K004155 Дипломная работа Максимальный годовой отпуск теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

1. Теплотехническая часть.

1.1. Исходные данные.

За исходные данные принимаем:

1. Максимальный годовой отпуск теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

 ;

2.  Часовой отпуск пара на промышленном предприятии:

 ;

3. Возврат конденсата с производства:

  ;

4. Давление пара, отпускаемого на производство (на консервирование):

 ;

5. Вид резервного топлива – мазут  ;

6. Расход теплоты на мазутное хозяйство:

 ;

7. Давление пара, отпускаемого на мазутное хозяйство:

 ;

8. Максимальная температура прямой сетевой воды:

 ;

9. Расчетная температура наружного воздуха:

 ;

10. Температура воздуха внутри отапливаемых зданий:

 ;

11. Температура воды после деаэратора:

 ;

12. Температура подпиточной воды:

 ;

13. Температура сырой воды на входе в котельную:

 ;

14. Температура воды до химической очистки:

 ;

 Температура воды после химической очистки:

 ;

15. Потери воды в системе теплоснабжения:

 ;

16. Коэффициент собственных нужд химводоочистки:

 ;

17. Коэффициент внутрикотельных потерь пара:

 ;

18. Параметры пара, отпускаемого на производство (на консервирование):

давление отпускаемого пара:   ;

температура отпускаемого пара:  ;

энтальпия отпускаемого пара:  ;

19. Параметры пара после редукционной установки:

давление пара после продувки:   ;

температура пара после продувки:  ;

энтальпия пара после продувки:  ;

20. Параметры пара, образующегося в сепараторе непрерывной продувки:

давление пара в сепараторе:   ;

температура пара в сепараторе:  ;

энтальпия пара в сепараторе:  ;

21. Параметры пара, поступающего из деаэратора в охладитель выпора:

давление пара в охладителе выпора:   ;

температура пара в охладителе выпора:  ;

энтальпия пара в охладителе выпора:  ;

22. Параметры конденсата после охладителя выпора:

давление конденсата после охладителя выпора:   ;

температура конденсата после охладителя выпора:  ;

энтальпия конденсата после охладителя выпора:  ;

23. Параметры продувочной воды на входе в сепаратор непрерывной продувки:

давление продувочной воды на входе в сепаратор:   ;

температура продувочной воды на входе в сепаратор:  ;

энтальпия продувочной воды на входе в сепаратор:  ;

24. Параметры продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки:

давление продувочной воды на выходе из сепаратора:   ;

температура продувочной воды на выходе из сепаратора:  ;

энтальпия продувочной воды на выходе из сепаратора:  ;

25. Температура продувочной воды после охладителя:

 ;

26. Температура конденсата после пароводяных подогревателей:

 ;

27. Температура конденсата после охладителя конденсата:

 ;

28. Энтальпия конденсата после пароводяных подогревателей:

 ;

29. Минимальная температура сетевой воды на входе в котел:

 .

1.2. Расчет тепловой схемы.

Главными целями расчета тепловой схемы промышленно-отопительной котельной является:

• определение общих расходов тепла на собственные нужды;

• определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры.

Принципиальная тепловая схема позволяет определить суть основного технологического процесса преобразования энергии и использования в установке теплоты рабочего тела. Она представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединенного трубопроводами рабочего тела в соответствии с последовательностью его движения в установке.

Как правило, в качестве резервного топлива выбирается мазут.

На принципиальной схеме указывается: главное оборудование (котлы, насосы, деаэраторы, подогреватели) и основные трубопроводы.

Тепловая схема промышленно-отопительной котельной приведена на листе № 3 графической части выпускной квалификационной работы.

1. Расчетный отпуск теплоты:

• на отопление производственных зданий:

 ;

• на отопление теплиц:

 ;

• на горячее водоснабжение теплично-овощного комбината:

 ;

• на вентиляцию теплично-овощного комбината:

 ;

• на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение прилегающего жилищно-коммунального комплекса (по заданию):

 ;

2. Количество теплоты производимой в котельной в виде пара:

  (по заданию);

3. Часоваяпаропроизводительность котельной:

  (по заданию);

4. Расход теплоты на собственные нужды:

 ;                                     (2.2.1)

Принимаем   от мощности котельной.

5. Выработка теплоты котельной:

 .

6. Исходя из расчета отпуска теплоты для тепловой схемы промышленно-отопительной котельной, целесообразным решением является принятие в качестве источника системы теплоснабжения промышленно-отопительной котельной, оснащенной 4 котлами, два из которых принадлежат типу КВ-ГМ-100 и имеют производительность  , а также два комбинированных пароводогрейныхкола типа КТК-100, изготовленных на базе котла КВ-ГМ-100.

Мощность данной котельной выбрана с резервом, который используется при аварийном выходе из строя одного из котлоагрегатов, путем догрузки остальных работающих котлов.

В летний период при выводе в ремонт, либо при аварийной остановке в комбинированном режиме может быть введен второй котел КТК-100.

7. Количество котлов, работающих в комбинированном режиме:

 ;

8. Количество котлов, работающих в водогрейном режиме:

 ;

9. Расход сетевой воды через комбинированный котел:

  (по данным завода – изготовителя);

10. Расход сетевой воды через водогрейный котел:

  (по данным завода – изготовителя);

Расход сетевой воды через водогрейные котлы:

 ;

11. Расход питательной воды на паровой контур комбинированного котла:

  (по данным завода – изготовителя);

12. Суммарный расход сетевой воды:

 ;

13. Количество воды для подпитки теплосетей:

  (по заданию);

14. Количество воды на непрерывную продувку комбинированного котла:

 ,                                                                    (2.2.2)                                                  

где   - процент непрерывной продувки принимаем по рекомендации завода – изготовителя;  .

      15. Количество пара на выходе из расширителя сепаратора непрерывной продувки:

 ;                  (2.2.3)

        16.  Количество продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки:

 ;                                                        (2.2.4)

17. Расход пара на подогрев мазута (резервного топлива):

 ,                                          (2.2.5)

где   - теплоемкость мазута марки  .

18. Расход химически очищенной воды для подпитки теплосети и питания котлов:

 ;                              (2.2.6)

19. Расход сырой воды с учетом собственных нужд химводоочистки (ХВО):

 ;                                                 (2.2.7)

20. Температура сырой воды после охладителя подпитки:

 ;                                (2.2.8)

21. Температура химически очищенной воды после охладителя продувочной воды:

 ;           (2.2.9)

22. Температура химически очищенной воды после пароводяного подогревателя:

  (принимается);

23. Расход пара на подогреватель химически очищенной воды:

 ;                               (2.2.10)

24. Выпор из деаэратора:

 ;                                             (2.2.11)

25. Суммарный расход потоков воды, поступающих в деаэратор:

 ;               (2.2.12)

26. Расход пара на деаэратор:

 ;                      (2.2.13)

27. Расход пара на собственные нужды котельной:

 ;            (2.2.14)

28. Требуемаяпаропроизводительность котельной:

 ;                                              (2.2.15)

29. Невязка с ранее принятой производительностью:

 .                                         (2.2.16)

Водогрейная часть.

30. Температура воды в подающем трубопроводе сети:

 ;                              (2.2.17)

31. Температура обратной сетевой воды:

  ,                                                                               (2.2.18)

принимаем  ,  ;

где   - коэффициент снижения расхода на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха.

 32. Расчетный часовой расход сетевой воды в падающей линии теплосетей:

  ;                                             (2.2.19)

33. Расход обратной сетевой воды с учетом потерь в теплосети:

 ;                                          (2.2.20)

34. Температура обратной сетевой воды после подпитки  :

 ;                              (2.2.21)

35. Среднегодовой расход воды через котел в водогрейном режиме:

 ;

36. Расход воды через котел в комбинированном режиме:

 ;

37. Температура после котлов:

 ;

38. При нарушениях в тепловой сети количество воды для рециркуляции при температуре обратной сетевой воды   составит:

 .                               (2.2.22)

1.3. Выбор оборудования котельной.

1. Сетевые насосы.

Сетевой насос служит для циркуляции воды в тепловой сети. Его выбирают по расходу сетевой воды из расчета тепловой схемы. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии тепловой сети, где температура сетевой воды не превышает  .

Согласно указаниямРостехнадзора Российской Федерации в котельной должно быть установлено не менее двух сетевых насосов, один из которых должен являться резервным. При этом, производительность рабочих насосов выбирается с запасом  .

Напор, создаваемый сетевым насосом, выбирается в зависимости от требуемого напора у потребителя и сопротивления сети. Запас по напору при выборе сетевого насоса принимается равным .

Максимальный расчетный расход сетевой воды составляет  . Принимаем к установке в котельной три сетевых насоса типа   с подачей  . Электродвигатель с частотой вращения   и мощностью электродвигателя  .

2. Рециркуляционные насосы.

Рециркуляционные насосы необходимы для поддержания расчетной температуры сетевой воды на входе в водогрейный котел и равной  .

Максимальный расчетный расход воды на рециркуляцию составляет:

 .                                 (2.3.1)

Принимаем к установке два насоса типа  , с подачей  . Электродвигатель с частотой вращения   и мощностью  .

Производительность насосов выбрана с запасом  .

3. Подпиточные насосы.

Восполнение потерь воды в тепловых сетях осуществляется с помощью подпиточных насосов.

Расчетный расход утечки воды из тепловых сетей  . Производительность работающих подпиточных насосов должна вдвое превышать потери воды в тепловых сетях, т.е.  .

Принимаем к установке два насоса типа   с подачей   каждый. Электродвигатель с частотой вращения   и мощностью  .

4. Питательные насосы.

В питании котлов водой требуется надежность. Снижение уровня воды ниже допустимых пределов может привести к аварийному останову котла.

Котлы с давлением выше   и паропроизводительностью более  , должны быть оборудованы автоматическими регуляторами питания, поскольку от бесперебойности работы питательных насосов зависит надежность эксплуатации котельных агрегатов.

Для питания котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть в резерве. При установке двух насосов производительность каждого из них должна составлять не менее  от номинальной производительности всех работающих котлов. Ели устанавливается более двух насосов, производительность находящихся в работе насосов также должна составлять не менее   от номинальной производительности работающих котлов.

Напор, который должны создавать питательные насосы определяется по формуле:

 ,м,                                                                  (2.3.2)

где  – коэффициент запаса;

  - давление в барабане избыточное,  ;

  - давление в деаэраторе избыточное;

  - суммарное гидравлическое сопротивление тракта питательной воды,  ;

  - геометрическая разность уровней воды в котле и деаэраторе,  .

 .

Подача работающих насосов должна быть не менее:  .

Принимаем к установке три питательных насоса типа   с подачей   каждый; давление, создаваемое насосом  

Электродвигатель типа   с частотой вращения   и мощностью  .

5. Конденсатные насосы.

Конденсатные насосы предназначены для возврата технологического пара от потребителя в котельную в виде конденсата.

Производительность насосов выбирается с запасом   от количества возвращаемого конденсата.

В качестве конденсатных насосов устанавливаем два насоса типа   с подачей   и напором  .

Электродвигатель типа   с числом оборотов   и мощностью  .

6. Деаэрационная установка.

Деаэрацией называется освобождение питательной воды от растворенного в ней кислорода  с двуокисью углерода  . При отсутствии данной установки, кислород и углекислый газ, растворенные в воде, будут вызывать коррозию трубопроводов и поверхностей нагрева котлов, вследствие чего, соответственно, оборудование выйдет из строя.

Наибольшее распространение в паровых и водогрейных котлах получил термический способ деаэрации воды, который состоит в следующем: растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.

Деаэраторы атмосферного давления применяются при дегазации питательной воды в котельной  с паровыми котлами и на ТЭЦ среднего давления для дегазацииподпиточной воды тепловой сети, а также в качестве первой ступени деаэрации конденсата, возвращаемого с производства.

Расход пара на деаэратор:

 .                        (2.3.3)

Принимаем к установке в котельной два атмосферных деаэратора типа  , с номинальной производительностью  .

При расчете тепловой схемы были учтены особенности, которые связаны с применением комбинированных котлов, а именно:

1. При максимальных тепловых нагрузках на отопление и вентиляцию (включая наиболее холодный месяц) принималось, что три котла работают в водогрейном режиме и один  котел – в комбинированном;

2. При выборе числа работающих котлов учитывалась характеристика их работы в различных режимах. В первую очередь, это связано с тем, что практически постоянной паровой нагрузке котельной нагрузка по горячей воде претерпевает значительные сезонные и суточные изменения.

В летний период при выводе одного из комбинированных котлов в ремонт, для покрытия паровой нагрузки один из оставшихся в работе котлов переводится в комбинированный режим работы.

3. Нагрузки водогрейного и парового контуров комбинированного котла в некоторой степени взаимосвязаны, поэтому в период отопительного сезона возможные изменения пара в тепловой схеме могут быть направлены в пароводяные подогреватели сетевой воды.

4. Качество подпиточной воды при закрытой системе теплоснабжения принято таким же, как и питательной воды паровых контуров котлов. Для охлаждения подпиточной воды теплосети до предусматривается установка водо-водяного теплообменника.

5. Тепловая сеть от котельной при центральном качественном регулировании работает по отопительному графику при температуре  . Все абоненты тепловой сети подключены через центральные тепловые пункты;

6. К паровым потребителям пар из котельной направляется под давлением  . [9]

1.4. Тепловой расчет котельного агрегата типа КВ-ГМ-100.

1.4.1. Краткое описание водогрейного котла типа КВГМ-100.

Газомазутный водогрейный котел КВ-ГМ-100 предназначен для установки на теплоэнергоцентраль в целях покрытия пиков тепловых нагрузок и в качестве основного источника теплоснабжения в районных отопительных котельных.

Котел – прямоточный, П – образной компоновки, рассчитан для подогрева воды до   с перепадами   при пиковом режиме эксплуатации и   в основной схеме. Как типовое решение применительно к основному режиму принято однопоточное питание котла от фронтового экрана топки. Гидравлическая схема пикового режима включает два параллельных потока, охватывающих только топочные и конвективные поверхности.

Топочная камера котла экранирована трубами диаметром   , образующими фронтовой, промежуточный и два боковых экраны.

Конвективные поверхности нагрева расположены в опускном газоходе, который сомкнут с топкой и дополнительно экранирован боковыми и задними панелями. Пакеты труб разделены по высоте на три одинаковые части, состоящие из вертикальных стояков диаметром    и горизонтальных U-образных змеевиков   . Трубные пучки набраны в шахматном порядке. Вертикальные стояки присоединены к нижним и верхним камерам, размещенным на боковых стенах конвективной шахты. В настоящее время верхний пакет разделен еще на два с уменьшенным вдвое числом труб внутри каждой части и сохранением прежней U-образной конструкции и диаметра змеевиков.

Очистка наружной поверхности конвективных труб от золовых отложений осуществляется с помощью металлической дроби. Дробеочистительная установка имеет два автономных контура пневмотранспорта дроби. Ввод производится охлаждаемыми сферическими разбрасывателями. В настоящее время наметился переход на использование газоимпульсного способа очистки конвективной шахты.

Котел оборудован тремя газомазутными горелками РГМ-30 с ротационными форсунками Р-3500, установленными на фронтовой стене топки в два яруса треугольником вершиной вверх. Производительность горелки по газу -  , мазуту -   . Требуемое давление газа перед горелкой -  , мазута -  . К горелкам, сжигающим мазут, подаются два потока воздуха – общий и первичный, на газе поступает только общий воздух. До согласования с потребителями производится поставка котла с газомазутными горелками ПГМГ-40, имеющими паромеханические форсунки ФМП 4600/1000. Давление мазута перед форсунками принято менее  ( ).

В котле с целью подавления оксидов азота предусматривается устройство в топке воздушных сопл и системы рециркуляции дымовых газов. Тягодутьевая установка в этом случае включает вентилятор дутьевой ВДН – 17 и острого дутья ВДН-15, дымосос общий ДН-24×2 и рециркуляции, газов ДН-15 НЖ.

Разрезы котла представлены на листах № 3 и № 4 соответственно.

1.4.2. Краткое описание водогрейного котла типа КТК-100.

В отличие от водогрейного котла типа КВ-ГМ-100, водогрейная часть котла КТК-100 состоит из экранов первой и второй конвективных шахт, а также из трех обычных водогрейных конвективных пакетов, размещенных в первой конвективной шахте. Вторая конвективная шахта непосредственно примыкает к первой. Задний экран первой конвективной шахты разведен в четырехразрядный фестон с шагом   и  . Во второй конвективной шахте установлен пароперегреватель  , выполненный из труб Ǿ  . Под пароперегревателем размещена вторая ступень водяного экономайзера  , выполненного из труб Ǿ  . Ниже второй ступени водяного экономайзера расположен одноходовой по воздуху пакет трубчатого воздухоподогревателя  . Под воздухоподогревателем установлена первая ступень водяного экономайзера. Регулирование паровой и водогрейной нагрузок осуществляется газовымишибертами, расположенными под конвективной шахтой пропуском части дымовых газов через первую и вторую конвективные шахты. При нагрузке близкой к номинальной через вторую конвективную шахту пропускается   от всех дымовых газов. В случае, если нагрузка составляет менее   от номинальной – все дымовые газы. Максимальная паропроизводительность составляет  .

При работе котла в комбинированном режиме расход сетевой воды должен составлять не менее  .

При переводе на чисто водогрейный режим все топочные экраны могут включаться как водогрейные поверхности нагрева, выносные циклоны и уравнительные емкости заполняют сетевой водой, что обеспечивает проток сетевой воды через трубчатую систему пароперегревателя. Расход воды в пиковом режиме  , в основном  .

1.4.3. Расчетные данные водогрейного котла КВ-ГМ-100.

Номинальнаятеплопроизводительность:  ………...

Давление воды,   :

 расчетное……………………………………………………….

 минимальное на выходе………………………………………..

Температура воды,  :

 на входе………………………………………………………...

 на выходе…………………………………………………………..

Недогрев воды до кипения на выходе,  ……………………………...

Расход воды,  …………………………………………………

Минимальное гидравлическое сопротивление тракта,   :

 при первоначальной заводской конструкции верхнего конвективного пакета…………………………………………………....  

 после реконструкции заводом верхнего конвективного пакета……………………………………………………………………........

Минимальный КПД котла брутто,  :

 на газе …………………………………………………………….

 на мазуте…………………………………………………………..

Максимальный удельный расход условного топлива:

  ,   …………………..

Диапазон регулирования теплопроизводительности от номинальной,  …………………………………………………………………………….

Время растопки котла не более,  ………………………………………

Средняя наработка на отказ не менее,  ……………………………...

Срок службы между капитальными ремонтами не менее,  …………

Полный назначенный срок службы,  ………………………………..

Удельный выброс оксидов азота,  :

 на мазуте…………………………………………………………..

 на газе………………………………………………………………

Габаритные размеры,  :

длина……………………………………………………………………

ширина…………………………………………………………………..

высота…………………………………………………………………..

Масса металла,  …………………………………………………….

Примечание. В числителе указаны показатели основного режима, в знаменателе – пикового режима.

Расчет произведен в соответствии с указаниями нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов.

1.4.4. Конструктивные характеристики котла типа КВ-ГМ-100.

1. Топочная камера.

Площадь фронтовой стены:

 

Площадь боковой стены:

 

Площадь задней стенки:

 

Площадь потолка:

 

Площадь паза:

 

Площадь, занятая горелками:

 

Площадь экранированной поверхности стен топки:

                                            (2.4.4.1)