Тепловой расчет котельной

 

Содержание       Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       Основная  часть       1.  Мощность  тепловых потребителей       1.1 Расход  теплоты на технологические нужды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       1.2 Расход  теплоты на отопление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       1.3 Расход  теплоты на вентиляцию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       1.4 Определение  расхода теплоты на горячее  водоснабжение . . . . . . . . . . .  Определение паропроизводительности котельной. Выбор количества и типа котлоагрегатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Определение расходов пара        3.1 Расход  пара производственными потребителями  теплоты         (по максимально-зимнему  режиму) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Расход пара и воды теплофикационной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . Расход пара на горячее водоснабжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Расход пара и воды на водоочистку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Расход пара на деаэратор питательной воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Определение расхода топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Расчет топки         5.1 Выбор  топочного устройства и определение  основных          размеров  топки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Описание принципиальной тепловой схемы паровой производственно-отопительной котельной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         Список  использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
зм	лис	№ документа	Подп	Дата
Разраб						Лист			Лист	Листов
Провер
Реценз.
Н. Конр
Утв

 

 

Введение             Теплотехника – общетехническая дисциплина, предмет изучения которой – способы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а так же принципы действия и конструктивные особенности тепло- и парогенераторов, тепловых и холодильных машин, аппаратов и устройств.     Производственно-технологические  процессы лесопильно-деревоообрабатывающей промышленности связаны со значительным расходом теплоты (гидротермическая обработка древесины, плит и изделий из         измельченной древесины и т. д.).           Для создания необходимых условий  труда и быта работающих          теплота расходуется на санитарно-технические нужды (отопление и         вентиляцию производственных, культурно-бытовых. Жилых помещений, горячее водоснабжение, бани, бассейны, прачечные и т.д.).           Потребителей теплоты подразделяют  на следующие группы:        - производственно-технологические процессы;  - отопление, вентиляция и бытовое горячее водоснабжение производственных и    вспомогательных цехов; - отопление, вентиляция  и бытовое горячее водоснабжение административных зданий и культурно-бытовых учреждений;        - отопление и горячее водоснабжение жилого поселка или микрорайона.          Деревообрабатывающие предприятия используют в основном тепловую энергию, вырабатываемую собственными котельными. В качестве теплоносителей для большинства предприятий применяется вода или водяной пар. При температурах до 1200 С в качестве теплоносителя применяют горячую воду; при – 120. . .2000 С – воду и водяной пар, а при температуре свыше 1200С - водяной пар. По экономическим и техническим соображениям предпочтительнее использовать горячую воду, кроме того, если передача пара на расстояние более 3 км затруднительна, то горячая вода может подаваться на расстояние 10 км и более.                 Потребление тепловой энергии в системах теплоснабжения происходит неравномерно в течение года и суток. Годовое потребление разделяется на две группы: а)сезонная тепловая нагрузка и б)круглогодовая тепловая нагрузка. Сезонная тепловая нагрузка (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, оттаивание древесины перед распиловкой в лесопильном цехе и пр.) зависит прежде всего от климатических условий: температуры наружного воздуха, солнечной радиации, направления и скорости ветра и т. п.). сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график в течение отопительного периода.
						Лист
Изм	лист	№ документа	Подп	Дата

 

 

 

Мощность  тепловых потребителей.   1.1 Расход  теплоты на технологические нужды                   Таблица 1.1  Тепловые характеристики лесоперерабатывающих и     вспомогательных цехов   цех Давление пара на технологические  нужды, МПа Максимальный расход теплоты, кВт 1 ДВП 2,2   2 Сушильный 2,2   3 Механический  2,2     В итоге  2,2 2000            1.2. Расход теплоты на отопление.             При отсутствии расход теплоты на отопление рассчитываем по методу удельных отопительных характеристик по формуле:                               ,                                                                             (1)   где      - удельный расход тепла на отопление здания,    ,      - усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых    помещений, 0С;       - температура наружного воздуха, 0С;       – наружный строительный объем отапливаемой части здания, м3        Из прил.5         ДВП                                           Сушильный                           Механический                       Принимаем усредненную расчетную температуру воздуха внутри бытовых    помещений , в цехах - .          Удельные расходы теплоты на отопление   изменяются как функция расчетной    температуры наружного воздуха и приведены в прил. 4.с учетом поправочного коэффициента h, учитывающего влияние расчетной температуры наружного воздуха данного географического пункта:                                                                                                                            (2) ДВП                                                       -    Сушильный  цех                          -   Механический цех                       - бытовые здания                           -                  Для    получаем h= 1,2.
						Лист
Изм	лист	№ документа	Подп	Дата

 

 

 

а) Максимально-часовой расход теплоты на отопление               (наиболее  холодного месяца)                                                                                                        (3)            Расход теплоты на отопление цеха ДВП:                          Расход теплоты на отопление деревообрабатывающего цеха:                        Расход теплоты на отопление механического цеха:                           Расход теплоты на отопление жилых зданий:                             Расход теплоты на отопление производственных зданий:                                 б)  Среднечасовой расход теплоты  на отопление                                                                                                     (4)                  tср.о – средняя температура отопительного периода (прил.5)                    tср.о = -4,70С         Расход теплоты на отопление цеха ДВП:                          Расход теплоты на отопление деревообрабатывающего цеха:                        Расход теплоты на отопление механического цеха:                           Расход теплоты на отопление жилых зданий:                             Расход теплоты на отопление производственных зданий:                                         Тепловые потери помещений компенсируются отопительными установками.
						Лист
Изм	лист	№ документа	Подп	Дата

 

 

 

1.3. Расход теплоты на вентиляцию.                 Расход теплоты на вентиляцию в значительно большей степени, чем расход на отопление, зависит от проводимых в помещении технологических производственных процессов и от интенсивности производства.                При отсутствии проектной документации, как и для отопления, максимально- часовой расход тепла на вентиляцию, применяем формулу:                                                                                              (5)            – удельный расход на вентиляцию, ( прил.4)            tвн – средняя температура воздуха внутри отапливаемых помещений, 0С;            tр.в. - температура наружного воздуха, -190С;            Vн – наружный объем отапливаемой части здания, м3                          Из приложения 4 имеем:                ДВП                                                    -         сушильный цех                          -           механический цех                      -         бытовые здания                       -                 Расход теплоты на вентиляцию цеха ДВП:                                    Расход теплоты на вентиляцию деревообрабатывающего цеха:                                     Расход теплоты на вентиляцию механического цеха:                                         Расход теплоты на вентиляцию бытовых зданий                                                                                                         Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий:                                             1.4. Определение расхода теплоты  на горячее водоснабжение.            Горячим водоснабжением обеспечиваются квартиры (для ванн, стирки белья и пр.), коммунально-бытовые предприятия (баня, прачечная, столовая, больница  и др.), а также душевые производственных объектов. Расход теплоты на горячее водоснабжение характеризуется большой неравномерностью в течение суток. С целью выравнивания графика расхода теплоты на горячее водоснабжение применяются аккумулирующие баки горячей воды, устанавливаемые непосредственно у потребителей (баня, душевые, прачечные).                 Для подсчета тепловой нагрузки на горячее водоснабжение воспользуемся           таблицей 1.2                 Расход тепла на горячее водоснабжение определяется по формуле :                                   ,  кВт                                                                 (6)
						Лист
Изм	лист	№ документа	Подп	Дата

 

 

 

 

где а – норма расхода горячей воды на единицу потребления;

температура горячей воды t_г = 65⁰ С;

начальная температура воды t_х = 5⁰ С;

n – количество единиц потребления, 110*2,5 = 275;

С_в = 4,19 кДж/кгК – теплоемкость воды

а = 10 л/сут

 

Таблица1.1 – Нормы расхода горячей воды.

Наименование  здания	Единица измерения	Расход горячей воды
		сред. за неделю, л/сут	макс. водопотребл., л/сут
Жилые дома квартирного типа, оборудованные:
а) умывальниками, мойками, душами	житель	85	100
б) сидячими ваннами и душами	житель	90	110
в) ваннами 1,5 – 1,7 м	житель	105	120
Общежитие с общими душевыми	житель	60	60
Столовые	одно блюдо	1,5 – 2,0	1,5 – 2,0

 

        

С_в = 4,19 кДж/кгК – теплоемкость воды

а = 10 л/сут

          Расход тепла на горячее водоснабжение

                       кВт

 

                    Расход теплоты на горячее водоснабжение производственных зданий

определяется  по формуле

                                  , кВт                                                                        (7)

 

где  – расход тепла на горячее водоснабжение производственных зданий

Из табл 2.1 :

,   t_г. = 65 ⁰С; t_х = 5 ⁰С

С_в = 4,19 кДж/кгК

           Получаем расход теплоты на горячее водоснабжение производственных зданий

     

Результаты расчетов представляем в виде таблицы 1.3.

 

Таблица 1.3. Тепловые нагрузки котельной

потребление	Максимальный часовой расход, кВт
Технологические нужды Отопление и вентиляция производственных помещений Отопление и вентиляция бытовых зданий	2000 337,3 + 1213,8 = 1551,1  52,437 + 38,85 = 91,3
Горячее водоснабжение  Производственных   Бытовых зданий	251,4 8,00
Итого	3901,8

 

2. Определение паропроизводительности котельной.

     Выбор количества и типа котлоагрегатов

 

        Определяем паропроизводительность котельной для двух характерных режимов -максимально-зимнего и минимально-летнего (при отсутствии расхода теплоты на отопление и вентиляцию).

        Для максимально-зимнего режима по формуле:

                                     , кг/с                                                                   (8)

h-  энтальпия пара при Р на технологические нужды предприятия, кДж/кг,

при       h = 2802 кДж/кг

 – температура конденсата, возвращаемого в котельную ;

 – доля расхода теплоты  на собственные нужды котельной  ;

  – коэффициент, характеризующий  потери в тепловых сетях  .

 

Для максимально-зимнего  режима:

      ,      D = 6,48т/ч

 

        Для минимально-летнего  режима (при отсутствии расхода  теплоты на отопление и вентиляцию):

         ,  D = 3,96 т/ч

 

           Число котельных агрегатов должно быть не менее двух, учитывая плановые ремонты котлоагрегатов и возможность аварийной остановки отдельного агрегата.

 

Выбор типа котла.

 

           Для нахождения некоторых необходимых данных в дальнейшем расчете тепловой схемы выбираю тип котла, ориентируясь на рассчитанные данные производительности котельной.

      Выбираю котлы  типа КЕ-6,5-14С (2 шт.) и КЕ-4-14С (2 шт.) изготавливаемые Бийским котельным заводом, предназначенный для слоевого сжигания твердого топлива (мет. ук. таблица 4.2).

Характеристики котла:

Давление пара на выходе из котла, кгс/см², (МПа)  14 (1,4)

Паропроизводительность, т/ч                                     6,5 (4)

Температура питательной воды, °С                           100

Температура сухого насыщенного пара, °С              225

Тип топочного устройства                                          ТЛМЗ

 

3. Определение расходов пара.

 

3.1. Расход пара производственными  потребителями теплоты

(по максимально-зимнему режиму)

         Расход пара на технологические нужды

                                , т/с                                                                      (9)

где  - возврат конденсата, табл. 2.1 ,

- энтальпия  вырабатываемого  пара при Р в котлоагрегете,  кДж/кг;

 h = 2800 кДж/кг

 _-  энтальпия возвращаемого конденсата_, кДж/кг _,

                

        Расход пара на отопление и вентиляцию производственных, административных, жилых и культурно-бытовых зданий:

 

                             , т/с                                                                         (10)

 

         Суммарный расход пара для производственных потребителей теплоты с учетом потерь в тепловых сетях

                                       , т/с                                                                       (11)

 

3.2.Расход пара и воды  теплофикационной установки

 

        Установка состоит из подогревателя сетевой воды, охладителя конденсата и тепловых сетей.

Температура обратной сетевой воды t^/_сет = 70⁰ С ,

температура прямой воды t^//_сет = 150⁰ С ,

температура сетевой воды после  охладителя конденсата принимаем t = 75⁰ С.

         Количество сетевой воды, циркулирующей в системе отопления производственных зданий (закрытая система):

                                 ,   т/с                                                                 (12)

       Расход греющего пара на теплофикацию установки

                                  ,  т/с                                                                (13)

h – энтальпия греющего пара , кДж/кг

h- коэффициент, учитывающий потери подогревателя в окружающую среду,

 h= 0,98

      

     

 

 

 

 

 

3.  Расход пара на горячее водоснабжение

 

Максимальный часовой расход пара на горячее водоснабжение:

                            ,  т/с                                                                    (14)

где   h – энтальпия греющего пара при , кДж/кг

t_к  - температура конденсата при давлении насыщения, ⁰С;

h- коэффициент, учитывающий тепловые потери подогревателя в окружающую среду,

                    

 

4.  Расход пара и воды на водоочистку

 

          Безвозвратная потеря конденсата складывается из потерь производственного конденсата и потерь на продувку котлов ( Р = 4% от D_max).

 Подпитка сети составляет 2% от количества сетевой воды, т.е.  G_подп.= 0,02 G_с.в..

С учетом коэффициента запаса, равного 1,2, производительность установки для  водоочистки:

 

  , т/с                                                             (14)

Расход пара на смесительный подогреватель сырой  воды

                               ,  т/с                                                                               (15)

 

     

 

3.5. Расход пара на деаэратор питательной воды

             B деаэратор направляются следующие потоки воды:

1. После химводоочистки G_х.о.. при t = 20⁰ С.

2. Производственный конденсат  0,04* D_т.н при t_к = 70⁰ С.

3. Конденсат пара после охладителя D_О.В. при   t_к^// = 70⁰ С.

4. Конденсат пара, подаваемого в бойлер горячего водоснабжения,

Dг.в. при t_к = 80⁰ С.

 

       Средняя температура водяных потоков, входящих в деаэратор

                                         , ⁰ С                                                                                            (16)

 

      Потребный расход пара для подогрева в деаэраторе до 104⁰ С:

                                          ,  т/с                                                                    (17)

 

где SD – суммарный расход воды на деаэратор

 

 

 

h = 0,97 – к.п.д. деаэратора

 

            Проверяем правильность выбора паропроизводительности котельной.

       Суммарный расход пара для внешних потребителей теплоты:

                                          ,  т/с                                                            (18)

        Суммарный расход пара на собственные нужды котельной:

                                              ,  т/с                                                                        (19)

 

          Максимальная паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь:

                                            , т/с                                                                       (20)

 

или     D_max = 1,98 кг/с или 7,92 т/ч

  Расхождение с величиной D_max , принятой по предварительному расчету не превышает 0,5%.

,

Следовательно уточнение расчета  не требуется

 

 

4. Определение расхода топлива

 

             В котлоагрегатах малой производительности до 50 т/ч потерями тепла с продувочной водой можно пренебречь, тогда расход топлива при условии, что , равен:

                                             ,  кг/с                                                                         (21)

 

D – паропроизводительность котельной установки, кг/с

h -  энтальпия пара при Р котельной установки,

h_п.в – энтальпия питательной воды. кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет топки

 

5.1 Выбор топочного устройства  зависти от производительности  котла, физико-химических свойств  топлива и ряда технико-экономических  условий.

 

   Выбираем топку с забрасывателем на неподвижный слой (прил.2, 3)

Тепловое напряжение объема топки:

                                     ,                                                                                    (22)

где  В – условный расход топлива, кг/с

– низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

V_T – объем топки

- тепловое напряжение объема топки из прил.3

     Из формулы (22) определяем  объем топки:

                                

 

Тепловое напряжение зеркала горения:

                                     ,                                                                                    (23)                                                                     

из приложения 3

 

              Из формулы (23) находим площадь  зеркала горения :

          

Высота топки :  

 

Из прил.6 выбираем колосниковую решетку  ЗП – РПК  типоразмер 2-2200/2135.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Описание принципиальной тепловой  схемы паровой

производственно-отопительной котельной.

 

        При расчете тепловой схемы паровой котельной определяются расходы пара и воды для всех потребителей, выясняются утечки воды и пара и рассчитывается необходимая производительность химводоочистки. По результатам расчета тепловой схемы выбирается тип и количество котлоагрегатов и других теплообменников, а также насосов, устанавливаются величины потоков пара и воды, протекающих по трубопроводам, и их диаметры.

      На рис.1 дана принципиальная тепловая схема паровой производственно-отопительной котельной, предназначенной для снабжения  паром и горячей водой производственно-технологических нужд предприятия и систем отопления, вентиляции и бытового водоснабжения. В котлоагрегате КА вырабатывается насыщенный пар, который по трубопроводу поступает на производство и через редукционный клапан после дросселирования  в пароводяные подогреватели (ПГВ и СП). СП и ПГВ предназначены: один для подогрева горячей воды на отопление, второй – на горячее бытовое водоснабжение. СП монтируются в виде блоков из двух теплообменников – основного (СП) и установленного под ним охладителя конденсата (ОК). назначение охладителя конденсата – снижение температуры конденсата греющего пара перед поступлением его в деаэратор (Д). При использовании в котельных деаэраторов атмосферного типа, в которых температура насыщения воды около 100⁰С, температура поступающего конденсата должна быть ниже температуры кипения воды в деаэраторе, так как последний одновременно является сборным баком питательной воды.

        Для удаления газов из питательной воды она подогревается в деаэраторе до температуры кипения паром низкого давления, который поступает из коллектора. Вместе с газами из воды уходит некоторое количество пара. Несмотря на химводоочистку, в питательной воде остается некоторое количество солей. Для поддержания внутри парового котла допустимого солесодержания со стороны водяного объема и во избежание накипеобразования на стенках труб и других поверхностях нагрева производится непрерывная и периодическая продувка водотрубных котлов. Непрерывная продувка паровых котлов производится из той части котла, где предполагается наибольшее выпадение солей из питательной воды при переходе жидкости в пар. При продувке из котла уходит горячая вода с температурой насыщения, зависящей от внутрикотлового давления (например, при р = 2 МПа    t = 211⁰С). количество выдуваемой внутрикотловой воды составляет 2,…,5% паропроизводительности котла. Для использования тепла воды непрерывной продувки в тепловой схеме предусмотрен расширитель непрерывной продувки (РНП). Он представляет собой емкость, размеры которой подобраны таким образом, что поступающая сюда горячая вода вскипает и частично превращается в пар, отводимый в коллектор пара низкого давления. Остающаяся вода с температурой около 100⁰С используется на рассматриваемой схеме в подогревателе сырой воды (ПСВ 1 и ПСВ 2) из водопровода.

        Неизбежные  утечки конденсата и неполный  возврат его в котельную из  систем теплоснабжения восполняется  очищенной водой, для чего в  котельной предусмотрена установка  химводоочистки (ОФ и КФ). Для подачи  воды в котел установлен питательный  насос (ПН) с электроприводом.  Неизбежные утечки воды, даже  в закрытой теплосети, восполняются  подпиточным насосом (ППН) водой  из деаэратора.

 

Заключение:

 

В результате выполненной работы были получены следующие результаты:

Производительность котельной D = 3,6 кг/с  обеспечивает нужды потребителей по заданию.

Котлоагрегат – паровой котел  марки: КЕ-20-14С (2 шт.) и КЕ-4-14С (2 шт.)

Условный расход топлива В = 0,296кг/с

Произведен расчет топки, выбрано  топочное устройство и определены основные размеры:

V_T =  24,7 м³ - объем топки.    Высота топки :  H  = 3,6 м .

 

 

 

     Список использованных источников.

 

1. Теплотехника:  Расчет принципиальной тепловой схемы промышленно-отопительной котельной. Методические указания к выполнению курсовой работы. – Красноярск : СТИ. 1991.- 40с.
2. Тепловые нагрузки лесопильно-деревообрабатывающих производств: Методические указания к выполнению курсовой работы. – Красноярск :  КГТА, 1996, - 32с.
3. Мелешко А.В., Теплотехника. Часть 1 – техническая термодинамика: Учебное пособие. – Красноярск : СибГТУ. 2000. –78 с.
4. Брдлик П.М., Морозов А.В., Семенов Ю.П., Теплотехника и теплоснабжение предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности :  Учебник для вузов. – М. «Лесная промышленность», 1988.-456 с.