Практика 2

Пример расчета тепловой схемы котельной с водогрейными котлами

Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами приведена на рис.

Рис. 6.13. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами: 1 - котел водогрейный; 2 - деаэратор вакуумный; 3 - насос сырой воды; 4 - подогреватель сырой воды; 5 - ВПУ; 6 - подогреватель химочищенной воды; 7 - насос подпиточный; 8 - насос сетевой;9 - охладитель выпара; 10 - водоструйный эжектор; 11 - бак рабочей воды эжектора; 12 - насос рабочей воды эжектора; 13 - насос рециркуляционный; 14 - линия рециркуляции; 15 - линия перепуска; I - подающая линия сетевой воды; II - обратная линия сетевой воды; III - вода на собственные нужды котельной; IV - сырая вода

Исходные данные и условия эксплуатации.

Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и общественных зданий для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС).

Вода, вырабатываемая в водогрейных котлах, также расходуется на покрытие собственных нужд котельной.

Деаэрация питательной воды осуществляется в вакуумном деаэраторе (рабочее давление 0,03 МПа)[1].

Система теплоснабжения - закрытая, схема присоединения подогревателей горячего водоснабжения у абонентов - двухступенчатая смешанная.

Топливо, используемое на котельной - природный газ.

Расчетные тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях, ГДж/ч: максимальная нагрузка на отопление и вентиляцию - 210; на горячее водоснабжение - 85.

Температурный график тепловых сетей - 150/70 °С.

Температура горячей воды в сетях ГВС - 60°С.

Расчетная минимальная температура наружного воздуха - минус 37°С.

Температура сырой воды, °С: в зимний период - 5; в летний период - 15.

Температура воды перед водоподготовительной установкой - 20°С.

Температура подпиточной воды - 70°С.

Температура воды, °С: на входе в котлы[2] - 70; на выходе из котлов - 150.

Расчет тепловой схемы котельной выполнен для максимально зимнего периода

1. Расчет отпуска горячей воды от котлоагрегатов внешним потребителям.

Расчетный часовой расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции, т/ч, определяется по формуле:

	;
	,

где - температура сетевой воды на выходе из котельной, °С; ­- температура сетевой воды за системой отопления и вентиляции, °С; - теплоемкость сетевой воды, кДж/кг·°С, принимается равной 4,19 кДж/(кг·°С).

Температуры и определяются для расчетных режимов по температурному графику.

Общая теплопроизводительность водогрейных котлов (в случае присоединения потребителей горячего водоснабжения по двухступенчатой смешанной схеме) без учета собственных нужд, ГДж/ч, определяется как сумма тепловых нагрузок котельной:

	;
	;

тогда расход воды через котлы, т/ч, (без учета собственных нужд):

	;
	.

где - температура воды на выходе из котлов, °С;

- температура воды на входе в котлы, °С;

2. Расчет суммарного отпуска горячей воды на внешних потребителей и на собственные нужды котельной.

Расчет температуры сетевой воды в обратной линии на входе в котельную и расхода сетевой воды в подающей магистрали для двухступенчатой смешанной схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения (рис. 6.6, б) выполняется в следующем порядке.

Находится расчетный часовой расход воды для нужд горячего водоснабжения, т/ч, по формуле:

	;
	,

Тепловая нагрузка I ступени подогревателей горячего водоснабжения в зимний период, ГДж/ч, определяется из уравнения теплового баланса:

,

(6.11)

где - температура горячей воды на выходе из I ступени подогревателя горячего водоснабжения, °С; - расход сетевой воды на II ступень подогревателя горячего водоснабжения, т/ч; - температура сетевой воды после I ступени подогревателя горячего водоснабжения, °С.

Если обозначить минимальную разность температур подогреваемой и греющей воды , то выражение (6.11) можно записать следующим образом:

.

Тепловая нагрузка II ступени подогревателей горячего водоснабжения, ГДж/ч,

.

(6.12)

Из уравнения теплового баланса (6.12) может быть определен расход сетевой воды на II ступень подогревателей горячего водоснабжения, т/ч,

.

Общий расход сетевой воды в подающей (и обратной) магистрали составит, т/ч,

.

(6.13)

Температура сетевой воды после местных систем горячего водоснабжения, °С, определяется через значение тепловой нагрузки I ступени:

.

(6.14)

Принимая °С, определяем тепловую нагрузку I ступени подогревателей горячего водоснабжения, ГДж/ч, которая в максимально зимний расчетный период равна расчетной тепловой нагрузке на нужды горячего водоснабжения:

.

Соответственно тепловая нагрузка подогревателя II ступени горячего водоснабжения и расход сетевой воды на него в максимально зимний расчетный период равны нулю.

Общий расход сетевой воды, т/ч, в подающей магистрали (без учета подпитки), определяемый по формуле (6.13) для максимально зимнего режима равен:

.

Температура обратной сетевой воды, °С, после I ступени местных теплообменников горячего водоснабжения, определяемая по формуле (6.14), составит:

.

Потери воды в закрытой системе теплоснабжения составляют до 0,5 % объема воды в тепловых сетях и в системе потребителей, или 1,5 - 2,0 % часового расхода, следовательно, принимая потери равными 2,0 % часового расхода сетевой воды, можно найти расход воды на восполнение потерь в тепловых сетях, т/ч,

	;
	.

Безвозвратные расходы воды (потери) на уплотнение и охлаждение подшипников насосов и дымососов, на охлаждение приборов на котлах и др., т/ч, принимаем равными 0,5 % расхода воды в тепловой сети:

	;
	.

Расход воды на собственные нужды котельной, т/ч, включает в себя расход горячей воды внутри котельной в размере 0,5 % расхода воды в тепловых сетях:

	;
	.

Расход воды на подогреватели сырой и химочищенной воды, т/ч, принимается равным 2 % расчетного часового расхода сетевой воды:

	;
	.

Предварительно определяемый расход воды через котлы с учетом собственных нужд составит, т/ч,

	;	(6.15)
	;

3. Расчет действительной производительности котельной установки.

Количество воды, подготавливаемое на химводоочистке, т/ч, определяется как сумма безвозвратно теряемых потоков:

	;
	.

Расход воды на собственные нужды химводоочистки принимаем равным 25 % количества химочищенной воды, следовательно, расход сырой воды перед ВПУ, т/ч, определяемый по формуле (6.5) составит:

.

Расход воды на подогреватель сырой воды (рис. 6.14, а), т/ч, может быть найден из уравнения теплового баланса подогревателя сырой воды:

;
	,

где и - температура греющей воды до и после подогревателя сырой воды, °С;

- температура сырой воды пред ВПУ, °С.

Рис. 6.14. Подогреватели:

а - сырой воды; б - химочищенной воды

При температуре греющей воды после подогревателя равной 70°С, расход греющей воды на подогреватель сырой воды, т/ч, равен:

.

Температура воды после ВПУ, °С, определяется по формуле (6.6), потеря температуры на ВПУ принимается равной 2°С:

.

Расход пара выпара на охладитель (рис. 6.15), т/ч, определяется по формуле:

где d - удельный расход пара выпара на выходе из деаэратора, кг/т, принимается равным 5,0 кг/т деаэрированной воды [16];

Рис. 6.15. Охладитель выпара

- расход деаэрированной воды, т/ч, равный расходу химочищенной воды на деаэратор:

	;
	.

Из уравнения теплового баланса находим расход химочищенной воды на охладитель выпара, т/ч,

;
	.

где - энтальпия пара выпара, кДж/кг, при давлении в вакуумном деаэраторе 0,03 МПа значение равно 2625,3 кДж/кг; - энтальпия конденсата выпара, кДж/кг, при давлении 0,03 МПа значение равно 289,31 кДж/кг;

.

Для рассчитываемой схемы расход химочищенной воды на подогреватель, т/ч, определяется как разность между общим расходом химочищенной воды и расходом химочищенной воды на охладитель выпара:

	;
	.

Расход греющей воды на подогреватель химочищенной воды (рис. 6.14, б), т/ч, находится из уравнения теплового баланса теплообменника:

;
	,

где и - температура греющей воды до и после подогревателя химочищенной воды, °С; - температура химочищенной воды перед вакуумным деаэратором, принимается равной 70 °С;

.

Зная расходы воды в подающей и обратной магистралях и температуру сетевой воды на входе в котельную, можно выполнить расчет расходов воды в линиях перепуска и рециркуляции.

Предварительно необходимо рассчитать значение температуры сетевой воды в точках a и b (рис. 6.16), используя уравнения теплового баланса:

для точки a (рис. 6.16, а), принимая во внимание, что

Рис. 6.16. Точки подвода подпиточной воды и воды после подогревателей сырой и химочищенной воды в обратную магистраль:

а - точка a; б - точка b

;
	,

где - температура подпиточной воды на выходе из вакуумного деаэратора, значение , пренебрегая потерями тепловой энергии в деаэраторе, принимается равным , °С;

;

для точки b (рис. 6.16, б):

	;
	;
.

Расход воды в перепускную линию может быть определен из уравнения теплового баланса, записанного для точки (рис. 6.17):

	;
	.

В максимально зимний период расход воды в перепускную линию (для данного температурного графика), т/ч, равен нулю:

.

Расход воды в линию рециркуляции определяется из уравнения теплового баланса, записанного для точки d (рис. 6.18):

;
;
.

Рис. 6.17. Линия перепуска

Рис. 6.18. Линия рециркуляции

Уточненный расход воды через котлы, т/ч,

;

Расхождение с предварительно определенной величиной (формула (6.15)), %, составит:

	;
	.

В случае несовпадения величин и более чем на 3 % необходимо произвести пересчет расходов горячей воды на собственные нужды, приняв значения, полученные расчетным путем, при той же теплопроизводительности котельной. Значительное расхождение величин, как правило, указывает на ошибку в расчетах.

[1] Вакуумная деаэрация может осуществляться одним из двух способов.

1. В деаэраторах перегретой воды. В этом случае поступающую в аппарат воду предварительно нагревают в поверхностных подогревателях до температуры, превышающей температуру насыщения при давлении, поддерживаемом в деаэраторе; поступая в деаэратор, вода вскипает.

2. В вакуумных деаэраторах, в которые поступает вода с температурой ниже температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе; для подогрева воды до температуры насыщения используется высоконагретая вода или пар, подаваемые в деаэратор.

[2] Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котле при сжигании топлив, не содержащих серу, должна быть не менее 60°С, малосернистых топлив не менее 70°С и высокосернистых топлив не менее 100°С.

Дата добавления: 2015-07-08