Расчет тепловой схемы и выбор основного оборудования котельной

Тепловая схема является графическим документом, отражающим совокупность элементов пароводяного тракта с технологическими связями между оборудованием котельной.

Целью расчета тепловой схемы котельной является:

- определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов теплоты на собственные нужды, и распределение этих нагрузок между водогрейной и паровой частями котельной для обоснования и выбора основного оборудования;

- определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры.

Расчет тепловой схемы котельной выполняется для четырех основных режимов эксплуатации – максимально зимний, при средней температуре холодного месяца; среднеотопительной и летний.

Котельные агрегаты. В качестве источников систем теплоснабжения применяются паровые барабанные и водогрейные прямоточные котлоагрегаты серийного изготовления. Выбор типа котлоагрегата зависит от вида и параметров теплоносителя. Технические характеристики котлов принимаются по данным заводов-изготовителей.

Количество и теплопроизводительность котлоагрегатов выбирают по максимальному расходу теплоты:

Q_т = Q_от+Q_в+Q_г.в+Q_н+Q_с.н,

где Q_от – отпуск теплоты на отопление;

Q_в – отпуск теплоты на вентиляцию;

Q_г.в – отпуск теплоты на горячее водоснабжение;

Q_н – отпуск теплоты в виде пара;

Q_с.н – расход теплоты на собственные нужды.

Промышленные и промышленно- отопительные системы могут иметь два теплоносителя: пар и воду. Пар используется на технологические цели, а горячая вода – для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В отмеченных системах могут быть приняты к установке паровые и водогрейные котлоагрегаты либо комбинированные пароводогрейные котлоагрегаты.

Рекомендуется устанавливать однотипные котлоагрегаты одинаковой производительности с максимальным укрупнением единичной мощности. Паровые котлы выбираются на давление и температуру пара, обеспечивающие параметры пара у потребителей с учетом потерь давления и теплоты на внешней трассе тепловых сетей.

Независимо от типа и режима работы котельной к установке принимаются не менее двух котлоагрегатов. Минимальное количество котлоагрегатов по величине капитальных затрат составляет 3…4 для паровых или водогрейных котельных и 6…8 для пароводогрейных котельных.

Для нашей промышленно-отопительной котельной имеем:

расход пара на технологию – 30 т/ч, при параметрах пара Р=2,4 МПа и t_п.п.=220/250 ^оС;

Расход топлива на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение – 70 МВт;

Выбираем 3 водогрейных котла типа КВ-ГМ-20, теплопроизводи-тельностью 23,2 МВт, и 3 паровых котла типа ДЕ-10-24ГМ с номинальной производительностью 10 т/ч.

Питательные насосы. Для питания паровых котлов применяются центробежные и поршневые насосы с электрическим и паровым приводом. Котельные агрегаты с давлением более 0,07 МПа и производительностью более 2 т/ч должны быть оборудованы автоматическими регуляторами питания, поскольку от бесперебойности работы питательных насосов зависит надежность эксплуатации котельных агрегатов.

Для питания паровых котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть в резерве. При установке двух насосов производительность каждого должна составлять не менее 110% номинальной производительности всех работающих котлов. При установке более двух насосов производительность находящихся в работе насосов должна составлять не менее 110% от номинальной производительности работающих котлов.

Подача работающих насосов должна быть не менее:

G = 1,1(n-1)∑Д_ка / n, м³/ч,

где n – число установленных в котельной питательных насосов;

∑Д_ка – суммарная номинальная паропроизводительность работающих котлов, т/ч.

Напор, который должны создавать питательные насосы определяется по формуле:

Н = 1,15(Р_б – Р_д)Н_с + Н_т , м,

где 1,15 – коэффициент запаса;

Р_б – давление в барабане избыточное;

Р_д – давление в деаэраторе избыточное;

Н_с – суммарное гидравлическое сопротивление тракта питательной воды;

Н_т – геометрическая разность уровней воды в котле и деаэраторе.

В нашем случае: G = 1,1(3-1)·30/3=22 м³/ч. Выбираем 3 питательных насоса марки ЦНС_r 60-330, подача которого равна 60 м³/ч, а напор 330 м.

Сетевые насосы. Для создания циркуляции воды в тепловых сетях устанавливаются сетевые насосы на обратной линии тепловой сети, где температура воды не превышает 70ºС.

Температура в подающей линии водяной тепловой сети должна быть задана по усредненной температуре наружного воздуха. Отклонение по температуре воды, поступающей в тепловую сеть должны быть не более ± 3 %. Отклонения по давлению в подающем трубопроводе должны быть не более ± 5 %; по давлению в обратном трубопроводе ± 0,02 МПа. Среднесуточная температура обратной воды из тепловой сети может превышать заданную графиком не более чем на 3 %. Снижение температуры обратной воды против графика не лимитируется.

Согласно правилам Ростехнадзора в котельной должно быть установлено не менее двух сетевых насосов. Производительность рабочих насосов выбирается с запасом 10 %.

Напор, создаваемый сетевым насосом, должен преодолевать гидравлическое сопротивление водогрейного котла, сопротивление сети и обеспечивать требуемый напор у потребителя. Кроме того, давление воды на выходе из водогрейного котла должно превышать величину, регламентируемую заводом-изготовителем котла. Запас по напору при выборе сетевого насоса принимается равным 15 %.

Так как расход воды в выбранном нами водогрейном котле равен 370 т/ч, то выбираем 3 сетевые насоса марки СЭ 1250-140 (с учетом 10 % запаса по производительности).

Рециркуляционные насосы. Для поддержания расчетной температуры сетевой воды на входе в водогрейный котел в тепловой схеме предусмотрена установка насосов рециркуляции. Расход горячей воды на рециркуляцию зависит от температуры обратной сетевой воды после смешения ее с потоком подпиточной воды и определяется по формуле:

,

где ∑G_кот – суммарный расход сетевой воды всех работающих водогрейных котлов, т/ч;

t_см – температура обратной сетевой после смешения с подпиточной водой, º С.

Величины 70 и 150 – расчетные значения температуры сетевой воды на входе и выходе водогрейного котла, º С.

При выборе насосов рециркуляции следует учитывать температуру воды, на которую они предназначены в эксплуатации. Коэффициенты запаса по подаче и напору принимаются равными 10 и 15 %.

В нашем случае: , (с учетом 10 % запаса по подаче). Выбираем 3 рециркуляционных насоса марки К 90/85, с подачей 90 м³/ч и напором 35 м.

Конденсатные насосы. Возврат технологического пара от потребителя в котельную осуществляется в виде конденсата с помощью специальных насосов, устанавливаемых в котельной. Производительность насосов выбирается с запасом в 10 % от количества возвращаемого конденсата. Напор, создаваемый конденсатными насосами должен преодолевать гидравлическое сопротивление трубопроводов подачи конденсата в деаэратор с запасом равным 15 %.

Подпиточные насосы. Восполнение потерь воды в тепловых сетях осуществляется с помощью подпиточных насосов. Производительность работающих подпиточных насосов должна вдвое превышать потери воды в тепловых сетях. Напор насосов должен превышать суммарное гидравлическое сопротивление трубопроводов подачи подпиточной воды на всасывание сетевых насосов и напор воды в обратной магистрали тепловых сетей. К установке принимают не менее двух насосов, каждый из которых имеет производительность вдвое превышающую потери воды в тепловой сети. Насосы должны быть работоспособны при температуре воды после деаэратора.

Принимаем 2 подпиточных насоса марки: К 160/30 с подачей равной 160 м³/ч.

Деаэрация питательной и подпиточной воды. Деаэрацией называется процесс удаления из воды растворенных в ней газов. Кислород и углекислый газ, растворенные в воде, вызывают коррозию трубопроводов и поверхностей нагрева котлов. Известны несколько способов деаэрации воды: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультразвуковой. Наибольшее распространение в паровых и водогрейных котлах получил термический способ. Растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.

В зависимости от давления различают деаэраторы атмосферные (ДСА-0,12 МПа), повышенного давления (ДСП-0,6 МПа) и вакуумные (0,0075…0,05 МПа). Номинальная производительность деаэратора – это расход воды, состоящий из суммы потоков, подлежащих деаэрации, и сконденсировавшего греющего пара.

Вакуумные деаэраторы применяются в ВПУ для дегазации подпиточной воды систем теплоснабжения ТЭЦ и в водогрейных котельных.

Вакуум в деаэраторе создается водоструйным эжектором, присоединенным к верхней части деаэраторной колонки.

Вода через эжектор перекачивается насосом и подогревается в водоводяном подогревателе до температуры 75…80ºC и подается в деаэраторную колонку, где закипает при давлении ниже атмосферного. Нагрев воды в водоводяном подогревателе осуществляется горячей водой от водогрейных котлов. Вакуумные деаэраторы, работающие при давлении 0,3 кгс/см² обеспечивают температуру кипения воды 68,9ºC. Нагрев воды в деаэраторе составляет 15…20C.

Деаэраторы атмосферного давления применяются при дегазации питательной воды в котельной с паровыми котлами и на ТЭЦ среднего давления для дегазации подпиточной воды тепловой сети и в качестве первой ступени деаэрации конденсата, возвращаемого с производства.

В деаэраторах типа ДА средний подогрев воды равен 10…40ºC, температура деаэрированной воды≈104,2ºC, номинальная производительность 5…300 т/ч.

Греющей средой для деаэраторов типа ДА служит перегретый пар. Расход пара на деаэратор определяется по формуле:

, т/ч,

где - суммарный расход потоков, поступающих в деаэратор (кроме греющего пара), т/ч;

Т – температура воды в деаэраторе, равная 104,2ºC;

- средневзвешенная температура потоков, поступающих в деаэратор (кроме греющего пара), равная 30ºC;

- энтальпия греющего пара, кДж/кг.

Учитывая, что суммарный расход потоков, поступающих в деаэратор (питательная и подпиточная вода), равен 296 м³/ч, то по формуле, приведенной выше, вычислим номинальную производительность атмосферного деаэратора.

Выбираем деаэратор марки: ДСА 100.