

 

 

 

80

Расход топлива, м3/ч, газ/мазут

850/800

Средняя наработка на отказ, ч, не менее

5000

Средний срок службы до списания, лет, не менее

20

КПД котла, % не менее, газ/мазут

88,3/87,0

Эквивалентный уровень шума в зоне обслуживания, ДБа, не более

80

Температура наружной (изолированной) поверхности нагрева котла, °C

45

Температура уходящих газов, °С, не более, газ/мазут

153/245

Аэродинамическое сопротивление, Па, газ/мазут

86,0/87,2





 

Таблица 5. Характеристики тягодутьевых машин поставляющихся с котлом:

Наименование

КВ-ГМ-7,56-115

Дымосос

Тип дымососа

ДН-10у1

Мощность установленная, кВт

11

Частота вращения, об/мин

1000

Вентилятор

Тип вентилятора

ВДН-10у1

Мощность, кВт

11

Частота вращения, об/мин

1000


 

К установке принимается 4 котла. Мощность котельной равна 30,24 МВт.

Проверка условий:

    • МВт > МВт (Мощности котельной достаточно, для нагрузки необходимой для потребителя)
    • При выходе одного котла из работы, мощность котельной составит 22,68 МВт.

 МВт > 18,69 МВт (при выходе одного котла из строя, котельная обеспечит необходимую нагрузку).

 

 

  1.  Гидравлический расчет трубопроводов котельной

Расчёт выбора диаметра труб производится по таблицам (Николаев А.А., таб. 9.11, стр. 117). Расчет выполняется  на основании данных из: таблицы№2 и расчетной схемы (Рис2. «Расчетная схема»). При расчете значение скорости не должно превышать 1,5 м/с. Результаты расчёта сводятся в таблицу№4 «Подбор диаметров водяных трубопроводов».

Таблица 4. Подбор диаметров водяных трубопроводов

№

Наименование трубопровода или его участка

Максимальный расход, кг/с

Максимальный расход, т/ч

Скорость

ip,Па/м

диаметр

1

GОВ

216,46

779,24

1,34

36,82

478Χ7

2

GГВ

31,92

114,90

0,96

51,85

219Χ7

3

GподпТ2

2,63

9,45

1,40

714,17

57Χ3,5

4

GК

155,77

560,76

0,96

1,94

478Χ7

5

Gрц

93,46

336,47

1,31

58,10

325Χ8

6

Gпм

168,19

605,47

1,04

22,08

478Χ7

7

Gисх

39,43

141,93

1,25

89,67

219Χ7

8

GТ3

36,36

130,89

1,45

141,26

194Χ6

9

GТ4

10,91

39,27

1,44

301,17

106Χ4

10

GОВ+GIIГВС

248,37

894,14

1,24

28,08

478Χ7


 

GОВ- расход сетевой воды потребителю на нужды ОВ, кг/с (Табл.2, п2).

GГВ - расход греющей воды на 2-ю ступень теплообменников ГВС, кг/с (Табл.2, п16).

GподпТ2 – подпиточной воды в Т2, кг/с (Табл.2, п7).

GК – расход воды через котельный агрегат, кг/с (Табл.2, п17).

Gрц – расход воды на рецеркуляцию, кг/с (Табл.2, п13).

Gпм – расход воды на перемычке, кг/с (Табл.2, п14).

Gисх – расход исходной воды, кг/с (Табл.2, п14).

GТ3 – расход воды в системе Т3, кг/с (Табл.2, п6).

GТ4 – расход воды в системе Т3, кг/с (Табл.2, п6).

GОВ+GГВС – расход воды сетевой +греющей  воды на 2-ую ступень теплообменников на ГВС, кг/с (Табл.2, п2+п15).

 

 

 

 

 

  1.  Выбор способа водоподготовки

 

Анализ воды реки Нева:

Сухой остаток – 67,2  мг/кг

Минеральный остаток – 40,8  мг/кг

Общая жесткость – 0,55 мг-экв/кг

Карбонатная – 0,43 мг-экв/кг

Водоподготовка исходной воды:

В качестве исходной воды используется водопроводная вода СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Она на вводе проходит магнитную обработку. Магнитный преобразователь подбирается по расходу кг/с= м3/ч (принимается из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 14), кг/с. Выбирается магнитный преобразователь МПВ MWS Dy 200.

В качестве воды для подпитки котлов используется исходная вода, прошедшая магнитную обработку + обработку через комплексон (АСДР “Комплексон®-6). Комплексон подбирается по расходу, подпиточной воды (принимается из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 7), кг/с.

 кг/с=  м3/ч

Комплект поставки и технические характеристики:  
Электронный блок управления, насос-дозатор, расходная емкость, водосчетчик с импульсным выходом, устройство ввода реагента, монтажный комплект армированного шланга и провода, разовая заправка реагентом Эктоскейл-450-1 (цинковый комплекс НТФ 20%-ный раствор), комплект техдокументации.

Расход подпиточной воды

Габаритные размеры 
Ш*Г*В

Комплект поставки

номинальный 
(усредненный)

максимальный

ДУ 
водосчетчика*1

Объем расходной 
емкости, л

Разовая заправка  
реагентом, кг

10 м3/час

20 м3/час

570*610*1380

50

200

180




 

 

 

 

 

5 Подбор теплообменников

 

Расчет параметров теплообменника горячего водоснабжения при смешанной схеме Согласно п.14.12 СниП «Тепловые сети» следует устанавливать два, параллельно включенных теплообменника, расчитанных на 50% тепловой нагрузки каждый для систем горячего водоснабжения.  Тепловой поток первой ступени:

, МВт

-температура исходной воды (принимается равной 5˚С), ˚С

--температура исходной воды после первой ступени (принимается равной 60˚С), ˚С

-расход исходной воды (принимается из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 14), кг/ч

кг/с=кг/ч

 МВт

Температура теплоносителей:

Нагреваемая вода

˚С

˚С

Греющая вода. Греющий теплоноситель отбирается из коллектора до перемычки температурного регулирования

˚С

˚С

По полученным характеристикам с использование программы ТИЖ, подбираются теплообменники.

Выбран теплообменник ТИЖ-0.35

 

 

 

 

Таблица 7. Технические характеристики теплообменника

 

Греющая сторона

Нагреваемая сторона

Среда

Вода

Вода

Скорость в канале, м/с

0,003

0,003

Расход, м3/ч

0,040

0,030

Температура на входе, °С

115

5

Температура на выходе, °С

70

60

Общие потери давления, кГс/см²

0,000

0,000

 

Тепловая нагрузка, кВт

2,1

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·°С)

17

Средний температурный напор, °С

59,9

Площадь поверхности теплообмена, м²

2,1

Запас по площади, %

0,0

Количество пластин

6

Количество ходов

1

Количество теплообменников

1

 

Высота теплообменника, мм

1520

Ширина теплообменника, мм

520

Монтажный размер (B), мм

  

Габаритный размер (Б), мм

478

Масса теплообменнка, кг

482


 

 

Параметр

Обозначение

Ед. изм.

Величина

Высота теплообменника, мм

-

мм

1520

Ширина теплообменника, мм

-

мм

520

Диаметр патрубков

Dу

мм

125

Монтажный размер

В

мм

  

Габаритный размер

Б

мм

478

Масса теплообменнка, кг

-

кг

482


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет и выбор насосного оборудования.

Р.

 

Рис.3 Расчетная схема для подбор сетевого насоса и насоса на рециркуляцию.

Подбор сетевого насоса:

Расход насоса:

 

, м3/ч

-расход воды в Т1, Т2 (принимается  из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 6), кг/с

кг/с= м3/ч

-расход греющей воды в теплообменнике  ГВС, второй ступени (принимается  из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 15), кг/с

(кг/с)=, м3/ч

 м3/ч

-коэффициент запаса по расходу (принимается 1,1)

 м3/ч

Напор насоса:

, м

 м-потери давления на в Т1 и Т2, м (принимается из задания)

- потери в трубопроводе  и арматуре, м

 

 – удельная потеря давления на трение.

(определено по графику, исходя  из величины эквивалентной шероховатости -для водяных тепловых сетей) – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

(из гидравлического расчета  трубопроводов) – скорость теплоносителя;

(для тепловых сетей) – средний удельный вес теплоносителя;

- ускорение свободного  падения;

(для трубопровода 478х7,0) – внутренний диаметр трубы;

- приведенная длина трубопровода;

- длина трубопровода по плану;

- эквивалентная длина местных сопротивлений м;

 

- сумма коэффициентов местного  сопротивления;

Значения коэффициентов местного сопротивления:

Поворот 90°

Тройник на ответвление 90°

Тройник на проход

Для сетевого насоса:

22 поворотов 90°;

18 тройников на проход;

2 тройников на ответвление.

Потери напора в задвижке 0,1м.

Потери напора в обратном клапане 0,2м.

Потери напора в грязевике 0,2м

 

 

 

 

 

-коэффициент запаса по давлению (принимается 1,2)

 м

-потеря напора в узле учета, м (принимается равным 2м, по паспортным  данным)

м-потери напора в котельном агрегате (принимается из паспорта котла)

Подбирается насос по следующим характеристикам:

м3/ч

м

Подобран насос: 1+1(резервный)

Наименование продукта:  WILO IL-Е 250/430-110/4;

Частота вращения: 2850 об/мин; 

Эффективность электродвигателя при полной нагрузке: 95 %;

Полный вес: 1407 кг.

Рисунок 4. Характеристика сетевого насоса

Подбор насоса на рециркуляцию:

Расход насоса:

 

-расход воды на рециркуляцию (принимается из табл.2 «Расчет  тепловой схемы» пункт 13), кг/с

(кг/с)= м3/ч

-коэффициент запаса  по расходу (принимается 1,1)

м3/ч

Напор насоса:

, м

-потери в трубопроводе и арматуре, м

 

 – удельная потеря давления  на трение.

Для трубопровода диаметром 325х8,0:

(определено по графику, исходя  из величины эквивалентной шероховатости  -для водяных тепловых сетей) – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

(из гидравлического расчета  трубопроводов) – скорость теплоносителя;

(для тепловых сетей) – средний  удельный вес теплоносителя;

- ускорение свободного падения;

(для трубопровода 325х8,0) – внутренний диаметр трубы;

- приведенная длина трубопровода;

- длина трубопровода по плану;

- эквивалентная длина местных  сопротивлений,м;

 

- сумма коэффициентов местного  сопротивления;

Значения коэффициентов местного сопротивления:

Поворот 90°

Тройник на ответвление 90°

Тройник на проход

Для рециркуляционного насоса с диаметром трубопровода 325х8,0:

2 поворотов 90°;

2 тройников на проход;

2 тройников на ответвление.

 

 

м

 

Для трубопровода диаметром 478х7,0:

(определено по графику, исходя  из величины эквивалентной шероховатости  -для водяных тепловых сетей) – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

(из гидравлического расчета  трубопроводов) – скорость теплоносителя;

(для тепловых сетей) – средний  удельный вес теплоносителя;

- ускорение свободного падения;

(для трубопровода 478х7,0) – внутренний диаметр трубы;

- длина трубопровода по плану;

Для рециркуляционного  насоса с диаметром трубопровода 478х7,0:

4 поворотов 90°;

14 тройников на проход;

 

 

м

 

Потери напора в задвижке 0,1м.

Потери напора в обратном клапане 0,2м.

 

 

м-потери напора в котельном агрегате , м (принимается из паспорта котла).

-коэффициент запаса  по давлению (принимается 1,2)

 м

Подбирается насос по следующим характеристикам:

 м3/ч

 м

Подобран насос: 1+1(резервный)

Наименование продукта: Wilo-IL-E 40/170-5,5/2

Частота вращения: 2900 1/min

КПД: 83,8 %

 Мощность: 42,8 кВт

Полный вес: 563 кг

Рисунок 5-Характеристика насоса на рециркуляцию

 

Подбор насоса исходной воды

При данной схеме на ГВС в проектируемой котельной, насос исходной воды является одновременно и насосом на ГВС.

Расход насоса:

 

-расход исходной воды (принимается из табл.2 «Расчет  тепловой схемы» пункт 14), кг/с

кг/с= м3/ч

-коэффициент запаса  по расходу (принимается 1,1)

 м3/ч

Напор насоса:

, м

м-потери напора в системе ГВС (принимается согласно заданию), м

- потери в трубопроводе  и арматуре.

 

 – удельная потеря давления на трение.

Для трубопровода диаметром 219х7,0:

(определено по графику, исходя  из величины эквивалентной шероховатости -для водяных тепловых сетей) – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

 - (из гидравлического расчета трубопроводов) – скорость теплоносителя;

(для тепловых сетей) – средний удельный вес теплоносителя;

- ускорение свободного  падения;

(для трубопровода 219х7,0) – внутренний диаметр трубы;

- приведенная длина трубопровода;

- длина трубопровода по плану;

- эквивалентная длина местных сопротивлений,м;

 

- сумма коэффициентов местного  сопротивления;

Значения коэффициентов местного сопротивления:

Поворот 90°

Тройник на ответвление 90°

Тройник на проход

Для насоса исходной воды с диаметром трубопровода 219х7,0:

4 поворотов 90°;

1 тройника на ответвление;

1 тройника на проход;

 

 

 

 

Для трубопровода диаметром 106х4,0:

(определено по графику, исходя  из величины эквивалентной шероховатости -для водяных тепловых сетей) – коэффициент гидравлического сопротивления трения;

  – скорость теплоносителя;

=5,1 м/с

(для тепловых сетей) – средний удельный вес теплоносителя;

- ускорение свободного  падения;

(для трубопровода 106х4,0) – внутренний диаметр трубы;

- длина трубопровода по плану;

Для насоса исходной воды с диаметром трубопровода 106х4,0:

14 поворотов 90°;

1 тройника на проход;

1 тройник на ответление

 

 

 

 

Потери напора в задвижке 0,1м.

Потери напора в обратном клапане 0,2м.

Потери напора в фильтре 0,2м

Потери напора в магнитном преобразователе исходной воды 1 м.

 

 

 -потеря напора в узле учета, м (принимается равным 2м, по паспортным данным),м

м-потери напора в двух теплообменниках (принимается исходя из расчета теплообменников), м

м-располагаемый напор в сети В1 (принимается исходя из задания),м

 м-геометрический напор в сети (принимается высота 9-ти этажного здания +необходимый напор в верхней точке водозабора)

-коэффициент запаса по давлению (принимается 1,2)

 м

Подбирается насос по следующим характеристикам:

м3/ч

м

Подобран насос: 1+1(резервный)

Наименование продукта: Wilo-IL-Е 200/310-37/4

Частота вращения: 1450 1/min

КПД: 76 %

 Мощность: 20,6 кВт

Полный вес: 465 кг

Рисунок 6-Характеристика насоса исходной воды

 

Подбор циркуляционного насоса на Т4:

Подбираются по 2-м характеристикам Q м3/ч, H м

м3/ч

м

Данные параметры рассчитываются по следующим формулам (формулы взяты из Методического пособия «Тепловые пункты» Е.В.Корепанов стр.85) :

м3/ч

-расход воды необходимой  на циркуляцию (принимается из  табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 6), кг/с

кг/с= м3/ч

- расход исходной воды (принимается из табл.2 «Расчет тепловой схемы» пункт 14), кг/с

кг/с= м3/ч

Проект котельной установки