Проектирование отопительной котельной для теплоснабжения

Для обеспечения надежной работы котельной со стальными водогрейными котлами обязательно удаление из воды растворенных в ней коррозионно-активных газов - кислорода и свободной углекислоты. Расход деаэрированной воды равен 4,62 кг/с = 16,6 т/ч.

Выбираем вакуумный деаэратор: ДВ-18, производительностью 18 т/ч.

Для создания вакуума и удаления газов из деаэратора используют вакуумные насосы. Выбираем ВК-25 с подачей 4-50 м3/мин. Один рабочий и один резервный.

Подогреватели исходной и химочищенной воды:

Выбираем два водоводяных теплообменника ПВ-Z-l 1 с поверхностью нагрева 5,89 м и ПВ-Z-IO с поверхностью нагрева 6,9 м .

5. Охрана окружающей среды

 В настоящее время с увеличением мощностей промышленных объектов, концентрацией жилых и общественных зданий вопросы охраны окружающей среды приобретают исключительное значение.

5.1 Вещества, загрязняющие окружающую среду

 Основным источником образования вредных веществ при работе котельной являются котлоагрегаты. При горении газа в атмосферу поступают следующие вредные вещества:

-                   окись углерода;

-                   окислы азота;

-                   сернистый ангидрид;

5.2 Мероприятия по охране окружающей среды

 При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО2, Н2О, NO2) в атмосферу поступают загрязняющие вещества в твердом состоянии (зола и сажа), а также токсичные газообразные вещества ­­­– серный и сернистый ангидрид (SO2, SO3). Все продукты неполного сгорания являются вредными (CO, CH4, C2H6).

 Окислы азота вредно воздействуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьезных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют ухудшению видимости.

 Окислы азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха, и содержатся в продуктах сгорания всех топлив. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под воздействием высоких температур в топке. В результате реакции в топочной камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота NO2 за счет доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе.

 В воде NO практически не растворяется. Очистка продуктов сгорания от NO и других окислов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Вследствие этого, усилия направлены в основном на снижение образования окислов азота в топках котлов.

 Радикальным способом снижения образования окислов азота является организация двухстадийного сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых горелочных устройств. Поэтому в первичную зону горения подается 50-70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха поступает во вторую зону, т.е. происходит дожигание продуктов неполного сгорания.

 Снижение температуры подогрева воздуха и уменьшение избытка воздуха в топке тоже уменьшает образование окислов азота, как за счет снижения температурного уровня в топке, так и за счет уменьшения концентрации свободного кислорода.

 Защита воздушного бассейна от загрязнений регламентируется предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов. Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе является критерием санитарной оценки среды.

 Под предельно допустимой концентрацией следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

 ПДК атмосферных загрязнений устанавливается в двух показателях: максимально-разовая и среднесуточная.

 Для двуокиси азота (NO2) - основного загрязняющего вещества при работе котельной на природном газе, предельно допустимая максимально-разовая концентрация равна 0,085 мг/м3, среднесуточная - 0,04 мг/м3.

 При одновременном совместном присутствии в выбросах веществ однонаправленного вредного действия их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1.

 ,

где:

С1, С2, С3, Сn - фактические концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3.

 ПДК1, ПДК2, ПДК3, ПДКn - предельно допустимая концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3.

 Любые газы подлежат рассеиванию в атмосфере, даже если они не токсичны. Основным методом снижения концентрации выбросов на уровне земли является рассеивание их через высокие дымовые трубы. Из дымовых труб поток газов выбрасывается в высокие слои атмосферы, перемешивается с воздухом, за счет чего концентрация вредных веществ на уровне дыхания снижается до нормативного значения.

 Основным фактором, влияющим на рассеивание токсичных веществ, является ветер.

 Таким образом, предусмотренный проектом комплекс мероприятий по охране атмосферного воздуха включает:

-                   применение в качестве основного топлива природного газа - более экологически чистого вида топлива;

-                   установка достаточно высоких дымовых труб (расчет приведен ниже);

-                   котлоагрегаты оснащены приборами, регулирующими количество воздуха и процесс горения, что дает возможность контролировать процесс горения топлива;

5.3 Расчет концентрации загрязняющего вещества (NO2)

Расход топлива на четыре котла для зимнего режима:

  м3/с.

Выброс окислов азота:

 , г/с                   (14)

где:

  - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход окислов азота качества сжигаемого топлива и способа шлакоудаления;

  - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку;

  - степень рециркуляции инертных газов в процентах расхода дутьевого воздуха;

  - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок;

 k - коэффициент, характеризующий выход окислов азота на 1 т сожженного условного топлива, кг/т.

Для водогрейных котлов:

         , кг/т                                                                                    (15)

где:

 Qн и Qф - номинальная и фактическая теплопроизводительности котла, Гкал/ч.

  кг/т.

  г/с.                         (16)

Объем продуктов сгорания при нормальных условиях для одного котла:

          м3/ м3.

Приведенный объем:

 , м3/ м3                                                                          (17)

 .

Объемный расход выбрасываемых газов для четырех котлов:

 , м3/с                                                                                  (18)

 .

Концентрация окислов азота:

                                                                                 (19)

 .

5.4 Расчет высоты дымовой трубы

Задаемся скоростью газов на выходе из трубы:

.

Диаметр трубы:

, м                                                                                        (20)

.

Принимаю диаметр Do = 2,1 м, тогда скорость газов:

, м/с                                                                                       (21)

.

Принимаю параметр A = 160, параметр F = 3.

Задаю высоту трубы  м, тогда:

,                                                                                 (22)

;

.

,                                                                                      (23)

;

,                                                                 (24)

.

Расчетная минимальная высота дымовой трубы:

, м                                                 (25)

 м.

Задаю высоту трубы  м, тогда:

,

;

.

,

;

                                                                       ,

                                                        .

Расчетная минимальная высота дымовой трубы:

                                                       , м

                                          м.

Определяем графическим способом минимальную высоту дымовой трубы:

Рис. 5 Расчет высоты дымовой трубы

Минимальная высота дымовой трубы Н = 44 м.

Принимаю высоту дымовой трубы Н = 45 м, тогда:

         ,

         ;

         .

         ,

         ;

         ,

         .

, мг/м3       

 мг/м3;

         Так как тепловая нагрузка для летнего режима составляет 20% от тепловой нагрузки зимнего режима,  рассчитанная для зимнего режима высота дымовой трубы будет обеспечивать допустимую концентрацию выбросов и при летнем режиме.

6. Автоматизация

В проекте разработана функциональная схема КИПиА котла КВ-ГМ-30-150. Схема вычерчена в соответствии с ГОСТ 21.404-85 и представлена в графической части проекта.

Надежная, экономичная и безопасная работа котельной с минимальным числом обслуживающего персонала может осуществляться только при наличии систем: автоматического регулирования, автоматики безопасности, теплотехнического контроля, сигнализации и управления технологическими процессами.

Задачами автоматического регулирования теплоисточника является: поддержание температуры воды, подаваемой в теплосеть, на заданном уровне, определяемым в соответствии с отопительным графиком при экономичном сжигании используемого топлива и стабилизация основных параметров работы котельной.

Температура воды, подаваемой в теплосеть в соответствии с отопительным графиком, поддерживается на заданном уровне «холодным перепуском». Заданный расход воды, независимо от количества работающих котлов, обеспечивается регулятором расхода (клапаном на линии рециркуляции), получающим импульс по перепаду давлений между коллекторами прямой и обратной сетевой воды котлов.

Регулятор подпитки обеспечивает поддержание заданного давления в обратном трубопроводе сетевой воды.

Для обеспечения качественной деаэрации предусмотрены вакуумные деаэраторы, устойчивая работа которых поддерживается регуляторами уровня и давления.

Для котлов предусмотрено регулирование процесса горения с помощью регуляторов разряжения воздуха и топлива.

Стабилизация давления мазута у горелки котла осуществляется общекотельным регулятором давления.

Поддержание на выходе котла температуры 150 °С при сжигании высокосернистого мазута позволяет избежать низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева. При сжигании природного газа поддерживается температура на входе в котел по режимной карте.

Комплектом средств управления обеспечивается безопасность работы котла путем прекращения подачи топлива при:

■      Отклонении давления газа (понижении давления мазута);

■      Отклонении давления воды на выходе из котла;

■      Уменьшении расхода воды через котел;

■      Повышении температуры воды за котлом;

■      Погасании факела в топке;

■      Уменьшении тяги;

■      Понижении давления воздуха;

■      Аварийной остановке дымососа;

■      Неисправности цепей или исчезновении напряжения в схеме автоматики безопасности.

Операции по пуску и останову котла происходят автоматически «от кнопки». Аварийный сигнал остановки котла вынесен на щит КИП.

В котельных устанавливают показывающие приборы для измерения температуры воды в подающем и обратном коллекторах, температуры жидкого топлива в общей напорной магистрали.

В котельной должна быть предусмотрена регистрация следующих параметров: температуры воды в подающих трубопроводах тепловой сети и горячего водоснабжения, а также в каждом обратном трубопроводе; расхода воды, идущей на подпитку тепловой сети.

■      Теплотехнический контроль включает в себя контроль за:

■      Температурой воды после котла;

■     Температурой воды перед котлом;

■     Температурой дымовых газов за котлом;

■     Давлением воды после котла;

■     Давлением мазута после дутьевого вентилятора;

■     Разряжением в топке.

Деаэраторно-питательные установки оборудуют показывающими приборами для измерения: температуры воды в аккумуляторных и питательных баках или в соответствующих трубопроводах; давления питательной воды в каждой магистрали; уровня воды в аккумуляторных и питательных баках.

7. Технико-экономический расчет

7.1 Постановка задачи

 При проектировании котельной необходимо решить, на каком топливе она будет работать. При работе на мазуте необходимо устанавливать дополнительные котлы Е-1/9 для его подогрева перед подачей в топку.

7.2 Расчет капитальных затрат

Стоимость оборудования (по данным предприятия ЧТЭЦ-3):

КВГМ-30 - 3 млн. руб.;

Е-1/9 - 2 млн. руб.;

Затраты на монтаж оборудования (по данным предприятия ЧТЭЦ-3):

КВГМ-30 - 0,3 млн. руб.;

Е-1/9 - 0,2 млн. руб.;

Таблица 19.

Смета производственных и капитальных затрат при работе котельной на газе

Таблица 20.

Смета производственных и капитальных затрат при работе котельной на мазуте

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7