Контрольная работа по "Котельным установкам"

 

где = 65°С - температура воды, прошедшей первый теплообменник, химводоочистку,  второй теплообменник и готовой к поступлению в вакуумный деаэратор;

       = = 25°С - температура воды, прошедшей первый теплообменник и готовой к химводоочистке;

        ;  = 70°С.

 

19. Температура греющей воды после теплообменника исходной воды:

°С     (19)

 

где = ;

       = = 70°С;

       = +5°С – для зимы; = +15°С – для лета

       = 25°С;

 

20. Расход выпара из деаэратора:

т/ч     (20)

 

21. Расход греющей воды на деаэрацию:

т/ч     (21)

 

22. Расчетный расход воды на собственные нужды:

т/ч     (22)

 

23. Расчетный расход воды через котельный агрегат:

т/ч     (23)

 

24. Относительная погрешность расчета:

%     (24)

 

При Δ<20% считается, что учебный расчет выполнен с необходимым приближением и не требует пересчета.

Расчет тепловой схемы для всех режимов сведен в таблицу  3.

Таблица 3. – Расчет тепловой схемы водогрейного котельного агрегата КВ-ГМ-6,5-150.

№ п/п	Наименование величин	Режимы
		максимально-зимний	средняя температура наиболее холодного  месяца	Средняя температура за отопительный период	летний

 

1	2	3	4	5	6
1	Температура наружного воздуха   tн.в., °С	-27	-16	-3,5	-
2	Температура внутри отапливаемых помещений   tв.н., °С	18	18	18	-
3	Тепловая нагрузка на отопление  и вентиляцию   Qо.в., Мкал/ч	16340,00	12345,78	7806,89	0,00
4	Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение   Qг.в., Мкал/ч	3010,00	3010,00	3010,00	3010,00
5	Общая тепловая мощность котельной  установки  без учета потерь и  расхода на собственные нужды  Qт., Мкал/ч	19350,00	15355,78	10816,89	3010,00
6	Коэффициент снижения расхода теплоты  на отопление и вентиляцию  Ко.в.	1,00	0,76	0,48	-
7	Текущая температура сетевой воды в подающем трубопроводе   t1, °С	150,00	117,73	81,07	-
8	Текущая температура сетевой воды в обратном трубопроводе   t2, °С	70,00	57,29	42,84	-
9	Расход сетевой воды на отопление  и вентиляцию   Gо.в., т/ч	204,25	154,32	97,59	0,00
10	Расход сетевой воды на горячее  водоснабжение   Gг.в., т/ч	37,63	37,63	37,63	37,63
11	Расход воды внешними потребителями  в подающей магистрали тепловой сети   Gс., т/ч	241,88	191,95	135,21	37,63
12	Расход воды на подпитку и потери в тепловой сети  Gподп., т/ч	10,88	8,64	6,08	1,69
13	Расход теплоты на собственные  нужды котельной    Qс.н., Мкал/ч	580,50	580,50	580,50	580,50
14	Общая тепловая мощность котельной  установки с учетом затрат теплоты  на собственные нужды  Qк., Мкал/ч	19930,50	15936,28	11397,39	3590,50
15	Расход воды через котловой агрегат  Gк., т/ч	249,13	199,20	142,47	44,88
16	Температура воды на выходе их котельного агрегата  tк.2, °С	150,00	150,00	150,00	150,00
17	Расход воды на собственные нужды  котельной  Gс.н., т/ч	7,26	7,26	7,26	7,26
18	Расход воды на линии рециркуляции  Gрц., т/ч	0,00	31,65	48,36	-
19	Расход воды по перемычке  Gпм., т/ч	0,00	66,80	86,98	-
20	Расход исходной воды  Gисх., т/ч	13,06	10,37	7,30	2,03
21	Расход греющей воды на теплообменник  химически очищенной воды  Gг.2, т/ч	5,44	4,32	3,04	0,85
22	Температура греющей воды после  теплообменника исходной воды  t12, °С	22,00	22,00	22,00	46,00
23	Расход выпара из деаэратора  Dвып., т/ч	10,88	8,64	6,08	1,69
24	Расход воды на линии рециркуляции  Gг.д., т/ч	0,64	0,51	0,36	0,10
25	Расчетный расход воды на собственные  нужды  Gс.н.^расч., т/ч	6,08	4,83	3,40	0,95
26	Расчетный расход воды через котельный  агрегат  Gк.^расч., т/ч	247,96	196,77	138,61	38,57
27	Относительная погрешность расчета  Δ, %	0,473	1,235	2,782	16,360

2. Выбор числа устанавливаемых котлов

В соответствии со СНиП “Котельные установки” [7] расчётная мощность котельной определяется суммой мощностей, требующихся потребителям отопление, вентиляцию и горячие водоснабжение при максимально-зимнем режиме.

При определении мощности котельной должны также учитываться мощности, расходуемые на собственные нужды котельной и покрытия потерь в котельной и тепловых сетях.

Количество котлов, устанавливаемых  в котельной, следует выбирать по режиму наиболее холодного месяца:

 

шт.   (25)

 

Ориентировочно приминаем 5 котлов. Производительность одного котла в максимально-зимний период в таком случае будет равна:

 

т/ч   (26)

 

По условиям надежности количество котлов должно быть таким, чтобы при  выходе из строя одного из котлов оставшиеся обеспечили расчетную тепловую нагрузку котельной при средней температуре наиболее холодного месяца.

 

т/ч   (27)

 

Следовательно, для обеспечения  требуемой теплопроизводительности  принимаем к установке пять котлов типа КВ-ГМ-6,5-150.

 

При летнем режиме для обеспечения горячего водоснабжения потребителей достаточно одного котла, при этом еще один котёл должен находиться в резерве на случай выхода из строя работающего котла.

3. Тепловой расчет котельного агрегата

3.1 Исходные данные и выбор коэффициента избытка воздуха

Состав природного газа по объему Уренгойского газового месторождения:

Метан СН4 87%

Этан С2Н6   6,2%

Пропан С3Н8   3,4%

Бутан С4Н10   1,98%

Пентан С5Н12   0,76%

Азот N2   1,1%

Двуокись углерода СО2   0,12%

 

Относительная плотность по воздуху (при 20 °С)   0,673

Низшая теплота сгорания 39000 кДж/ .

 

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:

(28)

 

где — действительный объем воздуха, доданного в топку на 1 топлива.

Коэффициент избытка воздуха в  общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают 𝛂т. = 1,05... 1,15.

3.2 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при =1):

 

Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1 природного газа:

Теоретический объем азота в  продуктах сгорания:

 

Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:

 

Теоретический объем трехатомных  газов в продуктах сгорания:

 

Энтальпия теоретического объема продуктов  сгорания:

= 226,7 * 1,34 + 197,2 * 2,4 + 169,3 * 8,72 = 2253,35 кДж/

 

Энтальпия теоретического объема воздуха:

 

Энтальпия продуктов сгорания:

где     - энтальпия золы, при сжигании природного газа не учитывается,            - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

3.3 Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

В котельном агрегате химически  связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Уравнение теплового баланса для  установившегося теплового состояния агрегата:

кДж/      (29)

 

или

кДж/      (30)

 

где – располагаемая теплота,

       – полезно использованная теплота,

       - суммарные потери,

       – потери теплоты с уходящими газами,

       – потери теплоты от химического недожога,

       – потери теплоты от механической неполноты сгорания,

       – потери теплоты в окружающую среду,

       – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

 

Левая приходная часть уравнения  теплового баланса (30) является суммой следующих величин:

кДж/      (31)

 

где – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;

       - теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);

       - физическая теплота 1 топлива.

Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (31) принимает вид:

кДж/      (32)

 

кДж/      (33)

 

где - энтальпия 1 воздуха, кДж/ .

Тогда

кДж/

 

Коэффициентом полезного действия водогрейного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку горячей воды, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.

В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто определяется по уравнению прямого баланса:

%     (34)

 

где — количество полезно используемой теплоты, кДж/ ;

       — располагаемая теплота, кДж/ .

То же по уравнению обратного  баланса:

%     (35)

 

где — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

 

Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

%     (36)

 

где  - энтальпия холодного воздуха:

кДж/

        - потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %

 

%     (37)

 

 

Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис.8.1 [9] q5=1,7%.

Потери теплоты от химического недожога определяются по табл.3.1 [10] q3=0,5%.

 

КПД-брутто котельного агрегата:

%     (38)

 

4. Расчет расхода топлива, сжигаемого в котельном агрегате

Общий расчет топлива, подаваемого  в топку котельного агрегата: