Министерствообразования и науки Российской Федерации
Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
ОРЕНБУРГСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электроэнергетическийфакультет
Кафедратеплоэнергетики
Расчетно-графическаяработа
подисциплине «Теоретические основы теплотехники»
ГОУ ОГУ140106. 6 0 10. 20 О
Руководитель:
кандидаттехнических наук
Соколов В.Ю.
Исполнитель:
Студент гр.08 ЭОП
Трофимов А.И.
Оренбург2010
Содержание
1. Введение
1.1 Перечень обозначений к расчетутепловой схемы
1.2 Условные обозначения принятые всхеме
1.3 Исходные данные
2 Расчет тепловой схемы котельной
2.1 Определение параметров воды ипара
2.2 Общие замечания о расчетеводоподогревательных установок
2.3 Расчет подогревателей сетевойводы
2.4 Определение расхода пара наподогрев сетевой воды и на технологические нужды
2.5 Ориентировочное определениеобщего расхода свежего пара
2.6 Расчет редукционно-охладительнойустановки (РОУ)
2.7 Расчет сепаратора непрерывнойпродувки
2.8 Расход расхода химическиочищенной воды
2.9 Расчет пароводяного подогревателясырой воды №2
2.10 Расчет пароводяногоподогревателя сырой воды №1.
2.11 Общие замечания о расчетедеаэратора.
2.12 Расчет деаэратора
2.13 Проверка точности расчетапервого приближения
2.14 Уточненный расчет РОУ
2.15 Уточненный расход тепловой схемы
2.16 Проверка математического балансалинии дедуцированного пара
2.17 Определение полной нагрузки накотельную
3 Составление теплового баланса котельной
4 Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых вкотельной
5 Список используемой литературы
Введение
Данная расчетно-графическая работапреследует цели углубленной проработки основных типов тепловых схем котельной,подробного расчета заданного варианта тепловой схемы и отдельных её элементов,составление теплового баланса котлоагрегата на его основе, определение стоимостигодового расхода топлива для различных вариантов компоновки котлоагрегатов.
Тепловая схема во многом определяетэкономичность работы котельной. Подробный расчёт тепловой схемы с составлениемего теплового баланса позволяет определить экономические показатели котельной,расхода пара и воды, по которым производится выбор основного и вспомогательногооборудования.
Составление теплового балансакотлоагрегата позволяет оценить его экономичность для вариантов сиспользованием водяного экономайзера и без него.
Приведённаяметодика расчётов тепловой схемы и составление теплового баланса парогенераторамаксимально упрощена с целью уменьшения объёма необходимых расчетов.Определение параметров воды и пара в состояние насыщения производится по табл.1 приложения.
/>1.1 Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы.
/> - давление пара на выходе из котлоагрегата. MПa;
/> — давление пара после РОУ, МПа;
/> - температураводы на выходе из сетевых подогревателей, °С;
/> — температура воды в обратной линии теплосети, °С;
/> - температура конденсата, возвращаемого спроизводства, °С;
/> — температураконденсата на выходе из бойлера, °С;
/>-температура конденсата после i-гоподогревателя. °С;
/> — температура сырой воды, °С;
/> — температураводы на входе и выходе из химводоочистки, °С;
/> — температура смеси на выходе из конденсатного бака,°С;
/> - теплотапарообразования при давлении />кДж/кг;
/> - степеньсухости пара на выходе из котлоагрегата:
/> — степень сухостипара на выходе из расширителя непрерывной продувки
/> — энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг;
/> — энтальпиякипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при
давлении />.)кДж/кг;
/> — энтальпия влажного пара на входе из котлоагрегата,кДж/кг;
/> — энтальпия влажного пара на входе из расширителя непрерывной
продувки, кДж/кг;
/> — энтальпия сухого насыщенного пара при давлении />, кДж/кг;
/> — энтальпиясухого насыщенного пара при давлении />. кДж/кг;
/> — энтальпия сырой воды, кДж/кг;
/> — энтальпия воды перед и после химводоочистки, кДж/кг;
/> — паропроизводительность котельной, кг/с;
/> — паропроизводительность одного котлоагрегата, кг/с;
/> — расход пара на технологические нужды, кг/с;
/> — расход пара в подогревателе сетевой воды (бойлеры),кг/с;
/> — количество пара, выделяющегося в расширителе изпродувочной воды, кг/с;
/> — расход пара надеаэрацию, кг/с;
/> — расход пара на подогрев сырой воды передхимводоочисткой, кг/с;
/> — расход острого пара, поступающего в РОУ, кг/с;
/> — количество редуцированного пара, кг/с;
/> — количество выпара из деаэратора, кг/с;
/> — потери пара внутри котельной, кг/с;
/> — потери пара внутри котельной в процентах от/>;
/> — расходкотловой воды на непрерывную продувку, кг/с;
/>-расходкотловой воды на продувку в процентах от/>;
/> — возвратконденсата от потребителя, кг/с;
/> — возвратконденсата от потребителя в процентах от/>;
/> — расход увлажняющей воды, поступающего в РОУ, кг/с;
/> — расход водычерез сетевой подогреватель (бойлер), кг/с;
/> — потери воды в теплосети, кг/с;
/> — потери воды в теплосети в процентах от />;
/> — расход водычерез химводоочистку, кг/с;
/>-расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора,кг/с;
/> — расход воды израсширителя непрерывной продувки, кг/с;
/> — расход тепла на подогрев сетевой воды, кДж/с;
/> — расход тепла на технологическиенужды, кДж/с.
1.2 Условныеобозначения принятые в схемах.
/>пар
/>деаэрированная вода
/>сырая вода
/>химически очищенная вода
/>конденсат
/>/>/>/>продувочная вода
/>/>/>вторичный пар
1.3Исходные данные
Начальная буква фамилии студента А, Б, В Г, Д, Е Ж, З, И К, Л, М Н, О, П Р, С, Т У, Ф, Х Ц, Ч, Ш Щ, Э Ю, Я Номер тепловой схемы 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
/>
Рисунок19
Исходные данные:
№/№
Наименование
Ед. изм.
Исходные данные 1
Пар для технологических нужд производства:
— давление пара на выходе из котлоагрегата, />;
— сухость пара на выходе из котлоагрегата, />;
— расход пара на технологические нужды, />
МПа
-
кг/с
1,32
0,99
14,82 2
Температура сырой воды, /> ºС 5 3
Давление пара после РОУ, /> МПа 0,111 4
Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки, /> - 0,96 5
Потери пара в котельной в процентах от />, /> % 1,5 6
Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от />, /> % 1,2 7
Расход тепла на подогрев сетевой воды, /> кДж/с
15,6×103 8
Температура воды на выходе из сетевых подогревателей, /> ºC 95 9
Температура в обратной линии теплосети, /> ºС 41 10 Возврат конденсата от потребителя m в процентах от D сум % 70 11
Потери воды в тепловой сети, /> % 4,1 12
Температура конденсата после подогревателя, /> ºС 81 13
Температура конденсата после охладителя, /> ºС 75 14
Температура конденсата после подогревателя, /> ºС 85 15
Температура конденсата после подогревателя, /> ºС 90 16
Температура воды перед и после ХВО, /> ºС 30
2.Расчеттепловой схемы котельной
2.1Определение параметров воды и пара
Придавлении Р1 = 1,32 МПа в состоянии насыщения имеем [1-32] />= 192 ºС, />= 2786,3 кДж/кг, /> = 816,5 кДж/кг, />= 1969,8 кДж кг.
Придавлении /> = 0,119 МПа в состояниинасыщения имеем [1-31] />= 105 ºС, />= 2684,1 кДж/кг, />= 440,17 кДж/кг, /> = 2243,9 кДж/кг.
Энтальпиявлажного пара на выходе из котлоагрегата:
/>
/> кДж/кг.
Энтальпиявлажного пара на выходе из расширителя:
/>
/> кДж/кг.
Энтальпияводы при температуре ниже 100 ºС может быть с достаточной точностьюопределена без использования таблиц по формуле:
/>,
где/> = 4,19 кДж/кг град.
Вдальнейшем определение энтальпии воды (конденсата) особо оговариваться небудет.
2.2 Общиезамечания о расчете водоподогревательных установок.
Дляводоподогревателя:
/>. (1)
Дляпароводяных водоподогревателей:
/>, (2)
гдеW1 и W2 – расходы воды (греющей и подогреваемой), кг;
/>, /> и />,/> начальные и конечныетемпературы воды, ºС;
/>– расход греющего пара, кг/с;
/>– энтальпия пара, кДж/кг;
/>– энтальпия конденсата, кДж/кг;
/>– коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами вокружающею среду (/>).
/>
Рис.1. Схема водоподогревательной установки.
2.3 Расчетподогревателей сетевой воды.
Определимрасход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:
/> (3)
/>
/> кг/с.
Потериводы в тепловой сети заданы в процентах от />:
/>
/> кг/с.
Подпиточныйнасос подает в тепловую сеть воду из деаэратора с энтальпией />= 440,17 кДж/кг вколичестве />. Поэтому расход тепла наподогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:
/>,
где/>соответствует температуре /> = 41ºC, /> = 171,63 кДж/кг;
/> кДж/кг.
Расходпара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:
/>.
Откуда:
/>
/> кг/с.2.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и натехнологические нужды
Расходтепла на технологические нужды составит:
/>, (4)
гдеiко –средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:
/>. (5)
/>
Вслучае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей iко= iсв.
/>
/> кДж/с.
Суммарныйрасход на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:
/>
/>
Расходпара и воды на технологические нужды составит:
/>
/> кг/с.2.5Ориентировочное определение общего расхода свежего пара
Суммарныйрасход острого пара /> на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3 –11% от Dо.
Примем:
/>
/> кг/с.
Общийрасход свежего пара:
/>
/> кг/с.
2.6 Расчетредукционно-охладительной установки (РОУ)
НазначениеРОУ – снижение параметров пара за счет дросселирования и охлаждения его водой,вводимой в охладитель в распыленном состоянии. РОУ состоит из редукционногоклапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры парапутем впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода заредукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры идавления дросселирования пара.
Вохладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипенияотводится в конденсатные баки или непосредственно в деаэратор.
Примемв расчетно-графическом задании, что вся вода, вводимая в РОУ, полностьюиспаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.
Подачаохлажденной воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистралипитательной воды после деаэратора.
Тепловойрасчет РОУ ведется по балансу тепла (рис. 2).
/>
Рис.2. Схема РОУ.
Расходредукционного пара /> с параметрами />, />, /> и расхода увлажняющей воды/> определяем из уравнения теплового баланса РОУ:
/>. (6)
Изуравнения материального баланса РОУ:
/>. (7)
Решаясовместно уравнения (6) и (7), получим:
/>, (8)
где/> – расход острого пара, кг/с, с параметрами />, />;
/> – энтальпия влажного пара, кДж/кг;
/> – энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.
Определимрасход свежего пара, поступающего в РОУ:
/>
Определимрасход возврата конденсата от потребителя m:
/>
/>
/> кг/с.
Составляемсхему РОУ:
/>
Рис.3. Узел РОУ.
Определяемрасход увлажняющей воды:
/>
/> кг/с,
/>
/> кг/с.2.7 Расчетсепаратора непрерывной продувки
Непрерывнаяпродувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержаниякотловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (впроцентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержанияпитательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.
Дляуменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы– расширители (рис. 4). Давление в расширителе непрерывной продувки принимаетсяравным />. пар из расширителянепрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.
Теплопродувочной воды (от сепаратора непрерывной продувки) экономическицелесообразно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с.Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода изсепаратора подается в охладитель или барботер, где охлаждается до 40 – 50 ºС,а затем сбрасывается в канализацию.
/>
Рис.4. Схема непрерывной продувки.
Расходпродувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению /> в процентах от />.
/>
/> кг/с.
Количествопара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения тепловогобаланса:
/>,
имассового баланса сепаратора:
/>.
/>
Рис.5. Узел сепаратора непрерывной продувки.
Имеем:
/> (10)
/> кг/с.
Расходводы из расширителя:
/>
/> кг/с.2.8 Расчётрасхода химически очищенной воды
Общееколичество воды, добавляемой из химводоочистки, равно сумме потерь воды и парав котельной, на производстве и тепловой сети.
1)Потери конденсата от технологических потребителей:
/>. /> кг/с.
2)Потери продувочной воды />= 0,236кг/с.
3)Потери пара внутри котельной заданы в процентах от />:
/>
/> кг/с.
4)Потери воды в теплосети />= 2,847кг/с.
5)Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчетедеаэратора. Предварительно примем />= 0,05кг/с.
Общееколичество химически очищенной воды равно:
/> (11)
/> кг/с.
Дляопределения расхода сырой воды на химводоочистку, необходимо учесть количествоводы, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нуждыводоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента К = 1,10 – 1,25.В данной расчетно-графическом задании следует принимать К = 1,20.
Имеем:
/>
/> кг/с.
2.9Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №2
Запишемуравнение теплового баланса подогревателя:
/>, (12)
отсюдаэнтальпия пара на выходе из подогревателя:
/>
/> кДж/кг,
где/> = 376,94 при tр = 90 ºС.
Температурасырой воды на выходе из подогревателя />=5,9 ºС.
/>
Рис.7. Схема пароводяного подогревателя сырой воды №2. 2.10 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №1.
/>
Рис.7. Схема пароводяного подогревателя сырой воды.
Запишемуравнение теплового баланса подогревателя:
/>. (13)
Расходредуцированного пара в подогреватель сырой воды:
/>
/> кг/с2.11 Общиезамечания о расчете деаэратора
Дляудаления растворенных в воде газов применяются смешивающие термическиедеаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением вколонке 0,11 – 0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением нижеатмосферного. В курсовом проекте применен смешивающий термический деаэраторатмосферного типа (/> = 0,17 МПа). Подтермической деаэрацией воды понимают удаление растворенных в ней воздуха принагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке.Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов,вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты).Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляетсяредуцированным паром (/>).
Газы,выделяемые деаэрированной воды, переходят в паровой поток и остаткомнеконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэрированнойколонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда через охладительвыпара). Расход избыточного пара (/>) поимеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2 – 4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: />,где /> — суммарный расходдеаэрируемой воды.
Энтальпияпара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данномдавлении (/>). Деаэрированная вода (/>) из бака деаэратораподается питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.
Прирасчете деаэратора неизвестными являются расход пара на деаэратор (/>) и расход деаэрированнойводы (/>). Эти величиныопределяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансовдеаэратора.
Произведемуточнение ране принятого расхода />.Суммарный расход деаэрируемой воды (из-за отсутствия возврата конденсата примем
/>:
/>
/> кг/с,
/>
/> кг/с.2.12 Расчет деаэратора
Неизвестнымв расчете являются расход деаэрированной воды /> ирасход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов(предположим для деаэратора ηп = 1):
/>, (15)
/>. (16)
Изуравнения (16) находим:
/>
/>
Подставляемполученное значение в уравнение (15) и решаем его относительно />:
/>/>
/> кг/с;
/> кг/с.
/>
Рис.10. Расчётная схема деаэратора.
/>/>2.13 Проверка точности расчета первого приближения
Изуравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение />:
/>
/> кг/с.
Прирасчете деаэратора получено /> = 0,348кг/с. Ошибка расчета составляет 32%. Допустимое расхождение 3%. Следовательно,необходимо провести второй цикл приближения.2.14 Уточненныйрасчет РОУ
Расчетредуцированного пара:
/>
/> кг/с.
Изуравнения (6) и (7) имеем: />;
/>.
Отсюда:
/>
/> кг/с.
/>
/> кг/с.
Общийрасход свежего пара:
/>
/> кг/с. 2.15 Уточненный расход тепловой схемы
1)Расчет расширителя непрерывной продувки:
/>
/> кг/с;
/>
/> кг/с;
/>
/> кг/с.
2)Расчет расхода химически очищенной воды:
/>
/> кг/с;
/>
/> кг/с;
/>
/> кг/с.
3)Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №2:
/>
/> кДж/кг.
4)Расчет пароводяного подогревателя сырой воды №1:
/>
/> кг/с.
5)Расчет конденсатного бака отсутствует.
6)Расчет деаэратора:
/>
/>
/>/>
/> кг/с;
/> кг/с.
2.16 Проверка математического баланса линии редуцированногопара
Аналогично2.16 имеем:
/>
/> кг/с.
Израсчета деаэратора />= 0,789 кг/с.Расхождение составляет 0,019%, дальнейших уточнений не требуется. 2.17 Определение полной нагрузки на котельную
Полнаянагрузка определяется по формуле:
/>
/> кг/с.
Втоже время:
/>
/> кг/с.
3Составление теплового баланса котельной
Тепловойбаланс котельной составляется для определенных КПД, оценки относительнойвеличины различных потерь, что позволяет оценить экономичность предложеннойтепловой схемы.
Суммарноепоступление теплоты в схему:
/>
/> кВт
Здесь:
/>
/> кг/с.
Расходтеплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:
/>
/> кВт.
Процентрасхода теплоты на технологические нужды:
/>
/>%.
Расходтеплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети:
/>
/> кВт
Аналогично:
/>
/>%.
Полезнорасходуемый процент теплоты (КПД схемы):
/>
/>%.
Суммарныепотери теплоты:
/>
/>%.
Основныесоставляющие потерь теплоты:
1)Потери от утечек свежего пара:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
2)Потери в окружающую среду в бойлере:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
Неучтенныепотери составляют:
/>% /> %.
Привыполнении курсового проекта неучтенные потери не должны превышать 1%. Длявыполнения этого условия при расчете различных тепловых схем котельных можетвозникнуть необходимость учесть не только указанные ранее потери.
Продолжимвычисление потерь:
3)Потери с водой при производстве химводоочистки:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
4)Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после водоводяногоподогревателя):
/>
/> кВт;
/>
/>%.
5)Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
6)Потери с выпаром:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
7)Потери в окружающую среду в водоводяном подогревателе:
/>
/> кВт;
/>
/>%.
Итогоимеем:
/>%.
Незначительноерасхождение вызвано погрешностью расчетов. При выполнении курсового проектадопустимо расхождение, не превышающее 1%, следовательно, малые потери учитыватьнецелесообразно./>
4Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной
Подбираяколичество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальнаянагрузка котельной соответствует суммарной производительности, ируководствуемся следующими соображениями:
1)недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их количество не должнопревышать четырех – пяти;
2)устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.
Можетоказаться, что один из котлоагрегатов будет недогружен, в этом случае онявляется резервным.
/>
/> шт.
Принимаемкотлоагрегат ДКВР 10-13
Список используемой литературы
1) Расчет тепловой схемы котельной:Методические указания, Сост.: Ю.В.Новокрещенов, ФГОУ ВПО ИжГСХА.
2) Справочник по котельным установкаммалой производительности. К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий.