Дипломний проект на тему: «Технічніхарактеристики казана ГМ-30-150. Розрахунок теплової схеми котельні „
Анотація
Зроблено розрахунок теплових навантажень, тепловоїсхеми котельні, тепловий розрахунок казана, зроблений вибір устаткування длязапропонованої схеми котельні.
Розглянуто питання захисту навколишнього середовища,виконаний розрахунок димаря.
Приводиться короткий опис схеми автоматики.
Зроблено техніко-економічний розрахунок роботикотельні на природному газі.
Зміст
Введення
Описсистеми теплопостачання
1.Розрахунок теплових навантажень опалення вентиляції й ГВС
1.1Сезонне теплове навантаження
1.2Розрахунок цілорічного навантаження
1.3Розрахунок температур мережної води
1.4Розрахунок витрат мережної води
2.Розрахунок теплової схеми котельні
2.1Розрахунок теплової схеми котельні
3. Тепловийрозрахунок казана
3.1Технічні характеристики казана ГМ-30-150
3.2Конструктивні характеристики казана
3.3Топковий пристрій казана ГМ-30-150
3.4Тепловий розрахунок казана ГМ-30-150
3.5Тепловий баланс казана й витрата палива
3.6Розрахунок теплообміну в котельні
3.7Розрахунок конвектівного пучка
3.8Зведена таблиця теплового розрахунку казана й нев'язання балансу
4.Вибір устаткування
5.Охорона навколишнього середовища
5.1Речовини, що забруднюють навколишнє середовище
5.2Заходу щодо охорони навколишнього середовища
5.3Розрахунок концентрації забруднюючої речовини
5.4Розрахунок висоти димаря
6.Автоматизація
Висновок
Література
Введення
Основне призначення будь-якої системитеплопостачання складається в забезпеченні споживачів необхідною кількістютеплоти необхідних параметрів.
Залежно від розміщення джерелатеплоти стосовно споживачів системи теплопостачання розділяються нацентралізовані й децентралізовані.
У децентралізованих системах джерелотеплоти споживачів сполучені в одному агрегаті або розміщені настільки близько,що передача теплоти від джерела до теплоприймача може вироблятися без проміжноїланки — теплової мережі.
У системах централізованоготеплопостачання джерело теплоти й теплоприймачі споживачів розміщені роздільно,часто на значній відстані, тому передача теплоти від джерела до теплоприймачіввиробляється по теплових мережах.
Для транспорту теплоти на більшівідстані застосовуються два теплоносії: вода й водяний пара. Як правило, длязадоволення сезонного навантаження й навантаження гарячого водопостачання яктеплоносій використовується вода, для промислово-технологічного навантаження — пар.
Підготовка теплоносіїв виробляється вспеціальних, так званих установках на ТЕЦ, а також у міських, групових(квартальних) або промислових котелень.
Розвиток електроенергетики ведеться восновному за рахунок будівництва великих теплових і атомних електростанцій зпотужними конденсаційними турбінами 300, 500, 800 і 1000 Мвт. У цих умовахбудівля нових ТЕЦ економічно виправдана лише в районах, де є комплексипромислових підприємств і житлові масиви з великою концентрацією тепловихспоживачів.
У тих районах, де концентраціятеплового споживання не досягає економічно доцільного для будівлі ТЕЦмаксимуму, повинна здійснюватися оптимальна централізація теплопостачання наоснові розвитку мережі великих районних котелень.
При централізації теплопостачання йзакритті невеликих малоекономічних заводських і домовиків котелень зменшуютьсявитрати палива, скорочується кількість обслуговуючого персоналу й зменшуєтьсязабруднення навколишнього середовища.
Таким чином, розвиток теплопостачанняспоживачів проходить по основних напрямках централізації системи, що базуєтьсяна комбінованому виробітку електроенергії й тепла на потужних ТЕЦ і АТЕЦвисокого тиску, у тому числі на чисто опалювальних ТЕЦ; централізації системтеплопостачання великих районних виробничо-опалювальних і чисто опалювальнихкотелень.
Децентралізоване теплопостачання відневеликих заводських, а також опалювальних квартальних і домовиків котелень,від печей і індивідуальних нагрівальних приладів найближчим часом будескорочуватися, але все-таки буде мати помітне місце в покритті загальноготеплопостачання.
Необхідно відзначити, що навіть притеплопостачанні від сучасних ТЕЦ високого й надвисокого тиску покриття піківопалювальних навантажень здійснюється від великих пікових водогрійних казанів,установлюваних як на території ТЕЦ, так і в окремо вартих районних котельнях.
Однак 95% міст і селищ міського типубудуть мати розрахункове теплове навантаження менш 500 Гкал/год, і для нихосновними джерелами теплопостачання будуть котельні. Триваюче подорожчання всіхвидів органічного палива й зміна вартості встаткування можуть змінити в меншусторону розрахункові техніко-економічні показники, що є в цей час оптимальнимидля будівлі ТЕЦ.
Таким чином, використаннявиробничо-опалювальних і опалювальних котелень у майбутньому збережеться й прицьому передбачається їхнє укрупнення, підвищення економічності використанняорганічного палива й оснащення новим сучасним обладнанням.
Опис системи теплопостачання
У цей час найпоширеніші двохтрубнізакриті системи теплопостачання.
Основними перевагами закритої системитеплопостачання є:
• стабільність(по заходу, кольоровості й іншим санітарним показникам) якості води, щонадходить на водоразбор;
• доситьпростий санітарний контроль системи теплопостачання;
• доситьпроста експлуатація, тому що стабільний гідравлічний режим;
• простотаконтролю герметичності системи теплопостачання;
Джерелом теплопостачання району єопалювальна котельня, що складається із чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150загальною потужністю 111,9 Мвт (96,3 Гкал/ч). Основним паливом для данихказанів є газ, резервним — мазут.
Дана котельня призначена для відпусткитепла у вигляді гарячої води на потреби опалення, вентиляції й гарячоговодопостачання району. Споживачами тепла є житлові будинки району й суспільнібудинки (навантаження вентиляції).
Схема теплопостачання закрита двохтрубна,регулювання відпустки тепла якісне по опалювальному навантаженню, температурнийграфік відпустки тепла 150/70 °С.
Населення району 30 000 чоловік.
1.Розрахунок теплових навантажень опалення, вентиляції й гарячого водопостачання
Як споживач комунально-побутового навантаження обранийспоруджуваний мікрорайон з житловими будинками квартирного типу при висотібудинків 5 і більше поверхів. Для розрахунку беремо дані м. Суми.
Таблиця 1. Вихідні даніНайменування Позначення Одиниця виміру Величина Розрахункова температура повітря проектування опалення [1]
tно ºС – 40 Середня температура найбільш холодного місяця [1]
tнхм ºС – 17 Розрахункова температура повітря усередині житлових приміщень
tв ºC + 20 Розрахункова температура гарячої води в абонента
tг ºС + 65 Розрахункова температура холодної води в абонента в літній період
/> ºС + 15 Розрахункова температура холодної води в абонента в зимовий період
/> ºС + 5 Кількість квадратних метрів житлової площі на один жителя
fуд
м2/чіл 18 Кількість жителів z чіл 30000
Укрупнений показник макс. теплового потоку на опалення житлових будинків на 1 м2 загальній площі
qf
Вт/м2 85 Норма середньої тижневої витрати гарячої води для житлових приміщень а л/сут 100 Норма середньої тижневої витрати гарячої води для суспільних і адміністративних будинків b л/сут 25 Коефіцієнт, що враховує витрата тепла на суспільні будинки
К1 – 0,25 Коефіцієнт, що враховує тип забудови будинків
К2 – 0,6 Тривалість роботи системи опалення
no ч/рік 5650
1.1 Сезонне тепловенавантаження
Таблиця 2. Розрахунок сезонних навантаженьВеличина Одиниця виміру Розрахунок Найменування Розрахункова формула або спосіб визначення
Розрахункове навантаження опалення (t = tно = – 40 ºС)
/> МВт
/>
Розрахункове навантаження вентиляції (t = tно = – 40 ºС)
/> МВт
/>
Навантаження опалення (tн = + 8 ºC)
/> МВт
/>
Навантаження вентиляції (tн = + 8 ºC)
/> МВт
/>
Навантаження опалення (tнхм = – 17 ºC)
/> МВт
/>
Навантаження вентиляції (tнхм = –17 ºC)
/> МВт
/>
1.2 Розрахунок навантаження
Таблиця 3. Розрахунок навантаженняВеличина Одиниця виміру Розрахунок Найменування Розрахункова формула або спосіб визначення Витрата тепла на ГВС для зимового періоду
/> МВт
/> Витрата тепла на ГВС для літнього періоду
/> МВт
/> Коефіцієнт тижневої нерівномірності Кн – 1,2 Коефіцієнт добової нерівномірності
Кс – 1,9 Розрахункова витрата тепла на ГВС для зимового періоду
/> МВт
/> Розрахункова витрата тепла на ГВС для літного періоду
/> МВт
/> Середня температура повітря опалювального періоду
/>(табл. 4.1 [1]) ºС – 7,2 Річна витрата тепла на опалення
/> МВт
/> Річна витрата тепла на вентиляцію
/> МВт
/> Річна витрата тепла на ГВС
/> МВт
/> Сумарна річна витрата теплоти
/> МВт
/>
1.3 Розрахунок температурмережної води
Таблиця 4. Розрахунок температур мережної водиВеличина Одиниця виміру Розрахунок Найменування Розрахункова формула або спосіб визначення Розрахункова температура води в трубопроводі, що подає
/> (за умовою) ºС 150 Розрахункова температура води у зворотному трубопроводі
/> (за умовою) ºС 70 Температура води в стояку місцевої системи після змішання на уведенні
/> ºС 95 Перепад температур води в місцевій системі
/>/> ºС 95 – 70 = 25 Перепад температур теплової мережі
/> ºС 150 – 70 = 80 Температурний напір нагрівального приладу місцевої системи
/> ºС
/>
Поточні значення температур мережної води в що подає йзворотному трубопроводах розраховуємо по формулах:
/>, (1)
/>;(2)
де /> –величина відносного теплового навантаження:
/>. (3)
Таблиця 5. Температури мережної води
tн + 8 + 3 – 5 – 10 – 15 – 20 – 25 – 30 – 35 – 40
/> 0,20 0,28 0,33 0,42 0,50 0,58 0,67 0,75 0,83 0,92 1
/> 65,0 65,0 69,3 80,1 90,8 101,3 111,6 121,9 132,0 142,0 150,0
/> 28,4 32,7 35,3 39,7 44,0 48,3 52,7 57,0 61,3 65,7 70,0
/>/>/>
Рис. 2. Графіки температур мережної води
1.4 Розрахунок витратмережної води
Таблиця 6. Розрахунок витрат мережної водиВеличина Одиниця виміру Розрахунок Найменування Розрахункова формула або спосіб визначення
Розрахункова витрата води на опалення (tн = tно)
/> кг/з 171
Витрата води на опалення при tн = + 8 ºС
/> кг/з 85
Розрахункова витрата води на вентиляцію (tн = tно)
/> кг/з 20,5
Витрата води на вентиляцію при tн = + 8 ºС
/> кг/з 10,3
При tн > tни:
/>,(4)
/> кг/с.
При tн
/>(5)
Таблиця 7. Розрахунок витрат води мережної води на ГВС
tн + 8 + 3 – 5 – 10 – 15 – 20 – 25 – 30 – 35 – 40
/> 184 184 165 146 127 112 101 91 84 78 74
/>/>/>/>/>
/>Рис. 3. Графіки витрат мережної води
2. Розрахунок теплової схемикотельні
2.1 Розрахунок теплової схемикотельні
Таблиця 8. Розрахунок котельніРозрахункова величина Позначення Розрахункова формула або спосіб визначення Одиниця виміру
Розрахунковий режим
tно = — 41 °З Витрата теплоти на опалення й вентиляцію
/>
/> МВт 64,3 Витрата теплоти на ГВС
/> З розрахунку МВт 24,9 Загальна теплова потужність ТГУ
/>
/> МВт 89,2 Температура прямої мережної води на виході із ТГУ
/> По мал. 2 ºС 150 Температура зворотної мережної води на вході в ТГУ
/> По мал. 2 ºС 70 Витрата мережної води на опалення й вентиляцію
/>
/> кг/з 191,5 Витрата мережної води на ГВС
/>
/> кг/з 74 Загальна витрата мережної води
/>
/> кг/з 265,5 Витрата води на підживлення й втрати в т/с
/>
/> кг/з 6,64 Витрата теплоти на власні потреби
/>
/> МВт 2,68 Загальна теплова потужність ТГУ
/>
/> МВт 91,88 Витрата води через котельні агрегати
/>
/> кг/з 273 Температура води на виході з казана
/>
/> ºС 150 Витрата води через казан на власні потреби
/>
/> кг/з 7,9 Витрата води на лінії рециркуляції
/>
/> кг/з Витрата води по перемичці
/>
/> кг/з Витрата очищеної води
/>
/> кг/з 6,64 Розрахункова величина Позначення Розрахункова формула або спосіб визначення Одиниця виміру
Розрахунковий режим
tно = — 41 °З Витрата вихідної води
/>
/> кг/з 7,64 Витрата води, що гріє, на Т№2
/>
/> кг/з 3,32 Температура води, що гріє, після Т№1
/>
/> °З 24 Витрата з деаератора
/>
/> кг/з 0,01 Витрата води, що гріє, на деаерацію
/>
/> кг/з 2,21 Розрахункова витрата води на власні потреби
/>
/> кг/з 5,53 Розрахункова витрата води через котельний агрегат
/>
/> кг/з 271 Помилка розрахунку δ
/> % 0,73
3.Тепловий розрахунок казана
3.1Технічні характеристики казана ГМ-30-150
Метою перевірочного тепловогорозрахунку котлоагрегату є визначення (по наявних конструктивниххарактеристиках, заданій навантаженню й паливу) наступних параметрів:температури води й продуктів згоряння на границях між поверхнями нагрівання,КПД агрегату, витрати палива.
Конструкція котлоагрегату розробленаз урахуванням максимального ступеня заводський блочності й уніфікації деталей,елементів і вузлів котлоагрегатів, що працюють на різних видах палива.
Казани ГМ-30-150, виконані поП-Образній схемі, експлуатуються, і випуск їх триває на котельному заводі.Казан ГМ-30-150 поставляється заводом тільки для роботи в основномуопалювальному режимі (вхід води здійснюється в нижній колектор задньоготопкового екрана, вихід води — з нижнього колектора фронтового екрана).
Топкова камера має горизонтальнекомпонування. Конфігурація камери в поперечному розрізі повторює профіль залізничногогабариту. Конвективна поверхня нагрівання розташована у вертикальній шахті зпіднімальним рухом газів.
Казан ГМ-30-150 призначений дляспалювання газу й мазуту. На фронтовій стінці казана встановлена пальник зротаційною форсункою. Схема циркуляції: послідовний рух води по поверхняхнагрівання, вхід — у нижній колектор заднього топкового екрана, вихід — знижнього колектора фронтового екрана.
Обмуровування над трубна, несучогокаркаса немає. Топковий і конвективний блоки мають опори, приварені до нижніхколекторів котлоагрегату. Опори на стику топкового й конвективного блоківнерухливі.
Габаритні розміри казана: довжина11800 мм, ширина 3200 мм, висота 7300 мм.
Таблиця 9. Технічні характеристикиказана ГМ-30-150Найменування величини Одиниця виміру Значення Номінальна теплопродуктивність Гкал/година 30 Витрата води т/година 370 Витрата палива: газ
м3/година 3680 мазут кг/година 3490 Температура газів, що йдуть газ °З 160 мазут °З 250 КПД при номінальному навантаженні на газі % 91,2 на мазуті % 87,7 Гідравлічний опір казана
кгс/м2 19000 Тиск води розрахункове
кгс/див2 25 Видиме тепло навантаження топкового обсягу газ
ккал/м3 година
551´103 мазут
ккал/м3 година
480´103
3.2 Конструктивніхарактеристики казана
Топкова камера повністю екранованатрубами діаметром 60´3 мм із кроком 64 мм. Екранні труби приварюютьсябезпосередньо до камер діаметром 219´10 мм. У задній частині топковоїкамери є проміжна екранована стінка, що утворить камеру догорання. Екранипроміжної стінки виконані також із труб діаметром 60´3 мм, але встановлені у дваряди із кроком S1 = 128 мм і S2 = 182 мм.
Конвективна поверхня нагріваннярозташована у вертикальній шахті з повністю екранованими стінками. Задня йпередня стіни виконані із труб діаметром 60(3 мм із кроком 64 мм.
Бічні стіни екрановані вертикальнимитрубами діаметром 83´3,5 мм із кроком 128 мм. Ці труби служать також стояками для труб конвективних пакетів, які набираються з U-Образних ширм із трубдіаметром 28´3 мм. Ширми розставлені таким чином, що труби утворятьшаховий пучок із кроком S1 = 64 мм і S2 = 40 мм. Передня стіна шахти, що є одночасно задньою стіною топлення, виконана суцільнозварний. Унижній частині стіни труби розведені в чотирирядний фестон із кроком S1= 256 мм і S2 = 180 мм. Труби, що утворять передню, бічні й заднюстіни конвективної шахти, уварені безпосередньо в камери діаметром 219(10 мм.
Таблиця 10. Конструктивні характеристики казанаГМ-30-150Найменування величини Одиниця виміру Значення Глибина топкової камери мм 8484 Ширина топкової камери мм 2880 Глибина конвективної шахти мм 2300 Найменування величини Одиниця виміру Значення Ширина конвективної шахти мм 2880 Ширина по обмуровуванню мм 3200 Довжина по обмуровуванню (з пальником) мм 11800 Висота від рівня підлоги до верху обмуровування (осі колектора) мм 6680 Радіаційна поверхня нагрівання
м2 126,9 Конвективна поверхня нагрівання
м2 592,6 Повна площа поверхні нагрівання
м2 719,5 Маса в обсязі поставки кг 32400
3.3 Топковий пристрій казанаГМ-30-150
Казан постачений газомазутноїротаційним пальником РГМГ-30. До достоїнств ротаційних форсунок можна віднестибезшумність у роботі, широкий діапазон регулювання, а також економічністьїхньої експлуатації, тому що витрата енергії на розпилювання значно нижче, ніжпри механічному, паровому або повітряному розпилюванні.
Основними вузлам горілочного пристрояє: ротаційна форсунка, газова частина периферійного типу, пристрій вторинногоповітря й воздуховод первинного повітря.
Ротор форсунки являє собою порожнійвал, на якому закріплені гайки-живильники.
Ротор приводиться в рух відасинхронного електродвигуна за допомогою кубістської передачі. У переднійчастині форсунок установлений завихрітель первинного повітря аксіального типуіз профільними лопатками, установленими під кутом 30°.
Таблиця 11. Технічні характеристики пальника РГМГ-30Найменування величини Одиниця виміру Значення Номінальна теплопродуктивність Гкал/година 30 Діапазон регулювання % 10-100 Ротаційна форсунка: Діаметр склянки мм 200 Частота обертання склянки про/хв 5000 В'язкість мазуту перед форсункою °ВУ 8 Тиск мазуту перед форсункою
кгс/див2 2 Електродвигун: Тип - АОЛ2-31-2М101 Потужність кВт 3 Частота обертання про/хв 2880 Автономний вентилятор первинного повітря (форсуночний): Тип - 30 ЦС-85 Продуктивність
м3/година 3000 Тиск повітря мм вод. ст. 850 Тип електродвигуна - АТ-2-52-2 Потужність кВт 13 Частота обертання про/хв 3000 Аеродинамічний опір пальника по первинному повітрю не менш
кгс/див2 900 Температура первинного повітря °З 10-50 Діаметр патрубка первинного повітря мм 320 Пристрій вторинного повітря: Тип короба - Зі звичайним прямим підведенням повітря Ширина короба мм 580 Опір лопаткового апарата
кгс/див2 250 Газова частина: Тип - Периферійна із двостороннім підведенням Число отворів шт 21 Діаметр отворів мм 18 Опір газової частини
кгс/див2 3000-5000 Діаметр устя пальника мм 725 Кут розкриття амбразури ° 60 Габаритні розміри Діаметр приєднувального фланця мм 1220 Довжина мм 1446 Висота мм 1823 Маса кг 869
3.4 Тепловий розрахунокказана ГМ-30-150
Вихідні дані:
Паливо ( природний газ, состав (%):
СН4 — 94,9
З2Н6 — 3,2
З3Н8 — 0,4
З4Н10 — 0,1
З5Н12 — 0,1
N2 — 0,9
CО2 — 0,4
/> = 36,7 МДж/м3
Обсяги продуктів згоряння газоподібних паливвідрізняються на величину обсягу повітря й водяних пар, що надходять у казан знадлишковим повітрям.
Обсяги, ентальпії повітря й продуктів згоряннявизначають розраховуючи на 1 м3 газоподібного палива. Розрахункивиконують без обліку хімічної й механічної неповноти згоряння палива.
Теоретично необхідний обсяг повітря:
/>,(6)
де m і n ( числа атомів вуглецю й водню в хімічнійформулі вуглеводнів, що входять до складу палива.
/>
Теоретичні обсяги продуктів згоряння обчислюємо поформулах:
/>, />(7)
/>.
/>, />(8)
/>.
Обсяг водяних пар:
/>, />,(9)
де d = 10 г/м3 — вологовміст палива,віднесене до 1 м3 сухого газу при t = 10 °С.
/>.
Теоретичний обсяг димових газів:
/>, />(10)
/>.
Дійсна кількість повітря, що надходить у топлення,відрізняється від теоретично необхідного в α раз, де α – коефіцієнтнадлишку повітря. Вибираємо коефіцієнт надлишку повітря на вході в топленняαт і присоси повітря по газоходах Δ? і знаходиморозрахункові коефіцієнти надлишку повітря в газоходах ?.
Таблиця 12. Присоси повітря по газоходах (? ірозрахункові коефіцієнти надлишку повітря в газоходах ?²Ділянки газового тракту Dα α² Топлення 0,14 1,14 Конвективний пучок 0,06 1,2
Наявність присосів повітря приводить до того, що обсягпродуктів згоряння буде відрізнятися від теоретичного, тому необхіднорозрахувати дійсні обсяги газів і об'ємні частки газів. Тому що присоси повітряне містять трьохатомних газів, то обсяг цих газів /> відкоефіцієнта надлишку повітря не залежить і у всіх газоходах залишаєтьсяпостійним і рівним теоретичному.
Таблиця 13. Характеристика продуктів згоряння вповерхнях нагріванняВеличина Одиниця Топлення, Конвективний пучок Коеф. надлишку повітря − 1,14 1,2
/>
м3/кг 9,06 9,65
/>
м3/кг 2,2 2,21
/>
м3/кг 12,31 12,91
/> − 0,084 0,081
/> − 0,178 0,171
/> − 0,262 0,252
Ентальпії теоретичного обсягу повітря й продуктів згоряння,віднесені до 1 м3 палива, що спалюється, при температурі (, (З,розраховують по формулах:
/>,(11)
/>,(12)
де />, />, />, /> - питомі ентальпії повітря, трьохатомнихгазів, азоту й водяних пар відповідно.
Ентальпію продуктів згоряння на 1 м3 палива при a > 1 розраховуємо по формулі:
/>.(13)
Результати розрахунків по визначенню ентальпій при різнихтемпературах газів зводимо в таблицю:
Таблиця 14. Визначення ентальпії продуктів згоряння вгазоходах казанаu, °З
I0в=V0× (ct)в
IRO2 = VRO2 ×(cν)RO2
I0N2 =
= V0N2 × (cν)N2
I0H2O =
= V0H2O × (cν)H2O
I0г = IRO2 +
+ I0N2 + I0H2O 30 379,4 - - - 379,4 100 973,0 175,76 1001 329,18 1505,9 200 2588,1 371,28 2002 662,7 3036 300 3921,1 581,36 3018,4 1009,4 4609,1 400 5273,6 802,88 4057,9 1364,6 6225,4 500 6655,3 1035,8 5112,8 1730,9 7879,5 600 8075,9 1270,88 6190,8 2108,8 9569,7 700 9525,6 1519,44 7284,2 2500,4 11304,1 800 10994,9 1772,1 8416 2910,3 13098,5 900 12464,1 2029,04 9571,04 3322,3 14922,4 1000 13972,2 2290,1 10733,8 3760,5 16784,3 1100 15519,3 2555,2 11896,5 4198,6 18650,4 1200 17066,4 2825,6 13051,5 4645,5 20522,9 1400 20199,4 3369,6 15469,6 5576,4 24415,3 1600 23381,0 3917,68 17877,10 6542,1 28346,2 1800 26553,1 4475,12 20343,4 7338,4 32356,9 2000 29812,7 5036,72 22822,8 8558,7 36416,2 2200 33072,2 5602,48 25333,0 9589,8 40525,3
3.5 Тепловий баланс казана йвитрата палива
Тепловий баланс парогенератора виражає якіснеспіввідношення між теплотою, що надійшла в агрегат, називаною розташовуваноютеплотою й сумою корисно використовуваної теплоти й теплових втрат.
Таблиця 15. Розрахунок теплового балансу казанаНайменування Позначення Розрахункова формула або спосіб визначення Одиниця Розрахунок Розташовувана теплота згоряння палива
Qрр
Qрн + Qв.н + iтл
кДж/м3 36764,6 Втрата теплоти від хімічної неповноти згоряння палива
q3 Табл. 4−3 [2] % 0,5 Втрата теплоти від механічної неповноти згоряння палива
q4 Табл. 4−3 [2] % Температура газів, що йдуть
uух На вибір, табл. 1−3 [2] °З 160 Ентальпія газів, що йдуть
Iух По I−u таблиці кДж/кг 3042 Температура повітря в котельні
tх.в. На вибір °З 30 Теоретична ентальпія повітря в котельні
I0х.в. По I−u таблиці кДж/кг 385,3 Втрата теплоти з газами, що йдуть
q2
/> % 6,99 Втрата теплоти від зовнішнього охолодження
q5 По мал. 3−1 [2] % 1,9 Сума теплових втрат Σq
q5 + q4 + q3 +q2 % 9,4 КПД казана
hка 100 — Σq % 90,6 Коефіцієнт збереження теплоти φ
/> − 0,98 Температура води на вході в казан
t¢в З розрахунку °З 70 Ентальпія води на вході в казан
I¢в Табл. VI−6 [2] кДж/кг 294,6 Температура води на виході з казана
t¢¢в З розрахунку °З 150 Ентальпія води на виході з казана
I¢¢в Табл. VI−7 [2] кДж/кг 633,1 Витрата води через казан
Qпол З розрахунку кВт 271 Витрата палива на казан В
/>
м3/з 1,047
3.6 Розрахунок теплообміну втопленні
Таблиця 16. Перевірочний розрахунок топленняВеличина Позначення Розрахункова формула або спосіб визначення Одиниця Розрахунок Сумарна площа лучевоспр. поверхні
Нл табл. II−9 [2]
м2 126,9 Повна площа стін топкової камери
Fст по конструктивних розмірах
м2 137,2 Коеф. тепловий ефект-ти лучевосп. поверхні
Ψср
/> − 0,67 Ефективна товщина вилуч. шару полум'я s
/> м 2,138 Повна висота топлення
Hт по конструктивних розмірах м 2,05 Висота розташування пальників
hт по конструктивних розмірах м 1,65 Відносний рівень розташування пальників
xт
/> − 0,8 Параметр, характер розподілу т-ри в топленні M
/> − 0,35 Коеф. надлишку повітря на виході з топлення
αт Табл. 1−1 − 1,14 Присос повітря в топленні
Δαт Табл. 2−2 [2] − 0,06 Температура холодного повітря
tхв На вибір °З 30 Ентальпія присосів повітря
I0прс Табл. 1−3
кДж/м3 385,3 Кіл-У теплоти, внесене в топлення повітрям
Qв
/>
кДж/ м3 20,7 Корисне тепловиділення в топленні
Qт
/>
кДж/ м3 36601,47 Адіабатична температура горіння
uа Табл. 1−4 °З 1996,6 Температура газів на виході з топлення
u²т На вибір, табл. 5−3 [2] °З 1050 Ентальпія газів на виході з топлення
I²т Табл. 1−4
кДж/м3 19929,29 Середня сумарна теплоем. продуктів згоряння
Vccp
/>
/> 17,61
Об'ємна частка:
Водяних пар
Трьохатомних газів
/>
/>
Табл. 1?2
Табл. 1?2
−
−
0,178
0,084 Сумарна об'ємна частка трьохатомних газів
rn Табл.1-2 − 0,262
Коеф. ослаблення променів
трьохатомними газами
kг
kкокс
Рис. 5?5 [2]
Стр. 31 [2]
1/
м(Мпа 6,76 Коеф. ослаблення променів топковим середовищем k
kг× rn+ kкокс× χ1× χ2 1/ м×МПа 1,77 Ступінь чорності факела
aф
1 − е− kps − 0,307 Ступінь чорності топлення
aт
/> -
/> Теплове навантаження стін топлення
qF
/>
кВт/м2
/> Температура газів на виході з топлення
u²т Рис. 5−8 [2] °З 1090 Ентальпія газів на виході з топлення
I²т Табл. 1−4
кДж/м3 20768,49 Загальне топлення
Qлт
φ×(Qт − I²т)
кДж/м3 14249,6 Середнє теплове навантаження лучевосп. поверхні топлення
qсрл
/>/>
кВт/м3 117,6
3.7 Розрахунок конвективногопучка
Конвективними називають такі поверхні нагрівання, уяких процес передачі теплоти здійснюється шляхом конвективного теплообміну.
Конвективні пучки одержують теплоту не тільки шляхомконвективного теплообміну, але й теплоту прямого випромінювання топлення. Прирозрахунку такої поверхні нагрівання використовують методику розрахунку конвективнихповерхонь нагрівання з обліком прямого випромінювання топлення.
Таблиця 17. Тепловий розрахунок конвективного пучкаВеличина Позначення Формула або спосіб визначення Одиниця Розрахунок Повна площа поверхні нагрівання Н По конструктивних розмірах (табл. II−9 [2])
м2 592,6 Діаметр труб d По конструктивних розмірах мм 0,028 Середня довжина труб l По конструктивних розмірах м 0,75 Поперечний крок труб
s1 По конструктивних розмірах м 0,064 Поздовжній крок труб
s2 По конструктивних розмірах м 0,04 Відносний поперечний крок труб
s1/d По конструктивних розмірах - 2,29 Відносний поздовжній крок труб
s2/d По конструктивних розмірах - 1,43 Розміри поперечного перерізу газоходу
A
B По конструктивних розмірах
м
м
2,3
2,88 Ефективна товщина випромінюючого шару s
/> м 0,084 Температура газів перед конвективним пучком u¢
u²т − з розрахунку топлення °З 1090 Ентальпія газів перед конвективним пучком I¢
I²т − з розрахунку топлення
кДж/м3 20768,49 Температура газів за конвективним пучком u² На вибір (стор. 53 [2]) °З 160 Ентальпія газів за конвективним пучком I² По I−u таблиці
кДж/ м3 2705,5 Кількість теплоти, віддана конвективному пучку
Qг φ×(I¢ − I²)
кДж/ м3 18376,5 Середня температура газів
uср 0,5×(u¢ + u²) °З 625 Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією
αк
αн × Сz × Cs × Cф,
мал. 6?5 [2]
/> 105,84 Сумарна оптична товщина запиленого газового потоку kps
(kгrn + kзлmзл) × p × s 60,98 Ступінь чорності випромінюючого середовища a
1 − е − kps − 0,12 Коефіцієнт теплової ефективності ψ Стр. 48 [2] °З 0,8 Температура забруднення стінки труби
tст
tкип + Δt °З 135 Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
αл
αн × a
/> 11 Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки
α1
ξ(αдо + αл)
/> 116,84 Теплосприйняття конвективного пучка
ε0
ψ×a1
/> 92 Температурний напір на вході в пучок
Dtб u¢-t¢ °C 940 Температурний напір на виході з пучка
Dtм u¢¢-t¢¢ °З 90 Середній температурний напір Δt Табл. 6−1 [2] °З 353 Розбіжність розрахункових ΔQ
/> % 0,8
3.8 Зведена таблиця тепловогорозрахунку казана й розрахункове не в'язання теплового балансу
Таблиця 18. Тепловий баланс казанаВеличина Позначення Одиниця Результат Розташовувана теплота палива
Qрр
кДж/м3 36764,6 Температура газів, що йдуть
uух °З 160 Втрати теплоти з газами, що йдуть
q2 % 6,99 КПД h % 90,6 Витрата палива на казан
Вр
м3/з 1,047 Топлення
Теплота, внесена повітрям
Qв
кДж/м3 20,7 Корисне тепловиділення
Qт
кДж/м3 36601,47 Температура газів на виході з топлення
u¢¢т °З 1090 Ентальпія газів на виході з топлення
I¢¢т
кДж/м3 20768,49 Теплосприйняття
Qл
кДж/м3 16211,2 Конвективний пучок Температура газів на вході u¢ °З 1090 Температура газів на виході u¢¢ °З 160 Ентальпія газів на вході I¢
кДж/м3 21152,67 Ентальпія газів на виході I¢¢
кДж/м3 2705,5 Теплосприйняття Q
кДж/м3 18392,8
Нев'язання теплового балансу склало 1,8 %, розрахунокуважаємо вірним.
4. Вибір устаткування
Таким чином, на підставі розрахунківтеплової схеми котельні передбачається установка чотирьох водогрійних казанівГМ-30-150. Для кожного казана встановлюється: димосос Д-13,5x2, n = 750 про/хвіз електродвигуном потужністю 55 кВт; вентилятор ВД-15,5, n = 750 про/хв ізелектродвигуном потужністю 55 кВт.
Мережні насоси водогрійних казанів євідповідальними елементами теплових схем. Мережні насоси вибирають по витратімережної води G, т/ч. У котельні з водогрійними казанами й підігрівникамимережної води повинне бути встановлене не менш двох мережних насосів.Визначивши з розрахунку Gmax = 358,8 кг/з = 1291,6 т/ч.
Вибираю як мережні насоси тривідцентрових насоси WILLO-IL 150/320-37/4 (два робітники, один резервний). Дляпокриття літнього навантаження Grвс = 128,6 кг/з = 462,9 т/чустановлюємо додатково два робітників і один резервний відцентрові насосиWILLO-IL 150/300-30/4.
Мережні насоси встановлюються назворотній лінії теплових мереж, де температура мережної води не перевищує 70°С.
Скрупульозні насоси встановлюють дляпідвищення температури води на вході в казан шляхом підмішування гарячої водиіз прямої лінії тепломереж. Подача скрупульозних насосів визначена прирозрахунку теплової схеми. Gpeu = 67,2 кг/с. Вибираємо два насоси(один резервний) WILLO-IL 100/5-21 BF.
Для заповнення витоків водивстановлюють насоси. Кількість води для покриття витоків із закритихтеплофікаційних систем приймають рівним 0,5% від обсягу води в трубопроводахсистеми, а подача насоса вибирається вдвічі більше для можливості аварійногопідживлення мереж. Вибираємо два насоси (один резервний) MVI 410/PN 16 3.
Для подачі води від джерелаводопостачання котельні — водопроводу житлового району — у системуводоподготовки, установлюють мережні насоси. Подача цих насосів визначаєтьсямаксимальною потребою в хімічно очищеній воді й витрати її на власні потреби водоочищення.Gсв = 5,55 кг/с. Вибираю два насоси (один резервний) WILLO-IL-E80/9-48 BF R1.
Для забезпечення надійної роботикотельні зі сталевими водогрійними казанами обов'язкове видалення з водирозчинених у ній газів — кисню й вільної вуглекислоти. Витрата води дорівнює4,62 кг/з = 16,6 т/ч.
Вибираємо вакуумний деаератор: ДВ-18,продуктивністю 18 т/ч.
Для створення вакууму й видаленнягазів з деаератора використовують вакуумні насоси. Вибираємо ВК-25 з подачею4-50 м3/хв. Один робітник і один резервний.
Підігрівники вихідної води:
Вибираємо два теплообмінники ПВ-Z-l 1з поверхнею нагрівання 5,89 м і ПВ-Z-IO з поверхнею нагрівання 6,9 м .
5.Охорона навколишнього середовища
У цей час зі збільшенням потужностей промислових об'єктів,концентрацією житлових і суспільних будинків питання охорони навколишньогосередовища здобувають виняткове значення.
5.1 Речовини, що забруднюютьнавколишнє середовище
Основним джерелом утворення шкідливих речовин прироботі котельні є котлоагрегати. При горінні газу в атмосферу надходятьнаступні шкідливі речовини:
- окисвуглецю;
- окислиазоту;
- сірчистийангідрид;
5.2 Заходу щодо охоронинавколишнього середовища
При спалюванні різних палив, поряд з основнимипродуктами згоряння (З2, Н2ПРО, NO2) ватмосферу надходять забруднюючі речовини у твердому стані (зола й сажа), атакож токсичні газоподібні речовини – сірчаний і сірчистий ангідрид (SO2,SO3). Всі продукти неповного згоряння є шкідливими (CO, CH4,C2H6).
Окисли азоту шкідливо впливають на органи подиху живихорганізмів і викликають ряд серйозних захворювань, а також діють навстаткування й матеріали, сприяють погіршенню видимості.
Окисли азоту утворяться за рахунок окислювання, щовтримується в паливі азоту й азоту повітря, і втримуються в продуктах згоряннявсіх палив. Умовою окислювання азоту повітря є дисоціація молекули киснюповітря під впливом високих температур у топленні. У результаті реакції втопковій камері утвориться в основному окис азоту NO (більше 95%). Утвореннядвоокису азоту NO2 за рахунок NO вимагає значного часу йвідбувається при низьких температурах на відкритому повітрі.
У воді NO практично не розчиняється. Очищенняпродуктів згоряння від NO і інших окислів азоту технічно складний і в більшостівипадків економічно нерентабельні. Внаслідок цього, зусилля спрямовані восновному на зниження утворення окислів азоту в топленнях казанів.
Зниження температури підігріву повітря й зменшеннянадлишку повітря в топленні теж зменшує утворення окислів азоту, як за рахунокзниження температурного рівня в топленні, так і за рахунок зменшенняконцентрації вільного кисню.
Захист повітряного басейну від забрудненьрегламентується гранично припустимими концентраціями шкідливих речовин ватмосферному повітрі населених пунктів. Гранично припустима концентрація (ПДК)шкідливої речовини в повітрі є критерієм санітарної оцінки середовища.
Під гранично припустимою концентрацією варто розумітитаку концентрацію різних речовин і хімічних сполук, що при щоденному впливі наорганізм людини не викликає яких-небудь патологічних змін або захворювань.
ПДК атмосферних забруднень установлюється у двохпоказниках: максимально-разова й середньодобова.
Для двоокису азоту (NO2) — основного забруднюючіречовини при роботі котельні на природному газі, гранично припустимамаксимально-разова концентрація дорівнює 0,085 мг/м3, середньодобова- 0,04 мг/м3.
При одночасній спільній присутності у викидах речовинодноспрямованої шкідливої дії їх безрозмірна сумарна концентрація не повиннаперевищувати 1.
/>,
де:
З1, З2, З3, Сn — фактичні концентраціїшкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м3.
ПДК1, ПДК2, ПДК3, ПДКn — гранично припустима концентраціяшкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м3.
Будь-які гази підлягають розсіюванню в атмосфері,навіть якщо вони не токсичні. Основним методом зниження концентрації викидів нарівні землі є розсіювання їх через високі димарі. З димарів потік газіввикидається у високі шари атмосфери, перемішується з повітрям, за рахунок чогоконцентрація шкідливих речовин на рівні подиху знижується до нормативногозначення.
Основним фактором, що впливає на розсіювання токсичнихречовин, є вітер.
Таким чином, передбачений проектом комплекс заходівщодо охорони атмосферного повітря включає:
- застосуванняяк основне паливо природного газу ( більш екологічно чистого виду палива;
- установкадосить високих димарів (розрахунок наведений нижче);
- котлоагрегатиоснащені приладами, що регулюють кількість повітря й процес горіння, що даєможливість контролювати процес горіння палива;
5.3 Розрахунок концентраціїзабруднюючої речовини (NO2)
Витрата палива на чотири казани для зимового режиму:
/> м3/с.
Викид окислів азоту:
/>, г/с(14)
де: /> - безрозмірний поправочнийкоефіцієнт, що враховує вплив на вихід окислів азоту якості палива, щоспалюється, і способу шлаковидалення;
/> - коефіцієнт, що характеризуєефективність впливу газів залежно від умов подачі їх у топлення;
/> - ступінь рециркуляціїінертних газів у відсотках витрати повітря;
/> - коефіцієнт, що враховуєконструкцію пальників;
k ( коефіцієнт, що характеризує вихід окислів азоту на1 т спаленого умовного палива, кг/т.
Для водогрійних казанів:
/>, кг/т(15)
де: Qн і Qф — номінальна й фактичнатеплопродуктивності казана, Гкал/ч.
/> кг/т.
/> г/с.(16)
Обсяг продуктів згоряння при нормальних умовах дляодного казана:
/> м3/ м3.
Наведений обсяг:
/>, м3/ м3(17)
/>.
Об'ємна витрата газів, що викидаються, для чотирьохказанів:
/>, м3/з(18)
/>.
Концентрація окислів азоту:
/>(19)
/>.
5.4 Розрахунок висоти димаря
Задаємося швидкістю газів на виході із труби:
/>.
Діаметр труби:
/>, м(20)
/>.
Приймаю діаметр Do = 2,1 м, тоді швидкість газів:
/>, м/с(21)
/>.
Приймаю параметр A = 160, параметр F = 3.
Задаю висоту труби /> м,тоді:
/>,(22)
/>;
/>.
/>,(23)
/>;
/>,(24)
/>.
Розрахункова мінімальна висота димаря:
/>, м(25)
/> м.
Задаю висоту труби /> м,тоді:
/>,
/>;
/>.
/>,
/>;
/>,
/>.
Розрахункова мінімальна висота димаря:
/>, м
/> м.
Визначаємо графічним способом мінімальну висотудимаря:
/>
Рис. 5 Розрахунок висоти димаря
Мінімальна висота димаря Н = 44 м.
Приймаю висоту димаря Н = 45 м, тоді:
/>,
/>;
/>.
/>,
/>;
/>,
/>.
/>, мг/м3
/> мг/м3;
Тому що теплове навантаження для літнього режимустановить 20% від теплового навантаження зимового режиму, розраховане длязимового режиму висота димаря буде забезпечувати припустиму концентраціювикидів і при літньому режимі.
6.Автоматизація
У проекті розроблена функціональнасхема казана ГМ-30-150. Схема накреслена відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 21.404-85 іпредставлена в графічній частині проекту.
Надійна, економічна й безпечна роботакотельні з мінімальним числом обслуговуючого персоналу може здійснюватисятільки при наявності систем: автоматичного регулювання, автоматики безпеки,теплотехнічного контролю, сигналізації й керування технологічними процесами.
Завданнями автоматичного регулювання є:підтримка температури води, що подається в тепломережу, на заданому рівні,обумовленим відповідно до опалювального графіка при економічному спалюваннівикористовуваного палива й стабілізація основних параметрів роботи котельні.
Температура води, що подається втепломережу відповідно до опалювального графіка, підтримується на заданомурівні «холодним перепуском». Задана витрата води, незалежно від кількостіпрацюючих казанів, забезпечується регулятором витрати (клапаном на лініїрециркуляції), що одержує імпульс по перепаду тисків між колекторами прямої йзворотної мережної води казанів.
Регулятор підживлення забезпечуєпідтримка заданого тиску у зворотному трубопроводі мережної води.
Для забезпечення якісної деаераціїпередбачені вакуумні деаератори, усталена робота яких підтримуєтьсярегуляторами рівня й тиску.
Для казанів передбачене регулюванняпроцесу горіння за допомогою регуляторів розрядження повітря й палива.
Стабілізація тиску мазуту в пальникаказана здійснюється загалькотельним регулятором тиску.
Підтримка на виході казанатемператури 150 °С при спалюванні мазуту дозволяє уникнути низькотемпературноїкорозії поверхонь нагрівання. При спалюванні природного газу підтримуєтьсятемпература на вході в казан по режимній карті.
Комплектом засобів керуваннязабезпечується безпека роботи казана шляхом припинення подачі палива при:
■ Відхиленні тиску газу(зниженні тиску мазуту);
■ Відхиленні тиску води навиході з казана;
■ Зменшенні витрати води черезказан;
■ Підвищенні температури водиза казаном;
■ Загасанні факела в топленні;
■ Зменшенні тяги;
■ Зниженні тиску повітря;
■ Аварійній зупинці димососа;
■ Несправності ланцюгів абозникненні напруги в схемі автоматики безпеки.
Операції по пуску казана відбуваютьсяавтоматично «від кнопки». Аварійний сигнал зупинки казана винесений на щитСТОСІВ.
У котельнях установлюють прилади, щопоказують, для виміру температури води в що подає й зворотному колекторах,температури рідкого палива в загальній напірній магістралі.
У котельні повинна бути передбачена реєстраціянаступних параметрів: температури води в трубопроводах, що подають, тепловоїмережі й гарячого водопостачання, а також у кожному зворотному трубопроводі;витрати води, що йде на підживлення теплової мережі.
■ Теплотехнічний контрольмістить у собі контроль за:
■ Температурою води післяказана;
■ Температурою води передказаном;
■ Температурою димових газів заказаном;
■ Тиском води після казана;
■ Тиском мазуту післявентилятора;
■ Розрядженням у топленні.
Живильні установки обладнають приладами,що показують, для виміру: температури води в акумуляторних і живильних бакахабо у відповідних трубопроводах; тиску живильної води в кожній магістралі;рівня води в акумуляторних і живильних баках.
Висновок
У дипломному проекті бувзапропонований проект котельні з установкою чотирьох водогрійних казанівГМ-30-150.
Був зроблений розрахунок тепловихнавантажень, теплової схеми котельні й тепловий розрахунок казана.
Також у дипломному проекті булирозглянуті питання екології й наведений короткий опис схеми автоматики.
Література
1. С.Л. Ривкин А.А. Александров.Термодинамічні властивості води й водяного пару. Довідник. — К., 2004
2. Е.Я. Соколов. Теплофікація йтеплові мережі. — К., 1999
3. Е.Ф. Бузинков К.Ф. РоддатисЭ.Я. Берзиныш. Производственные и отопительные котельные. — М., 1999
4. К.Ф. Роддатис Я.В. Соколовський.Довідник по котельних установках. – К., 1999
5. В.І. Частухин. Тепловийрозрахунок промислових парогенераторів. — К, 1990
6. В.В. Кирилов. Джерела йсистеми теплопостачання промислових підприємств. Конспект лекцій. – К., 1999
7. Н.Б. Либерман М.Т. Нянковська.Довідник по проектуванню котельних установок систем централізованоготеплопостачання. — К., 2003
8. Ю.П. Соловьев.Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. М.,Энергия, 1978
9. В.А. Гаджиев А.А.Воронина. Охрана труда в теплосиловом хозяйстве промышленных предприятий. М…Энергия, 1980
10.Методические указания поэкономической части дипломного проекта // Составитель А.А. Алабугин;под ред. Н.И. Цыбакина. – М., 2000
11.Организация, планированиеи управление энергетическим хозяйством промышленного предприятия.Методические указания к курсовой работе.Челябинск, 1987
12.В.И. Манюк Я.И.Каплинский. Наладка и эксплуатация водоводяных тепловых сетей. – М., 2000
13.И.Манюк В.И. Я.И.Каплинский. Наладка и эксплуатация водоводяных тепловых сетей. – К.,1998
14.Л.А. Рихтер Э.П. ВолковВ.Н. Покровский. Охрана труда водного и воздушного бассейна от выбросов ТЭЦ- М., 1981
15.А.Н. Бабин. Топливо иосновы теории горения: Методические указания к выполнению домашнегозадания. — Челябинск, ЧПИ, 1988