Расчет тепловых схем котельной

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электроэнергетический факультет

Кафедра теплоэнергетики











Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»



ГОУ ОГУ 140106. 6 0 10. 20 О







Руководитель:

кандидат технических наук

Соколов В.Ю.

Исполнитель:

Студент гр. 08 ЭОП

Трофимов А.И.







Оренбург 2010


Содержание



	1. Введение

	1.1 Перечень обозначений к расчету тепловой схемы

	1.2 Условные обозначения принятые в схеме

	1.3 Исходные данные

	2 Расчет тепловой схемы котельной

	2.1 Определение параметров воды и пара

	2.2 Общие замечания о расчете водоподогревательных установок

	2.3 Расчет подогревателей сетевой воды

	2.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды

	2.5 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара

	2.6 Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ)

	2.7 Расчет сепаратора непрерывной продувки

	2.8 Расход расхода химически очищенной воды

	2.9 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №2

	2.10 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №1.

	2.11 Общие замечания о расчете деаэратора.

	2.12 Расчет деаэратора

	2.13 Проверка точности расчета первого приближения

	2.14 Уточненный расчет РОУ

	2.15 Уточненный расход тепловой схемы

	2.16 Проверка математического баланса линии дедуцированного пара

	2.17 Определение полной нагрузки на котельную

	3 Составление теплового баланса котельной

	4 Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной

	5 Список используемой литературы




Введение



Данная расчетно-графическая работа преследует цели углубленной проработки основных типов тепловых схем котельной, подробного расчета заданного варианта тепловой схемы и отдельных её элементов, составление теплового баланса котлоагрегата на его основе, определение стоимости годового расхода топлива для различных вариантов компоновки котлоагрегатов.

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

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

Приведённая методика расчётов тепловой схемы и составление теплового баланса парогенератора максимально упрощена с целью уменьшения объёма необходимых расчетов. Определение параметров воды и пара в состояние насыщения производится по табл. 1 приложения.

	


1.1 Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы.



 - давление пара на выходе из котлоагрегата. MПa;

- давление пара после РОУ, МПа;

 - температура воды на выходе из сетевых подогревателей, °С;

- температура воды в обратной линии теплосети, °С;

 - температура конденсата, возвращаемого с производства, °С;

- температура конденсата на выходе из бойлера, °С;

-температура конденсата после i-го подогревателя. °С;

- температура сырой воды, °С;

- температура воды на входе и выходе из химводоочистки, °С;

- температура смеси на выходе из конденсатного бака, °С;

 - теплота парообразования при давлении  кДж/кг;

 - степень сухости пара на выходе из котлоагрегата:

- степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки

- энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг; 

- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при

давлении .) кДж/кг; 

- энтальпия влажного пара на входе из котлоагрегата, кДж/кг; 

- энтальпия влажного пара на входе из расширителя непрерывной

продувки, кДж/кг; 

- энтальпия сухого насыщенного пара при давлении , кДж/кг; 

- энтальпия сухого насыщенного пара при давлении . кДж/кг;

- энтальпия сырой воды, кДж/кг;

- энтальпия воды перед и после химводоочистки, кДж/кг;

- паропроизводительность котельной, кг/с;

- паропроизводительность одного котлоагрегата, кг/с;

- расход пара на технологические нужды, кг/с;

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

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

- расход пара на деаэрацию, кг/с;

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

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

- количество редуцированного пара, кг/с; 

- количество выпара из деаэратора, кг/с; 

- потери пара внутри котельной, кг/с; 

- потери пара внутри котельной в процентах от; 

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

- расход котловой воды на продувку в процентах от; 

- возврат конденсата от потребителя, кг/с; 

- возврат конденсата от потребителя в процентах от;

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

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

- потери воды в теплосети, кг/с;

- потери воды в теплосети в процентах от ;

- расход воды через химводоочистку, кг/с; 

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

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

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

- расход тепла на технологические нужды, кДж/с.


1.2 Условные обозначения принятые в схемах.



пар

деаэрированная вода

сырая вода

химически очищенная вода 

конденсат

продувочная вода

вторичный пар




1.3 Исходные данные



Начальная буква фамилии студента

А,Б,В

Г,Д,Е

Ж,З,И

К,Л,М

Н,О,П

Р,С,Т

У,Ф,Х

Ц,Ч,Ш

Щ,Э

Ю,Я

Номер тепловой схемы

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23



	

	Рисунок 19


Исходные данные:

№/№

Наименование

Ед. изм.

Исходные данные

1

Пар для технологических нужд производства:

- давление пара на выходе из котлоагрегата, ;

- сухость пара на выходе из котлоагрегата, ;

- расход пара на технологические нужды, 



МПа



-



кг/с



1,32



0,99



14,82

2

Температура сырой воды, 

ºС

5

3

Давление пара после РОУ, 

МПа

0,111

4

Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки, 

-

0,96

5

Потери пара в котельной в процентах от , 

%

1,5

6

Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от , 

%

1,2

7

Расход тепла на подогрев сетевой воды, 

кДж/с

15,6×103

8

Температура воды на выходе из сетевых подогревателей, 

ºC

95

9

Температура в обратной линии теплосети, 

ºС

41

10

Возврат конденсата от потребителя m в процентах от D сум

%

70

11

Потери воды в тепловой сети, 

%

4,1

12

Температура конденсата после подогревателя, 

ºС

81

13

Температура конденсата после охладителя, 

ºС 

75

14

Температура конденсата после подогревателя, 

ºС

85

15

Температура конденсата после подогревателя, 

ºС

90

16

Температура воды перед и после ХВО, 

ºС

30




2.Расчет тепловой схемы котельной



2.1 Определение параметров воды и пара



При давлении Р1 = 1,32 МПа в состоянии насыщения имеем [1-32] = 192 ºС,	 = 2786,3 кДж/кг,  = 816,5 кДж/кг, = 1969,8 кДж кг.

При давлении  = 0,119 МПа в состоянии насыщения имеем [1-31] = 105 ºС, = 2684,1 кДж/кг, = 440,17 кДж/кг,  = 2243,9 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:





 кДж/кг.



Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:





 кДж/кг.



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



,



где  = 4,19 кДж/кг град. 

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


2.2 Общие замечания о расчете водоподогревательных установок.



Для водоподогревателя:



.			(1)



Для пароводяных водоподогревателей:



,			(2)



где W1 и W2 – расходы воды (греющей и подогреваемой), кг;

,  и , начальные и конечные температуры воды, ºС;

– расход греющего пара, кг/с;

– энтальпия пара, кДж/кг;

– энтальпия конденсата, кДж/кг;

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





Рис. 1. Схема водоподогревательной установки.


2.3 Расчет подогревателей сетевой воды.



Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:



		 			(3)



 кг/с.



Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от :





 кг/с.



Подпиточный насос подает в тепловую сеть воду из деаэратора с энтальпией = 440,17 кДж/кг в количестве . Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:



,



где соответствует температуре  = 41ºC,  = 171,63 кДж/кг;



 кДж/кг.



Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:


.



Откуда:





 кг/с.



2.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды



Расход тепла на технологические нужды составит:



,			 		 (4)



где iко – средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:



. 	 (5)

 



В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей iко = iсв.





 кДж/с.




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









Расход пара и воды на технологические нужды составит:





 кг/с.



2.5 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара



Суммарный расход острого пара  на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3 – 11% от Dо.

Примем:





 кг/с.



Общий расход свежего пара:





 кг/с.


2.6 Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ)



Назначение РОУ – снижение параметров пара за счет дросселирования и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распыленном состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путем впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипения отводится в конденсатные баки или непосредственно в деаэратор.

Примем в расчетно-графическом задании, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.

Подача охлажденной воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после деаэратора.

Тепловой расчет РОУ ведется по балансу тепла (рис. 2).





Рис. 2. Схема РОУ.


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



.		 		(6)



Из уравнения материального баланса РОУ:



.	 	 			(7)



Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:



,			 		(8)



где  – расход острого пара, кг/с, с параметрами , ;

 – энтальпия влажного пара, кДж/кг;

 – энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:







Определим расход возврата конденсата от потребителя m:







 кг/с.


Составляем схему РОУ:





Рис. 3. Узел РОУ.



Определяем расход увлажняющей воды:





 кг/с,



 кг/с.



2.7 Расчет сепаратора непрерывной продувки



Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.

Для уменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы – расширители (рис. 4). Давление в расширителе непрерывной продувки принимается равным . пар из расширителя непрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.

Тепло продувочной воды (от сепаратора непрерывной продувки) экономически целесообразно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с. Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода из сепаратора подается в охладитель или барботер, где охлаждается до 40 – 50 ºС, а затем сбрасывается в канализацию.





Рис. 4. Схема непрерывной продувки.



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





 кг/с.


Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:



,



и массового баланса сепаратора:



.





Рис. 5. Узел сепаратора непрерывной продувки.



Имеем:



			 		(10)

 кг/с.




Расход воды из расширителя:





 кг/с.



2.8 Расчёт расхода химически очищенной воды



Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, равно сумме потерь воды и пара в котельной, на производстве и тепловой сети.

1) Потери конденсата от технологических потребителей:



.  кг/с.



2) Потери продувочной воды = 0,236 кг/с.

3) Потери пара внутри котельной заданы в процентах от :





 кг/с.



4) Потери воды в теплосети = 2,847 кг/с.

5) Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем = 0,05 кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:



		 	(11)

 кг/с.


Для определения расхода сырой воды на химводоочистку, необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента К = 1,10 – 1,25. В данной расчетно-графическом задании следует принимать К = 1,20.

Имеем:





 кг/с.



2.9 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №2



Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:



,			 	(12)



отсюда энтальпия пара на выходе из подогревателя:





 кДж/кг,



где  = 376,94 при tр = 90 ºС.

Температура сырой воды на выходе из подогревателя = 5,9 ºС.




Рис. 7. Схема пароводяного подогревателя сырой воды №2.



2.10 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №1.





Рис. 7. Схема пароводяного подогревателя сырой воды.


Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:



.		 	(13)



Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:





 кг/с



2.11 Общие замечания о расчете деаэратора



Для удаления растворенных в воде газов применяются смешивающие термические деаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением в колонке 0,11 – 0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением ниже атмосферного. В курсовом проекте применен смешивающий термический деаэратор атмосферного типа ( = 0,17 МПа). Под термической деаэрацией воды понимают удаление растворенных в ней воздуха при нагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке. Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром ().

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

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

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

Произведем уточнение ране принятого расхода . Суммарный расход деаэрируемой воды (из-за отсутствия возврата конденсата примем 



:



 кг/с,



 кг/с.



2.12 Расчет деаэратора



Неизвестным в расчете являются расход деаэрированной воды  и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора ηп = 1):



,	 (15)

.	 (16)




Из уравнения (16) находим:









Подставляем полученное значение в уравнение (15) и решаем его относительно :





 кг/с;

 кг/с.





Рис. 10. Расчётная схема деаэратора.


2.13 Проверка точности расчета первого приближения



Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение :





 кг/с.



При расчете деаэратора получено  = 0,348 кг/с. Ошибка расчета составляет 32%. Допустимое расхождение 3%. Следовательно, необходимо провести второй цикл приближения.



2.14 Уточненный расчет РОУ



Расчет редуцированного пара: 





 кг/с.



Из уравнения (6) и (7) имеем: ;



.



Отсюда:





 кг/с.




 кг/с.



Общий расход свежего пара:





 кг/с.



2.15 Уточненный расход тепловой схемы



1) Расчет расширителя непрерывной продувки:





 кг/с;



 кг/с;



 кг/с.



2) Расчет расхода химически очищенной воды:





 кг/с;



 кг/с;



 кг/с.



3) Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №2:





 кДж/кг.



4) Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №1:





 кг/с.



5) Расчет конденсатного бака отсутствует.

6) Расчет деаэратора:









 кг/с;

 кг/с.




2.16 Проверка математического баланса линии редуцированного пара



Аналогично 2.16 имеем:





 кг/с.



Из расчета деаэратора = 0,789 кг/с. Расхождение составляет 0,019%, дальнейших уточнений не требуется. 



2.17 Определение полной нагрузки на котельную



Полная нагрузка определяется по формуле:





 кг/с.



В тоже время:





 кг/с. 


3 Составление теплового баланса котельной



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

Суммарное поступление теплоты в схему:





 кВт



Здесь:





 кг/с.



Расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:





 кВт.



Процент расхода теплоты на технологические нужды:





%.


Расход теплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети:





 кВт



Аналогично:





%.



Полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы):





%.



Суммарные потери теплоты:





%.



Основные составляющие потерь теплоты:

1) Потери от утечек свежего пара:





 кВт;




%.



2) Потери в окружающую среду в бойлере:





 кВт;



%.



Неучтенные потери составляют:



%  %.



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

Продолжим вычисление потерь:

3) Потери с водой при производстве химводоочистки:





 кВт;



%.


4) Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после водоводяного подогревателя):





 кВт;



%.



5) Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:





 кВт;



%.



6) Потери с выпаром:





 кВт;



%.


7) Потери в окружающую среду в водоводяном подогревателе:





 кВт;



%.



Итого имеем: 



%.



Незначительное расхождение вызвано погрешностью расчетов. При выполнении курсового проекта допустимо расхождение, не превышающее 1%, следовательно, малые потери учитывать нецелесообразно.




4 Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной



Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной соответствует суммарной производительности, и руководствуемся следующими соображениями:

1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их количество не должно превышать четырех – пяти;

2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Может оказаться, что один из котлоагрегатов будет недогружен, в этом случае он является резервным.





 шт.



Принимаем котлоагрегат ДКВР 10-13 




Список используемой литературы



1) Расчет тепловой схемы котельной: Методические указания, Сост.: Ю.В.Новокрещенов, ФГОУ ВПО ИжГСХА.

2) Справочник по котельным установкам малой производительности. К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий.