Реконструкция котельной ДОЛ имени Казея

1. Расчёт тепловой схемы serg.doc

1 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ
Тепловой схемой предусматривается приготовление сетевой воды с температурой t=105 °C для систем отопления вентиляции и горячего водоснабжения.
Тепловой схемой котельной предусматривается:
- поддержание температуры сетевой воды в подающей магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха в соответствии с графиком качественного регулирования температуры воды;
- поддержание постоянной температуры 70 °C и расхода сетевой воды через котел;
- регулирование температуры горячей воды.
Тепловой схемой котельной предусматривается отпуск горячей воды с температурой t=55°C. Греющей средой в подогревателях горячего водоснабжения является сетевая вода с температурой t=105°C нагреваемой – сырая вода с температурой t=5°C (в зимний период) и t=15°C (в летний период).
Обратная сетевая вода пройдя осадочные фильтры попадает в котлы где нагревается до температуры t=105°C затем насосами котлового контура теплоноситель подаётся на теплообменники отопления и на теплообменники горячего водоснабжения. Регулирование температуры сетевой воды на отопление и вентиляцию после теплообменников отопления и температуры воды после теплообменника горячего водоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха производится с помощью регулятора температуры непрямого действия установленных на трубопроводе сетевой воды после насосов.
Приготовление горячей воды для систем отопления и вентиляции а также для системы горячего водоснабжения осуществляется в двух пластинчатых теплообменниках установленных параллельно.
Для выравнивания объёма воды при изменении температуры в системах теплоснабжения и поддержания в них необходимого давления в котельной установлены расширительные баки.
Система ХВО включает в себя механический фильтр фильтры обезжелезивания и умягчения через которые проходит сырая вода поступающая из артезианских скважин.
Таблица 1.1- Исходные данные для расчета
Расчетная мощность отопления и вентиляции МВт
Расчетная мощность горячего водоснабжения МВт
Расчётная температура наружного воздуха для проектирования 0С
Температура сырой воды °C
Расчётная температура воздуха внутри помещения °C
Температура теплоносителя в подающей линии °C
Продолжение Таблицы 1.1
Температура теплоносителя в
Температура горячей воды в месте водоразбора °C
полезного действия теплообменника
Коэффициент характеризующий утечки воды из тепловой сети
Коэффициент учитывающий расход сырой воды на собственные нужды
Температура воды на выходе из водогрейного
Температура воды на входе в водогрейный котел 0С
—максимально-зимний режим
—режим наиболее холодного месяца
Приведем расчет для максимально-зимнего режима режима наиболее холодного периода и летнего режима.
1. Суммарный расход теплоты на отопление вентиляцию горячее водоснабжение и технологические нужды :
2. Коэффициент уменьшения расхода теплоты на отопление и вентиляцию:
3. Температура сетевой воды на нужды отопления и вентиляции в подающей линии для режима наиболее холодного месяца:
4. Температура обратной сетевой воды:
5. Расход сетевой воды в подающей линии системы теплоснабжения для нужд горячего водоснабжения :
6. Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию :
7. Расход теплоты на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение:
8. Расход воды на отопление и вентиляцию котельной :
9. Расход воды на горячее водоснабжение котельной :
10. Расход воды внешними потребителями на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение:
11. Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловых сетях и в системе потребителей :
12. Расход сырой воды на подпитку тепловой сети:
13. Расход теплоты на подогрев сырой воды:
Согласно паспорту предприятия изготовителя установки умягчения Eurosoft химводоочистка происходит при температуре 5-15 0С. Принимаем tх=15 0С.
14. Расход сетевой воды на подогрев сырой воды :
15. Суммарный расход теплоты который необходимо получить в котлах :
16. Расчетный расход воды через котлы :
17. Расход воды от внешних потребителей через обратную линию:
18. Расход воды поступающей к внешним потребителям по прямой линии:
19. Небаланс с ранее принятым расходом воды внешним потребителям:
При расхождении менее 3% расчёт считается оконченным.
Расчетный расход воды через один котел при максимально-зимнем режиме 692 тч. В соответствии с расчетом тепловой схемы к установке принимаем два котла Viessmann Vitomax 200 - LW . Характеристика котлоагрегата Viessmann Vitomax 200 - LW согласно паспорту котла приведена в таблице 1.2 :
Таблица 1.2 - Паспортные данные котла
Теплопроизводительность
Температура воды на выходе
Температура воды на входе
КПД по низшей теплоте сгорания

Viessmann.dwg

5. Расчет ВПУ serg.doc

5. РАСЧЕТ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ
1 Система химводоочистки котельной
На нужды горячего водоснабжения и подпитку тепловой сети поступает вода из артезианской скважины.
Схема химводоочистки предусматривает установку механического фильтра фильтров обезжелезивания и фильтров умягчения.
Механическая фильтрация является первым и необходимым этапом подготовки воды. Целью механической фильтрации является удаление крупных загрязнений таких как песок частицы окалины и т.д. что предохраняет оборудование и арматуру от повреждений. Тонкость фильтрации т.е. величина наименьших удаляемых частиц зависит от применяемого фильтрующего элемента.
При удалении из воды соединений железа происходит их переход из растворенных форм в труднорастворимые которые задерживаются на фильтрующей загрузке во время фильтрования на скором напорном фильтре. Технологический процесс удаления соединений железа состоит из их предварительного окисления и последующего фильтрования на фильтрующей загрузке. Окисление железа осуществляется аэрацией (кислородом воздуха) или дозированием в воду более сильных окислителей (KMnO4 O3). Фильтрующая загрузка подбирается для каждого конкретного случая.
Умягчение воды основано на удалении солей жесткости путем ионного
обмена. Соли жесткости удаляются на загрузке сильнокислотного катионита во время фильтрации воды через слой катионита. Катионы кальция (Ca2+) и магния
(Mg2+) которые обуславливают жесткость воды заменяются в процессе ионного обмена на катионы натрия (Na+). Когда ионообменная способность
загрузки исчерпывается ее необходимо регенерировать раствором поваренной соли (NaCl).
2 Расчет натрий-катионитных фильтров
Количество подпиточной воды составляет:
Расход воды на горячее водоснабжение составляет:
Итого через фильтры проходит:
Предварительный расчет диаметра:
где - скорость фильтрования =25 мс при Ж0=30693 мг-эквл (из анализа исходной воды)
Площадь фильтрования фильтра:
где а – количество работающих фильтров.
К установке выбираются фильтры Rondomat E 95 DWZ 330 диаметром
00 мм площадью фильтрования fф = 076 м2 и производительностью 5 м3ч.
Количество солей жесткости А удаляемое на фильтрах:
где Жо – общая жесткость воды поступающей на фильтрыпринимается согласно анализу исходной воды Жо=30693 мг-эквл.
Число регенераций каждого фильтра в сутки:
где Нсл – высота слоя ионита м; Нсл=2 м [5 табл. 5.4];
а – число работающих фильтров а=2;
– рабочая обменная способность катионита при Na- катионировании;
при отсутствии ионита в исходной воде определяется:
где aэ– коэффициент эффективности регенерации учитывающий неполадку регенерации фильтра в зависимости от удельного расхода соли на регенерацию (при удельном расходе поваренной соли qc=110 мг-эквл aэ=064 [5 таблица 5.5];
- коэффициент учитывающий снижение обменной способности катионита по Ca2+ и Mg2+ за счёт частичного задержания катионов Na+ =065 [5] ;
– доля умягчения отмывочной воды;
- полная обменная способность катионита =500 г-эквл [5 стр.73]
g – удельный расход воды на отмывку g=4 м3м3 [5 таблица 5.4].
Принимаем число регенераций каждого фильтра 1 раз в сутки.
Расход 100% поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется:
где qc – удельный расход соли на регенерацию qc=110 гг-экв.
Суточный расход технической соли на регенерацию фильтров определяется по следующей формуле:
где 93 – содержание NaCl в технической соли %.
Расход воды на одну регенерацию фильтра слагается из:
)расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра:
tвзр – продолжительность взрыхляющей промывки tвзр =30 мин [5 таблица 5.4].
)расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли:
где b – концентрация регенерационного раствора b =7% [5 таблица 5.4];
rр.р – плотность регенерационного раствора rр.р.=1048 кгм3 [5 таблица 15.6].
)расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации:
где qот – удельный расход воды на отмывку ионита qот = 4 м3м3 [5 таблица 5.4].
Расход воды на одну регенерацию фильтра без использования отмывочной воды на взрыхление составляет:
Расход воды на одну регенерацию при использовании отмывочной воды на взрыхляющую промывку:
Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров:
Межрегенерационный период работы фильтра:
где – время регенерации фильтра; в связи с большими колебаниями зависящими от ряда факторов следует определять для каждого конкретного случая расчетным путем:
где tвзр.=30 мин [11 таблица 5.4]
tр.р.– время пропуска регенерационного раствора через фильтр:
где wр.р. – скорость пропуска регенерационного раствора wр.р.= 3 мч [5 таблица 5.4].
tот – время отмывки фильтра от продуктов регенерации:
где wот – скорость отмывки wот =6 мч [5 таблица 5.4].

Компоновка котельной_Serg.dwg

4. Выбор вспомогательного оборудования serg.doc

ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1 Выбор газовой горелки
Правильный выбор горелки — важный этап при строительстве или модернизации котельной. От этого выбора зависит дальнейшая работа котельного оборудования. Выбор горелки осуществляется по расчетной тепловой мощности горелки которая определяется по формуле:
где - номинальная мощность котлоагрегата кВт;
- КПД котлоагрегата.
Выбираем газовую горелку Weishaupt WM-G 303-A ZM тепловой мощностью 350-3100 кВт сопротивлением горелки 14мбар=1400 Па.
Сетевые насосы водогрейных котельных являются ответственными элементами их тепловых схем. Сетевые насосы выбирают по расходу сетевой воды который определяется из величины расчетной тепловой нагрузки.
По известному расходу сетевой воды на отопление и вентиляцию
тч к установке принимаем сетевые насосы на отопление Grundfos
TP 65-1902F в количестве двух штук (один рабочий один резервный). Характеристика данных насосов приведена в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Характеристики сетевых насосов на отопление
Мощность двигателя кВт
Максимальная подача тч
Максимальный напор м. вод. ст
По известному расходу сетевой воды на горячее водоснабжение тч к установке принимаем сетевые насосы на ГВС Grundfos TP 65-1802F в количестве двух штук (один рабочий один резервный). Характеристика данных насосов приведена в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Характеристики сетевых насосов на ГВС
По известному расходу сетевой воды на теплообменники отопления и ГВС тч к установке принимаем сетевые насосы на теплообменники отопления и горячего ГВС Grundfos TP 65-3402F в количестве трёх штук (два рабочих один резервный). Характеристика данных насосов приведена в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Характеристики сетевых насосов на теплообменники
Повысительный насос исходной воды устанавливают на трубопроводе сырой воды для увеличения напора воды если он низок в артезианской скважине. Принимаем повысительный насос Grundfos CR 10-10. Характеристика данного насоса приведена в таблице 4.4.
Таблица 4.4 – Характеристика повысительного насоса
3 Выбор теплообменников
тч принимаем к установке пластинчатые теплообменники отопления Alfa Laval M10 в количестве двух штук. Максимальный расход данных теплообменников составляет 50 м3ч максимальная температура – 160 °С максимальное давление - 25 бар=25 МПа.
По известному расходу сетевой воды на горячее водоснабжение тч принимаем к установке пластинчатые теплообменники ГВС Alfa Laval Т5 в количестве двух штук. Максимальный расход данных теплообменников составляет 36 м3ч максимальная температура – 160 °С максимальное давление - 16 бар=16 МПа.
4 Выбор расширительных баков
Расширительные баки предназначены для вмещения избыточного объема воды при температурном расширении системы водяного отопления. Объём расширительного бака определяется по формуле:
где VL- суммарный объём системы отопления л;
Е- коэффициент расширения жидкости Е=4 %;
D- эффективность мембранного расширительного бака.
Суммарный объём системы отопления вычислить достаточно сложно поэтому предполагают что 1 кВт=15 л.
Эффективность мембранного расширительного бака определяется по формуле:
где - максимальное рабочее давление системы отопления =4 бар=04 МПа;
- давление зарядки мембранного расширительного бака=05 бар =
К установке принимаем мембранные расширительные баки Reflex G 2000 и 2 бака Reflex G 600 имеющие объёмы 2000л и 2 бака по 600л соответственно.
5 Выбор ёмкостей ГВС
Необходимый объём ёмкости ГВС определяется по формуле:
где - аккумулирующая способность емкости ГВС кДж:
где G- массовая емкость аккумулятора (согласно п.2);
К установке принимаем 2 ёмкости ГВС объёмом 25 м3.

Схема автоматики функциональная_Сергей.dwg

Генплан serg.dwg

6. Автоматизация работы и защиты котла_Сергей.doc

6 АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ И ЗАЩИТА КОТЛА
Контроль котла на соответствие требованиям безопасности проводят внешним осмотром и сличением конструкции с требованиями ГОСТ 12.2.002-91 ГОСТ 12.2.032-78 СНиП 2.09.02-82 “Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов” Госпромнадзора “Правил устройства и безопасной эксплуатации котлов с давлением пара не более 007 МПа (07 кгссм2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 0С) ” утвержденных Госпромнадзором РБ 25 января 2007 года а также СНиП II – 35.
Котел должен устанавливаться в производственных помещениях относящихся по пожарной безопасности к категориям Г и Д и к степеням I и II по огнестойкости согласно СНиП 2.09.02-85.
Управление работой основного и вспомогательного оборудования котельной осуществляется дежурным персоналом в соответствии с инструкциями и правилами эксплуатации. При этом должны поддерживаться на заданном значении те параметры которые определяют нормальное протекание технологического процесса.
Управление работой оборудования требует наличия в котельной аппаратуры контроля и управления. Основной и необходимой частью аппаратуры являются контрольно-измерительные приборы по которым осуществляется оперативное управление технологическим процессом обеспечивающее экономичную надежную и безопасную работу оборудования. Кроме того показания приборов используются для получения исходных данных
при составлении учета и отчетности по работе установки в целом .
В котельных технологическому контролю подлежат следующие параметры:
– расход питательной воды и ее параметры–давление температура;– температура уходящих газов и воздуха;
– давление воздуха разрежение в топке и других пунктах газового тракта котельного агрегата;
– анализ продуктов сгорания;
– количество и качество сжигаемого топлива;
– расход электроэнергии на собственные нужды и др.
Текущий контроль и ведение режима осуществляется по указывающим приборам. Для измерения параметров необходимых при подсчете технико-экономических показателей а также последующем анализе причин нарушения режимов или аварий устанавливаются регистрирующие приборы. Замеры количества пара воды и электроэнергии необходимые только для отчетности производятся расходомерами с суммирующими счетчиками .
Для удобства обслуживания персоналом оборудования в современных котельных приборы контроля и управления концентрируются на тепловых щитах. Управление работой котельного агрегата осуществляется путем воздействия на отдельные механизмы и устройства (вентиляторы запорная арматура и др.) дистанционно.
Расположение тепловых щитов может быть индивидуальным групповым и централизованным.
При индивидуальном управлении тепловые щиты предусматриваются отдельно для каждого котельного агрегата. В этом случае они располагаются обычно вблизи агрегата (на основной площадке котельной) перед фронтом котлов что делает удобным сочетание дистанционного управления с возможностью непосредственного наблюдения за работой оборудования. Кроме того индивидуальное расположение щитов позволяет использовать более простые и надежные механические устройства и приборы управления (сниженные указатели уровня воды штурвалы к запорной и регулирующей арматуре и др.).
Все необходимые операции по обслуживанию котельного агрегата при индивидуальной системе управления осуществляются дежурным персоналом из 2–3 человек. Один из них находится у теплового щита остальные ведут наблюдения за работой вспомогательных механизмов по месту их установки (местное обслуживание). Такая организация управления весьма надежна но требует большего количества персонала.
При групповом управлении дежурный и его помощник выполняют однотипные операции по обслуживанию группы котлов. Тепловые щиты отдельных котлов при этом объединяются в один. Это приводит к дополнительному снижению количества обслуживающего персонала .
Централизованная система управления является наиболее совершенной; она позволяет совместить обслуживание всего оборудования котельной с одного центрального щита. Однако при этом некоторые функции местного управления сохраняются (система топливоподачи мазутное хозяйство и др.).
Осуществление централизованной системы управления требует значительных затрат материалов оборудования и др. Поэтому в котельных малой (и средней) производительности преимущественно применяются индивидуальная и групповая системы управления.
В связи с широким внедрением механизации в котельных и переводом их на газообразное топливо создаются предпосылки для перехода к полной автоматизации управления технологическими процессами.
Автоматизация означает механизацию оперативного управления работой оборудования котельной с помощью различных устройств или средств. К последним кроме контрольно-измерительных приборов относятся следующие :
Устройства дистанционного управления предназначенные для воздействия на расстоянии на регулирующие и запорные органы котлоагрегата а также для пуска вспомогательного оборудования котельной – вентиляторов насосов и т. п.; дистанционное управление осуществляется главным образом с помощью электродвигателей или электромагнитных приводов.
Устройства защиты служащие для предохранения котельных агрегатов и вспомогательного оборудования от аварий как например остановка котла при разрыве труб и др.
Автоматическое управление – устройства назначением которых является автоматическое управление периодическими операциями как например: пуск резервных насосов вентиляторов включение мазутных форсунок при погасании факела включение обдувочных устройств оборудования топливоподачи золоудаления и т. п.
Автоматическая блокировка к которой относятся устройства ограждающие оборудование от неправильных операций происшедших по ошибке персонала или вследствие аварий. В соответствии с этим блокировка разделится на запретно-разрешающую и аварийную.
Запретно-разрешающие блокировки предназначены для предотвращения неправильных включении или выключении механизмов.
Аварийные блокировки служат для автоматического последовательного отключения механизмов или участков расположенных по ходу технологического процесса до аварийно отключившегося механизма. Например при остановке дымососов производится автоматическое отключение вентиляторов отключение дробилки на тракте топливоподачи приводит к остановке ленточных транспортеров подающих топливо в нее и т.д. С помощью блокировок устанавливается также определенная последовательность включения и отключения механизмов.
Сигнализация – технологическая и командная. Первая в зависимости от назначения разделяется на предупредительную аварийную и контрольную. Предупредительная сигнализация служит для автоматического извещения персонала о возникших нарушениях нормального режима работы оборудования связанных с изменением тех или иных параметров (давления и температуры пара уровня воды в барабане и т. и.). Посредством аварийной сигнализации персонал извещается о происшедшей аварийной остановке оборудования. Контрольная сигнализация предназначена для автоматического извещения
персонала о работе или остановке оборудования и механизмов о положении запорных и регулирующих органов и др. Предупредительная и аварийная сигнализация выполняется световой и звуковой (сирен) контрольная – обычно только световой. Командная сигнализация применяется для передачи однотипных наиболее часто повторяющихся сигналов (команд) от одного оперативного поста к другому. Она осуществляется с помощью световых табло.
Связь – используется преимущественно телефонная связь.
Автоматическое регулирование осуществляемое с помощью авторегуляторов назначением которых является поддержание параметров на заданном значении или изменяющимися по определенной программе.
Таким образом в автоматизированной котельной оснащенность котлоагрегатов аппаратурой автоматического контроля и управления увеличивается что приводит к некоторому увеличению и штата персонала необходимого для обслуживания средств автоматизации. Однако внедрение автоматизации и повышение при этом степени централизации управления способствуют повышению производительности труда и значительному сокращению количества персонала обслуживающего оборудование.
Применение автоматических устройств защиты и блокировок технологически взаимосвязанных между собой механизмов позволяет повысить надежность работы оборудования и сократить количество аварий. Кроме того при автоматизации работы котельной установки увеличивается экономичность ее работы. КПД котлов за счет их автоматизации может быть увеличен на 05–1% и выше .
Развитие автоматизации котельных происходит в направлении перехода от автоматизации отдельных агрегатов и процессов к полной (комплексной) автоматизации котельной в целом. При этом основными объектами являются котельные агрегаты в пределах которых автоматизируются процессы горения топлива питания котла водой перегрева пара и непрерывной продувки котла. Некоторые из этих процессов автоматизируются путем установки самостоятельных независимо действующих регуляторов (регулирование
питания температуры перегретого пара и др.). Для других процессов автоматические регуляторы могут объединяться в сложную систему регулирования в которой действия отдельных регуляторов взаимно увязываются (регулирование процесса горения).
Основной задачей автоматизации процесса горения в частности автоматического регулирования. Для обеспечения необходимой экономичности работы топочного устройства одновременно изменяется количество подаваемого воздуха. Таким образом в систему автоматического регулирования процесса горения входят регуляторы давления соотношения «топливо – воздух» и разрежения.
Автоматическое регулирование процесса горения в отопительных котельных малой производительности при работе их на твердом топливе сжигаемом в слоевых топках до настоящего времени развито очень слабо. Это объясняется отсутствием соответствующих топочных устройств и трудностью регулирования подачи топлива. При переводе котельных на газообразное топливо указанные выше трудности отпадают и открываются широкие возможности для автоматизации процесса горения. Благодаря специфической особенности газа образовывать газовоздушную смесь взрывной концентрации появляется необходимость в автоматике безопасности.
Безаварийная работа котельной обеспечивается приборами автоматики безопасности. С помощью последних выключается газ подаваемый к основным горелкам в следующих случаях: падения давления газа ниже 30 мм вод. ст.; остановки дутьевого вентилятора; повышения давления воды в котле выше допустимого; снижения разрежения в топке до нуля; погасания горелки; обрыва в электрической цепи автоматики безопасности. Одновременно с автоматическим выключением газа при аварийных состояниях подается звуковой сигнал и на щите управления зажигается световое табло с указанием причины выключения.
Утечки из системы отопления компенсируются водопроводной водой с помощью автоматического клапана подпитки получающего импульс по давлению в линии обратной воды перед циркуляционными насосами. При недостаточном напоре воды в водопроводе к клапану подпитки подводится вода от насоса предназначенного для подпитки водопровода. В этих случаях насос переводится на автоматическое управление.
Электрогидравлическая система автоматического регулирования процесса горения в котлах малой мощности модернизирована путем применения бесконтактных электронных (транзисторных) усилителей и бесшкальных датчиков преобразующих изменение параметров в электрический ток .
Комплект автоматики котла Viessman Vitomax 200-LW обеспечивает работу котлоагрегата в автоматическом режиме контроль и регулирование технологических параметров работы котла сигнализацию аварии. В данный комплект автоматики выполняет следующие функции:
- погодозависимый контроль температуры котловой воды (температуры
воды в подающей магистрали установки);
- электронное ограничение максимальной и минимальной температуры;
-отключение насосов отопительных контуров и горелки в зависимости от тепловой нагрузки ;
-настройка переменного предела отопления;
-антиблокировочная защита насоса;
-контроль температуры отходящих газов в сочетании с датчиком температуры отходящих газов;
-индикация периодичности технического обслуживания;
-адаптивный автоматический режим приготовления горячей воды с приоритетным переключением (выключение циркуляционного насоса отопительного контура);
-дополнительная функция приготовления горячей воды (кратковременный подогрев до более высокой температуры);
-возможность подключения внешнего устройства сигнализации неисправностей.
Монтаж и наладку средств автоматизации вести в соответствии с требованиями СНиП 3.05.07-85.

2. Тепловой расчёт КА serg.doc

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
1 Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания
Проведем тепловой расчет выбранного к установке котлоагрегата Viessmann Vitomax 200 – LW.
В качестве основного вида топлива принят по заданию попутный газ.
Характеристику попутного газа поступающего на котельную принимаем по данным химической лаборатории «Белорусского газоперерабатывающего завода».
Состав попутного газа в процентах по объему приводим в таблице 2.1.
Таблица 2.1- Состав попутного газа
Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Qнр = 3743346 кДжм3 (8934ккалм3); плотность при нормальных условиях
При тепловом расчете котла определяем теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания согласно [1].
Теоретический объем воздуха необходимого для сгорания топлива при сжигании газа при определяем по формуле:
гдеm – число атомов углерода;
n – число атомов водорода;
Теоретический объем продуктов сгорания:
-объем водяных паров:
где dг.тл. – влагосодержание газообразного топлива отнесенное к 1м3
сухого газа гм3; принимаем в соответствии с рекомендацией [2]
равным dг.тл. = 10 гм3
-теоретический объем азота:
- теоретический объем трехатомных газов:
-теоретический объем продуктов сгорания:
Действительные объемы продуктов сгорания рассчитываются с учетом коэффициента избытка воздуха в топке и объемов присосов воздуха по газоходам котельного агрегата.Коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для камерной топки при сжигании газа равным [2] величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем в соответствии рекомендациями [1] при номинальной нагрузке:
-первый дымогарный пучок котла
-стальной газоход (на каждые 10 м длины) .
Действительный суммарный объем продуктов сгорания природного газа определяем (при среднем коэффициенте избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева) по формуле:
Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам сводим в таблицу 2.2.
Таблица 2.2- Расчет действительных объемов продуктов сгорания
Теоретические объемы м3м3
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе
Избыточное количество воздуха м3м3
Продолжение Таблицы 2.2.
Объем водяных паров м3м3
Полный объем продуктов сгораниям3м3
Объемная доля трехатомных газов
Объемная доля водяных паров
Суммарная объемная доля
Рассчитываем энтальпию воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур согласно рекомендации [2].
Энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляем по формуле кДжкг:
где (ct)в – энтальпия 1м3 воздуха принимаем по таблице [2].
Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяем по формуле кДжм3:
где - энтальпия 1м3 трехатомных газов теоретического объема азота теоретического объема водяных паров принимаются для каждой выбранной температуры по таблице согласно [1].
Энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур t определяем по формуле кДжм3:
Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле кДжм3:
где Нзл – энтальпия золы для газа Нзл = 0.
Результаты расчетов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.3.
Для составления таблицы интервал температур принимаем равным 100оС. Интервалы температур для расчета по газоходам принимаем:
-топка котла 2000 – 700 оС;
-дымогарный пучок 800 –100 оС;
Таблица 2.3- Энтальпии воздуха и продуктов сгорания
Продолжение Таблицы 2.3.
2 Тепловой баланс котлоагрегата и определение
При работе водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты и на покрытие различных потерь теплоты.
Тепловой баланс характеризует равенство между приходом и расходом тепла. Тепловая эффективность котлоагрегата совершенство его работы характеризуется коэффициентом полезного действия.
Тепловой баланс котельного агрегата составим согласно рекомендации [1]
Приходная часть теплового баланса в большинстве случаев определяется по формуле:
где Qрр – располагаемая теплота;
Qнр – низшая теплота сгорания топлива; принимаем по исходным данным для газа Qнр = 36038 кДжм3 (8600 ккалм3);
Qф.т. – физическое тепло топлива принимаем Qф.т.= 0 так как топливо-газ;
Qт.в. – физическое тепло воздуха подаваемого в топку котла при подогреве его вне котлоагрегата; принимаем Qт.в.= 0 так как воздух перед подачей в котлоагрегат дополнительно не подогревается;
Qпар. – теплота вносимая в котлоагрегат при паровом распыливании жидкого топлива кДжкг; принимаем Qпар.= 0 так как топливо газ.
Располагаемая теплота для котлоагрегата Viessmann Vitomax 200-LW
Расходная часть теплового баланса котлоагрегата складывается и следующих составляющих:
Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:
Разделив уравнение (2.12) на Qрр получим его в следующем виде:
гдеq1 – полезно использованная в котлоагрегате теплота;
q2 – потеря теплоты с уходящими газами;
q3 – потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива;
q4 – потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива;
q5 – потеря теплоты от наружного охлаждения;
- потеря теплоты от физической теплоты содержащейся
в удаляемом шлаке и от потерь на охлаждение панелей и балок не-
включенных в циркуляционный контур котла;
q6шл.= 0 так как топливо газ;
q6охл= 0 так как охлаждение элементов котлоагрегата Viessmann Vitomax 200-LW не предусматривается его конструкцией.
КПД брутто котельного агрегата определяется по уравнению обратного баланса %:
Потеря теплоты с уходящими газами q2 рассчитываем по формуле %:
где Нух– энтальпия уходящих газов из котлоагрегата определяется из
таблицы 2.3 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов кДжм3; принимаем предварительно температуру уходящих газов tух= 155 оС ;
Нх.в.о – энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 30оС кДжм3 определяем по формуле:
Потери теплоты от химического недожога q3 определяем по таблице [1] для природного газа: q3 = 05 % .
Потери теплоты от механического недожога для природного газа принимаем q4 = 0. [1]
Потери теплоты от наружного охлаждения q5 определяем по таблице [1] для котлоагрегата мощностью 181 Гкалч (21 МВт):
Коэффициент полезного действия котлоагрегата:
Для последующих расчетов определяем коэффициент потери теплоты:
Полное количество теплоты полезно отданной в котельном агрегате определяем по формуле:
гдеGв – расход воды через водогрейный котел кгс;
- энтальпия горячей воды на выходе из котла (105°С) кДжкг;
- энтальпия холодной воды на входе в котел (70°С) кДжкг;
Расход топлива подаваемого в топку котлоагрегата определяем по формуле:
3 Тепловой расчет топочной камеры
Поверочный расчет топочной камеры заключается в определении действительной температуры дымовых газов на выходе из топочной камеры котлоагрегата по формуле:
гдеТа – абсолютная теоретическая температура продуктов сгорания К;
М – параметр учитывающий распределения температур по высоте топки;
- коэффициент сохранения теплоты;
Вр – расчетный расход топлива м3с;
Fст – площадь поверхности стен топки м2;
- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;
- степень черноты топки;
Vcср – средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м3 топлива в интервале температур кДж(кг К);
7 10-8 – коэффициент излучения абсолютно черного тела Вт(м2К4).
Для определения действительной температуры предварительно задаемся ее значением в соответствии с рекомендациями [1] . По принятой температуре газов на выходе из топки и адиабатической температуре сгорания топлива Qа определяем тепловые потери а по принятой - излучательные характеристики газов. Затем по известным геометрическим характеристикам топочной камеры получаем расчетным путем действительную температуру на выходе из топки.
Поверочный расчет топки проводим в последовательности рекомендованной [1].
Для принятой предварительно температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2.3 кДжм3.
Полезное тепловыделение в топке определяется по формуле:
где Qв. – теплота вносимая в топку воздухом кДжм3; для котлов не имеющих воздухоподогревателя определяется по формуле:
Qв.вн. – теплота внесенная в котлоагрегат с поступающим в него воздухом подогретым вне агрегата; принимаем Qв.вн = 0 так как воздух перед котлом Viessmann Vitoma
rHг.отб. – теплота рециркулирующих продуктов сгорания; принимаем rHг.отб. = 0 так как конструкцией котла Viessmann Vitoma
Теоретическую (адиабатную) Qа температуру горения определяем по величине полезного тепловыделения в топке. По Н–T– диаграмме при
На = 3774382 кДжм3 определяем а = 1675 оС.
Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки () при сжигании газа по формуле:
Для котла Viessmann Vitomax 200-LW = 057 [2]
Коэффициент тепловой эффективности дымогарных труб определяем по формуле:
где - коэффициент учитывающий снижение тепловосприятие дымогарных
труб вследствие загрязненности или закрытия изоляцией поверхностей;
– условный коэффициент экранирования; определяем по номограмме [1]
Определяем эффективную толщину излучающего слоя в топке:
где Vт Fст – объем и поверхность стен топочной камеры м3 и м2. Определяем по конструкторской документации на котел Viessmann Vitomax 200-LW.
Vт = 39 м3 Fст = 679 м2;
Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени складывается из коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (кr) и сажистыми частицами (кс) и при сжигании газа определяется по формуле:
где rп - суммарная объемная доля трехатомных газов берем из таблицы 2.2
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами kr определяем по формуле:
где -парциальное давление трехатомных газов:
р = 01 МПа – давление в топочной камере котлоагрегата работающего под наддувом [4];
- абсолютная температура газов на выходе из топочной камеры К (равна принятой по предварительной оценке):
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами определяем по формуле:
где– соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива; для газового топлива принимается:
Степень черноты факела (аф) для газообразного топлива определяется по формуле:
гдеасв – степень черноты светящейся части факела определяем по формуле:
аr – степень черноты несветящихся трехатомными газами определяется по формуле:
m – коэффициент характеризующий долю топочного объема заполненного светящейся частью факела.
Определяем удельную нагрузку топочного объема:
Степень черноты топки при сжигании газа определяется по формуле:
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива:
Определяем действительную температуру на выходе из топки:
Так как расчетная температура на выходе из топочной камеры отличается от ранее принятой более чем на 100 оС то уточняем значение Vcср и по полученному ранее значению температуры.
Уточняем значение (1573К).
Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени:
Уточняем значение степени черноты факела:
Уточняем значение степени черноты топки:
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания:
Температура на выходе из топки:
Так как расчетная уточненная температура на выходе из топки отличается от ранее принятой всего на 18 оС то полученную температуру принимаем для дальнейшего расчета как температуру на выходе из топки.
4 Расчет первого дымогарного пучка
Дымогарные поверхности нагрева водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды а также использования теплоты продуктов сгорания покидающих топочную камеру. Эффективность работы дымогарных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде.
Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. т наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью а от внутренней поверхности к воде – конвекцией.
При расчете дымогарных поверхностей нагрева используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Для расчета задаемся температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняем ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведем для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода. Расчет производим для 1м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.
Расчет дымогарных поверхностей котла ведем в следующей последовательности [1].
Определяем следующие конструктивные характеристики газохода:
-площадь поверхности нагрева одного дымогарного пучка Н=237 м2;
-поперечный шаг труб S1 = 52 мм;
-продольный шаг труб S2 = 62 мм;
-наружный диаметр трубы d=42 мм;
-площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F = 033 м2.
Подсчитываем относительный шаг:
Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода:
Весь дальнейший расчет ведем для двух предварительно принятых температур.
Определяем теплоту отданную продуктами сгорания по уравнению теплового баланса:
где- коэффициент сохранения теплоты;
Н' – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева; принимаем из расчета топочной камеры = = 28006495 кДжм3 при
Н" – энтальпия продуктов сгорания после дымогарного пучка принимаем из таблицы 2.3 при:
- присос воздуха в дымогарном пучке;
– энтальпия присосанного воздуха при tв = 30 оС:
Расчетную температуру потока продуктов сгорания в дымогарном газоходе определяем по формуле:
Определяем температурный напор:
где – температура охлаждающей среды для первого дымогарного пучка при полученном теплосъеме в топке ;
Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева:
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании пучков по формуле:
где- коэффициент теплоотдачи определяемый по номограмме [2]
= 87 Втм2К; =83 Втм2К.
сz – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания определяем по номограмме [1] сz = 088;
сs – поправка на компоновку пучка определяем по номограмме [1]
сф – коэффициент учитывающий влияние физических параметров потока определяем по номограмме [1]: ;
Вычисляем степень черноты газового потока (а). При этом предварительно вычисляем суммарную оптическую толщину:
где – толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков определяем по формуле:
– коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимаем при сжигании газа = 0;
- концентрация золовых частиц принимаем ;
р – давление в газоходе принимаем для котлов работающих под наддувом равным 01 МПа;
– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяем по формуле:
Определяем коэффициент теплоотдачи учитывающий передачу теплоты излучением:
где - коэффициент теплоотдачи определяем по номограмме [1] Втм2К;
а – степень черноты продуктов сгорания определяем по номограмме [1]:
– коэффициент учитывающий температуру стенки определяем по
Для определения и сг вычисляем температуру загрязненной стенки:
где t – средняя температура окружающей среды t = 75 оС;
- при сжигании газа принимаем равной 25 оС [1].
Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева:
где - коэффициент использования учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева принимаем [1];
Определяем коэффициент теплопередачи:
где - коэффициент тепловой эффективности определяем по таблице [1]
Определяем количество теплоты воспринятое поверхность нагрева кДжм3:
где - температурный напор для дымогарной поверхности нагрева определяем по формуле:
где и – большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости;
По принятым двум значениям температуры и и полученным двум значениям Qб и Qт строим график зависимости Q = f ().
Рис.2.1 Графическое определение расчетной температуры
Полученное значение температуры на выходе из дымогарной поверхности равное превышает принятую ранее температуру на 20 оС. Поэтому пересчет коэффициента теплопередачи не требуется.
5 Расчет второго дымогарного пучка
-поперечный шаг труб S1 = 65мм;
-продольный шаг труб S2 = 66 мм;
-наружный диаметр трубы d = 42 мм;
-площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F = 022 м2.
Н' – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева; принимаем из расчета топочной камеры = =9731573 кДжм3 при
где- коэффициент теплоотдачи определяемый по номограмме [1]
= 77 Втм2К; =72 Втм2К.
сz – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания определяем по номограмме [1] сz = 08;
6 Проверка теплового баланса
Расчет считается верным если выполняется следующее условие [3] :
– количество теплоты переданное излучением в топке кДжм³:
– количество теплоты полезно использованное в первом и во втором дымогарном пучках соответственно кДжм³.
Определяем невязку теплового баланса:
Условие выполняется значит расчет считаем оконченным.

3. Аэродинамический расчёт газового и воздушного тракта котельного агрегата Serg.doc

3 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОВАГО И ВОЗДУШНОГО ТРАКТА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Движение продуктов сгорания и воздуха рассматриваемое как движение вязких жидкостей имеет турбулентный характер и происходит при изменяющейся температуре так как продукты сгорания охлаждаются а воздух при наличии воздухоподогревателя нагревается. При движении продуктов сгорания обладающих вязкостью возникают сопротивления препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается часть энергии которой обладает движущийся поток жидкости.
Сопротивления обусловлены силами трения движущегося потока о стенки канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при появлении на его пути различных препятствий. Для преодоления сопротивлений движущийся поток должен обладать определенным избыточным напором который по мере продвижения по тракту будет падать.
Аэродинамическое сопротивление какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений.
Расчет ведём согласно методике [1].
Суммарное сопротивление тракта:
где – сумма сопротивлений дымовой трубы Па;
– суммарное сопротивление газового тракта котла Па.
Для определения сопротивления дымовой трубы необходимо определить высоту устанавливаемой дымовой трубы. В современных производственных и отопительных котельных дымовая труба служит не только для создания тяги но и для отвода продуктов сгорания на определенную высоту при которой обеспечивается рассеивание вредностей до допустимых санитарных норм
концентраций в зоне нахождения людей.
Расчет дымовой трубы ведем согласно методике [1].
Так как основным видом топлива является попутный газ состав которого приведен в пункте 2 то определяем только выброс оксидов азота.
где Вр – расчетный расход топлива гс;
– теплота сгорания топлива МДжм3;
b–коэффициент учитывающий степень снижения выбросов окислов азота в результате применения технических решений b=0 [3].
kNO2 – параметр характеризующий количество окислов азота образующихся на 1 ГДж тепла:кгГДж [3].
Для определения диаметра устья дымовой трубы необходимо первоначально определить расход продуктов сгорания через трубу.
где Vг – количество дымовых газов на выходе из котлоагрегата м3м3;
Vo – теоретическое количество воздуха м3м3;
– температура уходящих газов принимается равной температуре на выходе из котлоагрегата [п. 2];
α – присос воздуха в газоходах.
Тогда диаметр устья трубы:
где вых– скорость продуктов сгорания на выходе из трубы принимаем согласно [1].
В случае монтажа дымовой трубы к двум котлам диаметр трубы принимается по паспортным данным котлоагрегата Viessmann
Vitomax 200 - LW (по диаметру выходного патрубка для отвода продуктов сгорания из котла):
Уточняем скорость продуктов сгорания на выходе:
Определяем минимальную высоту трубы по формуле:
где А – коэффициент зависящий от метеорологических условий местности для Беларуси равен 120 [1];
ПДКNO2 – предельно допустимая концентрация для оксидов азота равная 0085 мгм3[2];
Z – количество дымовых труб равно 1;
t – разность температуры выбрасываемых газов и температуры воздуха самого жаркого месяца в полдень t=170-24=146 0С.
К установке принимаем стальную дымовую трубу к двум котлам высотой 12 м.
Определяем коэффициенты f и м:
По полученным коэффициентам определяем следующие коэффициенты n и m:
Теперь определяем максимальную приземную концентрацию оксидов азота:
Проверим условие при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1 т.е.
так как условие выполняется то оставляем принятую высоту трубы.
Сумма сопротивлений дымовой трубы:
где - сопротивление трения;
- потери в местных сопротивлениях.
Сопротивление трения:
где λ – коэффициент сопротивления трения для стальных труб λ =002 [1];
g – ускорение свободного падения g=10 мс2 ;
ρг– плотность продуктов сгорания при рабочих условиях кгм3:
где – плотность продуктов сгорания при α=12 кгм3 [3];
– средняя температура продуктов сгорания в дымоходе.
кгм3 Сопротивление дымовой трубы:
Потери в местных сопротивлениях:
где - сумма местных сопротивлений; =09+1+3=49 (вход в дымовую трубу выход из дымовой трубы шесть поворотов в газовом тракте) [3].
Сопротивление котлоагрегата Viessmann Vitomax 200-LW согласно паспортным данным:
Суммарное сопротивление газового тракта:
Величина самотяги определяется по формуле:
где - плотность воздуха при рабочих условиях:
где – плотность воздуха при α=12 кгм3 [3];
- температура окружающей среды 0С.
Перепад полных давлений по газовому тракту:
где – разрежение в верхней части топочной камеры 20Па [1];
hс – величина самотяги участков по ходу продуктов сгорания.
Согласно паспортным данным котлоагрегата Viessmann Vitomax 200-LW выбранная к установке газовая горелка должна надёжно преодолевать сопротивление газоотводящего тракта. Так как к установке принята газовая горелка Weishaupt WM-G 303-A ZM имеющая сопротивление 1400 Па что достаточно для преодоления сопротивления газоотводящего тракта то установка дымососа не требуется.
Аэродинамический расчет воздушного тракта начинаем с определения расхода воздуха:
где αт – коэффициент избытка воздуха в топке;
tв– температура воздуха поступающего в топку при отсутствии воздухоподогревателя эта температура равна 30°С.
Перепад полных давлений по воздушному тракту:
где Н – суммарное сопротивление воздушного тракта равное 1400 Па;
– разрежение в топке на уровне входа воздуха:
где – расстояние по вертикали между высшей точкой сечения выхода газов из топки и серединой сечения ввода воздуха в топку; по чертежу находим м.
Получаем перепад полных давлений: