Расчет тепловой схемы паровой котельной и выбор основного оборудования паросиловой ТЭЦ

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: «Источники и системы теплоснабжения предприятий»

 

на тему: «Расчет тепловой схемы паровой котельной и  выбор основного оборудования паросиловой  ТЭЦ»

Вариант № 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 

группы ТЭ-05-1

Заковряшин С. М.

Принял: Захарьева Н.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2007 г. 
Оглавление

 

1. Задание……………………………………………………………………………3
2. Исходные данные………………………………………………………………...4
3. Описание принципиальной тепловой схемы котельной………………………5
4. Расчетная производительность котельной……………………………………..8
5. Выбор числа котлов с учётом условий их работы в неотопительном периоде и требований аварийного резервирования……………………………………………..19
6. Определение расхода топлива в котельной……………………………………21
7. Выбор основного оборудования ТЭЦ………………………………………….23
8. Заключение………………………………………………………………………26
9. Список использованной литературы…………………………………………...27

 

Задание

 

Задача по выбору основного  оборудования паровой котельной  формулируется следующим образом.

Для заданных:

- климатических характеристик  места расположения котельной;

- расходов и параметров  пара, отпускаемого от котельной  промышленным предприятиям, а также расходов и температур возвращаемого конденсата;

- расчетных расходов  теплоты на отопление, вентиляцию  и горячее водоснабжение, отпускаемой от котельной внешним потребителям в горячей воде с заданным температурным графиком;

- вида системы горячего  водоснабжения;

- вида основного топлива  в котельной.

Требуется:

- выбрать тип паровых  котлов и подготовить ПТС котельной;

- определить расчетную  производительность котельной;

- выбрать состав паровых  котлов с учетом условий их  работы в неотопительный период, а также требований аварийного резервирования котлов;

- определить часовой  и годовой расход топлива для  котельной;

- выбрать основное  оборудование ТЭЦ;

- рассчитать и выбрать  пиковые источники.

При выборе состава котлов на практике приходится учитывать различные ограничения, связанные с вредными воздействиями теплоисточников на окружающую среду. Однако рассмотрение методики учета экологических ограничений не входит в объем расчета тепловой схемы котельной.

 

Исходные данные

 

Город: Краснодар

Расчетные тепловые нагрузки жилого микрорайона:

отопление: 20 МВт

вентиляция: 2 МВт

горячее водоснабжение: 6 МВт

Расчетные тепловые нагрузки промузла:

отопление: 115 МВт

вентиляция: 47 МВт

горячее водоснабжение: 24 МВт

Пар на производство высокого давления:

расход: т/ч

давление: Р_в=3,1 МПа

температура: ^оС

Пар на производство низкого  давления:

расход: т/ч

давление: Р_н=1,3 МПа

температура: ^оС

Доля тепловой нагрузки в паре в неотопительный период от расчётного значения:

паропровод высокого давления: 0,8

паропровод низкого  давления: 0,9

Возврат конденсата от потребителей пара:

Пар высокого давления:

процент возврата: 100 %

температура: t_к=50 ^оС

Пар низкого давления:

процент возврата: 100 %

температура: t_к= 40 ^оС

Норма подачи пара потребителям при аварии в котельной:

пар высокого давления: 90 %

пар низкого давления: 100 %

Годовое число часов  использования расчётной парой  нагрузки:

пар высокого давления: 5100 ч/год

пар низкого давления: 4600 ч/год

Система теплоснабжения: закрытая

Расчётная температура  сетевой воды в подающем трубопроводе: ^оС

Основное топливо: мазут

 

3. Описание принципиальной тепловой схемы котельной

 

Рис.1. Принципиальная тепловая схема промышленной паровой котельной для закрытой системы теплоснабжения

 

На рис. 1 приведена схема, в которую входят следующие блоки, включающие группы элементов схемы с общим функциональным назначением.

1) Блок подачи пара  внешним потребителям:

1.1. Внешний паропровод с высоким давлением пара, отпускаемого непосредственно от котлов.

1.2. Внешний паропровод  с низким давлением пара.

1.3. Редукционно-охладительная  установка (РОУ), предназначенная  для получения пара низкого  давления с заданными параметрами.

1.4. Трубопроводы конденсата, возвращаемого от внешних потребителей  пара.

1.5. Бак сбора возвращаемого  конденсата.

1.6. Конденсатный насос.

1.7. Конденсатоочистка.

2) Блок нагрева сетевой  воды для внешних потребителей:

2.1. Подающий трубопровод.

2.2. Обратный трубопровод.

2.3. Сетевой насос.

2.4. Подогреватель сетевой  воды (ПСВ).

2.5. Редукционная установка  (РУ), предназначенная для снижения  давления пара до 0,6 МПа.

2.6. Охладитель конденсата, предназначенный для охлаждения  конденсата после ПСВ для предотвращения вскипания конденсата в конденсатопроводе и в деаэраторе питательной воды.

3) Блок подготовки  и подачи подпиточной воды  для тепловой сети:

3.1. Насос сырой воды.

3.2. Подогреватель сырой  воды, предназначен для подогрева  сырой воды перед ХВО до температуры 30 – 40 ⁰С.

3.3. Химводоочистка для  тепловой сети (ХВОТС).

3.4. Деаэратор подпиточной  воды для тепловой сети (ДПТС) атмосферного типа.

3.5. Охладитель подпиточной  воды после ДПТС до температуры  70 ⁰С.

3.7. Пароводяной подогреватель ХОВ воды перед ДПТС.

3.8. Бак запаса подпиточной воды.

3.9. Подпиточный насос.

3.10. Редукционная установка  (РУ) для снижения давления пара  с 0,6 до 0,12 МПа.

4) Блок питательной  воды котлов:

4.1. Паровой котел.

4.2. Деаэратор питательной  воды котлов (ДПВ).

4.3. Сборный коллектор потоков конденсата от подогревателей с давлением пара 0,6 МПа.

4.4. Сборный коллектор  потоков конденсата от подогревателей  с давлением пара 0,12 МПа.

4.5. Насос для перекачки  конденсата в ДПВ. В паровых  котельных, при обосновании, могут  применяться другие схемы сбора конденсата и подачи его в ДПВ.

4.6. Питательный насос.

4.7. Подогреватель высокого  давления (ПВД) для подогрева питательной  воды перед котлом. Этот подогреватель  устанавливается в тех случаях,  когда температура питательной  воды на входе в котел по техническим требованиям завода-изготовителя должна быть 145 ⁰С, т.е. выше температуры в ДПВ.

5) Блок подготовки  и подачи добавочной воды для  котлов:

5.1. Насос сырой воды.

5.2. Охладитель сбросной  продувочной воды до максимальной  температуры сбросных вод, допускаемых нормами по защите окружающей среды.

5.3. Подогреватель сырой  воды перед ХВО; устанавливается тогда, когда в охладителе (5.2) не удается подогреть сырую воду до заданной температуры 30⁰ С.

5.4. Химводоочистка (ХВО)  для добавочной воды котлов.

5.5. Подогреватель химочищенной  воды перед ДПВ (вторая ступень подогрева).

5.6. Подогреватель химочищенной воды перед ДПВ (первая ступень подогрева).

6) Блок использования  тепла непрерывной продувки котлов:

6.1. Расширитель непрерывной  продувки котлов.

6.2. Устройство для  приема сбросной продувочной  воды после охладителя.

7) Блок собственных  нужд котельной:

7.1. Подогреватель воды  на нужды отопления, вентиляции  и горячего водоснабжения котельной. Кроме схемы этого подогревателя, приведенной на рис.1, в котельных могут применяться схемы включения такого подогревателя в контур водяных сетей с использованием сетевой воды в качестве греющего теплоносителя.

7.2. Подогреватель для  непрерывного подогрева мазута  для подсветки факела угольных котлов при их работе на сниженных нагрузках.

7.3. Калорифер для подогрева  дутьевого воздуха, устанавливается  только для котлов, работающих  на высокосернистом топливе, для  которых необходимость установки калорифера предусмотрена заводом-изготовителем. Если соответствующие данные отсутствуют, то при определении расчетной производительности котельной по настоящим Указаниям рекомендуется предусматривать установку калорифера для подогрева дутьевого воздуха для паровых котлов паропроизводительностью 50 т/ч и выше.

 

4. Расчетная   производительность   котельной

 

,

где - расход пара для обеспечения тепловых нагрузок в паре и горячей воде внешних потребителей (ВП); - расход пара на собственные нужды котельной.

 

4.1. Определение величины .

Рис. 2. Расчетная схема  потоков пара, составляющих величину

 

- расходы пара высокого (Р_В) и низкого (Р_Н) давления на производственные нужды промпредприятий;

- расход пара на подогреватель  сетевой воды (ПСВ);

- расход пара на подогреватель  сырой воды для подготовки  подпиточной воды тепловой сети (ТС);

- расход пара на деаэратор  подпиточной воды ТС.

 

4.1.1.

 

Расчетная тепловая нагрузка на ПСВ:

,

где - расчетная тепловая нагрузка на отопление жилого микрорайона и промузла:

;

- расчетные тепловые нагрузки на вентиляцию жилого микрорайона и промышленного узла; - расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилого микрорайона и промузла:

,

где - коэффициенты суточной неравномерности нагрузки горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла; - коэффициенты часовой неравномерности нагрузки горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла; ; - среднечасовая за отопительный период нагрузка горячего водоснабжения жилого микрорайона и промузла.

 

4.1.1.2. Расчётные потери  теплоты с утечками в тепловых сетях

 

,

где c - удельная теплоемкость воды, принимаемая равной ; -расчетные потери сетевой воды с утечками из тепловой сети, т/ч; - расчетная температура потока воды с утечкой из тепловой сети; - расчетная температура холодной воды, поступающей в котельную для компенсации утечек, принимается равной 5 ^оС.

,

где - фактический объем воды в тепловых сетях и в местных системах теплопотребления.

.

- рекомендуется принимать для  обеспечения необходимого запаса  тепловой производительности котельной  в том случае, когда утечка  сетевой воды в максимальном  зимнем режиме только из подающего  трубопровода

 

4.1.1.3. Потери теплоты  через тепловую изоляцию трубопроводов  тепловых сетей

 

,

где - доля тепловых потерь через тепловую изоляцию трубопроводов.

 

 

 

4.1.1.4. Расчётный поток теплоты, вводимой в сетевую воду с подпиточной водой

 

,

где - расчётный расход подпиточной воды:

,

где для закрытой системы  теплоснабжения ; - температура подпиточной воды, рекомендуется принимать .

.

При Р_н=1,3 МПа и :

h_н=2834,34 кДж/кг.

При Р_в=3,1 МПа и :

h_в=3160,72 кДж/кг;

h_к=334,92 кДж/кг (при рекомендуемой t_к=80 ^оС);

h_ох.в=439,3 кДж/кг.

где η_п=0,98 – КПД подогревателя.

 

4.1.2. Определение расходов  пара на подогреватель сырой  воды  и на деаэратор подпиточной воды тепловой сети .

 

,

где - расход сырой воды на подпитку тепловой сети:

,

где - коэффициент потерь сырой воды в ХВО, принимается равным 0,25; - расход химочищенной воды для подпитки тепловых сетей.

Уравнение материального  баланса:

- температура химочищенной воды;

.

- температура сырой воды после  подогревателя, принимается по  рекомендациям равной 30 ⁰С; - температура сырой воды до подогревателя, принимается равной .

 

4.1.3.

 

- расход пара перед РОУ.

 

4.2. Расчётная производительность  котельной

 

4.2.1.

 

,

где - коэффициент, показывающий долю расхода пара от котлов на собственные нужды котельной.

(принимаю  )

Величина  включает в себя следующие расходы пара и питательной воды на собственные нужды котельной:

1. питательная вода на обеспечение непрерывной продувки котлов ;
2. пар на подогрев сырой воды для подготовки добавочной воды для котлов ;
3. пар на подогрев ХОВ для котлов ;
4. пар на подогрев мазута ;
5. пар на бытовые тепловые нагрузки котельной (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) ;
6. пар на подогрев питательной воды котлов  в ПВД ;
7. пар на калорифер для подогрева воздуха для котлов ;
8. пар на ДПВ .

 

4.2.2. Расход питательной  воды для обеспечения непрерывной продувки котлов

 

где α_прод=0,03.

 

4.2.3. Расход пара на  подогрев сырой воды для подготовки  добавочной воды котлов.

 

 

4.2.3.1. - тепловая нагрузка подогревателя.

 

,

где - расход сырой воды для подготовки добавочной воды котлов;

где - расход сбросной продувочной воды после расширителя непрерывной продувки котлов.

- давление в барабане котла.

(при  - давление конденсата);

;

.

- потери пара и конденсата  с утечками в котельной, принимается  равной 3% от  :

- потери конденсата у внешних  потребителей; т.к. возврат конденсата 100%-ный, то 

 

4.2.3.2. - температура сырой воды перед подогревателем

 

, следовательно, отпадает необходимость  установки подогревателя 5.3 (Д_пск=0).

 

4.2.4. Расход  пара на подогрев мазута

 

 

 

 

 

 

4.2.5. Расход пара на  бытовые нагрузки котельной

 

 

4.2.6. Расход  пара на ПВД

 

,

где -тепловая нагрузка на ПВД:

,

где - расход питательной воды на входе в котёл:

- температура питательной воды  на входе в котёл;

- температура питательной воды  перед ПВД;

(при  в ДПВ);

.

 

 

4.2.7. Расход  пара на калорифер для подогрева  дутьевого воздуха

 

где - доля расхода пара на калорифер.

 

4.2.8. Расход  пара на подогреватель ХОВ  перед ДПВ, тепловые нагрузки  подогревателя

 

,

где - температура химочищенной воды после подогревателя; - температура насыщения при давлении в ДПВ:

 

4.2.8.1. - температура химочищенной воды перед подогревателем

 

,

где - расход греющей воды, равный сумме потоков конденсата от ПВД, от калорифера дутьевого воздуха и от подогревателя воды на бытовые нагрузки котельной:

;

(при  - конденсат);

, т.е. на  меньше температуры насыщения при в ДПВ

Т.к. , для нагрева ХОВ не возникает необходимости в установке подогревателя 5.5, т.е. .

 

4.2.9. Расход  пара на ДПВ

 

1. Расход и температура химочищенной воды перед ДПВ:

2. Расход и энтальпия пара вторичного вскипания из РНП:

3. Суммарный поток конденсата из конденсатоочистки и средняя температура этого потока:

,

где - расходы конденсата, возвращаемого в котельную от потребителей пара .

4. Расход и температура конденсата от мазутохозяйства:

5. Расход и температура конденсата от ПСВ:

6. Суммарный расход и температура конденсата от подогревателей с давлением пара :

.

Расходы конденсата равны  соответствующим расходам пара :

7. Суммарный расход и температура конденсата от подогревателей с давлением пара :

,

где - расход пара на подогреватель ХОВ перед ДПТС.

- тепловая нагрузка этого  подогревателя:

 

4.2.9.3.

 

 

4.2.9.5.

 

(при  ).

(при  - конденсат)

 

4.2.11.

 

(при давлении в ДПВ  ).

 

4.2.12. Расход питательной воды

 

 

4.2.13.

 

Т.к. ∆<5%, принимаю к расчету

 

4.2.14.1. Уточненное значение коэффициента собственных нужд котельной по расходу пара от котлов

 

 

4.2.14.2. Значение  коэффициента собственных нужд  паровой котельной по расходу  теплоты

 

,

где - расчетная тепловая мощность котельной.

- энтальпия пара на выходе  из котла (P=3,9 МПа; t=440 ^оС);

(P=3,9 МПа, t=145 ^оС).

.

- расчетная тепловая суммарная  нагрузка внешних потребителей  в паре и горячей воде:

,

где ; - тепловые нагрузки промышленных потребителей пара с высоким и низким давлением.

,

где - энтальпия пара высокого давления; - условная энтальпия возвращаемого конденсата:

(при t_к=50 ^оС и 100%-ном возврате).

,

где ; (при t_к=40 ^оС и 100%-ном возврате).

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Предварительный выбор числа котлов

 

Предварительно выбираю  котлы Е-160-3,9 с характеристиками:

Д=160 т/ч;

P_пп=3,9 МПа;

t_пп=440 ^оС;

t_пв=145 ^оС.

 

,

где - расчётная производительность выбранного котла

.

Принимаю предварительное  число котлов

 

5. Выбор числа котлов  с учётом условий их работы в неотопительном периоде и требований аварийного резервирования

 

5.1. Учёт работы  котлов в неотопительный период

 

Минимальная допустимая единичная тепловая мощность одного котла при его разгрузке:

Для газомазутных котлов ; - единичная тепловая мощность котла.

,

где ;

- энтальпия пара на выходе  из котла и питательной воды:

Минимальная тепловая нагрузка котельной в неотопительный период

.

- расчетная тепловая нагрузка  горячего водоснабжения в неотопительный  период:

- коэффициент, показывающий снижение  потребления горячей воды в  неотопительный период; для курортных  городов  .

- температура воды в холодном  источнике в неотопительный период.

- тепловая нагрузка промышленных  потребителей пара соответственно  с высоким и низким давлением  в неотопительный период.

где - доля тепловой нагрузки в паре в неотопительный период от расчётного значения в паропроводе высокого давления.

где - доля тепловой нагрузки в паре в неотопительный период от расчётного значения в паропроводе низкого давления.

,

следовательно, выбранный  тип котлов, т.е. их единичная тепловая мощность, удовлетворяет условием работы в неотопительный период.

 

5.2. Учёт требований  аварийного резервирования котлов

 

где (при ) - минимально-допустимая доля расчётного расхода теплоты на отопление и вентиляцию.

 

5.2.1.

 

,

где - минимально-допустимая расход пара по паропроводу высокого давления.

 

5.2.2.

 

 

5.2.3. Расход  пара в паропроводе собственных  нужд котельной

 

 

 

 

 

5.2.4. Расход  пара на ПСВ

 

5.2.5. Тепловая  производительность ПСВ и ОК

 

 

5.2.6.

 

 

5.2.7.

 

сохраняется предварительно принятое число котлов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Определение расхода топлива в котельной

 

6.1. Расчётный  расход топлива

 

,

где - расход пара на выходе из котлов; - энтальпия пара и питательной воды:

- КПД котла,  (газомазутные котлы).

- теплотворная способность топлива:

(мазут малосернистый).

 

6.2. Удельный  расход топлива на единицу выбранной теплоты

 

 

 

6.3. Годовой  расход топлива в котельной

 

,

где - годовая выработка тепловой энергии в котельной: