Котельные установки

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Отопительные котельные установки предназначены для выработки теплоты, •используемой для отопленйя и горячего водо­снабжения жилых, общественных и промышленных сооружений и зда­ний. Производительность установок определяется как сумма макси­мальных часовых расходов теплоты на указанные цели при расчетной температуре наружного воздуха с учетом потерь и расхода теплоты на собственные нужды.

О топ ительно-прои зводственные котельные уста­новки, кроме указанного выше назначения, обычно снабжают пред­приятия паром (теплотой),* используемым для технологических нужд. Теплопроизводительность таких установок определяется. максимальным часовым расходом теплоты, определенным из суточного - графика его потребления с учетом потерь и собственных нужд.

Производственные котельные установки, предназна­ченные для выработки тепловой энергии технологического назначения, имеют производительность, которую определяют по максимуму суточ­ного графика с учетом потерь и собственных нужд.

Примеры суточного и годового графиков производства теплоты ото­пительной и производственной котельной приведены на рис. 7-1, Наи­большее распространение получили отопительные и отопительно-про­изводственные котельные, см. [Л. 22].

Принципиальная тепловая схема характеризует сущ­ность основного технологического процесса преобразования энергии и использования в установке теплоты рабочего тела. Тепловая схема представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединяемого линиями трубопроводов для рабочего тела в соответствии с последовательностью его движения в установке. Схема характеризует техническое совершенство и тепло­вую экономичность данной установки.

При составлении принцшгаалвной тепловой 'схемы для надежной и экономичной работы на основе нагрузок, а иногда и технико-экономи­ческих расчетов определяются тип установки (паровая, водогрейная или иная котельная, теплоэлектроцентраль), вид и параметры тепло­носителя. Далее проводится выбор оборудования — котельных или дру­гих агрегатов, иногда турбин; схемы подогрева питательной воды; спо­соба и схемы подготовки воды для питания котельных агрегатов и для добавки в тепловые сети; схемы отпуска теплоты технологическим и бытовым потребителям; схемы обора и очистки конденсата, возвра­щаемого от потребителей; схемы использования теплоты от продувки котлоагрегатав, выпара из деаэраторов и от других частей установки [Л. 22, 27].

Отсюда следует, что общая тепловая схема установки источника теплоснабжения получается в итоге объединения многих частных схем, взаимно влияющих друг на друга.

Оценка тепловой экономичности составленной ‘тепловой схемы ко­тельной может быть выполнена с учетом к. п. д. нетто

Бр азсн + з, б.10'25сн

'I ку ---

Или

“Ь 8602<ЭСН /V 1

TOC o "1-5" h z у= у------------ ЩГ------- • (7-1)

В формуле:

— к. п. д. брутто рассматриваемой котельной установки:

Бр---- 20_. /7.2)

V-ВОРи' к >

25сн — суммарный расход электроэнергии на привод сетевых и дру­гих насосов, транспорт топлива и золы; на тягу, дутье, вентиляцию, освещение, автоматику и другие нужды котельной;

2фсн — расход теплоты на собственные нужды котельной — подо­грев и деаэрацию добавочной воды, подогрев топлива, обдувку и очист­ку поверхностей нагрева, на отопление вспомогательных помещений и другие нужды;

В — расход топлива, кг/с, м3/с (кг/ч, м3/ч), на производство теп­ловой энергии;

0?п— теплота сгорания топлива,' кДж/кг, кДж/;м3 (нкал/кг, ккал/м3);

— суммарная выработка тепловой энергии всеми агрегатами котельной ири максимальной нагрузке, кДж (>ккал/ч).

Если 2^0т — количество отпущенного тепла, то /

2<Эот=2$—2<Эсн - (7-3)

И к. п. д. нетто котельной составит:

Н £<20т—3,6- 10а2Эс „ н а30Т—8602Э-Н

= вор, -- или ^ кУ - ВОР,, • <7'4)

‘ Обычно расход теплоты на собственные нужды «отельной 2<2с. н составляет 7—17% отпуска теплоты потребителям и зависит от пара­метров и вида теплоносителя; типа системы теплоснабжения (закрытая или открытая)) 'Способа нагрева теплоносителя (паровые или водогрей­ные котлоагрегаты); системы деаэрации питательной воды (атмосфер­ная, вакуумная); величины возврата конденсата от потребителей и от сложности принципиальной тепловой схемы.

Расход электроэнергии на собственные нужды Эся связан с видом топлива (твердое, жидкое, газообразное); типом системы теплоснабже­ния (закрытая, открытая) и видом котельной (отопительная, отопитель­но-производственная и производственная); количеством возвращаемого потребителем конденсата, а также производительностью котлоагрегатов.

Для составления и расчета тепловой схемы необходимо иметь исходные данные:

Назначение данной котельной;

Теплоноситель;

Вид топлива;

Характеристика системы теплоснабжения;

Величина тепловых нагрузок и /параметров теплоносителя;

Количество или доля возвращаемого конденсата;

Температура сырой воды, поступающей в 'котельную, и температура воды, идущей на химическую водоочистку (.последняя связана с каче­ством исходной воды и необходимой схемой обработки для нее).

Расход теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха ро. в - имеют заданным или определяют йо нормам (проектирова­ния. Расход теплоты на горячее водоснабжение Qr. fi также имеют за­данным или подсчитывают как среднечасовой за неделю. Расход теп­лоты с паром и горячей водой на технологические нужды (?т опреде­ляется по точке максимума потребления теплоты из суточного графика [Л. 28].

По этим данным проводят расчет принципиальной теп­ловой схем ы, который состоит из нескольких этапов:

А) выбор или ориентировочное определение параметров рабочего тела на разных участках тепловой схемы;

Б) составление уравнений материальных балансов для потоков теплоносителя и рабочего тела;

В) составление и решение теплового баланса с учетом потерь теп­лоты, начиная с внешних частей тепловой схемы — подогревателей сы­рой воды, сетевой воды, питательной воды, расширителей продувки и т. д.;

Г) определение расхода пара, воды или другого теплоносителя на отдельные элементы тепловой схемы—подогреватели, химическую очистку воды, деаэраторы и т. д. и уточнение полного расхода теплоты из котельной;

Д) выяснение тепловой экономичности установки.

Сложность современных тепловых схем, необходимость их расчета по ряду вариантов для разных режимов привели к упрощенным мето­дикам для выполнения предварительных расчетов. Окончательные рас­четы выполняются по точным выражениям с использованием электрон­но-вычислительных машин.

Для учебных и частично практических целей можно расчет тепло­вой схемы упростить, если выполнять его по предварительно выбран­ным величинам, например производительности /котлоагрегатов, значе­ниям величины потерь рабочего тела, расходу рабочего тела на соб­ственные нужды установки, на химводоочистку, потерям давления в элементах схемы и т. д. В этом случае предварительно, используя исходные данные, определяют нагрузку котельной как суммарный от­пуск теплоты или пара внешним потребителям (технологические нуж­ды, отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) с добавлением расходов на деаэрацию питательной воды, деаэрацию воды для горя­чего водоснабжения, подогрев сырой воды перед водоподготовкой и потери внутри котельной. При этом принимают температуру конденса­та, поступающего из подогревателей, установленных в котельной, рав­ной 80—90°С.

Потери внутри котельной принимают равными 2—3% общего рас­хода теплоты. Количество воды, поступающей на подпитку закрытой тепловой сети, принимают в 1,5—2,0% часового расхода сетевой воды. Расход теплоты на деаэрацию питательной воды и подогрев сырой воды перед водоподготовкой (при температурах воды от +5°С зимой и +15°С летом до 20—30°С) принимают для закрытой системы теплоснабжения 294 равным 7—10%1 отпущенной теплоты и несколько большим для от­крытой.

Определив потребное количество теплоты для отопления, вентиля­ции и горячего водоснабжения и необходимую теолопроиэводительность котельной для технологических нужд, можно найти суммарную произ­водительность отопительно-производственной котельной, кг /с (т/ч), если пересчитать количество теплоты в массовые единицы пара:

(7-5)

Если в (котельной установлены шаровые и 'водогрейные котлы, по­ступая аналогично, можно найти раздельно производительность каж­дой из частей котельной. Число котельных агрегатов, которые целесо­образно выбирать одинаковыми, должно быть минимальным и в чисто отопительных котельных обеспечивать при выходе из работы одного котла общую теплопроизводительность, соответствующую средней тем­пературе наружного воздуха © наиболее холодный месяц года.

Для производственных и производственно-отопительных. котельных число агрегатов следует выбирать исходя из возможности отдачи пол­ного количества теплоты (пара) в наиболее холодный месяц, при вы-

Ходе из работы одного, из установленных' агрегатов. Для этой цели в котельной устанавливаются резервные котлы.

Количество стальных водогрейных котлов находят из (выражения

£ р-6>

И паровых

= (?-7)

Где Сед или Оед—производительность котлоагрегата, которая прини­мается по данным завода-изготовителя котлоагрегатов. Установка одного котлоагрегата обычно недопустима.

На рис. 7-2 изображена принципиальная тепловая схема отопи­тельно-производственной котельной, а ниже излагается упрощенная методика ее расчета.

Котельная оборудована паровыми котлами и снабжает теплотой для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения закрытую систе­му, работающую по графику температур. 150—70°С. Кроме того, на технологические нужды отпускается пар низкого давления через редук­ционный (Клапан. Технологический потребитель пара возвращает в ко­тельную конденсат в количестве |х£)т.

Для выбранного типа паровых котлов по давлению необходимо найти энтальпии насыщенного пара 1"ж, кДж/кг (ккал/кг), конденса­та 1К, кДж/кг (ккал/кг), или температуру конденсата *к с помощью

Таблиц термодинамических свойств водяного пара.

Далее, пользуясь 'исходными данными, можно подсчитать общий расход теплоты, МВт (Гкэл/ч), для подогрева воды

Ф=фов-)-(2гв (7-8)

И определить требующийся расход пара, кг /с (т/ч), считая, что потери подогревателей в окружающую среду составляют 2%, т. е. ■Ппод=0,98:

С-*+в-=™гг,- ' <м>

Количество конденсата после подогревателей сетевой воды будет равно:

Со. в4~Сг. В:=^О. вЧ"^Г. В‘ (7-10)

Зная но заданию температуры /ю. в и 4о. в сетевой воды, находят ее расход

°сет = - Г^5-------------------------------------------- • ". ‘ (7-11)

Чо. В *20. В

А

Количество воды для подпитки тепловых сетей при потерях ‘В них 1,5% составит:

Сподп=0,0150сет - 1 (7-12)

Имея из задания расход пара «а производство /)т, долю возврата конденсата [л, находят количество потерянного конденсата

С2=( 1—*г)£т (7-13)

И количество возвращаемого конденсата

Суммарный расход «пара на производство и теплоснабжение со­ставит:

ZP==i^T “Ь-^Г. В* (7-15)

, Расход пара па деаэрацию и подогрев сь^рой воды предварительно Принимается равным 9% D:

^д+^с. в=0,09/). ' (7-16) •

Потери пара внутри котельной принимаются равными 2% D:

£>жот=0,02£. (7-17)

Тогда полное количество пара, вырабатываемого квтелькой, со­ставит:

£=£+£д+£с. в+Ают. (7-18)

Имея полное количество пара, - производимого ib котельной, делают его сопротивление с количеством пара, получаемого от выбранного чис­ла котлоагрегатов; оно должно быть:

2£><Ащ/11. (7-19)

Далее следует взять из расчета водоподготовки величину продув­ки рпр, %, и найти

0m = pw (7-20)

Величина рвр обычно составляет от 2 до 10%. Если при расчете величина рпр получена равной или большей 0,14 юг/с (0,5 т/ч), необ­ходимо выполнить ее непрерывной и установить расширитель, а при Ghp^0,28 кг/с (1 т/ч) для использования теплоты, содержащейся в па­ре, кроме отбора пара, следует включить в схему теплообменник, использующий теплоту воды после расширителя для подогрева сырой воды перед водоподготовкой.

Количество пара, которое можно получить из расширителя, нахо­дят из баланса теплоты:

D =-■ —• (7-21)

Ф X (l н t s) <1под

В выражении:

Г1 — энтальпия котловой воды при давлении в котле;

I"a и i'% — энтальп. ии пара и воды при давлении в расширителе, обычно равном 0,15 МПа (1,5 кгс/см2);

Х—0,98 — степень сухости пара, выходящего из расширителя.

Количество воды, уходящей из расширителя, будет:

G'Mp=Gnp—Dttp. (7-22)

Эти расчеты позволяют определить количество питательной воды, поступающей в котлы:

GmT=2D + GV (7-23)

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная

Вода - Нвода на подпитку тепловых сетей)

Сд—Gtiut “I" £?подп - • (7-24)

Если принять, что количество ®ь|пара из деаэратора питательной

Воды равно 0,4% расхода подаваемой через него воды, то

004Од (7-25)

297

И производительность химводоподготовиси должна быть:

СхВ0=£?2+ С'щ> + С? П0ДП + ДиОТ + £вып - (7-26)

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необхо­димо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его

Регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их учитывают

Величиной коэффициента &= 1,10—1,25, умножаемого на производи - тельность водоподготовки:

Ос. в=6Схво. (7-27)

При известных расходе сырой воды и температуре ее можно, зада­ваясь значением температуры воды перед химводоочисткой, найти коли­чество пара, расходуемого в теплообменнике сырой воды:

П ___ ®с. вс И"с. ь — ^с. в) /7 ОЙ

«"-'кИпоя * (?‘28)

В формуле:

У'с. в и <'с. в— темшерату. ры сырой воды после и до подогревате­ля, СС;

I" и /„ — энтальпии греющего пара и конденсата.

Количество конденсата, поступающего из этого теплообменника,

Б^с. В^^С. В-

При известных количестве воды после ХИМВОДОПОДГОТОВКИ бхво, количестве выпара из деаэратора Ьъып и давлении пара в нем, обычно равном 0,12—0,15 МПа (1,2—1,5 кгс/см2), можно определить, каков подогрев воды в теплообменнике, охлаждающем выпар.

Для этого находим при /7=0,12 МПа (1,2 кгс/см2) энтальпию вы­пара ГВып и конденсата 1К и определяем 1"'с. в — температуру воды пос­ле охладителя выпара из деаэратора, °С:

*>и ____ #// I ^вып (?,гвып ^к) /7 004

С. в— С. В+ 0ХВОТ)ПОД • (7'^9)

Элементом, на котором завершается расчет тепловой схемы, явля­ется деаэратор. Для определения расхода пара на деаэратор необхо­димо написать его материальный и тепловой баланс.

В деаэратор входят и из него выходят следующие потоки (коли­чества пара и воды):

Дд "1“ Цф + ^1Т+ ^о. в Н” ^г. в + .в + ^ХВО — Овыа> (7-30)

Каждый со своей энтальпией (температурой). Зная последние, можно написать тепловой баланс деаэратора и из него найти неизвестную ве­личину расхода пара на деаэратор:

Дд^'д+А, р1'"н -(- 01Т1К т -(- (?0 в*к Ог в{к 0ов1к -(-

+ + (7-31)

Отсюда расход пара на деаэратор будет:

П _________ ^Д('fЛ + АлЯ^ВЫП Л01 + Д, рГ'н ооч

И д—- тут - • (/-М)

Если далее просуммировать полученный расход пара на деаэратор /)д с расходом пара на подогреватель сырой воды /Л:.в, то полученная величина должна быть близка к принятым ранее 9% О.

298

Если расхождение велико и больше 15%, расчет следует повторить.

Снижение давления пара производится в редукционных или редук­ционно-охладительных установках 13 (см. рис. 7-2). При точных расче­тах, «роме того, необходимо учесть опадение давления © (паропроводах и арматуре до теплообменников »котельной и до потребителей техноло­гического пара, которое определяется при максимальной нагрузке агрегатов.

Далее следует /выполнить расчет тепловой схемы для летнего ре­жима работы. котельной с тем, чтобы определить минимальную нагруз­ку агрегата.