Проектування транспортабельної котельної установки блочно-модульного виконання

ВСТУП Використання газу в народному господарстві дозволяє інтенсифікувати й автоматизувати виробничі процеси в промисловості й сільському господарстві, поліпшити санітарно-гігієнічні умови праці у виробництві й у побуті, оздоровити повітряні басейни міст.

Природний газ у порівнянні з іншими видами палива, має наступні переваги:

— висока питома теплота згоряння;

— зручність й легкість транспортування по газопроводах на більші відстані.

В умовах нових економічних відносин, що вимагають максимального зниження вартості вироблюваної й теплової енергії, що транспортується, питання розробки принципово нових енергозберігаючих технологічних схем, застосування матеріалів і встаткування, підвищення якості виконуваних робіт при реконструкції й новому будівництві джерел теплопостачання вимагають нового нетрадиційного підходу й нових рішень у випадках коли централізоване теплопостачання неможливо через відсутність і далекість трубопроводів теплових мереж.

Приділяється особлива увага транспортабельним котельним установкам блочно-модульного виконання (ТКУ), які необхідні для невеликих об'єктів як у міський, так і в сільській місцевості.

Транспортабельні котельні установки на котлах пульсуючого горіння є реактивним (через пульсуюче горіння) зброєю комунальної реформи через малі габарити й малу вартість через вуличне розміщення котлів.

Транспортабельні котельні установки призначені для опалення й гарячого водопостачання об'єктів виробничого, адміністративного, культурно-побутового призначення: шкіл, лікарень, житлових будинків, спортивних залів і т.д.

Характерними рисами цих блочно-модульних котелень є:

1) максимальна наближеність до об'єкта теплопостачання, що різко скорочує витрати на теплопостачання й експлуатацію інженерних мереж;

2) відсутність значних капітальних витрат і часу на будівництво будівлі під котельню;

3) просте й зручне рішення питання при децентралізації теплопостачання;

4) мінімальні строки уведення в експлуатацію з моменту початку будівельно-монтажних робіт;

5) мінімальні витрати при монтажі й пуску;

6) легко переміщаються на місце експлуатації залізничним, водним, автомобільним або повітряним транспортом.

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ТРАНСПОРТАБЕЛЬНУ КОТЕЛЬНУ УСТАНОВКУ.

1.1 Вихідні дані.

Транспортабельна котельна установка на котлах пульсуючого паління КВа-П-120 Гн являє собою комплекс повної заводської готовності, що включає основне й допоміжне устаткування, розміщене в блоковій модульній будівлі, що має полегшені теплоізолюючі конструкції, що огороджують, із тришарових панелей типу «сендвіч», газорегуляторна установка й котельні агрегати КВа-П-120Гн розміщені на відкритій площадці поза будівлею.

Транспортабельна котельна установка автоматизована, не вимагає постійної присутності обслуговуючого персоналу. Здійснення контролю за роботою котельні можливо з диспетчерського пункту.

ТКУ призначена для опалення й гарячого водопостачання об'єктів опалення, що мають закриту систему.

Теплоносій — мережна вода.

Температура прямої мережної води на виході з теплорегенеруючої установки — t’c = 95 °C.

Температура зворотної мережної води на вході в теплорегенеруючу установку — t" c = 70 °C.

Температура води гарячого водопостачання на виході з підігрівника — t’ГВП = 60 °C.

Температура поживної води на вході в підігрівник — t" ГВП = 5 °C.

Робочий тиск води, не більше:

— у системі опалення — 0,6 МПа;

— у системі ГВП — 0,4 МПа.

Необхідний напір на виході із ТКУ:

для теплової мережі - H = 40 м;

для ГВП — H = 25 м.

Теплові навантаження прийняті наступні:

— загальні - 0,48 МВт;

— опалення й вентиляція — 0,339 МВт;

— гаряче водопостачання — 0,127 МВт;

— на власні потреби — 0,014 МВт.

Вид палива:

— основний — природний газ Шебелинського родовища в Харківській області з Q^р_н= 37 300 кДж/нм³.

Тиск газу на уведенні в ТЧУ (перед ГРУ) — 0,3 МПа.

— резервне паливо — завданням не предусмотрено.

Кліматичні дані прийняті для Шебелинського родовища Харківської області:

Розрахункова температура найбільш холодної п’ятиденки забезпеченістю 0,92: t = -23°C.

Середня температура опалювального періоду: tср = - 4,7°C.

Тривалість опалювального періоду: Zот.пер. = 237 доби.

Склад Шебелинського газу:

1.2 Технічний опис установки котельного агрегату КВа-П-120 Гн.

1.2.1 Призначення Котельний агрегат призначений для теплопостачання будівель і споруджень, обладнаних системами водяного опалення із примусовою циркуляцією. По своїй ефективності, безпеці й принципово нової технології вироблення тепла котли не мають аналогів в Україні, є одним з найбільше технологічних зразків сучасної теплоенергетики. Конструкція котла є повнозбірною моноблочною, що поставляється заводом-виготовлювачем на місця установки в збірному виді, включаючи схеми автоматики й приєднувальні газоходи.

Новизна котлів полягає в принципі їхньої роботи, заснованому на періодичному об'ємному (безфакельному) спалюванні палива, а також у конструктивних особливостях, головні з яких — відсутність пальника як окремого виробу, димососа, що механічно рухаються частин, тобто котел являє собою котельний агрегат повної заводської готовності.

1.2.2 Технічні характеристики Технічні характеристики наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 — Технічні характеристики котла КВа-П-120 Гн.

1.2.3 Складові котла КВа-П-120 Гн Склад котла в зборі наведений нижче:

Таблиця 1.2 — Склад котла.

Схема котельного агрегату КВа-П-120 Гн приведена на рисунку 1.

1 — камера згоряння (I прохід); 2 — змійовик камери згоряння; 3 — ресивер газовий; 4 — вентилятор продувний; 5 — клапан мембранний повітряний;

6 — ресивер повітряний; 7 — клапан мембранний газовий; 8- свіча запальна;

9 — канал II проходу; 10 — канал III проходу (вихлопний ресивер);

11- склянка водяна; 12 — клапан ел. магнітний газовий; 13 — клапан повітряний; 14 — димохід; 15 — отвір Оріфіса.

Рисунок 1 — Схема котельного агрегату КВа-П-120 Гн.

1.2.4 Устрій і робота котла Пристрій котла заснований на використанні принципу пульсуючого горіння. Камера згоряння котла (1) разом з каналом II проходу (9) утворюють об'ємний акустичний резонатор (типу резонатора Гельмгольца). Для періодичної подачі паливного газу й повітря для горіння в камеру згоряння служать мембранні клапани: повітрянопульсивний (5) і газопульсивний (7), розташовані в ресиверних камерах (6) і (3) відповідно. Димові гази з каналу II проходу надходять у канал III проходу (вихлопний) ресивер. Для включення й відключення подачі паливного газу служить відсічний клапан (12). Для продувки камери й димогарних труб перед розпалом служить вентилятор (4). Для первинного запалення використовується електрозапальна свіча (8).

Камера згоряння (1) являє собою змійовик (2) із труби по якому рухається нагрівається вода (теплоносій) зі швидкістю більше 1,5 м/c, канал II проходу організований зовнішньою поверхнею змійовика (2) камери згоряння (1) і внутрішньою поверхнею водяного стакану (11), по якому теплоносій рухається по спіралі з тією же швидкістю, що й у змійовику.

Розпал котла. Розпал котла відбувається автоматично. При одержанні команди «нагрівання» включається продувний вентилятор (4) на 30 секунд. Після цього відбувається подача напруги на свічу (8) і через 1 і 5 секунд на соленоїд газового клапана (12). Відбувається перший спалах газоповітряної суміші, що приводить до короткочасного підвищення тиску в камері (1) і виникненню акустичних хвиль у резонаторі, що складається з камери згоряння (1) і каналу II проходу (9). Пульсуючі клапани (5) і (7) є мембранними зворотними клапанами. Вони приходять у закритий стан, коли тиск у камері (1) перевищує тиск у ресиверах (3) і (6). При цьому подальше надходження газу й повітря в камеру згоряння припиняється. Димові гази під надлишковим тиском виходять із камери згоряння через канал II проходу в канал III проходу у вихлопний ресивер (10) і далі через димохід вихлопу (14) у навколишнє середовище. Через певний час (близько 25 мсек) тиск у камері знову знижуються й пульсуючі клапани відкриваються, впускаючи чергову порцію газу й повітря, і цикл повторюється. Установлюється періодичний (коливальний) процес, іменований пульсуючим горінням. Частота цього процесу становить приблизно 85−96 Гц.

Робота котла в автоколивальному режимі. Після встановлення процесу пульсуючого горіння вентилятор і електророзпал відключаються. Усмоктування повітря відбувається завдяки періодичним напівхвилям розрідження, а повторне запалення свіжих порцій газоповітряної суміші здійснюється залишковим полум’ям, що постійно є присутнім у зоні завихрення (на свічковому кінці камери згоряння). Пульсуюче горіння може відбуватися необмежений час, поки не буде припинена подача паливного газу.

Система стартостопного регулювання. При нагріванні води до заданої, максимальної температури подача паливного газу припиняється. Котел гасне, вода починає остигати. При остиганні води до заданої, мінімальної температури цикл розпалу котла й горіння знову повторюються. Таким чином, у стартостопному режимі, підтримується необхідна температура води та забезпечується необхідна середньочасова теплопродуктивність котла.

Всі необхідні режими роботи, у тому числі: розпал котла, підтримка заданої температури води, індикація інформації про стан котла, забезпечення безпеки й видача сигналу «ТРИВОГА» при виникненні позаштатних ситуацій забезпечуються електроустаткуванням котла.

Основним елементом керування котлом є блок автоматичного контролю.

Вхідною інформацією для блоку автоматичного контролю є стан датчиків горіння, продувки, рівня, тиски й температури води. На підставі аналізу вхідних даних блок включає необхідний режим роботи котла, видаючи послідовність керуючих сигналів на вентилятор, вузол запалювання й газовий клапан.

Для забезпечення безпеки блок автоматичного контролю припиняє подачу паливного газу в котел при виявленні в процесі аналізу вхідних даних позаштатних ситуацій.

Запуск не проводиться або процес подачі газу припиняється в наступних ситуаціях:

— перебої в електропостачанні (сигнал «ТРИВОГА» не видається);

— перегрів води;

— відсутність достатнього рівня або тиску води;

— несправність датчиків температури;

— засмічення повітропроводів або каналу вихлопу.

При провалі напруги під час підготовки до пуску або під час горіння робота всіх пристроїв припиняється, а після відновлення живлення автоматично відновляється. Якщо припинення енергопостачання спричинило місцевий перегрів теплоносія через зупинку циркуляційного насоса, то поновлення роботи котла відбудеться після зниження температури до встановленого нижнього значення.

Крім того, припиняються спроби розпалу після встановленого числа невдалих спроб (не більше 5).

При видачі сигналу «ТРИВОГА» подальша робота схеми можлива тільки за допомогою ручного перезапуску після усунення причин, що викликали позаштатну ситуацію.

Всі органи ручного керування котлом і елементи індикації розташовані на лицьовій панелі блоку автоматичного контролю. Більш докладна інформація про блок і його роботу наведена в експлуатаційній документації блока.

Для автоматичного регулювання температури води в системі опалення залежно від температури повітря на вулиці схемою котла передбачене використання блоку автоматичного керування (БАК). Один блок БАК ТСВИ.301 119.016 забезпечує таке регулювання в групі до 6 котлів.

Поставка блоку БАК здійснюється по окремому замовленню. Застосування на вході котла спеціальних датчиків тиску, що відключають подачу газу при виході тиску газу за допуск, необов’язково.

Якщо тиск газу не відповідає необхідному в момент розпалу, то запуск пульсуючого горіння фізично неможливий і після заданого числа спроб розпалу блок автоматичного контролю зупинить відпрацьовування циклограми й подасть сигнал «ТРИВОГА». Якщо тиск газу в живильному газопроводі вийде за допуск під час горіння, то у випадку перевищення тиску робота котла припиниться, а у випадку зниження продовжить безпечну роботу з теплопродуктивністю нижче номінальної.

1.2.5 Якість живильної води Якість мережної й живильної води повинна відповідати вимогам:

загальна твердість…до 200 мкг-екв/л карбонатна твердість…до 700 мкг-екв/л вміст розчиненого кисню… до 50 мкг/л вміст зважених часток… до 5 мкг/л концентрація вільної вуглекислоти… не допускається значення РН при 25°С…от 6,5…8,5.

2. ТЕПЛОМЕХАНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОЇ КОТЕЛЬНОЇ УСТАНОВКИ.

2.1 Основні данні.

В бакалаврській роботі розроблена транспортабельна котельна установка повної заводської готовності на 4-х водогрійних котлах КВа-П-120 Гн.

Котельня призначена для опалення та гарячого водопостачання об'єктів виробничого, адміністративного, культурно-побутового призначення й житлових будинків.

Як паливо в котельні прийнятий природний газ Шебелинського родовища, використовуваний для газопостачання в Харкові з теплотою згоряння Q_н^р = 37 000 кДж/м³.

У якості вихідної й живильної води прийнята вода господарсько-питного водопроводу, що відповідає ГОСТ 2874–85 «Вода питьевая» і яка відповідає вимогам СНиП II-35−76.

Температурний графік відпустки води споживачам тепла на потреби опалення та вентиляції 95−70 ^оС.

Котельня автоматизована, призначена для роботи без постійного персоналу, що обслуговується. Передбачається регулювання температури теплоносія на виході з котельні залежно від температури зовнішнього повітря.

Для системи гарячого водопостачання передбачається два підігрівники, кожний з яких розрахований на 50% навантаження.

Характеристика трубопроводів :

— Тиск у подавальному трубопроводі - 41 м в.ст.

— Тиск у зворотному трубопроводі -20 м в.ст.

— Температура в подавальному трубопроводі - 95⁰С.

— Температура у зворотному трубопроводі - 70 ⁰С.

— Схема приєднання опаленнязалежна.

— Діаметр трубопроводу, що подає, Т1 -89Ч4,0 мм.

— Діаметр зворотного трубопроводу Т2- 89Ч4,0 мм.

— Діаметр трубопроводу, що подає, ГВП Т3 — 48Ч3,5 мм.

— Тиск Т3 -25 м.в.ст.

— Діаметр циркуляційного трубопроводу ГВП Т4 — 48Ч3,5 мм.

— Діаметр трубопроводу вихідної води В1 — 48Ч3,5 мм.

— Тиск В1 — 30 м в.ст.

2.2 Теплова схема.

2.2.1 Загальне положення.

1 Розрахунок теплової схеми ділянки проводиться з метою визначення витрати води для окремих вузлів при характерних режимах роботи котельні й складання загального матеріального балансу води.

Розрахунком визначаються температура різних потоків води (мережної, живильної, сирою, зм’якшеною).

2 На розрахунковій тепловій схемі котельні вказуються напрямки основних потоків теплоносіїв, їхні витрати й параметри.

3 Результати розрахунків є вихідними даними для розрахунку й вибору встаткування окремих вузлів теплової схеми й основних трубопроводів котельні.

4 Розрахунок теплової схеми виконується в такій послідовності. Вихідні дані занесені в таблицю, складену за певною формою.

5 Розрахунок теплової схеми водогрійної частини котельні ведеться для наступних режимів:

максимально зимового при розрахунковій температурі зовнішнього повітря для проектування опалення й вентиляції;

зимових режимів при поточних температурах зовнішнього повітря з інтервалом 5? С (починаючи від розрахункової температури зовнішнього повітря, значення поточних температур кратні п’яти);

зимового режиму при температурі зовнішнього повітря в точці зламу температурного графіка мережної води.

6 Тепловою схемою передбачена відпустка споживачам води з температурою 95−70 °С.

7 Навантаження гарячого водопостачання приймається постійним, що не залежить від температури зовнішнього повітря як для опалювального, так і для літнього періоду. Однак у літню пору розрахункове навантаження на гаряче водопостачання менше, ніж в опалювальний період, тому що розрахункова температура холодної води, що надходить із водопроводу взимку, приймається t = +5?С, а влітку t = +15?С. Отже, витрата теплоти на гаряче водопостачання в літню пору стосовно витрати теплоти протягом опалювального періоду (при температурі води, що надходить на гаряче водопостачання з котельні t_ГВП = 60? С складе:

Q_ГВП^л / Q_ГВП^з = (60−15) / (60−5) = 0,82. (2.1).

Установка мережного насоса не потрібна, оскільки тиск у водопроводі В1 30 м.

Для заповнення втрат у теплових мережах проводиться періодичне підживлення.

Підживлення мережі передбачене від водопроводу. При тиску в системі водопроводу недостатньому при заповненні системи теплопостачання підживлення здійснюється живильними насосами.

Котли обладнані дренажною системою з висновком дренажного трубопроводу з котельні.

2.2.2 Вихідні дані для розрахунку теплової схеми котельної з котлом КВа-П-120 Гн для закритої системи теплопостачання Таблиця 2.1 — Вихідні дані для розрахунку теплової схеми котельні.

2.2.3 Розрахунок теплової схеми котельної з водогрійним котлом КВа-П-120 Гн для закритої системі теплопостачання Таблиця 2.2 — Розрахунок теплової схеми котельної.

Таблиця 2.3 — Графік температур якісного регулювання теплових мереж (м. Харків: температура повітря в приміщенні 20? С; розрахункова на опалення температура зовнішнього повітря — 23? С.

2.3 Розрахунок параметрів теплообмінника гарячого водопостачання Наведена витрата води, що нагрівається при температурі на виході з теплообмінника t_h = 60? С визначається по витраті теплоти на ГВП, кг/год.

G_h = (3,6ЧQ_max^h)/ (cЧ (t_h — t_с)), (2.2).

де Q_max^h — витрата теплоти на ГВП, Вт, Q_max^h =127 000 Вт;

с = 4,187 кДж/(кг?С) — теплоємність води;

t_с = 5? С — температура холодної води;

t_h = 60? С — температура гарячої води.

G_h = (3,6Ч127 000)/(4,187Ч (60−5)) = 1985.

Температура мережної води приймається за графіком.

Витрата граючої води розраховується за формулою, кг.

G_dh = (3,6Ч Q_max^h)/(сЧ (r₁^? — r₃^?)), (2.3).

де Q_max^h — витрата теплоти на ГВП, Вт;

с = 4,187 кДж/(кг?С) — теплоємність води;

r₁^? = 95? С — температура води в магістралі, що подає;

r₃^? = 70? С — температура води у зворотній магістралі.

G_dh = (3,6Ч127 000)/ (4,187Ч (95−70)) = 4367,81.

2.3.1 Розрахунок теплообмінника гарячого водопостачання Розрахунок пластинчастих теплообмінників проводиться у два етапи: попередній і компоновочний.

Попередній розрахунок проводиться для визначення необхідної площі нагрівання теплообмінника, а компоновочний розрахунок полягає у виборі схеми зборки пластин. Компоновочний розрахунок завершується, коли виконується умова повірочного розрахунку.

Попередній розрахунок.

1. Визначаємо теплофізичні параметри гріючого та нагріваємого теплоносіїв: густина с, кг/м³; коефіцієнт теплопровідності л, Вт/(мЧК); теплоємність Ср, Дж/(кгЧК); коефіцієнт кінематичної в’язкості н, м²/с; число Прандтля Р_r. Перераховані характеристики можуть бути визначені по таблицях води на лінії насичення або по апроксимуючим формулам. Характеристики визначаються по середній температурі теплоносія t_ср:

Гріюча вода (з індексом '1'), ?С.

t_ср^гр = (t₁^" +t₁')/2. (2.4).

Вода, що нагрівається, (з індексом '2'), ?С.

t_ср^нагр = (t₂^" +t₂')/2. (2.5).

2. Визначаємо середньологарифмічний температурний напір, ?С Дt_ср = (t₁'- t₂^") — (t₁^«— t₂')/?n ((t₁'- t₂^»)/(t₁^"— t₂')). (2.6).

2 Швидкість руху в трубках приймається в межах 0,3 — 0,4 м/с.

3 Коефіцієнти тепловіддачі, Вт/м²?С б = Nuл/d_э. (2.7).

де Nu — число Нуссельта, визначається залежно від характеру плину: ламінарного Re? 50, турбулентного Re > 50,.

Nu = 0,135ЧRe ^0,73ЧPr ^0,43(Pr/ Pr_cт)^0,25, якщо Re > 50,.

Nu = 0,63ЧRe ^0,33ЧPr ^0,33(Pr/ Pr_cт)^0,25, якщо Re? 50,.

Re = VЧd_э/ н де Pr — число Прандтля;

d_э — еквівалентний діаметр каналу, береться з паспортних даних теплообмінника.

5. Коефіцієнт теплопередачі визначаємо по формулі, Вт/м^{2 0}С К=, (2.8).

де д_с / л_с? 0,63; д_3/ л₃? 0,11 термічний опір стінки пластини й шару забруднення накипу.

6. Необхідна площа теплообмінника, м².

f_а = Q / (k Дt). (2.9).

По каталогу вибираємо найближчий теплообмінник. До установки приймається теплообмінник із пластиною типу РС-02 (площа пластини 0,2 м²; наведена довжина 0,533 м; площа живого перетину 0,792 м²; еквівалентний діаметр 0,4 245 м).

Компоновочний розрахунок.

7. Обчислюємо площа живого перетину пакета пластин по гріючому f_п1 і нагріваємому f_п2 теплоносіям, м².

F_п = G / (VЧс). (2.10).

8. Обчислюємо число каналів у пакеті пластин по гріючому m₁ і нагріваємому m₂ теплоносіям,.

m = f_n / f₁. (2.11).

де f₁ — площа живого перетину одного каналу (з паспорта теплообмінника).

9. Обчислюємо число пластин у пакеті по гріючому n₁ і нагріваємому n₂ теплоносіям,.

n = 2m. (2.12).

10. Обчислюємо площа теплообмінної поверхні пакета по гріючому F_п1 і нагріваємому F_п2 теплоносіям; м².

F_п = F₁Чn. (2.13).

де F₁ — площа однієї пластини (з паспорта теплообмінника).

11. Обчислюємо число ходів (пакетів) по гріючому Х₁ і нагріваємому Х₂ теплоносіям Х = F_а / F_п. (2.14).

12. Приймаємо рішення по компоновці теплообмінного апарата: визначаємо число каналів у пакеті m = m₁= m₂, число ходів Х₁ і Х₂. Якщо Х₁ і Х₂ відрізняється менш, ніж на два рази, то приймається симетрична компоновка: Х = Х₁=Х₂. При зміні числа ходів (прийнятого Х_прин у порівнянні з розрахунковим Х_рас) число каналів перераховуємо по формулі,.

m_прин = m_расХ_рас/Х_прин. (2.15).

13. Число пластин теплообмінного апарата,.

n_а = 2mХ+1. (2.16).

14. Фактична площа теплообмінного апарата, м².

F_ф = nа₁. (2.17).

15. Фактична площа живого перетину пакета, м².

f_п = mf₁. (2.18).

16. Фактичні швидкості плину теплоносіїв V₁ і V₂, м/с.

V = G / (сf_п). (2.19).

Приймаючи нові значення швидкості, вираховуємо наступні фактичні величини: б₁ і б₂, k, F_а'.

17. Визначаємо запас по площі теплообмінного апарата.

18. Втрати тиску по гріючому Др₁ і що нагріваємому Др₂ теплоносію, Па Др = о (?_ін/d_э)(сV^2/2), (2.20).

де о — коефіцієнт місцевих опорів, визначається по формулі:

о = 19,3/Re ^0,25 (турбулентний плин);

о = 4863/Re (ламінарний плин);

?_пр — наведена довжина каналу (паспорт теплообмінника).

Результати розрахунку зведені в таблицю 2.4.

Таблиця 2.4 — Розрахунок теплообмінника ГВП.

Нам необхідно два підігрівника по 50% продуктивності.

Приймаємо підігрівники марки ТИЖ-0,08−1,28−1х — 2шт.

3. ВИБІР УСТАТКУВАННЯ.

3.1.1 Водопідготовка систем теплопостачання Обробка вихідної води системи теплопостачання здійснюється із застосуванням комплексної водопідготовки автоматичною системою дозування.

Автоматична система дозування реагентів «Комплексон-6» призначена для обробки підживлюючої води реагентами з метою зниження корозії й накипоутворення в системах водоі теплопостачання.

— Номінальна напруга однофазного змінного струму частотою 50Гц, 220У.

— Номінальна споживана потужність, не більше 30Вт.

— Діапазон температур навколишнього середовища, від 5 до 40.

Вибираємо автоматичну систему дозування реагентів «Комплексон-6», номінальна витрата 0,3 м³/год, максимальна витрата до 7 м³/год.

Габарити :500Ч200Ч500.

3.1.2 Водопідготовка систем гарячого водопостачання Для системи гарячого водопостачання як захист трубопроводів від накипу встановлений магнітний активатор води реверсивний МАВР-25,з величиною протоки:

Мінімум-1,0 м³/год;

Середній-4 м³/год;

Максимум-7 м³/год.

Магнітний активатор води реверсивний МАВР-25 призначений для запобігання утворення й видалення накипу, що вже утворився.

Застосовується в котельному устаткуванні, бойлерах, теплообмінниках, компресорних установках, парогенераторах і т.д.

Застосування пристрою МАВР дозволяє відмовитися від використання хімреагентів, не вимагає витрат електроенергії, підвищує екологічність виробничих процесів. Установки МАВР компактні, прості в установці, не вимагають витрат обслуговування, мають термін служби не менш 15 років, що дозволяє істотно скоротити витрати на ремонт і обслуговування встаткування, підвищує КПД теплообмінних агрегатів.

Експлуатується при температурі води 90 ⁰С (короткочасно 110−125), при тиску води до 16 атм., твердості води до 35 мг-экв./л.

Магнітне поле гідромультиполей замкнуто усередині магнітних систем і не впливає на роботу електроніки. Магнітні системи гідромультиполей виробляються з високоенергетичних високо-стабільних магнітів з використанням рідкоземельних елементів неодим-залізо-бор (Nd-Fe-B), самарій-кобальт (Sm-Co). Під впливом магнітного поля змінюються фізико-хімічних властивості води. Силікати, що містяться у воді, а також карбонати магнію й кальцію втрачають здатність випадати в осад у вигляді щільного каменю й кристалізуються у вигляді мілкодисперсної суспензії, що виноситься струмом води за межі системи, не осаджуючись на стінках трубопроводів. При контакті намагніченої води із солями, що вже випали в осадок, відбувається їхнє часткове розчинення, а також руйнування до стану дрібного легковидаляємого шламу, що вловлюється стандартними фільтрами очищення від механічних домішок.

Зменшується корозія теплоагрегатів і магістралей, тому що по всій поверхні формується магнетитова плівка, стійка до агресивних газів, що втримуються у воді.

Використання гидромультиполя МАВР у процесі хімічної водопідготовки, приводить до збільшення фільтроциклу в 1,5−2 рази та вирішує екологічні питання.

3.2 Насоси.

3.2.1 Мережні насоси Мережні циркуляційні насоси водогрійних котелень є відповідальним елементом теплової схеми. У котельні встановлюються два однакових поперемінно працюючих циркуляційних насоси — робочий і резервний. Циркуляційні насоси підбирають по витраті мережної води G, кг/год, що визначається виходячи з величини розрахункового теплового навантаження Q_р при перепаді температур що подає й зворотної магістралей.

Продуктивність циркуляційних насосів, кг/год.

G_цирк=(Q_нЧ3600/с (t₁-t₀)), (3.1).

де Q_н — номінальна теплова потужність котлів котельні, МВт/год;

с — теплоємність води, с=4,19 кДж/м³;

t₁ — температура гарячої води, t₁=95 °C;

t₀ — температура зворотної води, t₀=70 °C.

G_цирк= 0,3 393 600/(4,19(95−70))=11,65.

Установлюємо два насоси — один робочий і один резервний. Марка насоса GRUNDFOS TP50−290/2; номінальна подача Q=15 м³/год; повний напір — Н = 28 м, тип електродвигуна — потужність N=3,0 кВт.

Призначення мережних насосів: для переміщення теплоносія по замкнутому контуру від джерела теплоти до нагрівальних приладів.

3.2.2 Підживлювальний насос Для заповнення витоків води в закритій системі теплопостачання встановлюється підживлювальний насос. Кількість води для покриття витоків із закритої теплофікаційної системи приймають рівним 2…2,5% витрати мережної води, а подача підживлювальний насоса вибирається вдвічі більше для можливості аварійного підживлення мереж.

Необхідний напір підживлювального насоса визначається тиском води у зворотній магістралі й опором трубопроводів і арматури на лінії підживлення. Число підживлювальних насосів приймаємо один.

Витрата води на підживлення й втрати теплової мережі G_УТ=0,33 т/год Підживлювальний насос приєднується в усмоктувальну магістраль мережних насосів.

Установлюємо один насос.

Марка насоса GRUNDFOS СН 2−30.

Номінальна подача — Q=0,4 м³/год.

Повний напір — Н=28 м.

Потужність — N=0,48 кВт.

3.2.3 Рециркуляційний насос Для підтримки температури зворотної мережної води перед котлами 60 °C .

Установлюємо насос.

Марка насоса GRUNDFOS ТР 50−120/2.

Номінальна подача — Q=8 м³/год Повний напір — Н=9,2 м Потужність — N=0,75 кВт.

3.2.4 Насос мережної води гарячого водопостачання Установлюємо насос.

Марка насоса GRUNDFOS ТP 32−230.

Номінальна подача — Q=4,5 м³/год Повний напір — Н=19 м Потужність — N=0,75 кВт.

3.2.5 Насос для рециркуляції гарячого водопостачання Установлюємо насос.

Марка насоса GRUNDFOS UPS 25−125 3-х швидкісний Номінальна подача — Q=1,0 м³/год Повний напір — Н=11,5 м Потужність — N=0,12 кВт.

4. ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ По таблицях гідравлічного розрахунку, знаючи витрату, визначаємо діаметри трубопроводів з урахуванням конструктивних особливостей установлених у котельні котлів і втрати тиску в трубопроводах.

Результати розрахунку наведені в таблиці 4.1. Втрати тиску в трубопроводах котельні склали? Р = 70 992,9 Па. Подаючий та зворотний трубопроводи системи теплопостачання (Т1,Т2):

Витрата G=17 т/год.

Діаметр Т1=894,0.

Діаметр Т2=894,0.

Швидкість теплоносія V=1,13 м/с.

Втрати на тертя h=111,4 Па/м.

Таблиця 5 — Гідравлічний розрахунок трубопроводу.

5. ВЕНТИЛЯЦІЯ Температура повітря в робочій зоні котельні без постійної присутності обслуговуючого персоналу для холодного періоду року t_в^хпг=5 ⁰С, для літнього періоду року не більш, ніж на 10 ⁰С вище температури зовнішнього повітря, тобто t_в^ппг=20 ⁰С.

Передбачається природна витяжна вентиляція з верхньої зони й за рахунок підсмоктування в газоповітряний тракт котлів; природна приточна вентиляція.

Через наявність у приміщенні ГРУ передбачається трикратний повітрообмін без обліку повітря засмоктуваного вентилятором у топлення котла.

Загальнообмінна природна вентиляція запроектована при температурі найбільш холодної п’ятиденки:

М. Харків t_н=-23 ⁰С; швидкість вітру W_в=1 м/с, швидкість руху повітря в котельні не повинна перевищувати:

— у зимовий і перехідний періоди року 0,2 м/с;

— у літній період 0,5 м/с.

Надлишок явної теплоти забезпечує підтримка в тепловому пункті нормовану температуру 5 ⁰С.

Приточне повітря в тепловий пункт надходить через жалюзійні ґрати типу СТД (100 200), розташовані у верхній частині котельні під стелею.

5.1 Розрахунок приточної вентиляції.

Зовнішнє повітря, необхідне для вентиляції приміщення надходить у приміщення теплового пункту через жалюзійні ґрати типу СТД, установлені у верхній частині приміщення теплового пункту.

Внутрішній об'єм теплового пункту, м³.

V_к = V_п — V_о, (5.1).

де V_п — внутрішній об'єм приміщення теплового пункту, м³;

V_о — об'єм займаний устаткуванням теплового пункту, м³.

V_п =3,9Ч2,1Ч2,5 = 20,5 м³.

V_к = 22 — 0 = 20,5 м³.

Необхідний трикратний повітрообмін, м³/год.

L = КЧV_к, (5.2).

де К — кратність повітрообміну,.

L = 3Ч20,5 = 61,5.

Загальна кількість повітря, яке поступає в тепловий пункт, м³/год.

V_вк = V_в + L, (5.3).

V_вк = 61,5.

Загальна площа живого перетину жалюзійних ґрат, м².

F_ж.р. = V_вк / (3600ЧV_р), (3.5).

де V_р — швидкість повітря в живому перетині ґрат, м/с, приймаємо.

V_р=1 м/с.

F_ж.р. = 61,5 / (3600 Ч 1) = 0,017.

Площа живого перетину жалюзійних ґрат становить — 0,017 м².

Кількість жалюзійних ґрат установлених у тепловому пункті - 1шт.

Загальна площа живого перетину ґрати, м².

F = 1Ч0,017 = 0,017.

F > F_жр.

Фактична швидкість у живому перетині жалюзійних ґрат, м/с.

V_ф = 61,5 / (3600 Ч 0,017) = 1.

6. ТЕПЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК.

6.1 Вихідні дані.

Відповідно до завдання ВАТ «КЗГО» блочна котельня розроблена для використання в м. Харків.

Таблиця 6.1 — Розрахункові параметри для м. Харкова.

Огороджувальні конструкції блочно-модульної котельні прийняті на основі панелей типу «сандвіч», оцинковані з утеплювачем з мінеральної вати, знаходять широке застосування в цивільному й промисловому будівництві.

Зовнішні й внутрішні поверхні огороджуючи конструкцій, будівлі прийняті зі сталі листової за ДСТ 19 903−74.

Утеплюючий шар — полотна з мінераловати з базальтового волокна ТУ 5284−048−110 473−2001.

6.2 Визначення необхідного термічного опору зовнішніх конструкцій будівлі.

Визначення необхідного термічного опору зовнішніх конструкцій будівлі, м^{2 о}С /Вт.

R_о^тр = (t_в — t_н) Ч n / Дt^н Ч б_в, (6.1).

де R_о^тр — необхідний термічний опір теплопередачі, м^{2 о}С /Вт;

t_в, t_н — розрахункові температури внутрішнього й зовнішнього повітря,.

n — коефіцієнт, що залежить від положення зовнішньої поверхні огородження стосовно зовнішнього повітря;

Дt_н — нормований перепад між температурами внутрішнього повітря в приміщенні й внутрішній поверхні огородження, ^оС;

б_в — коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої огороджуючої поверхні.

6.2.1 Зовнішні стіни.

Рисунок 6.1 — Зовнішні стіни.

Зовнішні поверхні ребра — сталь листова.

Утеплюючий шар — полотна з мінераловати з базальтового волокна. ТУ 5284−048−110 473−2001.

г = 23 кг/м³;

л = 0,038 Вт/(м ^оС) Гранична температура застосування від -269 ^оС, +700 ^оС.

Ступінь вогнестійкості - група неспаленних матеріалів.

t_в = 5 ^оС;

t_н = - 23 ^оС;

Дt^н = 7 ^оС;

n = 1;

б_в = 8,7 Вт/(м •^оС).

R_о^тр = [5 — (-23)] Ч1/ 7Ч8,7 = 0,46.

Повинне дотримуватися умова R_о? R_о^тр.

Визначення опору теплопередачі R_о неоднорідної огороджувальної конструкції визначаємо на підставі розрахунку температурного поля.

Приведений опір теплопередачі неоднорідної огороджувальної конструкції, м² • ^оС /Вт.

R_о = t_в — t_н / q^розр, (6.2).

де q^розр — тепловий потік, Вт/м²;

t_в, t_н — те ж, що й у формулі (3.6), Вт/м².

q^розр = б_в (t_в — ф_в) = б_н (ф_н — t_н). (6.3).

де б_н — коефіцієнт теплопередачі зовнішньої поверхні огороджувальної конструкції;

ф_в, ф_н — середні температури внутрішньої й зовнішньої поверхонь огороджувальної конструкції, °С ф_в = t_в — n (t_в — t_н) / R_о •б_в, (6.4).

де R_о — опір теплопередачі огороджувальної конструкції, поза теплопровідним включенням; м² •°С/Вт.

n, t_в, t_н, б_в — те ж, що й по формулі (6.1), м² •^оС / Вт.

R_о = 1/ б_в + УR + 1/ б_н, (6.5).

де R — термічний опір шару багатошарової огороджувальної конструкції, без включень, (м² • °С)/Вт.

R = д / л, (6.6).

де д — товщина шару, м;

л — розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару,.

Вт/ (м • ^оС) д₁ = 0,0007 м;

д₂ = 0,05 м;

д₃ = 0,0007 м;

л_в = 8,7 Вт/ (м² •^оС) л₁ = 58 Вт/ (м²• ^оС);

л₂ = 0,038 Вт/ (м² •^оС);

л₃ = 58 Вт/ (м²• ^оС);

б_н = 23 Вт/ (м²• ^оС).

R_о^усл = 1/8,7+0,0007/58+0,05/0,038+0,0007/58+1/23 = 1,469.

ф_в = 5 — 1Ч [5 — (-23)]/1,474Ч8,7 = 1,79.

Величина теплового потоку, Вт/м².

q^розр = 8,7 (5 — 1,88) = 26,535.

Наведений опір теплопередачі неоднорідної огороджувальної конструкції, стіни, (м^{2 о}С)/Вт.

R_о = 5 — (-23) / 26,535 = 1,055,.

що відповідає умові R_о? R_о^тр, тобто 1,055> 0,46.

Коефіцієнт теплопередачі конструкції, що обгороджує, Вт/ (м^{2 о}С) К = 1 / R_о, (6.7).

К = 1/1,055= 0,95.

6.2.2 Покриття Рисунок 6.2 — Схема покриття.

₁=0,7 мм.

₂=50мм.

₃=0,7 мм.

t_н = 6 ^оС;

n = 1;

б_в = 8,7 Вт/(м^{2 о}С).

R_о^тр_покр = [5 — (-23)] Ч1/6Ч8,7 = 0,54.

д₁ = 0,001 м;

д₂ = 0,10 м;

д₃ = 0,002 м;

б_в = 8,7 Вт/ (м^{2 о}С) л₁ = 58 Вт/(м^{2 о}С);

л₂ = 0,038 Вт/(м^{2 о}С);

л₃ = 58 Вт/(м^{2 о}С);

б_н = 23 Вт/(м^{2 о}С).

R_о^усл = 1/8,7 + 0,0007/58 + 0,05/0,038 + 0,0007/58 + 1/23 = 1,469.

ф_в = 5 — 1Ч [5 — (-23)] / 1,469Ч8,7 = 1,80.

Величина теплового потоку, Вт/м².

q^розр = 8,7 (5 — 1,8) = 27,84.

Наведений опір теплопередачі огороджувальної конструкції.

перекриття, (м^{2 о}С)/Вт.

R_о = 5 — (-23) / 27,84 = 1,006,.

що відповідає умові R_о? R_о^тр, тобто 1,006> 0,46.

Коефіцієнт теплопередачі огороджувальної конструкції Вт/ (м^{2 о}С) К = 1/1,006= 0,994.

6.3. Основні та додаткові втрати теплоти Основні та додаткові втрати теплоти визначають підсумкові втрати теплоти через окремі огороджуючи конструкції, Вт.

Q = F (t_в — t_н) (1 + Ув) КЧn, (6.8).

де F — площа конструкції огороджувальної, через яку йде втрата тепла, м²;

t_в, t_н — розрахункові температури, відповідно внутрішнього й зовнішнього повітря, ^оС;

в — додаткові втрати теплоти в долях від основних втрат;

Ккоефіцієнт теплопередачі даної огороджувальної конструкції, Вт/(м² · ^оС).

n — поправочний коефіцієнт до розрахункової різниці температур залежно від положення зовнішньої поверхні огороджуючи конструкцій стосовно зовнішнього повітря.

Дані розрахунку зводимо в таблицю 6.2.

6.3.1 Тепловтрати через підлогу Тепловтрати через підлоги розраховують по зонах по формулі для утеплених підлог, Вт.

Q_у.п = (F_I/ R^I_у.п + F_II/ R^II_у.п) (t_в — t_н), (6.9).

де F_I, F_II — площі зон, м²;

R^I_у.п, R^II_у.п — термічні опори окремих зон, (м^{2 о}С)/Вт;

t_в, t_н — те ж, що й у формулі (3.6).

Q_у.п = (8,8/4,3) (5 — (-23))=57,3.

Опір теплопередачі утеплених підлог, розташованих безпосередньо на ґрунті; (м^{2 о}С)/Вт.

R = R_с + Уд_усл / л_усл, (6.10).

де R_с — опір теплопередачі окремих зон не утепленої підлоги, м^{2 о}С /Вт;

Уд_усл / л_усл — сума термічних опорів шарів, що утеплюють, (м^{2 о}С)/ Вт (утеплюючими вважаються шари з матеріалів, що мають коефіцієнт теплопровідності.

л < 1,2 Вт/ (м^{2 о}С) д_усл = 0,1 м;

л_усл = 0,038 Вт/ (м^{2 о}С).

F_I= 42,2=8,8 м².

Рисунок 6.3 — Схема підлоги Для не утеплених підлог I зони.

R_CI = 4,3 (м^{2 о}С)/Вт Для утеплених підлог I зони, (м^{2 о}С)/Вт.