EPD89
.pdfА.С. Ненишев, В.В. Максимов
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
И ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ
КОТЕЛЬНОЙ
Омск 2010
71
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная
академия (СибАДИ)»
А.С. Ненишев, В.В. Максимов
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
И ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ КОТЕЛЬНОЙ
Учебное пособие
Омск
СибАДИ
2010
71
УДК 697.32 ББК 31.38 Н 51
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. А.Г. Михайлов (ОмГТУ); канд. техн. наук, доц. А.Ф. Бакалов
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для студентов специальностей 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Ненишев А.С., Максимов В.В.
Н 51 Расчет тепловой схемы и отдельных элементов производственной котельной: учебное пособие. Омск: СибАДИ, 2010. 100 с.
Учебное пособие преследует цель углубленного изучения студентами основных принципов составления и расчета тепловой схемы производственноотопительной котельной и отдельных ее узлов.
Рационально составленная тепловая схема во многом определяет экономичность работы и нормальные условия эксплуатации котельной. Расчет тепловой схемы позволяет определить энергетические показатели котельной, расходы пара и воды, по которым производится выбор основного и вспомогательного оборудования котельной.
В учебном пособии приведены конкретные примеры расчета тепловой схемы производственно-отопительной котельной, выбора основного и вспомогательного оборудования, расчета высоты дымовой трубы.
Табл. 8. Ил. 19. Библиогр.: 18 назв.
ГОУ «СибАДИ», 2010
3
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.............................................................................................................. |
4 |
1. Основные положения теплоснабжения потребителей. ........................... |
6 |
1.1.Основные виды и системы потребления тепла ...................................... |
6 |
1.2.Системы тепловых сетей и схемы присоединения |
|
к ним потребителей тепла.............................................................................. |
8 |
2. Тепловые схемы котельных установок ................................................... |
12 |
2.1.Классификация котельных ...................................................................... |
12 |
2.2.Тепловые нагрузки................................................................................... |
13 |
2.3.Общие сведения о тепловых схемах котельных .................................... |
18 |
2.4.Тепловые схемы с водогрейными котлами............................................. |
19 |
2.5.Тепловые схемы для паровых и пароводогрейных котельных.............. |
28 |
2.6.Пример расчета тепловой схемы котельной .......................................... |
37 |
2.6.1. Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ) .............. |
39 |
2.6.2. Расчет сепаратора непрерывной продувки .................................. |
40 |
2.6.3. Расчет расхода химически очищенной воды ............................... |
41 |
2.6.4. Расчет конденсатного бака............................................................ |
42 |
2.6.5. Расчет водоподогревательных установок ................................... |
42 |
2.6.6. Расчет деаэратора.......................................................................... |
45 |
2.6.7. Выбор типа котлоагрегатов и их количества............................... |
47 |
3. Топливо и его использование в котельных............................................. |
48 |
3.1.Виды топлива, сжигаемого в котельных в настоящее время |
|
и в перспективе. Основные виды топлива для крупных |
|
центральных котельных................................................................................. |
48 |
3.2.Расчеты процесса горения топлива......................................................... |
49 |
3.3.Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода |
|
топлива............................................................................................................ |
52 |
3.4.Тепловой расчет экономайзера................................................................ |
53 |
3.5.Расчет высоты дымовой трубы................................................................ |
57 |
3.6.Определение стоимости израсходованного топлива |
|
одним котельным агрегатом ......................................................................... |
63 |
Библиографический список................................................................................ |
64 |
Приложение 1...................................................................................................... |
65 |
Приложение 2......................................................................................................... |
73 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика является ведущей отраслью народного хозяйства. Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, быт потребляют электрическую и тепловую энергию.
Развитие промышленной энергетики РФ идет по пути централизации как потребителей энергии (тепловой и электрической), так и энергоисточников тепловых электростанций, промышленных котельных.
При этом роль крупных центральных промышленноотопительных котельных в системах теплоснабжения наряду с тепловыми электрическими станциями непрерывно возрастает. В перспективе им также будет принадлежать ведущее место в балансе теплоснабжения промышленности и жилых массивов.
В связи с этим вопросы проектирования центральных теплоисточников, рационализация и систематизация технических решений в этой области, обеспечивающих высокие экономические показатели проектируемых установок, приобретает повышенную значимость.
Настоящее учебное пособие преследует цель углубленного изучения студентами основных принципов составления и расчета тепловых схем производственно-отопительных котельных и отдельных их узлов, а также выбора размеров дымовой трубы с целью уменьшения выброса вредных веществ в окружающую атмосферу.
5
Обозначения, принятые в тепловых схемах
|
|
паровой котел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слив в канализацию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выхлоп в атмосферу |
|
|
деаэратор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РОУ |
|
|
атмосферного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
типа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пар давлением до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 бар |
|
|
теплообменник |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пар давлением до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 бар |
|
|
химводоочистка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода питательная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода сырая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
конденсатный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода химочищен- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ная |
|
|
|
бак |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расширитель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода продувочная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода в подающей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
непрерывной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линии |
|
|
продувки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода в обратной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линии |
|
|
конденсатоот- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода на слив |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
водчик |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водяной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубопроводов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
непересекающиеся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
насос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубопроводы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
1.1.Основные виды и системы потребления тепла
Внашей стране происходит непрерывный рост промышленного производства, осуществляется широкое жилищное строительство, развивается сельское хозяйство. В РФ на долю тепла приходится
примерно 70 80% всей расходуемой энергии как в настоящее время, так и в перспективе ближайших лет [1].
Основным способом получения тепла является сжигание топлива в котлах. Другие способы превращение электроэнергии в тепло, использование солнечной энергии, теплогеотермальных источников, а также атомной энергии пока играют незначительную роль в энергетическом балансе РФ. Кроме того, не менее 80% всей электроэнергии в этом балансе вырабатывается на тепловых электрических станциях. При этом в электроэнергию переходит в лучшем случае 35 40% от всего тепла, выделившегося при сжигании топлива, а остальное тепло бесполезно теряется с охлаждающей водой, дымовыми или выхлопными газами и т.п., в связи с чем появляется возможность хотя бы частичного покрытия потребности в тепле за счет тепла, теряемого на электростанциях.
Такой метод теплоснабжения, основанный на комбинированной выработке тепловой и электрической энергии электростанциями специального типа, носит название теплофикации. Теплофикация является принципиально наиболее эффективным с точки зрения использования тепла методом теплоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий. Однако по ряду причин наряду с ней применяются также другие методы теплоснабжения, области применения которых определяются в основном масштабами выработки и назначением расходуемого тепла.
Разнообразные процессы, связанные с потреблением тепла, можно отнести к двум основные категориям:
а) потребление тепла для коммунально-бытовых нужд, т.е. для обеспечения комфортных условий труда и быта в жилых, общественных и производственных помещениях;
б) потребление тепла для технологических нужд, т.е. для обеспечения выпуска промышленной или сельскохозяйственной продукции заданного качества.
7
Первая категория в масштабе народного хозяйства РФ является преобладающей. По литературным данным [1], на долю коммуналь- но-бытовых нужд В настоящее время приходится около 70%, а на долю технологических нужд только около 30% всего теплового потребления страны.
Рост суммарного потребления тепла иллюстрируется кривой Q (рис. 1.1), показывающей, что в каждом пятилетии имеет место по сравнению с предыдущим увеличение потребления тепла в 1,3 1,6 раза [2].
На рис. 1.1 приведена вторая |
Q, % |
|
QТЭЦ |
Q |
|
линия QТЭЦ, иллюстрирующая долю |
600 |
ТЭЦ |
100 |
|
|
теплоэлектроцентралей в удовлетво- |
500 |
80 |
|
||
рении обшей потребности в тепле. |
400 |
от |
60 |
|
|
тепла |
QТЭЦ |
||||
Она исчисляется величиной 30 40% |
300 |
40 |
|||
с постепенным ее увеличением. |
200 |
Доля |
20 |
|
|
Изложенное свидетельствует о |
100 |
0 |
|
||
|
|
||||
значительной актуальности вопроса |
|
|
1950 |
1960 1970 1980 |
выбора рационального направления теплоснабжения. При этом необходимо помнить, что три четверти потребления тепла покрывается за счет печей и мелких котельных. Из-
вестно, что КПД печей находится на уровне 20 25%, а мелких котельных на уровне ~ 50%, поэтому повышение КПД местных источников тепла на 1% может дать ежегодно экономию условного топлива примерно 2 млн т, что существенно для районов страны без собственных запасов топлива.
Если же учесть более высокие темпы роста потребления тепла жилищно-коммунальным сектором по сравнению с увеличением потребностей промышленности, то необходимость быстрого и рационального решения данной задачи станет еще более актуальной.
Обеспечение возрастающих потребностей в тепле может идти двумя путями: наиболее экономичным по расходу топлива методом теплофикации и теплоснабжением от котельных разных типов.
При низких (50 100 МВт) тепловых нагрузках сооружение теплоэлектроцентралей с установкой на них паровых турбин и энергетических котельных агрегатов со вспомогательным оборудованием в настоящее время экономически не может быть оправдано.
8
Одним из путей рационального теплоснабжения районов с низкими тепловыми нагрузками является сооружение крупных центральных производственных котельных с паровыми и водогрейными котлами и отопительных с водогрейными котлами производительностью для европейской части страны до 150 МВт, а за ее пределами до 300
МВт [3].
Такое разделение связано с тем, что в европейской части стоимость топлива существенно выше, чем в других районах страны. Подобные котельные обычно размешают в центре тепловых нагрузок, иногда среди массива жилых домов, вследствие чего для выполнения правил санитарно-гигиенического надзора за состоянием воздушного бассейна топливом для них должны быть природный газ, малосернистый мазут или высококачественные сорта твердого топлива.
Исходя из этих предпосылок и наличия в стране большого числа производственно-отопительных и отопительных котельных, в настоящее время осуществляются перевод имеющихся котельных на природный газ и мазут, строительство укрупненных и ликвидация мелких котельных, в первую в очередь на твердом топливе.
Наряду с этим в крупных городах на теплоэлектроцентралях для покрытия пиковых тепловых нагрузок устанавливают водогрейные котлы теплопроизводительностью 100 и 180 МВт. Это позволяет не только обеспечить теплом потребителей, но и уменьшить его себестоимость за счет снижения расходов топлива, уменьшения численности персонала, эксплуатационных и некоторых других затрат [4].
Изложенное выше показывает, что использование производст- венно-отопительных и отопительных котельных сохранится на достаточно длительный срок и для осуществления рационального теплоснабжения необходимо максимальное укрупнение котельных всех типов и оснащение их современными котлоагрегатами большой единичной производительности.
1.2.Системы тепловых сетей и схемы присоединения
кним потребителей тепла
Тепловые сети необходимое звено системы централизованного теплоснабжения, связывающее источники теплоснабжения (ТЗЦ, местные котельные) с местными системами потребления тепла. Отпуск тепла из тепловых сетей в местные системы потребления тепла осу-
9
ществляется посредством специальных устройств: узлов присоединения, тепловых пунктов, тепловых центров, абонентских вводов и т.п.
Тепловые сети различается по виду применяемого в них теплоносителя на водяные и паровые. В водяных сетях движется горячая вода с начальной температурой от 60 до 150 °С . В перспективе возможно применение более высоких температур в сетях, порядка 180 200 °С [5]. В паровые сети поступает насыщенный или перегретый водяной пар при давлениях, как правило, от 3 до 16 бар и температурах соответственно от 120 до 300 °С.
Использование воды и водяного пара в качестве теплоносителя в тепловых сетях объясняется следующими основными преимуществами [5]:
1)общедоступностью воды;
2)большой теплоемкостью, вследствие которой сокращается расход теплоносителя на единицу транспортируемого тепла и сводится к минимуму снижение его температуры за счет тепловых потерь;
3)химической устойчивостью воды и водяного пара при низких
исредних температурах.
Наряду с преимуществами вода и водяной пар как теплоносители обладают также некоторыми недостатками. В частности, вода мало пригодна для транспорта тепла при средних и тем более высоких температурах, примерно от 250 °С и выше, так как во избежание ее вскипания транспорт такой воды может осуществляться только при высоких давлениях. То же относится и к насыщенному или слабо перегретому пару. При большом перегреве и низких давлениях водяной пар по свойствам приближается к газу, поэтому становится малопригодным в качестве теплоносителя.
Помимо вида теплоносителя, тепловые сети различаются по направлению потоков теплоносителя на открытые и закрытые. Наиболее просты по схеме открытые сети, в которых теплоноситель подается от источника тепла по тепловым сетям в местные системы потребления тепла и после использования в этих системах не возвращается обратно к источнику теплоснабжения. Такие сети обычно выполняются однотрубными, хотя возможна их прокладка из нескольких труб, но с движением теплоносителя только в одном направлении от источника теплоснабжения к тепловому потребителю. Прокладка нескольких труб параллельно по общей трассе может потребоваться в случае отпуска от одного источника либо пара различных начальных давлений,
10