Расчет тепловой схемы котельной. 2


Содержание

Введение………………………………………………………….……........

3

1 Расчет тепловой схемы котельной............................................................

4

2 Составление теплового баланса котельной..............................................

24

3 Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной........................................................................................................

 

30

4 Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания..........................................................................................................

 

31

5 Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха.........................

34

6 Тепловой баланс котельного агрегата......................................................

36

7 Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате..

39

8 Тепловой и конструкционный расчет экономайзера...............................

40


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тепловая  схема во многом определяет экономичность  работы котельной. Подробный расчёт тепловой схемы с составлением его  теплового баланса позволяет  определить экономические показатели котельной, расхода пара и воды, по которым производится выбор основного  и вспомогательного оборудования.

Составление теплового баланса котлоагрегата позволяет оценить его экономичность для вариантов с использованием водяного экономайзера и без него.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет тепловой схемы котельной

1.1 Исходные данные

 

№/№

Наименование

Ед.

 изм.

Исходные данные

1

Пар для технологических нужд производства:

- давление пара на выходе  из котлоагрегата,;

- сухость пара на выходе  из котлоагрегата,;

- расход пара на технологические  нужды, 

 

МПа

 

-

 

кг/с

 

1,36

 

0,97

 

13,31

2

Температура сырой воды, воды,

ºС

7

3

Давление пара после РОУ,

МПа

0,114

4

Сухость пара на выходе из расширителя  непрерывной продувки,

-

0,97

5

Потери пара в котельной в процентах  от ,

%

2

6

Расход котловой воды на непрерывную  продувку в процентах от ,

%

1,5

7

Расход тепла на подогрев сетевой  воды,

кДж/с

12,12×103

8

Температура горячей воды на выходе из сетевых подогревателей,

ºC

95

9

Температура воды в обратной линии  теплосети,

ºС

46

10

Температура воды перед и после  ХВО,

ºС

25

11

Температура конденсата на выходе из бойлера,

ºС

81

12

Возврат конденсата от потребителя,

 

ºС

 

40

53

13

Потери воды в тепловой сети,

%

1,5

14

Температура воды, сбрасываемой из барботера,

ºС

45

15

Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды,

ºС

70



 

 

1.2 Определение параметров воды  и пара.

 

При давлении МПа в состоянии насыщения имеем (Приложение А, таблица 1):

 ºС,

 кДж/кг,

 кДж/кг,

 кДж/кг.

При давлении МПа имеем (Приложение А, таблица 1):

 ºС,

 кДж/кг,

 кДж/кг,

 кДж/кг.

 

где    - давление пара на выходе из котлоагрегата, MПa;

- температура  пара на выходе из котлоагрегата, °С;

- энтальпия сухого  насыщенного пара на выходе  из котлоагрегата, кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг;

- теплота парообразования  при давлении , кДж/кг;

- давление пара после РОУ, МПа;

- температура пара после РОУ, °С;

- энтальпия влажного  пара после РОУ при давлении  ,кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

- теплота парообразования  при давлении , кДж/кг;

 

Энтальпия воды при температуре ниже 100 ºС может  быть с достаточной точностью  определена без использования таблиц по формуле:

 

,

где кДж/кг∙°С.

 

В дальнейшем определение энтальпии воды (конденсата) особо оговариваться не будет.

 

1.3 Расчет подогревателей сетевой  воды.

 

Определим расход воды через сетевой подогреватель (бойлер) из уравнения теплового баланса (Рисунок 2):

 

 

 

 ,

 

 кг/с.

 

 

Рисунок 2 - Схема водоподогревательной установки

 

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах  от :

 

,

 

 кг/с.

 

где - энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

 

Подпиточный насос подает в тепловую сеть воду из деаэратора с энтальпией (принимаем равной энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки,), кДж/кг в количестве , кг/с. Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

 

,

 

где соответствует температуре кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (433,048/4,19 = 103,316), °С; соответствует температуре воды в обратной линии теплосети,   °С, кДж/кг;

 

 кДж/кг.

 

 

Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

 

,

 

Откуда:

,

 

По заданию  известно °С, а кДж/кг.

 

 кг/с.

 

где    - расход тепла на подогрев сетевой воды, кДж/с;

- расход воды через  сетевой подогреватель (бойлер), кг/с;

- температура горячей  воды на выходе из сетевого  подогревателя (бойлера), °С;

- температура воды в  обратной линии теплосети, °С;

- потери воды в теплосети,  кг/с;

- потери воды в теплосети  в процентах от;

- энтальпия воды из  деаэратора (принимаем равной энтальпия  кипящей воды в расширителе  непрерывной продувки,), кДж/кг;

- энтальпия воды в  обратной линии теплосети, кДж/кг;

- расход пара в подогревателе  сетевой воды (бойлере), кг/с;

- энтальпия конденсата  после подогревателя сетевой воды (бойлера), кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий  потери тепла аппаратом и трубопроводами  в окружающею среду ().

 

1.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды.

 

Расход тепла  на технологические нужды составит:

 

,

 

где - средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:

 

,

 

 кДж/кг.

 

В случае отсутствия возврата конденсата от технологических  потребителей .

 

При движении пара из котлоагрегата к потребителям и к РОУ происходит потеря энергии сухого насыщенного пара, поэтому для расчета его энергетической эффективности необходимо произвести у каждого из потребителей (технологические нужды, РОУ) следующим образом:

 

,

 

В дальнейших расчетах значение энтальпии пара после  котлоагрегата необходимо принимать как энтальпию влажного пара - .

 

 кДж/кг,

 

 кДж/с.

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и на технологические  нужды составит:

 

,

 

 кДж/с.

 

Расход пара на подогрев сетевой воды и на технологические  нужды составит:

 

,

 

 кг/с.

 

При отсутствии сетевых подогревателей .

 

где    - энтальпия влажного пара после выхода из котлоагрегата, кДж/кг;

- расход тепла на  технологические нужды, кДж/с;

- расход пара на технологические нужды, кг/с;

- средневзвешенная энтальпия  конденсата от технологических  потребителей, кДж/кг;

, - энтальпия конденсата от первого, второго технологических потребителей, кДж/кг;

, - возврат конденсата от потребителей в процентах от ;

- энтальпия сырой воды, кДж/кг;

- суммарный расход на подогрев  сетевой воды и на технологические  нужды, кДж/с;

- энтальпия кипящей  воды в расширителе непрерывной  продувки (при давлении), кДж/кг;

- расход пара на подогрев  сетевой воды и на технологические  нужды, кг/с.

 

1.5 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара.

 

Расход пара на деаэрацию воды () и расход пара на подогрев сырой воды перед химводоочисткой ( ) приблизительно составляет 3 - 11% от .

В данном примере  расход пара на вышеуказанные нужды принимаем 5% от :

 

,

 

 кг/с.

 

Общий расход свежего пара:

 

,

 

 кг/с.

 

где - расход пара на деаэрацию и на подогрев сырой воды перед химводоочисткой, кг/с;

- общий расход свежего  пара, кг/с;

 

1.6 Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ), редукционной установки (РУ).

 

 

Рисунок 3 - Схема  РОУ

 

Расход редукционного  пара с параметрами , , и расхода увлажняющей воды определяем из уравнения теплового баланса РОУ (Рисунок 3):

 

.

 

Из уравнения  материального баланса РОУ:

 

.

 

Решая совместно  уравнения , получим:

 

,

 

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

 

,

 

 кг/с.

 

Составляем  схему РОУ:

 

Рисунок 4 - Узел РОУ

 

Питательный насос подает увлажняющую воду в РОУ из деаэратора с энтальпией (ранее принятой равной энтальпии кипящей воды в расширителе непрерывной продувки,). Таким образом, расход увлажняющей воды,, определим по формуле:

 

 кг/с,

 

 

 

Количество  редуцированного пара:

 

 кг/с.

 

где    - расход острого пара, поступающего в РОУ, кг/с с параметрами , ;

- энтальпия влажного  пара после выхода из котлоагрегата,  кДж/кг;

- расход увлажняющей  воды, поступающей в РОУ, кг/с;

- энтальпия увлажняющей  (охлаждающей) воды, поступающей  в РОУ, кДж/кг;

- количество редуцированного  пара, кг/с;

- энтальпия влажного  пара после РОУ при давлении  ,кДж/кг;

 

1.7 Расчет сепаратора непрерывной продувки.

 

 

Рисунок 5 - Схема непрерывной продувки

 

Расход продувочной  воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению в процентах от :

 

,

 

 кг/с.

 

Количество  пара, выделяющегося из продувочной  воды, определяется из уравнения теплового  баланса (Рисунок 5):

 

,

 

и массового  баланса сепаратора:

 

.

 

Рисунок 6 - Узел сепаратора непрерывной продувки

 

Энтальпию влажного пара в расширителе при  определим по формуле:

,

 

 кДж/кг.

 

Имеем:

 

,

 

 кг/с.

 

 

Количество  сливаемой воды в барботёр:

 

,

 

 кг/с.

 

где     - энтальпия влажного пара в расширителе, кДж/кг;

- степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки;

- теплота парообразования  при давлении  кДж/кг;

- количество пара, выделяющегося в расширителе из продувочной воды, кг/с;

- расход котловой воды на непрерывную продувку, кг/с;

- энтальпия продувочной воды (равна энтальпии кипящей воды в барабане,  ,при давлении ), кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

- расход воды из расширителя непрерывной продувки, кг/с;

 

1.8 Расчет расхода химически очищенной воды.

 

Общее количество воды, добавляемое из химводоочистки, состоит из следующих потерь:

 

  1. Потери конденсата от технологических потребителей:

 

.

 

 кг/с

 

В случае отсутствия конденсата от технологических потребителей .

 

  1. Потери продувочной воды кг/с.
  2. Потери пара внутри котельной заданы в процентах от :

 

,

 

 кг/с.

 

  1. Потери воды в теплосети  кг/с.
  2. Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем кг/с.

 

Общее количество химически очищенной воды равно:

 

,

 

 кг/с.

 

Для определения  расхода сырой воды на химводоочистку, необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента . В данном курсовом проекте следует принимать .

 

Имеем:

 

,

 

 кг/с.

 

где    - потери конденсата от технологических потребителей, кг/с;

, - возврат конденсата от потребителя в процентах от ;

 - потери продувочной воды, кг/с;

- потери пара  внутри котельной, кг/с;

- потери воды в теплосети, кг/с;

- количество выпара из деаэратора, кг/с;

- расход воды через химводоочистку, кг/с;

- расход сырой  воды на химводоочистку, кг/с.

 

1.9 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды.

 

Рисунок 7 - Схема  пароводяного подогревателя сырой  воды

 

Уравнение теплового  баланса подогревателя:

 

 ,

 

Расход редуцированного  пара в подогревателе сырой воды:

 

,

 

 

 кг/с.

 

где    - расход нагретой воды, кг/с;

,   - начальная и конечная энтальпия нагреваемой воды, ºС;

- расход греющего пара, кг/с;

- энтальпия пара после  РОУ, кДж/кг;

- энтальпия конденсата, кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий  потери тепла аппаратом и трубопроводами  в окружающею среду ().

 

1.10 Расчет конденсатного бака.

 

 

Рисунок 9 - Узел конденсатного бака

 

Температура смеси конденсата, определяется из выражения:

 

,

 

где  - расход конденсата, кг/с;

  - температуры конденсата, °С;

 

 

Суммарное количество конденсата, поступающее в конденсатный бак, будет равно:

 

.

 

Находим суммарное  количество воды , которое поступает в конденсатный бак. В бак подаются потоки конденсата от технологических потребителей и вода из химводоочистки.

 

,

 

 кг/с;

 

,

 

 кг/с;

 

,

 

 кг/с.

 

Температура смеси конденсата:

 

,

 

 °С.

 

1.11 Расчет охладителя выпара.

 

Охладитель  выпара на рассчитываемой схеме не предусмотрен.

 

1.12 Общие замечания о расчете  деаэратора.

 

В курсовом проекте применен смешивающий термический  деаэратор атмосферного типа ( МПа). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром ().

Газы, выделяемые деаэрированной водой, переходят в паровой поток и остатком неконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэрационной колонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда через охладитель выпара). Расход избыточного пара () по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2 – 4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: , где - суммарный расход деаэрируемой воды.

 

 

Рисунок 10 - Узел деаэратора

 

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии пара при данном давлении (принимаем равным ). Деаэрированная вода () из бака деаэратора подается питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.

При расчете  деаэратора неизвестными являются расход пара на деаэратор () и расход деаэрированной воды (). Эти величины определяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансов деаэратора.

 

Произведем  уточнение ране принятого расхода .

Суммарный расход деаэрируемой воды:

 

.

 

Принимаем значение возврата конденсата после подогревателя  сырой воды, , согласно рассчитываемой схеме, равным расходу редуцированного пара в подогревателе сырой воды, ; а возврат конденсата после сетевого подогревателя (бойлера), , равным расходу пара в подогревателе сетевой воды, :

 

 кг/с,

 

,

 

 кг/с.

 

Запишем уравнение  теплового и массового балансов (предположим для деаэратора )(Рисунок 10):

 

,

 

где – энтальпия воды в деаэраторе (принимаем равной энтальпии кипящей воды в расширителе), кДж/кг.

 

.

 

Рисунок 11 - Расчетная схема деаэратора

 

Из уравнения  находим:

 

,

 

 

 

 

 

Подставляем полученное значение в уравнение (27) и решаем его относительно :

 

 

 

 

 

 

 

 кг/с,

 

 кг/с.

 

где     - давление в атмосферном деаэраторе, МПа;

  - количество редуцированного  пара, кг/с;

- количество выпара  из деаэратора, кг/с; 

- суммарный расход деаэрируемой  воды, кг/с;

- расход деаэрированной  воды на выходе из деаэратора, кг/с;

- возврат конденсата  после сетевого подогревателя  (бойлера), кг/с;

- энтальпия конденсата  после подогревателя сетевой  воды (бойлера), кДж/кг;

- расход пара в подогревателе  сетевой воды, кг/с;

- возврата конденсата  после подогревателя сырой воды, кг/с;

-  расход редуцированного  пара в подогревателе сырой  воды, кг/с;

- энтальпия конденсата, кДж/кг;

- расход воды через  химводоочистку, кг/с;

 – энтальпия воды на выходе из химводоочистки, кДж/кг;

- количество пара, выделяющегося  в расширителе из продувочной  воды, кг/с;

- энтальпия влажного  пара в расширителе непрерывной  продувки, кДж/кг;

- расход деаэрированной  воды на выходе из деаэратора, кг/с; 

- расход воды на питание  котельных агрегатов, кг/с;

- энтальпия воды в  деаэраторе, кДж/кг;

- расход воды на подпитку  тепловой сети, кг/с;

 - расход пара на деаэрацию, кг/с;

- энтальпия влажного  пара после РОУ при давлении  ,кДж/кг;

 

1.13 Проверка точности расчета первого приближения.

 

Из уравнения  массового баланса линии редуцированного  пара определяем значение :

 

,

 

 кг/с.

 

При расчете  деаэратора получено кг/с. Ошибка расчета составляет 16,5%. Допустимое расхождение 3%. Следовательно, необходимо провести второй цикл приближения.

1.14 Уточненный расчет РОУ.

 

Расчет редуцированного  пара:

 

,

 

 кг/с.

 

Из уравнения  имеем:

 

;

 

,

 

Отсюда:

,

 

 кг/с.

 

,

 

 кг/с.

 

Общий расход свежего пара:

 

,

 

 кг/с.

 

где    - расход увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кг/с;

- расход острого пара, поступающего в РОУ, кг/с;

- общий расход свежего  пара, кг/с.

 

1.15 Уточненный расход тепловой схемы.

 

  1. Расчет расширителя непрерывной продувки:

 

,

 

 кг/с,

 

,

 

 кг/c,

 

,

 

 кг/с.

 

  1. Расчет расхода химически очищенной воды:

 

,

 

 кг/с,

 

,

 

 кг/с,

,

 

 кг/с.

 

  1. Расчет пароводяного подогревателя сырой воды:

 

,

 

 кг/с.

 

4) Расчет  конденсатного бака смотреть в пункте 1.10.

5) Расчет  охладителя выпара отсутствует.

6) Расчет  деаэратора:

 

,

 

,

 

,

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 кг/с,

 

 кг/с.

 

1.16 Проверка математического баланса линии редуцированного пара.

 

Аналогично 1.13 имеем:

 

,

 

 кг/с.

При расчете  деаэратора получено кг/с. Расхождение составляет 0,052%, дальнейших уточнений не требуется.

 

1.17 Определение полной нагрузки на котельную.

 

Полная нагрузка определяется по формуле:

 

,

 

 кг/с.

 

В тоже время:

 

,

 

 кг/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Составление теплового баланса котельной.

 

Тепловой  баланс котельной составляется для  определенных КПД, оценки относительной  величины различных потерь, что позволяет  оценить экономичность предложенной тепловой схемы.

 

Суммарное поступление  теплоты в схему:

 

,

 

 кВт,

 

Здесь:

,

 

 кг/с.

 

Паропроизводительность котельной включает в себя:

 

.

 

Определим расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:

 

,

 

 кВт.

 

Процент расхода  теплоты на технологические нужды:

 

,

 

%.

 

Расход острого  пара поступающего в РОУ, , включает в себя расход пара на подогрев сетевой воды, на деаэрацию и на подогрев сырой воды, таким образом, расход теплоты, составит:

 

,

 

,

 

,

 

%,

 

,

 

,

 

%,

 

,

 

,

 

%,

 

%.

 

Расход теплоты  на продувку котла:

 

,

 

,

 

%

 

Расход теплоты  с водой, подаваемой на питание котельных  агрегатов:

 

,

 

,

 

%,

 

Полезно расходуемый  процент теплоты (КПД схемы):

 

,

 

%.

 

Суммарные потери теплоты:

 

,

 

%.

 

Основные  составляющие потерь теплоты:

 

  1. Потери от утечек свежего пара:

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%.

 

  1. Потери в окружающую среду в бойлере:

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%.

 

Неучтенные  потери составляют:

 

%.

 

 

При выполнении курсового проекта неучтенные потери не должны превышать 1%. Для выполнения этого условия при расчете  различных тепловых схем котельных  может возникнуть необходимость  учесть не только указанные ранее  потери.

 

 

Продолжим вычисление потерь:

 

  1. Потери с водой при производстве химводоочистки:

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%.

 

  1. Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после расширителя непрерывной продувки):

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%.

 

  1. Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%.

 

  1. Потери с выпаром:

 

,

 

 кВт,

 

,

 

%,

 

где    - паропроизводительность котельной, кг/с;

- энтальпия влажного  пара после выхода из котлоагрегата,  кДж/кг;

- расход котловой воды на непрерывную продувку, кг/с;

- энтальпия продувочной воды (равна энтальпии кипящей воды в барабане,, при давлении ), кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

- расход сырой воды  на химводоочистку, кг/с;

  - энтальпия сырой  воды, ºС;

- расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора, кг/с;

- расход увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кг/с;

- расход воды на подпитку  тепловой сети, кг/с;

- расход пара на технологические нужды, кг/с;

- возврат конденсата  от потребителя в процентах  от ;

  - энтальпии конденсата, °С;

- процент расхода теплоты  на технологические нужды, %;

- расход теплоты с  паром на технологические нужды  с учетом возврата конденсата, кВт;