Розширення центральної опалювальної котельні середньої потужності

Вступ.

Теплопостачання та енергопостачання споживачів різних категорій здійснюється за допомогою ТЕЦ, ТЕС, центральних та промислових котелень. Збудовані в основній своїй масі 30−40 років тому вони вже давно вичерпали свій експлуатаційний запас і потребують заміни. Обладнання, яке використовується в котельнях застаріло. Його техніко-економічні показники не відповідають сучасним вимогам. Тому воно потребує заміни на більш нове, ефективніше обладнання.

В даному дипломному проекті розглянуте питання розширення центральної котельні з чотирма котлами ДЕ-4−14ГМ.

Розширення мікроструктури району, зростання населення супроводжується збільшенням теплового навантаження котельної. Збільшуються витрати на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання житлових будівель; збільшилися витрати пари на технологічні потреби.

Відповідно з цим виникає необхідність розширення центральної котельні мікрорайону з добудовою необхідних потужностей.

Для забезпечення даної задачі в дипломному проекті слід виконати виконані наступні операції: розрахувати нове теплове навантаження мікрорайону, скласти і розрахувати теплову схему, підібрати основне і допоміжне обладнання, здійснити розрахунки котла, пальника, мережевого підігрівача; розглянуті питання водопідготовки, паливо подачі, питання техніки безпеки, охорони праці, економіки, використання вторинних енергоресурсів, та міроприємства по охороні навколишнього середовища.

1. Технологічні рішення.

1.1 Основа для розробки проекту.

Населення мікрорайону виросло з 1800 до 2000 чоловік та, відповідно, збільшилася житлова площа будівель (до 20 000 м). Збільшилась також витрата пари на технологічні потреби з 3-х до 4-х т/год. У зв’язку з цим збільшується і теплове навантаження мікрорайону.

Проводимо розширення котельні з 4-а котлами ДЕ-4−14-ГМ, добавляючи 1 котел ДЕ-4−14-ГМ. Система теплопостачання закрита. Паливо — газ, резерв — мазут.

1.2 Область застосування.

Котельня з котлами ДЕ-4−14-ГМ призначена для теплопостачання систем опалення, вентиляції, паропостачання, гарячого водопостачання споживачів різного призначення.

Система телопостачання закрита, схема гарячого водопостачання централізована з баками-аккумуляторами.

Категорія споживачів тепла по надійності теплопостачання і відпуска тепла — друга.

Котельня призначена для будівництва у районах з розрахунковими температурами зовнішнього повітря -20 °С, з сейсмічністю до 6 балів.

1.3 Розрахунок теплового навантаження мікрорайону.

1.3.1 Споживачі теплоти.

Теплоспоживаючі процеси залежно від температурного потенціалу класифікують на:

— високотемпературні, що проходять при температурі не нижче 400 °C (теплоносій — перегріта пара від ТЕЦ або котелень) і мають технологічне призначення;

— середньотемпературні, що відбуваються при температурі 150…400°С (теплоносій — пара і гаряча вода) і використовується для промислових, а також комунально-побутових цілей;

— низькотемпературні, що проходять при температурі 70…150°С (теплоносій — пара і гаряча вода) і застосовується для опалення, вентиляції та кондиціювання повітря, гарячого водопостачання і технологічних цілей.

Споживачами теплоти від систем централізованого теплопостачання є об'єкти житлово-комунального господарства та промислові підприємства. У перших теплота використовується для опалення, побутового гарячого водопостачання, вентиляції та кондиціювання повітря; у других, крім того, вона застосовується для технологічних цілей.

Теплові навантаження систем теплопостачання, пов’язані з опаленням, вентиляцією та кондиціюванням повітря, мають сезонний характер і залежать від кліматичних умов; технологічні навантаження можуть бути як сезонними, так і цілорічними; побутове гаряче водопостачання — цілорічне навантаження систем теплопостачання.

Визначення витрат теплоти на ці потреби передбачено наступним чином:

— для підприємств — за збільшеними відомчими нормами витрат теплоти,.

— затвердженими в прийнятому порядку, або за проектами аналогічних підприємств, прив’язаних до району будівництва;

— для житлових районів міст й інших населених пунктів — за збільшеними показниками залежно від кількості населення N i житлової площі F..

1.3.2 Визначення витрати теплоти на опалення житлових і громадських будівель мікрорайону.

Максимальна витрата теплоти у ватах на опалення житлових та громадських будівель визначається за формулою.

(1.1).

де k — коефіцієнт, яким ураховують витрату теплоти на опалення громадських будівель (при відсутності точних даних k=0,25);

q — збільшений показник максимальної витрати теплоти на опалення житлових будівель, Вт/м житлової площі (таблиця 1);

F — житлова площа будівель, м..

За формулою (1.1) визначаємо витрати тепла на опалення, попередньо прийнявши: розрахункова температура зовнішнього повітря t_зовн= -20°С; питоме значення житлової площі, що припадає на одну людину f =10 м /люд..

де F = N · f=2000;10=20 000 м²;

N — кількість жителів мікрорайону (у зв’язку зі збільшенням кількості жителів мікрорайону з 1800 до 2000 приймаємо нове значення N=2000).

1.3.3 Визначення витрати теплоти на вентиляцію.

Максимальна витрата теплоти у ватах на вентиляцію окремих громадських і виробничих будівель визначається за формулами:

— при вентиляції без обмеження.

; (1.2).

; (1.3).

де q_в — питома вентиляційна характеристика будівель, Вт/(м³ · К).

V_зовн — зовнішній об'єм будівель, м³;.

t_вн — розрахункова температура внутрішнього повітря, °С;

t_ро - розрахункова температура для опалення, °С.

Вентиляція без обмеження застосовується у виробничих будівлях зі значними виділеннями шкідливих речовин, де не допускається навіть короткочасне зменшення вентиляції, а вентиляція з обмеженням — у тих будівлях, в яких за характером і кількістю цих речовин можна допустити короткочасне (на кілька днів) послаблення вентиляції при температурі нижче t_p.в..

В нашому випадку використовуємо вентиляцію для окремих громадських будівель, а саме для вентиляції цехів підприємства. У нашому випадку витрати на вентиляцію не змінилися, а отже приймаємо їх згідно з попередніми. За формулою (1.2) визначаємо витрату теплоти на вентиляцію.

.

де q_в — 0,08 Вт/(м³ · К); V_зовн =15 000м³; t_вн=18 °С; t_р.о =-20 °С;

1.3.4 Визначення витрати теплоти на гаряче водопостачання.

Середня витрата теплоти у ватах за опалювальний період на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель обчислюється за формулою.

(1.4).

або.

(1.5.).

де 1,395 — коефіцієнт, яким враховують тепловіддачу в приміщення від трубопроводів систем гарячого водопостачання (опалення ванних кімнат і приміщень для сушіння білизни);

m=N - кількість жителів району (міста);

а_л — норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °C для житлових будівель на одну людину за добу згідно зі СНиП 2.04.01−85;

b — норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °C для всіх громадських будівель району (міста) (при відсутності даних b= 25 кг/доба на одну людину);.

t_х.в. — температура холодної (водопровідної) води в опалювальний період, °С при відсутності даних t_х.в = 5°С);

q_г. в. — збільшений показник середньої витрати теплоти у ватах на гаряче водопостачання в розрахунку на одну людину: середня за опалювальний період норма витрати гарячої води в кілограмах при температурі 55 °C на одну людину за добу: 85; 90; 105; 115, якій відповідає відповідно збільшений показник середньої витрати теплоти у ватах на гаряче водопостачання q_г. в. в розрахунку на одну людину: 320; 331; 378; 407.

За формулою (1.4), прийнявши, що норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °C для житлових будівель на одну людину за добу а_л=105 кг/люд. доба, температура холодної води t_х.в. =10 °C визначаємо витрату теплоти на гаряче водопостачання:

Витрати на гаряче водопостачання збільшилися з до 6,1 МВт.

1.3.5 Визначення теплоти на технологічні потреби.

Максимальна витрата теплоти у ватах на технологічні потреби, коли теплоносієм є пара з поверненням конденсату, обчислюється за формулою.

(1.6.).

де Д_Т — масова витрата пари на технологічні потреби, кг/с (у зв’язку зі збільшенням витрати пари на технологічні потреби на 1 т/год, масова витрата пари на технологічні потреби буде складати Дг=4 т/год);

М_к - втрати конденсату, М_к=0,7 · Д_Т=0,78 кг/с;

С_води — питома теплоємність води при сталому тиску, С_води=4,19 кДж/(кг· К);.

і_п — ентальпія пари, яка поступає на виробництво, і= 2788 кДж/(кг);.

t_xв - температура холодної води, (див. формула 1.4);

t_K - температура конденсату, t_K =80 °С.

1.3.6 Загальна потужність котельні.

Сумарне теплове навантаження мікрорайону в мегаватах включає в себе витрату теплоти на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання та технологічні потреби визначається за формулою.

(1.7).

1.3.7 Річне навантаження котельні.

Опалення:

Середня витрата теплоти у ватах на опалення обчислюється за формулою.

(1.7).

де t_cp.o — середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період (згідно СНиП 2.01.01−82).

Річна витрата теплоти в джоулях на опалення житлових і громадських будівель визначається за формулою.

(1.9).

де п₀ — тривалість опалювального періоду (кількість діб) за числом днів із стійкою середньою добовою температурою зовнішнього повітря 8 °C і нижче (приймається за СНиП 2.01.01−82).

За формулою (1.8) визначаємо середню витрату теплоти у ватах на опалення, попередньо прийнявши: t_ср.о = — 1 °C; t_ро = — 20 °C; t_вн = 18 °C; п₀ = 190, річну витрату визначаємо за формулою (1.9):

Вентиляція:

Середня витрата теплоти у ватах за опалювальний період на вентиляцію обчислюється за формулами:

при вентиляції без обмеження.

(1.10).

при вентиляції з обмеженням.

(1.11).

Річна витрата теплоти в джоулях на вентиляцію з обмеженням і без обмеження визначається за формулою.

(1.12).

де z — усереднене за опалювальний період число годин роботи системи вентиляції протягом доби (для громадських будівель при відсутності точних даних z=16 год.)..

Визначаємо середню витрату теплоти у ватах за опалювальний період на вентиляцію: .

Річну витрату теплоти в джоулях на вентиляцію з обмеженням і без обмеження визначаємо за формулою (1.12):

Гаряче водопостачання:

Середня витрата теплоти у ватах на гаряче водопостачання споживачів у літній період обчислюється за формулою.

(1.13).

де t_к.л. — температура холодної (водопровідної) води у літній період, °С (при відсутності даних t_к. - 15°С);

в — коефіцієнт, яким враховують зниження середньої витрати води на гаряче водопостачання у літній період відносно опалювального (при відсутності даних в =0,8, а для підприємств курортних і південних міст в =1).

Річна витрата теплоти в джоулях на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель визначається за формулою.

(1.14).

де 350 — число робочих діб системи гарячого водопостачання у році з урахуванням 15-денної перерви на ревізію та ремонт теплових мереж.

За формулою (1.12), прийнявши, що норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °C для житлових будівель на одну людину за добу а_л=115 кг/люд. доба, температура холодної води t_x.в =10 °С визначаємо витрату теплоти на гаряче водопостачання:

Річна витрата теплоти в джоулях на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель:

Технологічні потреби:

Річна витрата теплоти на технологічні потреби в джоулях обчислюється за формулою:

(1.15).

Загальне навантаження Загальне річне теплове навантаження мікрорайону включає в себе річну нитрату теплоти на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання та технологічні погреби визначається за формулою.

1.3.8 Витрата палива на котельню.

Витрата палива на котельню — це кількість палива яка споживається котельнею за певну одиницю часу.

(1.16).

де — нижча теплота згоряння палива =35 700 кДж/м [1];

з_к — коефіцієнт корисної дії котла, з_к=6,97 [1];

з_р — режимний коефіцієнт корисної дії котельні, з_р=0,97.

1.4 Вихідні дані.

Теплові навантаження приймаємо наступними:

— опалення 3,8 МВт;

— вентиляцію 0,5 МВт;

— гаряче водопостачання 6,1 МВт;

— технологічне паропостачання 2,7 МВт.

Теплоносій для системи опалення і вентиляції - мережева вода з розрахунковими температурами по опалювальному графіку 150−70 °С. Тиск (надлишковий) в тепломережі котельної.

— в прямому трубопроводі 1,4 МПа;

— в оборотному трубопроводі 0,7 МПа.

Теплоносій системи централізованого гарячого водопостачання — вода з температурою 65 °C.

Тиск (надлишковий) на виході з котельної:

— в падаючому трубопроводі 0,3 МПа;

— в циркулюючому трубопроводі 0,2 МПа.

Статичний напір в системах теплопостачання та гарячого водопостачання — 0,3 МПа і 0,2 МПа.

Теплоносій для технічного паропостачання — насичена пара з надлишковим тиском 1,4 МПа. Повернення конденсату від технологічних споживачів 50%, тиск 0,15 МПа, температура 80 °C.

Основне паливо — природний газ. Постачання газом від газових мереж тиском не більше 0,6 МПа.

Резервне паливо — мазут марки 100 ГОСТ 10 585–75,.

Доставка мазуту автотранспортом.

Електропостачання передбачене на напругу 0,4 кВ від двох незалежних взаємнорезервуючих джерел живлення.

Водопостачання котельної - від господарчо-питтєвого і виробничо-протипожежного трубопроводів.

2. Складання теплової схеми і її розрахунок.

2.1 Вибір котлоагрегатів.

Вибір котлоагрегатів здійснюється на підставі кількості споживаної споживачем теплової потужності. Приймаємо п’ять котлів ДЕ-4−14ГМ.

Сумарна теплова потужність п’яти котлів ДЕ-4−14ГМ становить.

Сумарна парова здатність п’яти котлів ДЕ-4−14ГМ становить.

2.2 Тепловий баланс котлоагрегату.

— по парі:

(2.1).

де Д_Джв — витрата пари на деаератор живильної води, кг/с,.

Д_Дпв — витрата пари на деаератор підживлюючої води, кг/с,.

Д_ПСВ — витрата пари на підігрівай сирої води, кг/с,.

Д_МП — витрата пари на мережевий підігрівач, кг/с,.

Д_втр — втрати пари в котельні, кг/с, Д_втр =(2ч4%) ,.

Д_маз — витрати пари на мазутне господарство, кг/с, Д_маз=(0,5ч2%) ,.

Д_влпотр — витрати пари на власні потреби, кг/с, Д_влпотр=(3ч5%) ,.

Д_прод — витрати пари на продувку котла, кг/с, Д_прод=(2ч6%) ,.

Д_Т — витрати пари на технологічне виробництво, кг/с.

(2.2).

— по воді:

(1.23).

де — втрати конденсату в мережі теплопостачання,.

ДМ_пр — втрати конденсату при продувці котла, ДМ_пр =(2ч6%), кг/с,.

— втрати конденсату в котельні, =(5ч9%) , кг/с,.

ДМ_тех — втрати конденсату на технологічному виробництві, ДМ_тех=(4ч6) Д_Т, кг/с,.

ДМ_маз — втрати конденсату у мазутному господарстві, ДМ_маз=(0,5ч2%), кг/с.

2.3 Розрахунок елементів теплової схеми.

2.3.1 Розрахунок редукційно-охолоджуючої установки.

Редукційно-охолоджуюча установка застосовується для зниження тиску та температури пари після котла до величин, які відповідають параметрам установок, що забезпечують надійну роботу котельної установки. Зниження параметрів пари відбувається дроселюванням та охолодженням її водою.

По паропроводу з котла пара підводиться до регулюючого клапана, в якому знижується тиск за рахунок зниження прохідного перерізу клапана.

Охолодження пари відбувається вприскуванням чистої води у найменший переріз змішувальної труби. Вприскувана вода крізь форсунку розпилюється і, випаровуючись, охолоджує пару. Холодна вода в РОУ подається з трубопроводу живильної води після деаератора.

Технологічний споживач та підігрівач мереженої води потребує пару з периметрами котла Р=1,4 МПа і ступеню сухості х=0,5. На підігрівач сирої води in па деаератор необхідно пар з параметрами Р_роу=0,12 МПа, t_роу=104°С.

Р_роу=0,012 МПа.

t_роу=104°С Рисунок 2.2 Тепловий баланс РОУ.

де — ентальпія сухої насиченої пари при Р=1,4 МПа, =2788 кДж/кг;

— ентальпія пари після дроселювання при Р_роу=0,12 МПа і температури насичення t_poy=l04°С, =2684 кДж/кг;

— витрата дросельованої пари яка визначається з матеріального балансу,.

=(10 — 20%) (2.4).

М_охл — витрата охолодженої води З (2.3).

2.3.2 Розрахунок сепаратора безперервної продувки.

СБП призначений для відділення шламу (солей), які накопичуються в барабані (верхньому) котла. Речовини, які кристалізуються на поверхнях нагріву у вигляді міцних відкладень, називається накипом. Шлам відкладається у вигляді дрібних завислих у воді частинок.

Через відкладення накипу і прикупання шламу на поверхнях нагріву знижується надійність і економічність роботи котлів, бо шлам і накип мають низький коефіцієнт теплопровідності.

Запобігти утворенню накипу в барабані котла можна підтриманням постійної концентрації води нижче критичної за допомогою безперервного продування. Це досягається випуском з верхнього барабана такого об'єму води, в якому міститься і шиї ж кількість солей, що надходить у котел із живильною водою за одиницю мигу. Продування барабанів котла може бути безперервним і періодичним.

У барабанних котлах безперервне продування здійснюється з водного простору верхнього барабана і забезпечує рівномірне видалення розчинених солей у котловій воді. Для утилізації теплоти безперервного продування використовують розширювачі-сепаратори.

Продувальна вода з температурою насичення при тиску в котлі подається у розширювач безперервного продування, в якому тиск води падає до 0,12−0,17 МПа. Внаслідок цього частина продувальної води випаровується і надходить у деаератор у вигляді вторинної пари.

Вода, яка залишилась у розширювачі, надходить у теплообмінник, де охолоджується до температури, близької 50 °C, а потім спрямовується у продувальний колодязь.

Величина безперервної продувки Р_пр залежить від продуктивності котла і виражається в процентах.

Кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, визначається з рівняння теплового балансу розширювача.

Рисунок 2.3 Схема безперервного продування.

(2.5).

Звідки де Д_вп — кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, кг/с;

М_пр — кількість продувальної води, яка виділяється з котлів при продуванні, кг/с;

(2.6).

— ентальпія продувальної води, яка дорівнює ентальпії киплячої води при тиску в котлі, =830 кДж/кг;

— ентальпія киплячої води при тиску 0,12 МПа, =483 кДж/кг;

— ентальпія сухої насиченої пари при тиску 0,12 МПа, =2700 кДж/кг;

2.3.3 Розрахунок теплообмінних апаратів.

У теплових схемах котельних ТЕЦ широко використовують теплообмінне обладнання (підігрівники) поверхневого типу для підігрівання живильної, мереженої та охолодження продувальної води.

Кількість тепла що віддається парою.

(2.7).

Кількість тепла що сприймається мережевою водою.

(2.8).

Рисунок 2.4 Схема підігрівача мережевої води де ?Q_M — кількість тепла що споживається споживачами, кВт;

(2.9).

Д_мп — кількість пари яка надходить до МП з котла при тиску в котлі, кг/с;

— ентальпія сухої насиченої пари при тиску в котлі, =2788 кДж/кг;

— ентальпія води що відводиться з МП при тиску Р= 1,4 МПа, =830 кДж/кг;

t_гв — температура гарячої води в мережі, t_гв =150 °С;

t_xв — температура води що повертається з мережі, t_xв =70 °С;

М_МВ — витрата мережевої води через МП, кг/с;

C_води — теплоємність мережевої води, С_води =4,19 кДж/кг · °С.

З (2.7).

З (2.8).

Підігрівач сирої води, поверхневого типу, пароводяний для підігріву сирої води перед хімводоочисткою (ХВО).

Рисунок 2.5 Схема підігрівача сирої води Тепловий баланс підігрівача сирої води.

, (2.10).

де М_св — кількість сирої води що проходить через підігрівач, кг/с;

Д_псв — кількість пари яка подається на підігрівач сирої води з деаератора, кг/с;

— температура сирої води після підігрівача, =30°С;

— температура сирої води що подається на підігрівач, =10°С;

— ентальпія пари що подається до ПСВ з деаератора, =2684 кДж/кг;

— ентальпія води що відводиться з ПСВ при тиску Р=0,12 МПа, =293,3 кДж/кг;

С_води — теплоємність сирої води, С_води=4,19 кДж/кг · °С З (2.10).

ОПВ поверхневого типу, водо-водяний, призначений для утилізації теплоти продувальної води після сепаратора безперервного продування.

Рисунок 2.6 Схема охолоджувача продувальної води Тепловий баланс охолоджувача продувальної води.

(2.11).

де ДМ_пр — кількість води зі шламом що надходить в ОПВ з сепаратора, кг/с;

Д_вп — кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, кг/с;

М_св — кількість сирої води що проходить через ОПВ, кг/с;

— температура хімічно-очищеної води після ОПВ, °С;

— температура сирої води після підігрівача, =30 °С;

t_k — температура води зі шламом що скидається в дренаж, t_k =40°С;

— ентальпія води що відводиться з ПСВ при тиску Р=0,12 МПа, кДж/кг;

С_води — теплоємність води, С_води — 4,19кДж/кг· °С.

З (2.11).

2.3.4 Розрахунок охолоджувача випару деаератора.

Суміш корозійно-активних газів і пари — це випар, який безперервно відводиться з верхньої частини (головки) деаератора.

Для утилізації теплоти випару використовують пароводяні теплообмінники — охолоджувачі. Випар надходить з деаератора при тиску 0,12 МПа до охолоджувача, де і конденсується, а гази виходять в атмосферу. Конденсат випару у великих котельнях повертається в цикл, а у дрібних скидається в дренаж.

Рисунок 2.7 Схема охолоджувача випару деаератора.

Розрахунок охолоджувача випару деаератора підживлюючої води Тепловий баланс охолоджувача випару деаератора підживлюючої води.

(2.12).

де М_пв — кількість хімічно-очищеної води що надходить до деаератора підживлюючої води, кг/с.

(2.13).

— втрати води в мережі, =0,675 (кг/с);

— кількість випару деаератора підживлюючої води, кг/с;

— температура підживлюючої води після охолоджувача випару, °С;

— температура хімічно-очищеної води після ОПВ, °С;

— ентальпія води, що скидається в дренаж з ОВ_Дпв при тиску Р=0,12 МПа, =438,1кДж/кг;

— ентальпія випару при тиску Р=0,12 МПа, =2684 кДж/кг;

С_води — теплоємність води, С_води =4,19кДж/кг· °С;

(2.14).

М_пв = 0,675 + 0,003 = 0,678 (кг/с);

3 (2.12).

Розрахунок охолоджувача випару деаератора живильної води Тепловий баланс охолоджувача випару деаератора підживлюючої води.

(2.15).

де М_хов — кількість хімічно очищеної води що надходить до деаератора живильної води, кг/с,.

(2.16).

— кількість випару деаератора живильної води, кг/с,.

С_води — теплоємність води, С_води =4,19кДж/кг· °С;

— ентальпія води, що скидається в дренаж з ОВДжв при тиску Р=0,12 МПа, =438,1кДж/кг;

— ентальпія випару при тиску Р=0,12 МПа, =2684 кДж/кг;

— температура хімічно-очищеної води після ОПВ, °С;

— температура хімічно-очищеної води після ОВДжв, °С;

2.3.5 Розрахунок конденсатного бака.

Конденсатні баки потрібні для збирання конденсату, який повертається від технологічних споживачів, з пароводяних підігрівників сирої води.

f.

Рисунок 2.8 Схема конденсатного бака.

Кількість конденсату М_КБ визначається, як сума відповідних кількостей конденсату, що повертається з виробництва.

М_КБ=Д_ПСВ+ДД_Т (2.17).

Якщо у конденсатний бак надходить конденсат з охолоджувача випару Д_ов, тоді сумарна кількість конденсату визначається за формулою:

М_КБ=Д_псв+ДД_т+Д_ов (2.18).

Тепловий баланс конденсатного бака:

(2.19).

де М_КБ — кількість конденсату що надходить в конденсатний бак, кг/с;

Д_мп — кількість конденсату що повертається з підігрівача мереженої води, кг/с;

Д_псв — кількість конденсату що повертається з підігрівача сирої води, кг/с;

ДД_Т — кількість конденсату що повертається з виробництва, кг/с,.

ДД_т = Д_т — ДМ_Т = 1,11 — 0,056 = 1,054 (кг/с) (2.20).

і_сум — ентальпія суміші конденсатів, кДж/кг;

— ентальпія конденсату від технологічних потреб, =209 кДж/кг;

— ентальпія конденсату при тиску Р=0,12 МПа, =293, ЗкДж/кг;

М_кБ =0,023 + 1,054 + 0,047 = 1,124 (кг/с);

2.3.6 Розрахунок деаератора.

Деаератори потрібні для видалення розчинених у живильній воді корозійно-активного кисню та вуглекислого газу. Крім корозії поверхні нагріву котла, трубопроводів, арматури, присутність цих газів значно погіршує процес теплопередачі, що призводить до збільшення витрати палива. Тому деаерація живильної та додаткової води є обов’язковим процесом водопідготовки.

Одним з поширених способів деаерації живильної води є термічний. З підвищенням температури розчинність газів у воді різко зменшується, а при температурі кипіння практично дорівнює нулю і вони повністю видаляються з води. У теплових схемах котелень, які розглядаються, застосовуються деаератори, що працюють при тиску, близькому до атмосферного (Р=0,12 МПа) і температури 104 °C, для чого в деаератор подається пара після редукційно-охолоджуючої установки з таким же тиском і температурою.

Термічний деаератор являє собою змішувальний підігрівник атмосферного тиску, що складається з вертикальної циліндричної колони, яка встановлюється на горизонтальному барабані для збирання деаерованої води.

Суміш газів і пари (випар) безперервно відводяться від головки деаератора в охолоджувач випару, де пара конденсується, а гази виходять в атмосферу. Теплота випару утилізується і використовується для підігрівання хімічно очищеної води, конденсат випару скидається в дренаж.

Деаерована вода живильним насосом спрямовується у водяний економайзер парового котла, (економайзер водогрійного котла) і охолоджувач РОУ.

Розрахунок деаератора підживлюючої води (Д_пв).

Деаератор підживлюючої води призначений для деаерації води п підживлює систему теплопостачання.

Рисунок 2.9. Схема деаератора Тепловий баланс деаератора підживлюючої води.

(2.21).

де М_пв — кількість хімічно очищеної води що надходить до деаератора, кг/с;

Д_Дпв — кількість пари що надходить до деаератора, кг/с;

— кількість випару деаератора підживлюючої води, кг/с;

— втрати води в мережі, =0,675 (кг/с);

С_води — теплоємність води, С_води =4,19 кДж/кг· °С;

— температура підживлюючої води після охолоджувача випару, °С.

t_пв — температура деаерованої води, гш=104 °С;

— ентальпія випару при тиску Р=0,12 МПа, =2684 кДж/кг;

3 (2.21).

Розрахунок деаератора живильної води Деаератор живильної води призначений для деаерації води що живі систему котлоагрегатів.

Тепловий баланс деаератора живильної води.

(2.22).

де Д_жв — кількість живильної води що подається до системи живлення котлів, кг/с;

— кількість випару деаератора живильної води, кг/с;

М_КБ - кількість конденсату що надходить в конденсатний бак, кг/с;

М_хов — кількість хімічно очищеної води що надходить до деаератора живильної води, кг/с;

Д_вп — кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, кг/с;

Д_джв — кількість пари що надходить до деаератора, кг/с;

(2.23).

З (2.23) Дджв.

t_ЖВ — температура деаерованої води, °С;

t_xoв — температура хімічно-очищеної води після ОВ_Джв, °С;

— ентальпія випару (пари) при тиску Р=0,12 МПа, =2684 кДж/кг;

і_сум — ентальпія суміші конденсатів, кДж/кг;

С_води — теплоємність води, С_води=4,19 кДж/кг· °С;

З (2.22), (кг/с).

(кґ/с).

З розрахунку теплової схеми можна зробити висновок, що кількість води, яка підводиться з деаератора живильної води до котлів більша загальної кількості пари отриманої з котлів, отже резерв забезпечений.

3. Технологічні рішення.

3.1 Тепломеханічні рішення.

Проект розроблений виходячи з принципу комплексної поставки на будівельний майданчик обладнання серійного заводського виготовлення у вигляді блоків, які підлягають зборці на заводах монтажних організацій.

Установка блоків виконується на підсилену підлогу без фундаментів, з кріпленням опорних конструкцій блоків до підлоги самоанкерующимося болтами. Основні показники по теплопродуктивності котельної приведені в таблиці 1.

Таблиця 3.1. Теплопродуктивність котельні у різних режимах.

Утворення пари в котлах передбачено при надлишковому тиску 1,4 МПа. При цьому запобіжні клапани налаштовуються на наступний надлишковий тиск:

— контрольний 1,42 МПа;

— робочий 1,43 Мпа.

Зовнішнім споживачам передбачений відпуск пари з надлишковим тиском 1,4 Мпа.

Виготовлення мереженої води передбачено у блоці підігрівачів на протязі опалювального періоду. Регулювання відпуску пари в мережі якісне. Температура прямої мереженої води на виході з блоку прийнята постійною І рівна 150 °C на протязі всього періоду.

Підтримання температури прямої мереженої води в залежності від температури зовнішнього повітря передбачено перепуском частини мереженої води в пряму.

Підживлення тепломережі виконують насосом за допомогою регулятора тиску «після себе».

Нагрів води системи централізованого гарячого водопостачання організований в пароводяних підігрівачах, деаерація у вакуумному деаераторі.

Для запобігання аерації атмосферним повітрям гарячої води, яка знаходиться в баках-акумуляторах, приміняється герметизуючи рідина АГ-4. Бак зберігання герметика передбачений для використання в період ремонту бака-акумулятора. Дегазація живильної і підживлюючої води організована в атмосферному деаераторі.

Омагнічена вода після станції водопідготовки паралельними потоками проходить поверхневі теплообмінники-охолоджувачі, де утилізують тепло низькопотенційних і низько витратних середовищ. Потім об'єднаний потік омагніченої води направляють в підігрівачі гарячого водопостачання.

При цьому, в період роботи котельні на паливі - газ, омагнічену воду попередньо направляють в теплоутилізатори котлоагрегатів, де використовують для утилізації тепла димових газів.

Потік омагніченої води на пом’якшення в станцію водопідготовки формує регулятор зміщення при температурі 40 °C. Консервація непрацюючих котлів передбачена конденсатом під тиск деаератора.

3.2 Станція водопідготовки.

Норма якості води для систем споживання води котельної приведена в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 Норми якості води.

В якості вихідної прийнято воду з господарчо-питного водопроводу, яка відповідає нормам ГОСТ 2874–82 «Питна вода» хімічного складу:

— карбонатна жорсткість — не більше 7,0 ммоль/л;

— загальна жорсткість — не більше 7,0 ммоль/л;

— сухий залишок — до 1000 мг/л;

— мутність — не більше 1,5 мг/л;

— окислюваність — не більше 6,0 мг/л;

— вміст заліза: варіант 1 — від 0,3 до 1,0 мг/л;

— варіант 2 — до 0,3 мг/л.

Тиск вихідної води в водопроводі прийнято рівним 0,25 Мпа. Для приведення якості води до відповідності з нормами передбачено два варіанта станції водопідготовки.

Варіант 1 призначений для вхідної води з вмістом заліза від 0,3 до 1,0 мг/л і включає в себе:

— знезалізнення загального потоку води;

— магнітну обробку загального потоку води;

— пом'якшення потоку добав очної живильної води способом натрій-катіонування.

Пом’якшення організовано в блочних установках ВПУ — 5,0 виробництва Мопастирищенського машинобудівного заводу.

Знезалізнення передбачено аерацією води повітрям від компресора з наступним фільтруванням через фільтри з сульфовугіллям.

Розрахункові дані приведені в таблиці 3.

Таблиця 3.3 Розрахункові дані по установкам пом’якшення.

Варіант 2 призначений для вхідної води з вмістом заліза не менше 0,3 мг/кг і включає в себе:

— магнітну обробку загального потоку води;

— пом'якшення потоку додаткової живильної води способом двухступінчатого натрій-катіонування.

Пом’якшення організоване у фільтрах Бійського котельного заводу розрахункові дані приведені в табл. 3.3.

В проекті технологія проведення регенерації фільтрів шляхом повторного використання солі, що дозволяє знизити витрату солі і зменшити об'єм стічних вод.

Передбачено два баки розчину солі: один для приготування свіжого 8% розчину солі, другий для збору відпрацьованого розчину солі.

Відмивка фільтра організована у дві стадії.

Послідовність проведення регенерації наступна:

— взрихлення водою із бака взрихлюючої промивки з відводом стоків у каналізацію;

— подача відпрацьованого розчину солі (збереженого від регенерації попереднього фільтру) із баку потоком зверху з відводом стоків у каналізацію;

— подача свіжого розчину солі зверху з відводом середовища, яке виходить у каналізацію;

— перша стадія промивки — подача води зверху з витісненням з фільтру використаного розчину солі в бак відпрацьованого розчину, концентрація солі складає 2−4%, стоки відсутні;

— друга стадія промивки — продовження подачі зверху з відводом середовища, що виходить в бак взрихлюючої промивки, стоки відсутні.

В обох варіантах передбачена робота пом’якшувальної установки на протязі першої і другої зміни. Вказане дозволяє без збільшення типорозмірів фільтрів зменшити штатну одиницю апаратника у третю зміну. Зберігання запасу пом’якшеної води для цілодобової роботи котельні передбачено в баці.

В обох варіантах передбачена доставка солі автотранспортом, зберігання у «мокрому вигляді» в бункері.

При прив’язці проекту до умов місцевості можливе примінення варіанту 1 (для води з вмістом заліза менше 0,3 мг/кг), анулювавши установку знезалізнення. Визначальним фактором при цьому являється можливість комплектації котельної установками ВПУ-5.

3.3 Мазутопостачання.

Установка мазутопостачання призначена для прийому, зберігання і приготування мазуту до необхідних для згорання параметрів.

Прийнято, що мазут поступає з нафтобази на якій централізовано організований ввід рідкої присадки.

Доставка мазуту передбачена автотранспортом.

Фільтри грубої очистки мазуту загальні, фільтри тонкої - індивідуальні у кожного котла.

Схема трубопроводів подачі мазуту — циркуляційна. Схема дозволяє підтримувати температуру в резервуарах 60 °C, температуру мазуту що поступає на спалювання — 110−120°С.

Передбачений перепуск частини мазуту з нагнітальної лінії (після насосів подачі) у всмоктуючи лінію в режимі малих навантажень котельної. Це проводиться в цілях запобігання перегріву мазуту, який знаходиться в резервуарах.

Номінальна витрата мазуту на котел 273 кг/год.

Кожен котел оснащений пальником ГМ -2,5 паро-механічною форсункою. Тиск мазуту перед форсункою — 2,0 МПа. Тиск пари, яка подається на форсунки котлів для розпилювання — 0,2 МПа.

Повернення конденсату з установок мазутопостачання передбачений в сепаратор безперервної продувки.

Мазутонасосна оснащена паропроводом пожежегасіння. Засувка подачі пари в паропровід установлена в котельному залі. Робота установки мазутопостачання організована без постійного обслуговуючого персоналу.

3.4 Газопостачання.

Проект газопостачання розроблений з урахування роботи котлів на газу середнього тиску з установлення на всіх котлах автоматики безпеки і регулювання.

Постачання котельної газом організовано від газопроводу високого тиску Р < 0,6 МПа. Для зниження тиску газу з високого до Р = 0,4 МПа в котельній передбачується газорегуляторна установка (ГРУ), виготовлена по типовій серії 5.905−9.

Організований загальний і поагрегатний підрахунок витрати газу.

На газопроводі котла і загальних газопроводах котельної передбачені збірні продув очні газопроводи, які виводяться за межі котельної.

3.5 Рекомендації по виконанню монтажних і ремонтних робіт.

Монтаж тепломеханічного обладнання і трубопроводів котельної проводять в закритому приміщенні з відкритими монтажними отворами. Розміщення і значення монтажних отворів наступне:

1. Отвір шириною 5,65 м у стіни по осі «6» ряди «В-Г», для подачі котлів;

2. Отвір шириною 5,55 м у стіни по осі «6» ряди «Г-Д», для подачі економайзерів;

3. Отвір шириною 5,53 м у стіни по осі «1» ряди «Б-В», для подачі крупно блочних установок гарячого водопостачання, живлення і підживлення;

Висота кожного отвору 6 м.

Збирання крупно блочних установок із транспортабельних блоків проводять на монтажному майданчику до подачі в монтажний отвір.

Заміна котлів при проходженні їх строку служби передбачена через отвори в стіні по осі «Д». Конструкція кріплення стінових панелей дозволяє демонтувати їх на період заміни.

4. Вибір і розрахунок основного обладнання.

4.1 Характеристика котлів марки ДЕ-4−14 ГМ.

У зв’язку з розширенням котельні виникає потреба вибору котельного агрегату. Зважаючи на те, що котли ДЕ-4−14ГМ мають високий ККД та добре зарекомендували себе в роботі, а також підходять для розширення своєю потужністю, обираємо саме цей котел.

Газомазутні парові вертикальні водотрубні котли типу ДЕ призначені для вироблення насиченої і перегрітої пари до температури 225 °C, який використовується на технологічні потреби, опалення, вентиляцію і гаряче водопостачання. Котел ДЕ-4−14ГМ випускається на номінальну паропродуктивність 4 т/год при робочому тиску 1,4 МПа.

Технічна характеристика котла ДЕ-4−14ГМ приведена в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 Технічна характеристика котлів марки ДЕ-4−14ГМ.

Конструктивною особливістю даних котлів являється розміщення топочної камери з боку конвективного пучка, утвореного вертикальними трубами розвальцьованими у верхньому і нижньому барабанах. При цьому в максимальній степені використана уніфікація деталей і робочих одиниць, які приміняються в котлах типу ДКВР і КЕ.

Для котла паропродуктивністю 4 т/год діаметр верхнього і нижнього барабанів становить 700 мм, а відстань між барабанами 2750 мм, для екранів і конвективного пучка приміняться труби діаметром 51Х2,5 мм. Довжина циліндричної частини барабана становить 2250 мм. В передньому і задньому днищах кожного з барабанів присутні лазові затвори для внутрішнього огляду і очистки внутрішніх поверхонь. Для всіх типорозмірів даних котлів ширина топкової камери прийнята однаковою і становить 1790 мм. Глибина камери залежить від паропродуктивності і для ДЕ-4−14ГМ становить 1980 мм. Середня висота топкової камери становить 2400 мм.

Топкова камера відділяється від конвективного пучка газостійкою перегородкою, утвореною з труб діаметром 51Х2,5 мм, установлених щільно з кроком 55 мм і зварених між собою. Кінці труб обсаджені між собою до діаметра 38 мм. В задній частині перегородки виконане вікно для проходу топкових газів в конвективний пучок. Ущільнення в місці входу обсаджених кінців труб в барабан забезпечується гребінками, які примикають до труб і барабанів. Стеля, права бокова поверхня і під топ очної камери екрановані фасонними трубами діаметром 51 Х2,5 мм, які утворюють єдиний екран, виконаний з кроком труб, рівним 55 мм. Кінці труб екрану завальцьовані у верхньому і нижньому барабанах. Труби заднього екрану не мають обсадних кінців і з'єднуються сваркою до верхнього і нижнього колектору діаметром 159X3,5 мм. Колектори з'єднані з верхнім І нижнім барабаном і об'єднані необігріваємою рециркуляційною трубою діаметром 76X3,5 мм.

В котлах паропродуктивністю 4−10 т/год фронтовий екран виконаний аналогічно задньому екрану. Відмінність у тому, що для забезпечення розміщення пальника у фронтовому екрані зменшена кількість труб. У всіх котлах під топки закритий вогнетривкою цеглою.

Конвективний пучок утворений коридорне розміщеними вертикальними трубами діаметром 51X2,5 мм, розвальцьованими у верхньому і нижньому барабанах.

Для забезпечення необхідних швидкостей газів в конвективних пучках котлів розміщені поздовжні перегородки.

Циркуляційна схема всіх газомазутних парових котлів типу Е (ДЕ) однакова і включає в себе чотири екрана (фронтовий, задній і два бокових) і конвективний пучок. Бокові екрани і конвективний пучок приєднані безпосередньо до верхнього і нижнього барабану. Задні і фронтові екрани об'єднуються нижніми (горизонтальними) роздаючи ми і верхніми (наклонними) збираючими колекторами, приєднаними до барабанів. Інші кінці колекторів об'єднані необігріваємою циркуляційною трубою. В котлах паропродуктивністю 4−10 т/год одноступінчата схема випаровування. У всіх котлах загальними опускними трубами випаровувальної системи являються останні по ходу газів ряди труб конвективного пучка.

У поданому просторі верхнього барабану розміщені живильна труба і труба для вводу фосфатів, в паровому просторі розміщений сепараційний пристрій. В нижніх барабанах котлів розміщена перфорована труба для безперервної продувки котла, яка суміщена з періодичною продувкою. Нижні барабани оснащені пристроями для парового прогріву котла при розтопці і штуцерами для спуску води.

Первинними сепараційними пристроями першої ступені випаровування являються розміщені у верхньому барабані направляючі щити, які забезпечують подачу пароводяної суміші на рівень води. Вторинні сепараційні пристрої виконані у вигляді дірчастих листів.

Очистка поверхонь нагріву від зовнішніх забруднень виконується стаціонарними обдувочними пристроями, розміщеними з лівої сторони котла. Обдувочний пристрій складається з вузла кріплення і труби з соплами, яка обертається при обдувці конвективної частини котла. Обертання труби виконується вручну. При обдув ці використовується насичений пар з тиском не менше 0,7 МПа.

Котли мають опорну раму, яка передає всі навантаження на фундамент. Свобода температурних переміщень елементів котлів забезпечується нерухомим закріпленням передньої опори нижнього барабана і рухомим кріпленням за рахунок овальних отворів для болтів, якими кріпиться задня опора до рами котла.

Номінальні теплові переміщення для котла по реперам становлять 6,05 мм. Для контролю за тепловими переміщеннями в котлах встановлюється репер в районі задньої сторони нижнього барабану. Крім того, передбачається контроль переміщень нижніх колекторів фронтового і заднього екранів.

Газощільне екранування бокових стінок, стелі і піду топкової камери дозволило підмовитися від важкої обмурівки і легку натрубну ізоляцію товщиною 100 мм, яка укладається на шар шлакобетону по сітці товщиною 25 мм. Для зменшення присосів повітря в газовий тракт котла натрубна ізоляція покривається зовні листовою металічною обшивкою, яка приварюється до каркасу котла. Примінення натрубної теплової ізоляції дозволило покращити динамічні характеристики котлів, зменшити втрати у навколишнє середовище І втрати теплоти при пусках і зупинках котлів, зв’язані з перегрівом великих масс обмуровочних матеріалів.

Всі котли постачаються у зібраному вигляді без натрубної ізоляції. Подружені на залізничну платформу разом з кріпленнями котли входять в габарит 1-В, призначений для залізничних вагонів.

Схему котла марки ДЕ-4−14Гм зображено на рисунку 4.1.

4.2 Характеристики палива.

Елементарний склад заданого палива табл. 1, для газу табл. с.

Марка палива: Г; Родовище (басейн): Дашавскій басейн:

Метан СН₄, %; 97,6.

Етан С₂Н₆, %; 0,5.

Пропан С₃Н₈, %; 0,2.

Бутан С₄Н₁₀, %; 0,2.

Пентан С₅Н₁₂, %; ;

Вуглекислий газ СН₄, %; 0,1.

Азот N₂, %. 1,2.

Всього: 100%.

4.3 Теоретичні значення об'ємів повітря та продуктів згорання.

При спалюванні газового палива (4−03, [2]).

1) Теоретичний об'єм повітря необхідний для згоряння палива:

2) Теоретичний об'єм трьохатомних газів:

3) Теоретичний об'єм двохатомних газів:

4) Теоретичний об'єм водної пари:

5) Теоретичний об'єм димових газів:

.

4.4 Об'єм повітря і продуктів згорання при б_і >1.

Таблиця 4.2 Таблиця дійсних значень об'ємів продуктів згоряння.

4.5 Ентальпія продуктів згорання.

Таблиця 4.3 Ентальпія продуктів згорання палива.