РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Учебное пособие к курсовой работе по дисциплине «Общая энергетика» для специальности электроснабжение
Чебоксары
УДК 621.181.7
ББК 31.361
Б95
Рецезенты:
Доцент кафедры ТиПМ Чебоксарского института (филиал) МГОУ к.т.н. В.И. Рябов
Доцент кафедры Тракторов и машин ЧГСА к.т.н. В.С. Макаров
Венедиктов С.В.
Расчет теплообменных аппаратов котельных установок:. – Чебоксары: ЧИ МГОУ, 2007.- 52 с.
Приведены методы расчета расхода теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды промышленных предприятий, принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной, теплового баланса котельного агрегата и расчет теплообменных аппаратов.
В сборнике частично использованы учебно-методические материалы Марийского государственного технического университета.
1. Г.Ф. Быстрицкий, А.В. Маряшев, В.А. Хлебников Проектирование котельной установки:. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004.
©Венедиктов С.В., 2007
© ЧИ (филиал)МГОУ, 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………… ……. 4
1 МЕТОДЫРАСЧЕТА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
КОТЕЛЬНОЙ …………………………………………………………………… …………….. 5
1.1 Определение тепловой нагрузки котельной …………………… …………………..7
1.1.1 Расчет расхода теплоты на отопление ……………………… …………………….7
1.1.2 Расчет расхода теплоты на вентиляции ……………………………………… …..13
1.1.3 Расчет расходов теплоты на горячее водоснабжение и технологические
нужды …………………………………………………………………………………………..14
1.2 Расчет принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной
котельной …………………………………………………………………… …………….16
Контрольные вопросы и ключевые слова к разделу 1 …………………………………22
2 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА ……………………………. ….23
2.1 Расчет состава, объемов и энтальпий продуктов горения топлив ………………..23
2.2 Тепловой баланс котельного агрегата, коэффициент полезного действия ….24
Контрольные вопросы и ключевые слова к разделу 2 ………………………………… 28
3 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ……………………………………….30
3.1 Общие сведения ……………………… ……………………… ……………………..30
3.2 Конструктивный и тепловой расчеты аппаратов поверхностного типа ……….... 32
3.2.1 Теплопередача в трубчатых водо-водяных теплообменниках …………… …...35
Контрольные вопросы и ключевые слова к разделу 3 ……………… …………………38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………… ……………………… ………… … … ……..38
Библиографический список ……………………………………………….. …. ………38
Приложение 1. Климатические данные некоторых городов России ………….. ……..40
Приложение 2. Удельные теплопотери зданий и сооружений при расчете
отопления и вентиляции ………………………………………………………………………. 40
Приложение 3. Физические параметры воды на линии насыщения ……………41
Приложение 4. Теплофизические параметры пара и воды на кривой
насыщения (по температурам) ………………………………………………………………..42
Приложение 5. Теплофизические параметры пара и воды на кривой
насыщения (по давлениям) ………………………………………….. ………………………43
Приложение 6. Характеристики твердых и жидких топлив ………………….. ……...43
Приложение 7. Характеристики газообразных топлив …………………………… … 44
Приложение 8. Энтальпии газов и воздуха при различных температурах и
постоянном давлении 101 кПа …………………………………………………………. ……45
Приложение 9. Параметры и номинальная производительность паровых котлов
низкого и среднего давления по ГОСТ 3619-8949…… …………………………………….. 45
Приложение 10. Технические характеристики стальных водогрейных
котлов ………………………………………………………………………………………….. 46
Приложение 11. Технические характеристики одноступенчатых
центробежных насосов типа К ……………………………………………………… ……... 47
Приложение 12 Технические характеристики РОУ ……………………………………48
Приложение 13 Технические характеристики деаэраторов атмосферных ………… 49
Приложение 14 Сепаратор непрерывной продувки ……………………. ……………..49
Приложение 15 Сетевые подогреватели со встроенным охладителем ………………..49
Приложение 16 Характеристики пароводяных подогревателей сырой воды ………..50
Приложение 17 Характеристики пароводяных подогревателей сетевой воды … … 51
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее пособие предназначено для выполнения курсовой работы студентами специальности 100400 – "электроснабжение". Оно способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами по дисциплине общая энергетика.
Пособие содержит методики расчетов тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды производственных цехов, общественных и жилых зданий.
Изложены основные положения инженерных методов расчета принципиальной тепловой схемы паровой производственно-отопительной котельной, составления и анализа теплового баланса парового или водогрейного котельного агрегата, расчета процессов горения топлив.
Рассматривается инженерная методика расчета рекуперативных водоводяных и пароводяных теплообменных аппаратов поверхностного типа (теплообменников) и приводятся необходимые справочные данные, позволяющие студентам выполнить соответствующие расчеты без обращения к специальной литературе.
Цель настоящего пособия состоит в том, чтобы привить студентам навыки инженерных методов расчета ряда технических задач, необходимых в практической деятельности инженера отдела главного энергетика промышленного предприятия.
1 МЕТОДЫРАСЧЕТА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫКОТЕЛЬНОЙ
Котельным агрегатом называется энергетическое устройство для получения пара заданного давления и температуры в заданном количестве.
В зависимости от характера тепловых нагрузок различают производственные, производственно-отопительные и отопительные котельные установки.
Производственные котельные предназначены для снабжения теплотой сторонних технологических потребителей различных отраслей промышленности.
Производственно-отопительные котельные осуществляют теплоснабжение технологических потребителей, а также поставляют тепловую энергию и теплоноситель в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных, административных и жилых зданий и сооружений.
Отопительные котельные вырабатывают теплоту для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий различного назначения.
Важнейшими элементами котельной установки являются паровые или водогрейные котлы, оборудование водоподготовки, устройства для приготовления топлива и его подачи, оборудование для удаления шлаков и золы, установки для нагнетания воздуха и удаления газообразных продуктов сгорания и др. В курсовой работе рассчитывается принципиальная тепловая схема котельной и выбирается основное и вспомогательное оборудование (котлы, деаэраторы, редукционно - охладительные установки (РОУ), теплообменники).
Технологический процесс преобразования энергии топлива в тепловую энергию в котельной установке графически изображается на принципиальной тепловой схеме в виде условных обозначений основного и вспомогательного оборудования, связанного между собой системой трубопроводов и паропроводов. Имеющаяся в котельной установке арматура, второстепенные трубопроводы и вспомогательные устройства (например, конденсатоотводчики) на принципиальной тепловой схеме не показываются. Не уточняется также количество и расположение оборудования.
Основная цель расчета принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной заключается в определении технических характеристик основного и вспомогательного оборудования (расходов воды пара и топлива, энтальпий пара и воды) и энергетических показателей котельной.
Расчет принципиальной тепловой схемы производится исходя из максимальных тепловых нагрузок на теплоснабжение и технологические нужды при расчетной температуре наружного воздуха с учетом всех возможных потерь теплоты и теплоносителя, а также затрат тепловой энергии на собственные нужды.
Принципиальная схема паровой производственно-отопительной котельной приведена на рис. 1.1.
Сырая вода подогревается паром в теплообменнике 8 и поступает на химводоочистку 4, где вода проходит несколько стадий очистки. На первой из воды удаляются грубодисперсные вещества, снижается бикарбонатная щелочность воды путем добавления в нее специальных реагентов, вызывающих выпадение примесей в осадок. Затем выполняется умягчение воды. На последней стадии водоподготовки в деаэраторе 2 из воды удаляются растворенные газы (О2 и СО2), вызывающие коррозию труб и оборудования.
Полученная питательная вода затем подается питательными насосами 3 в водяные экономайзеры паровых котлов. Вырабатываемый котлами пар направляется к промышленным технологическим потребителям и частично расходуется самой котельной на собственные нужды. Через редукционно-охладительную установку 6 пар расходуется на собственные нужды котельной: поступает для подогрева сетевой воды в теплообменник 9, в деаэратор 2 и для подогрева сырой воды в теплообменник 8.
На приведенной схеме предусматривается использование теплоты непрерывной продувки паровых котлов. Для этой цели устанавливается сепаратор (расширитель) непрерывной продувки 5, в котором вода частично испаряется за счет снижения ее давления до атмосферного. Образующийся пар направляется в деаэратор.
Подпитка тепловой сети производится питательной водой при помощи насосов 11.
Образующийся в теплообменниках конденсат собирается в конденсатном баке 7, откуда конденсатным насосом 13 направляется в деаэратор. В конденсатный бак поступает также конденсат от промышленных потребителей пара.
Рис. 1.1.
Принципиальная схема паровой производственно-отопительной котельной
1 - котлоагрегат; 2 - деаэратор атмосферный; 3 - питательный насос; 4 – химводоочистка; 5 – расширитель непрерывной продувки; 6 – редукционно-охладительная установка; 7 – конденсатный бак; 8 – теплообменник для подогрева сырой воды; 9 - теплообменник для подогрева сетевой воды; 10 – насос сырой воды; 11 – насос для подпитки тепловых сетей; 12 – сетевой насос; 13 – конденсатный насос.
1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ КОТЕЛЬНОЙ
1.1.1 Расчет расхода теплоты на отопление
Основная задача отопления заключается в поддержании комфортной температуры воздуха внутри помещений за счет равновесия между тепловыми потерями здания и поступлением теплоты.
Уравнение теплового баланса помещения
QО = QОГР + QИНФ + QОХ – SQТВ, (1.1)
где QО – подвод теплоты от отопительной системы, МВт;
QОГР – потери теплоты через наружные ограждения, МВт;
QИНФ – потери инфильтрацией из-за поступлений в помещение холодного воздуха через неплотности наружных ограждений, МВт;
QОХ – расход теплоты на подогрев холодных предметов (для помещений производственного назначения), МВт;
SQТВ – внутренние тепловыделения в помещении, МВт.
Тепловые потери здания в основном состоят из потерь через ограждающие конструкции QОГР. Поэтому для удобства расчетов потери теплоты можно записать в следующем виде
QОТ = QОГР∙(1 + m),
где m = QИНФ/QОГР – коэффициент инфильтрации.
Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальное значение коэффициента инфильтрации в большинстве случаев не превосходит 3 – 6 %. Ввиду малости по абсолютной величине в курсовой работе для этого типа зданий можно принять m = 0.
Потери теплоты инфильтрацией промышленных зданий (цехи, склады, депо и т.п.) нередко достигают 25 – 30 % потерь через наружные ограждения, и их необходимо учитывать при расчете.
Потери теплоты теплопередачей через наружные ограждения могут быть рассчитаны по формуле
QОГР = SK∙F∙Dt/1 000, МВт, (1.2)
где F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м2;
K – коэффициент теплопередачи наружных ограждений, кВт/(м2 К);
Dt – разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конструкций, К.
Для здания с объемом по наружному обмеру V, м3, периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м2, и высотой h, м, потери теплоты теплопередачей через наружные ограждения могут быть определены по формуле Н.С. Ермолаева [ 2 ]:
QОГР = (tВР – tНО)∙V∙{P/S∙[kC + j∙(kOK – kC)] + 1/h∙[Y1∙kПТ + Y2∙kПЛ]}/1000 (1.3)
где kC, kOK, kПТ, kПЛ – коэффициенты теплопередачи стен, окон, потолка, пола, соответственно, кВт/(м2 К);
j – коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади стен;
Y1 и Y2 – поправочные коэффициенты;
tВР – усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С;
tНО – расчетная наружная температура,°С.
Выражение, заключенное в (1.3) в фигурные скобки, представляет собой удельные тепловые потери 1 м3 здания при разности внутренней и наружной температур 1°С. Эта величина в дальнейшем обозначается qO, Вт/(м3 К). В этом случае тепловые потери через наружные ограждения с учетом инфильтрации
QO = (1 + m)∙qO∙V∙(tВР – tНО)/1 000 000, МВт. (1.4)
Формула (1.4) является основной расчетной формулой для систем отопления при курсовом проектировании.
Значения расчетной температуры воздуха для отопления, равной средней температуре наиболее холодных зим за 50 – летний период, приведены в прил. 1.
Значения усредненной расчетной температуры внутреннего воздуха в зимний период принимаются в соответствии с табл. 1.1.
Таблица 1.1
Усредненные расчетные температуры внутреннего воздуха
| Наименование помещений | tВР, °С |
| 1. Цех с незначительным тепловыделением (не более 24 Вт/м3) | 12 – 16 |
| 2. Цех со значительным тепловыделением | 5 – 10 |
| 3. Цех со значительным влаговыделением | 12 – 18 |
| 4. Жилое здание, ЖСК, гостиница, общежитие, административное здание | |
| 5. Учебное заведение, школа, лаборатория, предприятие общественного питания, дом культуры | |
| 6. Театр, магазин, прачечная | |
| 7. Кинотеатр | |
| 8. Гараж | |
| 9. Детский сад, больница |
Значения удельных тепловых потерь qО, Вт/(м3∙К), промышленных зданий различного объема и назначения приведены в прил. 2.
Для жилых и общественных зданий с наружным объемом V>3000м3 для климатических районов с расчетной наружной температурой
tНО=–30°С величина удельных тепловых потерь qО, Вт/(м3∙К) определяется по графику на рис. 1.2. Для районов с другой расчетной температурой к найденным по этому графику значениям qО вводятся поправочные коэффициенты b в соответствии с формулой
b = 7,64069∙10-4∙t2 + 5,67961∙10-2∙t + 1,98739.
Учет SQТВ в горячих цехах промышленных предприятий также является необходимым, если тепловыделения являются существенными.
В ряде случаев необходимо учитывать поступление тепла извне.
Поступление тепла от солнечной радиации зависит от географической широты, ориентации по странам света, материала наружных ограждений. Наибольшее поступление тепла от солнечной радиации происходит через световые проемы: окна, фонари.
Количество радиационного тепла через остекленные поверхности принимается по нормативным данным и для различных условий составляет от 70 до 210 Вт/м2; через чердачное перекрытие – 6 Вт/м2; через кровлю, не имеющую чердака, – 18 Вт/м2.
Тепловыделения от производственных печей определяют по формуле
Q =SaO∙F∙(tПОВ – tВН)/1 000 000, МВт, (1.5)
где aО – коэффициент теплоотдачи внешних поверхностей печей,
ориентировочно равный 14 – 18 Вт/(м2∙К);
tПОВ – температура теплоотдающей поверхности, °С;
tВН – температура воздуха в помещении, °С;
F – поверхность печи, м2.
При ориентировочных расчетах величину тепловыделений для печей, работающих на твердом, жидком и газообразном топливе, можно принимать
Q = B∙QРН∙a∙h/1000, МВт, (1.6)
Для электрических печей
Q = NУСТ∙a∙h/1000, кВт, (1.7)
где B – расход топлива, кг/с или м3/с;
QРН – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг или кДж/м3;
a – доля тепловыделения в цех, для электропечи a = 0,7, для остальных печей a = 0,4 – 0,6;
h – коэффициент одновременности работы печей;
NУСТ – установочная мощность печи, кВт.
Рис.1.2. Удельные теплопотери жилых и общественных зданий для районов с tНО = –30ºС
Тепловыделения, поступающие с продуктами сгорания. При остывании продуктов сгорания, попавших в рабочее помещение, количество тепла
Q = GГ∙СГ∙(tГ – tУХ)/1000, МВт, (1.8)
где GГ – количество продуктов сгорания, кг/с;
СГ – теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг∙К); можно принимать СГ » 1,05 кДж/(кг∙К);
tГ – температура газов, поступающих в помещение, °С;
tУХ – температура газов, уходящих из помещения, °С, (принимается равной температуре воздуха).
Тепловыделения остывающих изделий (материалов)
Q = GМ∙b∙[CЖ∙(tНАЧ – tПЛ) + q + CГ∙(tПЛ – tК)]/1000, МВт, (1.9)
где GМ – количество остывающего материала, кг/с;
b – коэффициент интенсивности выделения по времени (по справочным данным);
СЖ – теплоемкость материала в жидком состоянии, кДж/(кг∙К);
СГ – средняя теплоемкость материала в твердом состоянии, кДж/(кг∙К);
q – скрытая теплота плавления, кДж/кг;
tНАЧ – начальная температура материала, °С;
tПЛ – температура плавления, °С;
tК – конечная температура материала, °С.
Тепловыделения вследствие перехода механической энергии в тепловую (электродвигатели, станки и т.п.)
Q = a∙NУСТ/1000, МВт, (1.10)
где NУСТ – номинальная установочная мощность электродвигателей,
кВт;
а – опытный коэффициент, а = 0,15 – 0,70, для механических цехов а » 0,25.
Тепловыделения осветительными приборами
Q = a∙NОС/1000, МВт, (1.11)
где NОС – мощность установленных осветительных приборов, кВт;
а – коэффициент, учитывающий вид осветительной арматуры:
- люминесцентные открытые 0,9;
- те же, закрытые матовым стеклом 0,6;
- открытые лампы накаливания 1,0;
- лампы накаливания, закрытые матовым колпаком 0,7.
Тепловыделения от людей, если на одного работающего приходится менее 40 м3 объема определяется по формуле 1.12
Q = q∙n/1 000 000, МВт, (1.12)
где q - количество тепла, выделяемого одним человеком, Вт, выбирается по табл. 1.2;
n - количество людей в помещении.
1.1.2 Расчет расхода теплоты на вентиляцию
Расход теплоты на вентиляцию жилых зданий, не имеющих, как правило, специальной приточной системы, относительно невелик. Он обычно не превышает 5 – 10% расхода теплоты на отопление и учитывается в значении удельной теплоты здания q0.
Расход теплоты на вентиляцию производственных и коммунальных предприятий, а также общественных зданий и культурных учреждений составляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта. В производственных предприятиях расход теплоты на вентиляцию часто превышает расход на отопление.
Таблица 1.2
Количество тепла и влаги, выделяемой человеком
| Вид работы | Показатели | Температура воздуха в помещении, °С | ||||
| В состоянии покоя | Тепло, Вт Влага, г/ч | |||||
| При легкой работе | Тепло, Вт Влага, г/ч | |||||
| При работе средней тяжести | Тепло, Вт Влага, г/ч | |||||
| При тяжелой работе | Тепло, Вт Влага, г/ч |
Ориентировочный расчет расхода теплоты на вентиляцию можно проводить по формуле
QВ = m∙VВ∙СВ∙(tВП – tН)/1000, МВт, (1.13)
где QВ - расход теплоты на вентиляцию;
m - кратность объема воздуха, 1/с;
VВ - вентилируемый объем здания, м³;
CВ - объемная теплоемкость воздуха, равна 1.26 кВт/(м³∙К) или 0,3 ккал/(м³∙°С);
tВП - температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С;
tН - температура наружного воздуха, °С.
Для удобства расчета формулу (1.13) приводят к виду
QВ = qВ∙VВ∙(tВ – tН) /1 000 000, МВт, (1.14)
Где qВ - удельный расход теплоты на вентиляцию, т. е. расход теплоты на 1м³ вентилируемого здания по наружному обмеру и на 1ºС разности между усредненной расчетной температурой воздуха внутри вентилируемого помещения и температурой наружного воздуха,
Вт/(м3 К);
V - наружный объем вентилируемого здания, м³;
tВ - усредненная внутренняя температура, °С, (tВП = tВ).
В прил. 2 приведены значения удельных расходов теплоты на вентиляцию промышленных, а также служебных и общественных зданий, на основе которых могут быть определены расчетные расходы теплоты на вентиляцию по укрупненным показателям при ориентировочных расчетах.
Расчетная температура наружного воздуха для расчета вентиляции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющего 15% продолжительности всего отопительного периода. Значение tНВ для ряда городов приведены в прил. 1.
1.1.3 Расчет расходов теплоты на горячее водоснабжение
и технологические нужды
Тепловые нагрузки промышленных предприятий, как правило, задаются технологическими процессами на основе соответствующих расчетов или данных тепловых испытаний. Для ориентировочных расчетов расхода теплоты на технологические нужды могут быть использованы данные, приведенные в табл. 1.3.
Нагрузка горячего водоснабжения городов и промышленных поселков по своему значению становится соразмерной отопительной нагрузке.
Горячее водоснабжение имеет весьма неравномерный характер, как в течение суток, так и в течение недели.
Средненедельный расход теплоты бытового горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий определяют по формуле
QГСРН = a∙m∙c∙(tГ – tХ)/nС/1000, МВт, (1.15)
где а – норма расхода горячей воды с температурой 60ºС, кг (л) на единицу времени;
m – количество единиц измерения;
c – теплоемкость воды, равная 4.19 кДж/(кг∙К);
tГ, tХ – температура горячей и холодной воды;
nC – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут.
Нормы расхода горячей воды а, приведенные в табл. 1.4, относятся к температуре tГ = 60 °С. При других температурах tГ норма расхода горячей воды определяется по формуле 1.16.
а' = а∙(60 – tХ)/(tГ – tХ). (1.16)
Таблица 1.3
Удельные расходы теплоты на единицу вырабатываемой
продукции некоторыми промышленными предприятиями
| Наименование продукции | Единицы измерения | Расход теплоты |
| Производство чугуна Выплавка стали Прокат черных металлов Производство пластмасс Нефтепереработка Производство синтетического каучука Производство химических волокон Производство бумаги и картона Производство льняных тканей Производство фенола Производство целлюлозы Каустическая сода Кальцинированная сода Синтетический аммиак Серная кислота Шерстяные ткани Шелковые ткани Хлопчатобумажные ткани | МДж/т _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ _,,_ МДж/т МДж/м² _,,_ _,,_ |
Для жилых и общественных зданий условно принимают
nC = 86400 с/сут. = 24 ч/сут.
Для промышленных зданий и зданий, имеющих аккумуляторы горячей воды, значение nC принимают равным значению фактической длительности подачи теплоты из сети на горячее водоснабжение.
При отсутствии данных о типе и количестве жилых и общественных зданий средненедельный расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение определяют по формуле
QГСРН =m∙(a + в)∙с∙(tГ – tХ)/nc/1000, МВт, (1.17)
где m – число жителей;
а – норма расхода горячей воды с tГ = 60ºС на 1 жителя, л/сут, (смотри. табл. 1.4);
в – расход горячей воды для общественных зданий, отнесенный к 1 сотруднику, л/сут. (в » 20 л/сут.);
tX – температура холодной (водопроводной) воды, при отсутствии точных данных принимают: зимой tX = +5°С, летом tX = +10°С.
Расчетный расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение равен среднедельному, умноженному на коэффициент недельной неравномерности расхода теплоты æН и на коэффициент суточной неравномерности æС
QГР = æН∙æС∙QГСРН/1000, МВт. (1.18)
При ориентировочных расчетах можно принимать для жилых и общественных зданий æН = 1,2; æС = 1,7–2,0; для промышленных предприятий æН = æС = 1,0.
1.2 РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ОТОПИТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ
Расход теплоты на теплоснабжение определяется по формуле
Q1 = QО + QВ + QГ, МВт,
где QО – расход теплоты на отопление;
QВ – расход теплоты на вентиляцию;
QГ – расход теплоты на горячее водоснабжение.
Общая тепловая нагрузка котельной
Q = Q1 + QТ + QС.Н + QПОТ, МВт,
где QТ – расход теплоты на технологические нужды сторонних потребителей;
QС.Н – расход теплоты на собственные нужды котельной (деаэрацию и подогрев сырой воды);
QПОТ – потери теплоты внутри котельной установки.
Таблица 1.4
Нормы расхода горячей воды
| Потребители | Единицы измерения | Норма расхода горячей воды | ||
| Средний суточный л/сут | В сутки наиб. водопотр., л/сут | Мax часовой, л/ч | ||
| Жилые дома квартирного типа | 1 житель | 9,2 | ||
| Гостиницы и общежития | 1 житель | 8,2 | ||
| Больницы, санатории | 1 койка | 10,5 | ||
| Бани | 1 посетитель | |||
| Учебные заведения | 1 учащийся | 1,2 | ||
| Прачечные | 1 кг сухого белья | |||
| Детские сады и ясли | 1 ребенок | 4,5 |
Суммарная паропроизводительность котельной на теплоснабжение, для технологических и собственных нужд, с учетом потерь равна
D = Q∙1000/(h" – hCВ), кг/с,
где h" – энтальпия пара на выходе из котлов, кДж/кг;
hCВ – энтальпия сырой воды, кДж/кг; hCВ = 4,19∙tCВ,
где tCВ = + 5°С – зимой, tCВ = + 15°С – летом.
Номинальная паропроизводительность DЕД определяется по таблице прил. 7. Количество котлоагрегатов
n = D/DЕД.
Независимо от типа и режима работы котельной к установке принимаются не менее двух котлоагрегатов. Оптимальное количество котлоагрегатов для паровых и водогрейных котельных – 6–9.
В деаэратор входят и из него выходят следующие потоки теплоносителей, представленные на рис. 2.1. Поступают в деаэратор:
- пар после РОУ (Dд) с энтальпией hред,
- пар из сепаратора непрерывной продувки (Dпр) с энтальпией hс”,
- вода после ХВО (Gхво) с энтальпией hхво = 4.19*tсв”,
- конденсат после подогревателя сырой воды (Gк_ср) с энтальпией hк1,
- конденсат после сетевого подогревателя (Gк_св) с энтальпией hк2,
- конденсат с производства (Gк_пр) с энтальпией hк_пр = 4,19*tк_пр.
Из деаэратора выходят:
- питательная вода (Gд) с энтальпией hд = 4.19*tд'',
- выпар (Dвып) с энтальпией hвып”.
Рис. 2.1
Схема к составлению уравнений материального и теплового балансов деаэратора
Уравнение материального баланса деаэратора имеет вид
DД + DПР + GХВО + Gк_пр + Gк_ср + Gк_св = Gд + Dвып
Уравнение теплового баланса имеет вид
DД∙hред + DПР∙hПР"+ GХВО∙hХВО+ Gк_пр∙hк_пр + Gк_ср ∙hк_ср + Gк_св∙hк_св = Gд∙hД” + Dвып∙hвып".
Расчет тепловой схемы производится методом итераций (последовательных приближений) в следующей последовательности:
Определяются расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение Q1 и суммарный расход горячей воды на теплоснабжение
Gп = Q1 ∙ 1000/[4.19 * (tп – tо)],
где tП,tО – температуры в подающем и обратном трубопроводах теплосети 150/70 °С.
Расход пара в сетевые подогреватели
Dсет = Q1*1000 / [(hп" - hксп) * (hсп% / 100)],
где hп" – энтальпия пара на выходе из котла;
hксп – энтальпия конденсата из сетевых подогревателей,
hсп% к.п.д. сетевых подогревателей (98%).
Подсчитывается суммарный расход пара на теплоснабжение и производство
D = Dсет + Dт.
Перед началом итераций задаются суммой расходов пара на деаэрацию и подогрев сырой воды и расхода питательной воды в РОУ (Dд+Dсв+Gроу)р в процентах от суммарного расхода пара на теплоснабжение и производство Ср% (например, равной 9% от D)
(Dд + Dсв + Gроу)р = Cр% * D / 100.
В ходе итерационного расчета эта величина уточняется. Также задаются потерями пара в котельной установке Dпот% (обычно эти потери составляют 2…3% от D)
Dпот = Dпот% * D / 100.
Определяется полное количество пара, вырабатываемого котельной
Dсум = D + Dпот + (Dд+Dсв+Gроу)р.
Подсчитывается расход продувочной воды
Gпр = Pпр * Dсум / 100,
где РПР величина продувки (обычно составляет от 2 до 10 %).
Расход пара в деаэратор и расход воды в канализацию из расширителя непрерывной продувки
Dпр = Gпр * (hпр - hс') / [(х/100) * (hс%/100) * (hc'' - hc')],
Gр = Gпр - Dпр,
где х – степень сухости пара, выходящего из сепаратора непрерывной продувки (задается),
hс% - к.п.д. сепаратора,
hпр – энтальпия продувочной воды,
hc'' – энтальпия сухого насыщенного пара, уходящего из сепаратора в деаэратор,
hc' – энтальпия кипящей воды, уходящей из сепаратора.
В соответствии с тепловой схемой котельной (рис. 1.1) расход питательной воды, поступающей в котлы
Gпит = (Dд + Dсв + Gроу)р + Dт + Dсет + Dпот.
Расход воды на подпитку тепловой сети
Gподп = Кподп% * Gп / 100,
где Кподп% - коэффициент подпитки тепловых сетей (например, 1,5 % от расхода сетевой воды).
Суммарный расход воды на выходе из деаэратора в соответствии с тепловой схемой котельной (рис. 1.1)
Gд = Gпит + Gподп + Gроу.
Расход выпара из деаэратора
Dвып = Gд * Dвып% / 100,
где Dвып% - выпар из деаэратора (в % от расхода воды через деаэратор).
Невозврат конденсата от промышленных потребителей
G2 = (100 - Z%) * Dт / 100,
где Z% - коэффициент возврата конденсата в котельную.
Расход воды через химводоочистку
Gхво = G2 + Gр + Gподп + Dвып + Dпот + Gроу.
Расход сырой воды с учетом расхода воды на собственные нужды ХВО (на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки)
Gсв = Gхво * (100 + Кхво%) / 100,
где Кхво% - коэффициент дополнительного использования воды в ХВО (1,1 – 1,25).
Расход пара через теплообменник сырой воды
Dсв = Gсв * 4.19 * (tсв'' - tсв') / [(hсв" - hксв) * (hсв%/100)].
Расход конденсата, возвращаемого с производства
Gк_пр = Dт - G2.
Расход конденсата через подогреватели сырой воды
Gк_ср = Dсв.
Расход конденсата через подогреватели сетевой воды
Gк_св = Dсет.
Суммарный расход конденсата в конденсатный бак
Gк = Gк пр + Gк ср + Gк св.
Расход пара на деаэратор
Dд = (Gд*4.19 * tд'' + Dвып * hвып" – Gхво * 4.19 * tсв" – Dпр * hc" –
- Gк_пр * 4.19 * tк_пр" - Gк_ср * hк1 - Gк_св * hк2)/hд".
Расход питательной воды, поступающей в РОУ
Gроу = (Dсв + Dд) * (hк - hред) / (4,19 * tд").
По найденным расходам затем подсчитывается фактический расход пара на деаэратор и подогреватель сырой воды
(Dд + Dсв + Gроу)ф = Dд + Dсв + Gроу
То же, в процентах
Сф% = 100 * (Dд + Dсв + Gроу)ф / D
Если расхождение между Сф% и Ср% превышает 0,01 %, следует задаться новым значением Ср% и расчет тепловой схемы необходимо повторить.
Поиск искомого значения Ср% удобно выполнять с помощью надстройки «Подбор параметра» электронных таблиц Excel. Для этого необходимо определить ячейку с варьируемым параметром (значение Ср%), и определить ячейку с левой частью уравнения
100 * (Ср% - Сф%) / Ср% = 0
После выполнения расчета тепловой схемы для зимнего периода, аналогичный расчет необходимо выполнить для летнего периода с тем, чтобы определить минимальную нагрузку котлоагрегатов.
Контрольные вопросы к разделу 1:
1. Запишите уравнение теплового баланса помещения.
2. От чего зависят потери теплоты инфильтрацией?
3. Как рассчитать расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение?
4. Из каких слагаемых состоит общая тепловая нагрузка котельной?
Ключевые слова: вентиляция, горячее водоснабжение, инфильтрация, отопление, тепловой баланс, тепловые потери, тепловые нагрузки.
2 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
2.1 РАСЧЕТ СОСТАВА, ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ
Горение топлива представляет реакцию соединения горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, сопровождающихся интенсивным выделением тепла. В качестве окислителя в котельных агрегатах используется кислород воздуха.
В процессе горения горючие элементы топлива образуют продукты окисления углерода, серы и водорода. При этом окисление сопровождается образованием соответственно СО2, SО2 и H2О.
Водяные пары образуются не только в результате окисления водорода топлива. Они появляются в продуктах сгорания также вследствие испарения содержащейся в топливе вла