3. Расчет тепловой схемы котельной Расчет основного и вспомогательного оборудования

1. Расход пара на подогреватель горячей воды для про­изводственных нужд предприятия определяется по формуле, кг/с (т/ч),

, (1)

где G_пр.в – расход горячей воды на производство, кг/с (т/ч); с_в – удельная теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг·град); t_пр.в и t_с.в – температуры горячей и холодной воды, °С; h_п – энтальпия греющего пара давлением р_н = 0,6 МПа, кДж/кг;

h_к – энтальпия конденсата при р_н = 0,6 МПа, кДж/кг; η_п – коэффициент, учитывающий потерю теплоты в подогревателе, η_п = 0,98.

После подстановки в формулу (1) заданных величин

кг/с (0т/ч).

2. Расход насыщенного пара давлением p_н = 0,6 МПа в бойлерной установке для подогрева сетевой воды, циркулирующей по тепловым сетям, кг/с (т/ч),

, (2)

где Q_от – максимальный расход теплоты на отопление с учетом потерь в наружных сетях, кВт; – энтальпия конденсата греющего пара после охладителя конденсата, кДж/кг; = с_в = 4,19  60 = 251,4 кДж/кг; _п – коэффициент, учитывающий потери теплоты в бойлерной установке и принимаемый равным 0,98.

Подставив в формулу (2) численные значения согласно варианту задания, получим

= 0.896 кг/с (3.23 т/ч).

3. Расход сетевой воды, направляемой в тепловую сеть, кг/с (т/ч),

(3)

где и – температуры сетевой воды в подающей и обратной ветвях тепловой сети, ^оС.

Подставим заданные величины:

кг/с (31,5 т/ч).

4. Потери сетевой воды (утечки) в тепловых сетях согласно заданию принимаем 1,5 % от расхода G_т.с:

= 0,0158,75 = 0,13 кг/с (0,47 т/ч). (4)

Эти потери теплоносителя в нормальных условиях эксплуатации должны восполняться химически очищенной водой, подаваемой подпиточным насосом.

5. Общий расход насыщенного пара давлением p_н = 0,6 МПа для приготовления горячей воды на производственно-технические нужды предприятия, для нагрева сетевой воды, циркулирующей в тепловых сетях, и для работы приточно-вытяжных вентиляционных систем предприятия

кг/с (4,23 т/ч). (5)

В производственно-отопительных котельных небольшой мощности, вырабатывающих насыщенный пар невысокого давления (p_н < 4 МПа), понижение давления потребляемого пара из главной магистрали осуществляется простым дросселировани­ем с помощью редукционного вентиля или клапана. Процесс дросселирования протекает при постоянной энтальпии пара h = const. В круп­ных котельных и ТЭЦ, когда котлоагрегаты дают перегретый пар достаточно высокого давления и температуры, для по­требителей пара с меньшими давлениями и температурой при­ходится устанавливать редукционно-охладительные установки (РОУ).

В данном случае при давлении за котлом в главной паровой магистрали р_пр = 2,3 МПа и температуре насыщен­ного пара = 219,5 С, достаточно простого дросселирования пара до 0,6 МПа.

6. Общий отпуск пара всех параметров внешним теплопотребителям

= 5,833 + 1,176= 7 кг/с (25,23 т/ч). (6)

7. Расход пара на собственные нужды котельной (подогреватель сырой воды, деаэратор) оценим предварительно 6 % от отпуска пара внешним потребителям кг/с (т/ч).

= 0,06·7 = 0,42 кг/с (1,5 т/ч). (7)

В первом приближении общая паропроизводительность котельной с учетом 3% потерь пара и конденсата внутри котельной

= 7,65 кг/с (27,5 т/ч). (8)

Для уточнения расхода пара на собственные нужды ко­тельной выполним тепловой расчет расширителя непрерывной продувки, подогревателя сырой воды и деаэратора.

8. Для расчета рас­ширителя (сепаратора) непрерывной продувки приведена схема использования теплоты продувочной воды с приня­тыми условными обозначениями (рис. 2). Отсепарированный в расширителе насыщенный пар давлением p_н = 0,12 МПа подается в деаэратор, а горячая продувочная вода – в теплообменник для подогрева холодной сырой воды перед ХВО.

Уравнение теплового баланса расширителя

, (9)

где G_прод – количество продувочной воды, поступающей из паровых котлов,

G_прод = 0,03  7,65 = 0,23 кг/с (0,83 т/ч); – энтальпия продувочной воды при давлении 2,3 МПа, кДж/кг; η_РНП – коэффициент сохранения теплоты в расширителе, принимаем 0,98; D_РНП – количество пара, получаемого в расширителе, кг/с (т/ч); – энтальпии воды и насыщенного пара при давлении в расширителе р_н = 0,12 МПа.

Из уравнения (9) количество отсепарированного пара, кг/с (т/ч),

. (10)

Количество горячей воды, выходящей из расширителя, кг/с (т/ч),

. (11)

В нашем примере количество отсепарированного пара

= 0,0496 кг/с (0,179 т/ч).

Количество продувочной воды на сливе РНП

= 0,23 – 0,0496 = 0,18 кг/с (0,649т/ч).

9. Расход сырой воды в котельной на восполнение всех потерь с паром и конденсатом через химводоочистку, кг/с (т/ч):

потери от невозврата конденсата пара с производства

4,083 кг/с; (12)

потери пара и конденсата в котельной

= 0,03  7,65 = 0,2295 кг/с; (13)

потери конденсата в подогревателях горячей воды для производственно-технических нужд, отопления и вентиляции (2 % от общего расхода пара в них)

= 0,02  1,176 = 0,0235 кг/с; (14)

потери котловой воды при продувке, определяемые по формуле (11),

= 0,18 кг/с;

суммарные потери конденсата и котловой воды, которые необходимо восполнять питательной водой с ХВО,

= 4,083 + 0,2295 + 0,0235 + 0,18 =

= 4,7277 кг/с (17 т/ч); (15)

расход химически очищенной воды с учетом восполнения потерь воды в тепловых сетях

= 4,8577 кг/с (17,49 т/ч). (16)

Учитывая расход воды на собственные нужды химводоочистки в размере 20 % от полезной производительности ХВО, общий расход сырой воды

= 1,2  4,8577 = 5,823 кг/с (20,99 т/ч). (17)

10. Температура сырой воды за водо-водяным подогревателем (ВВП-1) расширителя непрерывной продувки определяется из теплового баланса подогревателя (рис. 2)

(18)

уравнением

(19)

или

С.

11. Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды определяется следующим образом.

Для подогрева сырой воды перед химводоочисткой от температуры = 6,66 С до = t_ХВО = 30 С за ВВП-1 установлен пароводяной подогреватель поверхностного типа ПВП-2. Греющим теплоносителем этого теплообменника является редуцированный пар давлением p_н = 0,12 МПа.

Из уравнения теплового баланса ПВП-2

(20)

расход пара составит

, (21)

или

кг/с (0,932 т/ч).

12. Количество конденсата от подогревателя ПВП-2, поступающего в деаэратор с учётом 2 % потери,

= 0,98 = 0,98 · 0,259 = 0,254 кг/с (0,914 т/ч). (22)

13. Расчёт деаэратора определяет расход пара, необходимого для подогрева в нем воды до температуры 104,8 ^оС.

Сведем в табл. 1 характеристики потоков воды и пара, поступающих в деаэратор, а в табл. 2 – потоки питательной воды из деаэратора.

Потоки, поступающие в деаэратор

№ п/п	Наименование потоков, поступающих в деаэратор	Обо- значение	Расчёт, кг/с	Температура, С	Энталь-пия, кДж/кг
1	Возврат конденсата пара с производства		μDпр = = 0,6·5,833 = 1,75	60,0	251
2	Конденсат пара из вентиляционной установки		0,98 = = 0,98·0,278 = 0,272	158,8	671
3	Конденсат из подогревателя сетевой воды отопления посёлка		0,98 = = 0,98·0,896 = 0,878	60,0	251
4	Конденсат из подогревателя горячей воды для производства		0,98 = = 0,98·0 = 0	158,8	671
5	Конденсат из пароводяного подогревателя сырой воды ПВП-2		0,259 по ф-ле (22)	104,8	439
6	Химически очищенная вода с ХВО		4,858 по ф-ле (16)	30,0	126
7	Добавочный пар для подогрева воды в деаэраторе		Искомая величина	104,8	2683

Потоки питательной воды

№ п/п	Наименование потоков, выходящих из деаэратора	Обо-значе-ние	Расчёт, кг/с	Темпе-ратура, С	Энталь-пия, кДж/кг
1	Питательная вода для котлов		7,65 по ф-ле (8)	104,8	439
2	Подпиточная вода для тепловых сетей		0,13 по ф-ле (4)	104,8	439

Для определения добавочного расхода пара на деаэрацию питательной воды составим уравнение теплового баланса деаэратора (потери теплоты в деаэраторе учтем КПД η_д = 0,98):

(23)

Подогретая в деаэраторе вода с температурой 104,8 С подается питательным насосом в паровые котлы и подпиточным насосом в тепловые сети для восполнения утечек теплоносителя у потребителей.

После подстановки в уравнение (23) известных численных значений из табл. 1 и 2, получим

(1,75  251 + 0,272  671 + 0,878  251 + 0 + 0,259  439 + 4,858 

 125,7 + ∙ 2683) 0,98 = (7,65 + 0,13) 439.

Решая это уравнение относительно найдем расход добавочного пара в деаэратор. Расход = 0,752 кг/с (2,7 т/ч).