Розширення центральної опалювальної котельні середньої потужності

Розширення центральної опалювальної котельні середньої потужності

Вступ

Теплопостачання та енергопостачання споживачів різних категорій здійснюється за допомогою ТЕЦ, ТЕС, центральних та промислових котелень. Збудовані в основній своїй масі 30–40 років тому вони вже давно вичерпали свій експлуатаційний запас і потребують заміни. Обладнання, яке використовується в котельнях застаріло. Його техніко-економічні показники не відповідають сучасним вимогам. Тому воно потребує заміни на більш нове, ефективніше обладнання.

В даному дипломному проекті розглянуте питання розширення центральної котельні з чотирма котлами ДЕ-4–14ГМ.

Розширення мікроструктури району, зростання населення супроводжується збільшенням теплового навантаження котельної. Збільшуються витрати на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання житлових будівель; збільшилися витрати пари на технологічні потреби.

Відповідно з цим виникає необхідність розширення центральної котельні мікрорайону з добудовою необхідних потужностей.

Для забезпечення даної задачі в дипломному проекті слід виконати виконані наступні операції: розрахувати нове теплове навантаження мікрорайону, скласти і розрахувати теплову схему, підібрати основне і допоміжне обладнання, здійснити розрахунки котла, пальника, мережевого підігрівача; розглянуті питання водопідготовки, паливо подачі, питання техніки безпеки, охорони праці, економіки, використання вторинних енергоресурсів, та міроприємства по охороні навколишнього середовища.

1. Технологічні рішення

1.1 Основа для розробки проекту

Населення мікрорайону виросло з 1800 до 2000 чоловік та, відповідно, збільшилася житлова площа будівель (до 20000 м). Збільшилась також витрата пари на технологічні потреби з 3-х до 4-х т/год. У зв'язку з цим збільшується і теплове навантаження мікрорайону.

Проводимо розширення котельні з 4-а котлами ДЕ-4–14-ГМ, добавляючи 1 котел ДЕ-4–14-ГМ. Система теплопостачання закрита. Паливо – газ, резерв – мазут.

1.2 Область застосування

Котельня з котлами ДЕ-4–14-ГМ призначена для теплопостачання систем опалення, вентиляції, паропостачання, гарячого водопостачання споживачів різного призначення.

Система телопостачання закрита, схема гарячого водопостачання централізована з баками-аккумуляторами.

Категорія споживачів тепла по надійності теплопостачання і відпуска тепла – друга.

Котельня призначена для будівництва у районах з розрахунковими температурами зовнішнього повітря -20 °С, з сейсмічністю до 6 балів.

1.3 Розрахунок теплового навантаження мікрорайону

1.3.1 Споживачі теплоти

Теплоспоживаючі процеси залежно від температурного потенціалу класифікують на:

–  високотемпературні, що проходять при температурі не нижче 400°С (теплоносій – перегріта пара від ТЕЦ або котелень) і мають технологічне призначення;

–  середньотемпературні, що відбуваються при температурі 150…400°С (теплоносій – пара і гаряча вода) і використовується для промислових, а також комунально-побутових цілей;

–  низькотемпературні, що проходять при температурі 70…150°С (теплоносій – пара і гаряча вода) і застосовується для опалення, вентиляції та кондиціювання повітря, гарячого водопостачання і технологічних цілей.

Споживачами теплоти від систем централізованого теплопостачання є об'єкти житлово-комунального господарства та промислові підприємства. У перших теплота використовується для опалення, побутового гарячого водопостачання, вентиляції та кондиціювання повітря; у других, крім того, вона застосовується для технологічних цілей.

Теплові навантаження систем теплопостачання, пов'язані з опаленням, вентиляцією та кондиціюванням повітря, мають сезонний характер і залежать від кліматичних умов; технологічні навантаження можуть бути як сезонними, так і цілорічними; побутове гаряче водопостачання – цілорічне навантаження систем теплопостачання.

Визначення витрат теплоти на ці потреби передбачено наступним чином:

–  для підприємств – за збільшеними відомчими нормами витрат теплоти,

–  затвердженими в прийнятому порядку, або за проектами аналогічних підприємств, прив'язаних до району будівництва;

–  для житлових районів міст й інших населених пунктів – за збільшеними показниками залежно від кількості населення N i житлової площі F.

1.3.2 Визначення витрати теплоти на опалення житлових і громадських будівель мікрорайону

Максимальна витрата теплоти у ватах на опалення житлових та громадських будівель визначається за формулою

                                                (1.1)

де k – коефіцієнт, яким ураховують витрату теплоти на опалення громадських будівель (при відсутності точних даних k=0,25);

q – збільшений показник максимальної витрати теплоти на опалення житлових будівель, Вт/м житлової площі (таблиця 1);

F – житлова площа будівель, м.

За формулою (1.1) визначаємо витрати тепла на опалення, попередньо прийнявши: розрахункова температура зовнішнього повітря tзовн= -20°С; питоме значення житлової площі, що припадає на одну людину f =10 м /люд.

де F = N · f=2000–10=20000 м2;

N – кількість жителів мікрорайону (у зв'язку зі збільшенням кількості жителів мікрорайону з 1800 до 2000 приймаємо нове значення N=2000).

1.3.3 Визначення витрати теплоти на вентиляцію

Максимальна витрата теплоти у ватах на вентиляцію окремих громадських і виробничих будівель визначається за формулами:

– при вентиляції без обмеження

;                                (1.2)

;                                         (1.3)

де qв – питома вентиляційна характеристика будівель, Вт/(м3 · К).

Vзовн – зовнішній об'єм будівель, м3;

tвн – розрахункова температура внутрішнього повітря, °С;

tро – розрахункова температура для опалення, °С.

Вентиляція без обмеження застосовується у виробничих будівлях зі значними виділеннями шкідливих речовин, де не допускається навіть короткочасне зменшення вентиляції, а вентиляція з обмеженням – у тих будівлях, в яких за характером і кількістю цих речовин можна допустити короткочасне (на кілька днів) послаблення вентиляції при температурі нижче tp.в.

В нашому випадку використовуємо вентиляцію для окремих громадських будівель, а саме для вентиляції цехів підприємства. У нашому випадку витрати на вентиляцію не змінилися, а отже приймаємо їх згідно з попередніми. За формулою (1.2) визначаємо витрату теплоти на вентиляцію

,

де qв – 0,08 Вт/(м3 · К); Vзовн =15000м3; tвн=18 °С; tр.о =-20 °С;

1.3.4 Визначення витрати теплоти на гаряче водопостачання

Середня витрата теплоти у ватах за опалювальний період на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель обчислюється за формулою

                                      (1.4)

або

                                              (1.5.)

де 1,395 – коефіцієнт, яким враховують тепловіддачу в приміщення від трубопроводів систем гарячого водопостачання (опалення ванних кімнат і приміщень для сушіння білизни);

m=N – кількість жителів району (міста);

ал – норма витрати води в кілограмах при температурі 55°С для житлових будівель на одну людину за добу згідно зі СНиП 2.04.01–85;

b – норма витрати води в кілограмах при температурі 55°С для всіх громадських будівель району (міста) (при відсутності даних b= 25 кг/доба на одну людину);

tх.в. – температура холодної (водопровідної) води в опалювальний період, °С при відсутності даних tх.в = 5°С);

qг.в. – збільшений показник середньої витрати теплоти у ватах на гаряче водопостачання в розрахунку на одну людину: середня за опалювальний період норма витрати гарячої води в кілограмах при температурі 55 °С на одну людину за добу: 85; 90; 105; 115, якій відповідає відповідно збільшений показник середньої витрати теплоти у ватах на гаряче водопостачання qг.в. в розрахунку на одну людину: 320; 331; 378; 407.

За формулою (1.4), прийнявши, що норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °С для житлових будівель на одну людину за добу ал=105 кг/люд. доба, температура холодної води tх.в. =10 °C визначаємо витрату теплоти на гаряче водопостачання:

Витрати на гаряче водопостачання збільшилися з до 6,1 МВт.

1.3.5 Визначення теплоти на технологічні потреби

Максимальна витрата теплоти у ватах на технологічні потреби, коли теплоносієм є пара з поверненням конденсату, обчислюється за формулою

                            (1.6.)

де ДТ – масова витрата пари на технологічні потреби, кг/с (у зв'язку зі збільшенням витрати пари на технологічні потреби на 1 т/год, масова витрата пари на технологічні потреби буде складати Дг=4 т/год);

Мк – втрати конденсату, Мк=0,7 · ДТ=0,78 кг/с;

Своди – питома теплоємність води при сталому тиску, Своди=4,19 кДж/(кг·К);

іп – ентальпія пари, яка поступає на виробництво, і= 2788 кДж/(кг);

txв – температура холодної води, (див. формула 1.4);

tK - температура конденсату, tK =80 °С

1.3.6 Загальна потужність котельні

Сумарне теплове навантаження мікрорайону в мегаватах включає в себе витрату теплоти на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання та технологічні потреби визначається за формулою

                (1.7)

1.3.7 Річне навантаження котельні

Опалення:

Середня витрата теплоти у ватах на опалення обчислюється за формулою

,                                       (1.7)

де tcp.o – середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період (згідно СНиП 2.01.01–82).

Річна витрата теплоти в джоулях на опалення житлових і громадських будівель визначається за формулою

                                  (1.9)

де п0 – тривалість опалювального періоду (кількість діб) за числом днів із стійкою середньою добовою температурою зовнішнього повітря 8 °С і нижче (приймається за СНиП 2.01.01–82).

За формулою (1.8) визначаємо середню витрату теплоти у ватах на опалення, попередньо прийнявши: tср.о = – 1°С; tро = – 20°С; tвн = 18 °С; п0 = 190,  річну витрату визначаємо за формулою (1.9):

Вентиляція:

Середня витрата теплоти у ватах за опалювальний період на вентиляцію обчислюється за формулами:

при вентиляції без обмеження

                                       (1.10)

при вентиляції з обмеженням

                                       (1.11)

Річна витрата теплоти в джоулях на вентиляцію з обмеженням і без обмеження визначається за формулою

                                     (1.12)

де z – усереднене за опалювальний період число годин роботи системи вентиляції протягом доби (для громадських будівель при відсутності точних даних z=16 год.).

Визначаємо середню витрату теплоти у ватах за опалювальний період на вентиляцію: .

Річну витрату теплоти в джоулях на вентиляцію з обмеженням і без обмеження визначаємо за формулою (1.12):

Гаряче водопостачання:

Середня витрата теплоти у ватах на гаряче водопостачання споживачів у літній період обчислюється за формулою

                                          (1.13)

де tк.л. – температура холодної (водопровідної) води у літній період, °С (при відсутності даних tк. – 15°С);

β – коефіцієнт, яким враховують зниження середньої витрати води на гаряче водопостачання у літній період відносно опалювального (при відсутності даних β =0,8, а для підприємств курортних і південних міст β =1).

Річна витрата теплоти в джоулях на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель визначається за формулою

                                  (1.14)

де 350 – число робочих діб системи гарячого водопостачання у році з урахуванням 15-денної перерви на ревізію та ремонт теплових мереж.

За формулою (1.12), прийнявши, що норма витрати води в кілограмах при температурі 55 °С для житлових будівель на одну людину за добу ал=115 кг/люд. доба, температура холодної води tx.в =10 °С визначаємо витрату теплоти на гаряче водопостачання:

Річна витрата теплоти в джоулях на гаряче водопостачання житлових і громадських будівель:

Технологічні потреби:

Річна витрата теплоти на технологічні потреби в джоулях обчислюється за формулою:

             (1.15)

Загальне навантаження

Загальне річне теплове навантаження мікрорайону включає в себе річну нитрату теплоти на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання та технологічні погреби визначається за формулою

1.3.8 Витрата палива на котельню

Витрата палива на котельню – це кількість палива яка споживається котельнею за певну одиницю часу.

                                              (1.16)

де  – нижча теплота згоряння палива =35700 кДж/м [1];

ηк – коефіцієнт корисної дії котла, ηк=6,97 [1];

ηр – режимний коефіцієнт корисної дії котельні, ηр=0,97 [1].

1.4 Вихідні дані

Теплові навантаження приймаємо наступними:

– опалення                                                                    3,8 МВт;

– вентиляцію                                                       0,5 МВт;

– гаряче водопостачання                                    6,1 МВт;

– технологічне паропостачання                         2,7 МВт.

Теплоносій для системи опалення і вентиляції – мережева вода з розрахунковими температурами по опалювальному графіку 150–70 °С. Тиск (надлишковий) в тепломережі котельної.

– в прямому трубопроводі 1,4 МПа;

– в оборотному трубопроводі 0,7 МПа.

Теплоносій системи централізованого гарячого водопостачання – вода з температурою 65°С.

Тиск (надлишковий) на виході з котельної:

– в падаючому трубопроводі 0,3 МПа;

– в циркулюючому трубопроводі 0,2 МПа.

Статичний напір в системах теплопостачання та гарячого водопостачання – 0,3 МПа і 0,2 МПа.

Теплоносій для технічного паропостачання – насичена пара з надлишковим тиском 1,4 МПа. Повернення конденсату від технологічних споживачів 50%, тиск 0,15 МПа, температура 80 °С.

Основне паливо – природний газ. Постачання газом від газових мереж тиском не більше 0,6 МПа.

Резервне паливо – мазут марки 100 ГОСТ 10585–75,

Доставка мазуту автотранспортом.

Електропостачання передбачене на напругу 0,4 кВ від двох незалежних взаємнорезервуючих джерел живлення.

Водопостачання котельної – від господарчо-питтєвого і виробничо-протипожежного трубопроводів.

2. Складання теплової схеми і її розрахунок

2.1 Вибір котлоагрегатів

Вибір котлоагрегатів здійснюється на підставі кількості споживаної споживачем теплової потужності. Приймаємо п'ять котлів ДЕ-4–14ГМ.

Сумарна теплова потужність п'яти котлів ДЕ-4–14ГМ становить

Сумарна парова здатність п'яти котлів ДЕ-4–14ГМ становить

2.2 Тепловий баланс котлоагрегату

– по парі:

          (2.1)

де ДДжв – витрата пари на деаератор живильної води, кг/с,

ДДпв – витрата пари на деаератор підживлюючої води, кг/с,

ДПСВ – витрата пари на підігрівай сирої води, кг/с,

ДМП – витрата пари на мережевий підігрівач, кг/с,

Двтр – втрати пари в котельні, кг/с, Двтр =(2÷4%) ,

Дмаз – витрати пари на мазутне господарство, кг/с, Дмаз=(0,5÷2%) ,

Двлпотр – витрати пари на власні потреби, кг/с, Двлпотр=(3÷5%) ,

Дпрод – витрати пари на продувку котла, кг/с, Дпрод=(2÷6%) ,

ДТ – витрати пари на технологічне виробництво, кг/с.

                        (2.2)

– по воді:

               (1.23)

де  – втрати конденсату в мережі теплопостачання,

ΔМпр – втрати конденсату при продувці котла, ΔМпр =(2÷6%) , кг/с,

 – втрати конденсату в котельні, =(5÷9%) , кг/с,

ΔМтех – втрати конденсату на технологічному виробництві, ΔМтех=(4÷6) ДТ, кг/с,

ΔМмаз – втрати конденсату у мазутному господарстві, ΔМмаз=(0,5÷2%) , кг/с.

2.3 Розрахунок елементів теплової схеми

2.3.1 Розрахунок редукційно-охолоджуючої установки

Редукційно-охолоджуюча установка застосовується для зниження тиску та температури пари після котла до величин, які відповідають параметрам установок, що забезпечують надійну роботу котельної установки. Зниження параметрів пари відбувається дроселюванням та охолодженням її водою.

По паропроводу з котла пара підводиться до регулюючого клапана, в якому знижується тиск за рахунок зниження прохідного перерізу клапана.

Охолодження пари відбувається вприскуванням чистої води у найменший переріз змішувальної труби. Вприскувана вода крізь форсунку розпилюється і, випаровуючись, охолоджує пару. Холодна вода в РОУ подається з трубопроводу живильної води після деаератора.

Технологічний споживач та підігрівач мереженої води потребує пару з периметрами котла Р=1,4 МПа і ступеню сухості х=0,5. На підігрівач сирої води in па деаератор необхідно пар з параметрами Рроу=0,12 МПа, tроу=104°С.

Рроу=0,012 МПа

tроу=104°С

Рисунок 2.2 Тепловий баланс РОУ

де  – ентальпія сухої насиченої пари при Р=1,4 МПа, =2788 кДж/кг;

 – ентальпія пари після дроселювання при Рроу=0,12 МПа і температури насичення tpoy=l04°С, =2684 кДж/кг;

- витрата дросельованої пари яка визначається з матеріального балансу,

=(10 – 20%)                                         (2.4)

Мохл – витрата охолодженої води

З (2.3)

2.3.2 Розрахунок сепаратора безперервної продувки

СБП призначений для відділення шламу (солей), які накопичуються в барабані (верхньому) котла. Речовини, які кристалізуються на поверхнях нагріву у вигляді міцних відкладень, називається накипом. Шлам відкладається у вигляді дрібних завислих у воді частинок.

Через відкладення накипу і прикупання шламу на поверхнях нагріву знижується надійність і економічність роботи котлів, бо шлам і накип мають низький коефіцієнт теплопровідності.

Запобігти утворенню накипу в барабані котла можна підтриманням постійної концентрації води нижче критичної за допомогою безперервного продування. Це досягається випуском з верхнього барабана такого об'єму води, в якому міститься і шиї ж кількість солей, що надходить у котел із живильною водою за одиницю мигу. Продування барабанів котла може бути безперервним і періодичним.

У барабанних котлах безперервне продування здійснюється з водного простору верхнього барабана і забезпечує рівномірне видалення розчинених солей у котловій воді. Для утилізації теплоти безперервного продування використовують розширювачі-сепаратори.

Продувальна вода з температурою насичення при тиску в котлі подається у розширювач безперервного продування, в якому тиск води падає до 0,12–0,17 МПа. Внаслідок цього частина продувальної води випаровується і надходить у деаератор у вигляді вторинної пари.

Вода, яка залишилась у розширювачі, надходить у теплообмінник, де охолоджується до температури, близької 50°С, а потім спрямовується у продувальний колодязь.

Величина безперервної продувки Рпр залежить від продуктивності котла і виражається в процентах.

Кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, визначається з рівняння теплового балансу розширювача.

Рисунок 2.3 Схема безперервного продування

                                 (2.5)

Звідки

де Двп – кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, кг/с;

Мпр – кількість продувальної води, яка виділяється з котлів при продуванні, кг/с;

                        (2.6)

 – ентальпія продувальної води, яка дорівнює ентальпії киплячої води при тиску в котлі, =830 кДж/кг;

 – ентальпія киплячої води при тиску 0,12 МПа, =483 кДж/кг;

 – ентальпія сухої насиченої пари при тиску 0,12 МПа, =2700 кДж/кг;

2.3.3 Розрахунок теплообмінних апаратів

У теплових схемах котельних ТЕЦ широко використовують теплообмінне обладнання (підігрівники) поверхневого типу для підігрівання живильної, мереженої та охолодження продувальної води.

Кількість тепла що віддається парою

                                                (2.7)

Кількість тепла що сприймається мережевою водою

                                      (2.8)

Рисунок 2.4 Схема підігрівача мережевої води

де ∑QM – кількість тепла що споживається споживачами, кВт;

(2.9)

Дмп – кількість пари яка надходить до МП з котла при тиску в котлі, кг/с;

 – ентальпія сухої насиченої пари при тиску в котлі, =2788 кДж/кг;

 – ентальпія води що відводиться з МП при тиску Р= 1,4 МПа, =830 кДж/кг;

tгв – температура гарячої води в мережі, tгв =150 °С;

txв – температура води що повертається з мережі, txв =70 °С;

ММВ – витрата мережевої води через МП, кг/с;

Cводи – теплоємність мережевої води, Своди =4,19 кДж/кг · °С.

З (2.7)

З (2.8)

Підігрівач сирої води, поверхневого типу, пароводяний для підігріву сирої води перед хімводоочисткою (ХВО).

Рисунок 2.5 Схема підігрівача сирої води

Тепловий баланс підігрівача сирої води

,                                     (2.10)

де Мсв – кількість сирої води що проходить через підігрівач, кг/с;

Дпсв – кількість пари яка подається на підігрівач сирої води з деаератора, кг/с;

 – температура сирої води після підігрівача, =30°С;

 – температура сирої води що подається на підігрівач, =10°С;

 – ентальпія пари що подається до ПСВ з деаератора, =2684 кДж/кг;

 – ентальпія води що відводиться з ПСВ при тиску Р=0,12 МПа, =293,3 кДж/кг;

Своди – теплоємність сирої води, Своди=4,19 кДж/кг · °С

З (2.10)

ОПВ поверхневого типу, водо-водяний, призначений для утилізації теплоти продувальної води після сепаратора безперервного продування.

Рисунок 2.6 Схема охолоджувача продувальної води

Тепловий баланс охолоджувача продувальної води

                                    (2.11)

де ΔМпр – кількість води зі шламом що надходить в ОПВ з сепаратора, кг/с;

Двп – кількість вторинної пари, яка виділяється з продувальної води, кг/с;

Мсв – кількість сирої води що проходить через ОПВ, кг/с;

 – температура хімічно-очищеної води після ОПВ, °С;

 – температура сирої води після підігрівача, =30 °С;

tk – температура води зі шламом що скидається в дренаж, tk =40°С;

 – ентальпія води що відводиться з ПСВ при тиску Р=0,12 МПа, кДж/кг;

Своди – теплоємність води, Своди – 4,19кДж/кг·°С.

З (2.11)

2.3.4 Розрахунок охолоджувача випару деаератора

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5