Модернизация паровой котельной

 

2.2 Багатоваріантний аналіз  модернізації

 

Розглянемо можливі варіанти модернізації парової котельні з якими вона буде працювати ефективніше і економічніше.

− Установка парового котла Vitomax 200-LS.

− Установка водогрійного котла КВГМ-4,65.

• Установка парового котла ДКВР 4-13 [6].

 

2.2.1 Установка парового котла Vitomax 200-LS

 

Встановивши котел Vitomax 200-LS, ми отримаємо значну економію енергоносіїв, тому що котел сучасний, відповідає європейським стандартам. Але встановлення цього котла призведе до значних капіталовкладень, які підприємство не може собі дозволити, оскільки для цього котла потрібно багато нового допоміжного обладнання, інша хімводоочистка, система автоматизації. Котел  Vitomax 200-LS коштує в більш як чотири рази дорожче вітчизняних аналогів і нормативний термін окупності буде складати більше восьми років.

 

2.2.2 Установка водогрійного котла КВГМ-4,65

 

Установка водогрійного котла дозволить нам розвантажити парові котли в опалювальний період, забезпечуючи споживача теплоносієм  на гаряче водопостачання та опалення. Котел має доступну ціну, достатньо економічний, але встановивши такий котел, підприємство не в змозі забезпечити технологічні потреби пральні, яка використовує пару на підігрівання води методом барботажу в пральних машинах та на сушарки білизни. Для роботи котла потрібне встановлення основного та допоміжного обладнання, прокладання нових трубопроводів, що веде за собою значні матеріальні затрати, які підприємство не може забезпечити.

 

 

2.2.3 Установка  парового котла ДКВР 4-13

Котел ДКВР 4-13 задовольняє наші потреби, тому що котел простий в установці та використанні, є економічнішим в порівнянні з Е 1/9, котел має значно більший коефіцієнт корисної дії, оскільки в котла ДКВР 4-13 він складає 92%, а в котла Е 1/9 дорівнює 88%. Також котел має меншу температуру відхідних газів, що позитивно впливає на навколишнє середовище. Для забезпечення роботи котла не потрібно повністю замінювати обладнання та трубопроводів. Важливою особливістю є те, що котел може повністю забезпечити власні потреби і потреби споживачів в парі [7].

Отже, обираємо котел ДКВР 4-13 як найбільш доцільний варіант модернізації теплової схеми.

 

2.3 Тепловий  розрахунок парового котла ДКВР 4-13

 

Тепловий розрахунок проводимо за методикою розрахунку котельних агрегатів. Задача теплового  розрахунку полягає у визначенні параметрів, які характеризують його роботу для заданого навантаження та розмірів поверхні нагріву економайзера. В даній роботі проводимо перевірно-конструктивний розрахунок, оскільки Монастирищенський котельний завод виготовляє котли зі стандартних розмірів та для спалювання газу, в якого теплота згорання становить 36120 кДж/м³, а котельня лікарняного комплексу використовує газ з газопроводу Дашава-Київ. Розрахунок цього палива наведено в підрозділі 2.3.1 [8].

 

2.3.1 Розрахунок об’ємів повітря та продуктів згоряння

 

Паливо – природний газ, склад якого: СН₄=98,9 %; С₂Н₆=0,3 %; С₃Н₈=0,1 %; С₄Н₁₀=0,1 %; N₂=0,4 %; CO₂=0,2 %.

Котел ДКВР 4-13.

Температура відхідних газів котла J_вг=120 ^°С.

Коефіцієнт надлишку повітря в  топці a_т¢=1,15.

Коефіцієнт надлишку повітря у  відхідних газах a_вг=1,4.

Паровидатність котла D=1,11 кг/с.

Температура перегрітої пари  t=194 ^°С.

Температура холодного повітря t_хп=20 ^°С.

ККД котла h_к=92 %.

Теплота згоряння палива:

Q_н^р=108×H + 126×CO + 234×H₂S + 358×CH₄ + 591×C₂H₄ + 638×C₂H₆ +

+913×C₃H₈ + 1135×C₄H₈ + 1187×C₄H₁₀ + 1461×C₅H₁₂ + 1403×C₆H₆ [кДж/м³];  (2.1)

Q_н^р = 108×0 + 126×0 + 234×0 + 358×98,9 + 591×0 + 638×0,3 + 913×0,1 +

+1135×0 + 1187×0,1 + 1461×0 + 1403×0 = 35808 (кДж/м³).

 

 

Теоретичний об’єм повітря:

V⁰ = 0,0476×[0,5×(Н^р + СО^р) + 1,5×Н₂S + S(m + n/4)×С_mН_n – О^р] [м³/м³];   (2.2)

V⁰ = 0,0476×[0,5×(0 + 0) + 1,5×0 + (1+4/4)×98,9 + (2 + 6/4)×0,3 +

+ (3 + 8/4)×0,1 + (4 + 10/4)×0.1 ] = 9,52 (м³/м³).

Теоретичний об’єм триатомних газів:

V_RO2 = 0,01×[СО^р + Н₂S + Sm×С_mН_n + СО₂] [м³/м³];                   (2.3)

V_RO2=  0,01×[0 + 0 + 1×98,9 + 2×0,3 + 3×0,1 + 4×0.1+ 0,2] = 1,004 (м³/м³).

Теоретичний об’єм азоту:

V⁰_N2 = 0,01 × N^р  + 0,79 × V⁰ [м³/м³];                                 (2.4)

V⁰_N2 = 0,01 ×0.4 + 0,79 × 9,52 = 7,5248 (м³/м³).

Теоретичний об’єм водяної пари:

V⁰_Н2О = 0,01×[Н^р + Н₂S + S(n/2)×С_mН_n + 0,124×d_г]  + 0,0161×V⁰ [м³/м³];    (2.5)

V⁰_Н2О = 0,01×[0 + 0 + (4/2)×98,9 + (6/2)×0,3 + (8/2)×0,1 + (10/2)×0.1+

+ 0,0124×10] + 0,0161×9,52 = 2,096 (м³/м³).

2.3.2 Характеристики продуктів  згоряння в газоходах

    

Таблиця 2.1 – Значення коефіцієнтів присмоктування повітря в газоходах і                 надлишку повітря на виході з газоходів

Ділянки газового тракту			Daпр			a²
Топка і фестон			0,05			1,15
Перший конвективний пучок			0,05			1,2
Другий  конвективний пучок			0,1			1,3
Чавунний економайзер			0,1			1,4
Таблиця 2.2 – Середні характеристики продуктів згорання в газоходах
Найменування  величини	Одиниця вимірювання	Найменування газоходів
		Топка і фестон		1 конвективний пучок	2 конвективний пучок		Чавунний економайзер
1	2	3		4	5		6
Розрахунковий коефіцієнт надлишку повітря за газоходом, a²	-	1,15		1,2	1,3		1,4
Обєм триатомних газів, VRO2=V0RO2	м3/м3	1,004		1,004	1,004		1,004
Обєм двохатомних  газів, VN2=V0NO2+(a²-1)∙ V0	м3/м3	8,95		9,43	10,38		11,33

Продовження таблиці 2.2

1	2	3	4	5	6
Обєм водяних  парів, VH2O=V0H2O+0,0161∙(a²-1)∙V0	м3/м3	2,11	2,12	2,14	2,15
Обєм димових  газів, Vг= VRO2+ VN2+ VH2O	м3/м3	12,06	12,55	13,52	14,48
Частка триатомних газів,   rRO2 = VRO2 / Vг	-	0,08	0,08	0,07	0,07
Об’ємна частка водяної пари,                             rН2O = VН2O / Vг	-	0,17	0,17	0,16	0,15
Сума долей  триатомних газів,  rn = rRO2 + rН2O	-	0,25	0,25	0,23	0,22

 

2.3.3 Ентальпії повітря і продуктів згорання

 

Таблиця 2.3 – Ентальпії  повітря і продуктів згорання 

t, °C	Iг0, кДж/м3	In0, кДж/м3	Топка, фестон, a=1,15	I конвективний пучок, a=1,2	II конвективний пучок, a=1,3	Чавунний економайзер, a=1,4
1	2	3	4	5	6	7
100	1464	1257				1967
200	2952	2532			3712	3965
300	4481	3837			5632	6016
400	6052	5160		7085	7601	8117
500	7661	6512		8963	9614	10265
600	9303	7901		10884	11674	12464
700	10989	9320		12853	13785	14717
800	12734	10758		14885	15961	170367
900	14544	12195	16373	16983	18203	19422
1000	16316	13671	18367	19050	20417	21784
1100	18130	15184	20407	21166	22685	24203
1200	19949	16698	22455	232889	24958	26628
1400	23731	19764	26696	27685	29661	31638
1600	27552	22877	30984	32128	34415	36703
1800	31449	25980	35346	36645	39243	41841
2000	35395	29169	39770	41229	44146	47062

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.4 Тепловий баланс та витрата палива

Таблиця 2.4 – Тепловий баланс і витрата палива

Найменування	Позначення	Розрахункова  формула або спосіб визначення	Розмірність	Розрахунок
Температура повітря, яке надходить у топку	t¢п	приймається	°C	20
Температура повітря, яке поступає на пальник	t²п	приймається	°C	20
Нижча теплота  згорання палива	Qнр	з розрахунку	кДж/кг	35808
Наявна теплота  палива	Qн	Qнр+Qп+Qпз+Qф	кДж/кг	35808+0+0+0=35808
Температура вихідних газів	tвг	приймається	°С	120
Коефіцієнт  надлишку повітря	aвх	з таблиці 2.1	-	1,15
Ентальпія відхідних  газів	Iвг	з таблиці 2.3	кДж/кг	1762
Температура повітря  в котельній	tхп	за завданням	°C	20
Ентальпія холодного  повітря	Iхп	V0∙(ct)пов	кДж/м3	9,52∙26=248
Витрати теплоти  з відхідними газами	q2	((Івг-aвх∙ Iхп)/ Qн)Í Í(100-q4)	%	((1762-1.15Í Í371)/35808)∙(100- -0)=4,3
Витрати теплоти  від зовнішнього охолодження	q5	з довідника [9]	%	3
Втрати теплоти  від хімічного недопалу	q3	з довідника [9]	%	0,5
Сума теплових втрат	Sq	q2+ q3+ q5	%	4,3+0,5+3=7,8
ККД парогенератора	hпг	100-Sq	%	100-7,8=92
Коефіцієнт  збереження теплоти	j	1- q5/(hпг+q5)	-	1- 3/(92+3)=0,9
Паровидатність	D	за завданням	кг/с	1,11
Тиск пари в  барабані	Рб	за завданням	МПа	1,3
Температура живильної  води	tжв	за завданням	°С	104
Ентальпія живильної води	hжв	з довідника [9]	кДж/кг	436
Температура насиченої  пари	tнп	за завданням	°С	191
Ентальпія насиченої  пари	hнп	з довідника [9]	кДж/кг	2787
Ентальпія котлової води	hкв	з довідника [9]	кДж/кг	845
Значення величини продувки	р	за завданням	%	2,5
Витрата продувочної води	Gпр	D∙ р	кг/с	0,83∙0,025=0,025
Теплова потужність парогенератора	Qпг	D∙(hнп-hжв)+ +Gпр∙(hкв- hжв)	кВт	0,83∙(2787-436)+0,025Í Í(845- 436)=2711
Повна витрата  палива	В	Qпг/(hпг∙Qн)	м3/с	2711/(0,92∙35808)=0,08
Розрахункова  витрата палива	Вр	В∙(100-q4)/100	м3/с	0,08∙(100-0)/100=0,08

 

 

 

 

 

 

2.3.5 Розрахунок топки

 

2.3.5.1 Конструктивні характеристики топки

 

Таблиця 2.5 – Конструктивні характеристики топки

Найменування	Позначення	Розрахункова  формула або спосіб визначення	Розмірність	Розрахунок
Активний обєм топкової камери	Vт	За конструктивним кресленням	м3	22,4
Теплове навантаження об`єму топки	qv	В∙Qнр/Vт	кВт/м3	0,08∙35808/22,4=129
Кількість пальників	n	За конструктивним кресленням	шт	2
Теплова потужність пальника	Qп	1,25∙В∙Qнр∙10-3/n	МВт	1,25∙0,08∙35808∙10-3/2= =1,81
Тип пальників				ГМГ-4М

 

Таблиця 2.6 − Конструктивні характеристики топки

Величина			Стінки топки			Вихідне вікно	Сумарна площа
Найменування	Позначення	Розмірність	Фронтова	Бокова	Задня
Задня площа  стін і вікна	Fст	м2	9,98	17,28	6,14	3,54	36,94
Відстань  між  осями крайніх труб	b	м	-	2,4	-	-	2,4
Освітлена довжина  труб	l	м	-	2,7	-	-	2,7
Площа, зайнята променесприймальною поверхнею	Fпр	м2	0	12,96	0	-	12,96
Зовнішній діаметр  екранних труб	d	м	-	0,051	-	-	-
Крок екранних труб	S	м	-	0,08	-	-	-
Відстань між  осями	e	м	-	0,131	-	-	-
Відношення	s/d	-	-	1,57	-	-	-
Відношення	e/d	-	-	2,37	-	-	-
Кутовий коефіцієнт екранів	х	-	-	0,95	-	-	-
Площа променесприймальної  поверхні	Hпр	м2	-	12,31	-	-	-