Модернизация паровой котельной

Таблиця 2.13 –  Підібране обладнання

Вибране обладнання	Марка	Подача, м3/год	Напір, МПа	ККД, %	Електрична  потужність, кВт
Вентилятор	ВД-10	20	1,72	67	22
Димосос	Д-12	35	2,45	61	34

 

2.5 Порівняння техніко-економічних показників роботи котельні до і після модернізації

 

Річні витрати коштів на паливо

 

[тис.грн/рік],                                 (2.7)

де Ц_п – вартість палива (природній газ).  Ц_п = 3509 грн/(тис.м³);

k_вп — коефіцієнт, яким враховують втрати палива (орієнтовно для природного газу дорівнює 1,006).

 

 Річна витрата електричної енергії

 

[кВт∙год/рік].                                    (2.7)

 

Річні витрати коштів на електроенергію

 

[тис.грн/рік],                                  (2.9)

де Ц_ее – тариф на електричну енергію, що дорівнює 0,75 грн/кВт∙год. 

 

Річна витрата  води

 

G_в=G_дв∙1,2∙3600∙365/ρ_св [м³/рік].                           (2.10)

 

Річні витрати коштів на воду

 

[тис.грн/рік],                            (2.11)

де Ц_в – ціна води, що складає 3,84 грн / м³.

 

Витрати на амортизацію

 

 [тис.грн/рік],                                            (2.12)

де К –  балансова вартість, беремо К=30 млн.грн.;

Н_а — норма амортизаційних відрахувань, що включає витрати на реновацію і капітальний ремонт обладнання котельні та залежить від виду її основних фондів, для парових котелень Н_а = 7,5 % [10].

 

 

Витрати на поточний ремонт для закритих котелень

 

 [тис.грн/рік].                                        (2.13)

 

Витрати на заробітну  плату розраховуються з урахуванням основної та додаткової заробітних плат, а також відрахувань на соціальне страхування

 

 [тис.грн/рік],                         (2.14)

 де k_шт – штатний коефіцієнт, за яким визначається чисельність персоналу котельні, це являє собою відношення кількості персоналу за штатним розкладом до встановленої теплової потужності котельні Q_втп, беремо k_шт = 3 чол/МВт;

Q_вст – встановлена теплова потужність котельні, МВт;

Ф_зп – середній річний фонд заробітної плати, грн./рік;

k_дод = 1,33 – коефіцієнт, що враховує додаткові нарахування.

 

Інші витрати

 

 [тис.грн/рік].                                         (2.15)

 

Загальні річні експлуатаційні витрати

 

 [тис.грн/рік].                 (2.16)

 

Річний відпуск  теплоти

 

 [тис.грн/рік].           (2.17)

 

Собівартість  теплової енергії

 

СВ_тепл=С_річ/Q_річ∙10³ [грн/ГДж].                                    (2.18)

 

^{Результати  розрахунків  техніко-економічних показників котельні до і після модернізації зведені в таблицю 2.13.}

 

Таблиця 2.13 – Економічні показники котельні до і після модернізації

Величина	Позначення	Розмірність	Котли
			Е 1/9	ДКВР 4-13
1	2	3	4	5
Річна витрата робочого палива	Вріч	м3/с	3436	3158
Витрати коштів на паливо	Сп	тис.грн/рік	12130	11148
Річна потужність власних потреб	Nвп	кВт	112	122
Річна витрата  електричної енергії	Еріч	кВт∙год/рік	981120	1068720
Витрати коштів на електроенергію	Сее	тис.грн/рік	736	802
Річна витрата  води	Gвріч	м3/рік	1677	1674
Витрати коштів на воду	Св	тис.грн/рік	6,44	6,43

Продовження таблиці 2.13

1	2	3	4	5
Витрати на амортизацію	Са	тис.грн/рік	2250	2250
Витрати на поточний ремонт	Спр	тис.грн/рік	450	450
Витрати на заробітну  плату	Сзп	тис.грн/рік	324	311
Інші витрати	Сін	тис.грн/рік	954	898
Загальні річні  експлуатаційні витрати	Сріч	млн.грн/рік	16,85	15,87
Річний відпуск  теплоти	Qріч	ГДж/рік	212	212
Собівартість  теплової енергії	СВ	грн/ГДж	79	75
Річна економія коштів	Еріч	тис.грн/рік	980

 

Термін окупності установки

 

[років],                                                   (2.19)

де С_обл – ціна нового обладнання, млн.грн;

С_м – ціна монтажу обладнання, млн.грн.

).

 

3 РОЗРОБКА ОХОЛОДНИКА ВИПАРУ З ДЕАЕРАТОРА

 

3.1 Аналіз вихідних  даних і розробка технічних  вимог до об’єкту проектування

 

Вихідні дані для  розрахунку вертикального кожухотрубного теплообмінного апарату:

– грійне середовище – пара;

– нагріване  середовище – вода;

– тиск пари Р_п=0,1 МПа;

– температура  води, що нагрівається, на вході t_в'=16 °С;

– температура  води, що нагрівається, на виході t_в"=56 °С;

– кількість  випару з деаератора G_вип=400 кг/год;

– діаметр труб теплообмінника d=14х16 мм.

 

Середня температура води

 

[°C].                                                    (3.1)

 

Теплофізичні  властивості води при середній температурі [11]:

• коефіцієнт теплопровідності l_в = 0,625 Вт/(м²×К);
• густина r_в = 993,6 кг/м³;
• критерій Прандтля Pr_в = 4,8;
• кінематична в^’язкість n_в = 0,737×10^-6 м²/с;
• теплоємність Ср_в = 4,174 кДж/(кг×К).

 

3.2 Тепловий  розрахунок вертикального кожухотрубного  теплообмінника

 

Параметри пари при атмосферному тиску [11]:

– температура насичення t_н = 99,4 °С;

– ентальпія пари h¢¢ = 2675 кДж/кг;

– ентальпія конденсату пари h¢ = 417,4 кДж/кг.

 

Масова витрата  води, що підігрівається

 

G_в=Q_то/(Ср_в∙(t^``_в-t^`_в)) [кг/с].                                          (3.2)

 

Більша та менша  різниці температур між теплоносіями

 

 [°C];                                                       (3.3)

 [°C].                                                        (3.4)

 

 

 

Середній температурний  напір

 

∆t_ср=(∆t_б-∆t_м)/ln(∆t_б/∆t_м) [°C].                                      (3.5)

Орієнтовна  температура зовнішньої стінки труби

 

t_зс=t_н-∆t_ср /2 [°C].                                                  (3.6)

 

Різниця температур між парою і зовнішньою стінкою

 

 [°C].                                                     (3.7)

 

Приймається середня довжина труби одного ходу H, м.

 

Приведена висота труб для вертикальної поверхні теплообміну

 

                                                      (3.8)

 

Критерій Рейнольдса

 

                                                    (3.9)

 

Коефіцієнт  тепловіддачі до зовнішньої стінки труби

 

α_з=Re/(H∙B∙∆t₁) [Вт/м²∙К].                                 (3.10)

 

Температуру внутрішньої  стінки труби приймаємо орієнтовно на 1^оС менше, ніж температура зовнішньої стінки, тобто

 

 [°C].                                                 (3.11)

 

Критерій Рейнольдса для потоку води в трубах

 

Re_в=w_в∙d_в/ν_в ,                                                   (3.12)

де  w_в – швидкість руху води,  м/с. Приймається [12].

 

Критерій Нуссельта  для води

 

Nu=0,021∙Re_в^0,8∙Pr_в^0,43∙( Pr_в / Pr_ст )^0,25,                             (3.13)

де Pr_ст − критерій Прандтля при температурі внутрішньої стінки.

 

Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої стінки труби до води

 

α_вн=Nu∙λ_в/d_в [Вт/м²∙К].                                             (3.14)

 

Коефіцієнт  теплопередачі для плоскої стінки

 

K=(1/ α_з +δ_ст/ λ_ст+1/ α_вн)^-1 [Вт/м²∙К],                              (3.15)

де l_ст – коефіцієнт теплопровідності нержавіючої сталі.

 

Питомий тепловий потік

 

 [кВт/м²],                                        (3.16)

де φ –  коефіцієнт забруднення поверхні. Приймаємо  φ = 0,8.

 

Площа поверхні нагріву теплообмінника

 

F_ТА=Q/q [м²].                                                   (3.17)

 

Площа поперечного  перерізу труби для проходу води

 

 [м²].                                                (3.18)

 

Кількість труб для проходу води в одному ході

 

n=G_в/(ρ_в∙w_в∙f_в) [шт].                                                (3.19)

 

Приймається до розрахунку більша парна кількість труб.

 

Загальна довжина  труби

 

H=F/(π∙d_зн∙n) [м].                                                     (3.20)

 

Кількість ходів  теплообмінника

 

z=H/H` .                                                       (3.21)

 

Проведено багатоваріантний аналіз теплового розрахунку теплообмінного апарату, результати якого наведені в таблиці 3.1. Проаналізувавши дані, можна зробити висновок, що третій варіант є більш ефективний, тому що в ньому розрахункова похибка має найменше значення.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 3.1 – Варіанти розрахунку охолодника випару з деаератора

Фізична величина	Розмірність	Варіант теплового розрахунку
		1	2	3	4	5
Внутрішній  діаметр труб, dвн	м	0,014	0,014	0,014	0,014	0,014
Зовнішній діаметр  труб, dз	м	0,016	0,016	0,016	0,016	0,016
Товщина стінки, δ	м	0,001	0,001	0,001	0,001	0,001
Коефіцієнт  теплопровідності сталі, λст	Вт/(м×К)	18	18	18	18	18
Кількість випару, Gвип	кг/с	0,11	0,11	0,11	0,11	0,11
Т-ра води на вході, t'в	°С	16	16	16	16	16
Т-ра води на виході, t''в	°С	56	56	56	56	56
Середня т-ра води, tв	°С	36	36	36	36	36
Густина води, ρв	кг/м3	993,3	993,3	993,3	993,3	993,3
Теплоємність  води, Срв	кДж/(кг×К)	4,174	4,174	4,174	4,174	4,174
Теплопровідність  води, λв	Вт/(м×К)	0,627	0,627	0,627	0,627	0,627
В’язкість води, vв∙10-6	м2/с	0,724	0,724	0,724	0,724	0,724
Критерій Прандтля для води, Prв	-	4,7	4,7	4,7	4,7	4,7
Тиск пари, Рп	МПа	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Температура пари, tп	°С	99,4	99,4	99,4	99,4	99,4
Ентальпія пари, h''	кДж/кг	2675	2675	2675	2675	2675
Ентальпія конденсату пари, h'	кДж/кг	417,7	417,7	417,7	417,7	417,7
Густина пари, ρ''	кг/м3	0,59	0,59	0,59	0,59	0,59
Потужність  ТО, Qто	кВт	100,3	100,3	100,3	100,3	100,3
Витрата води, Gв	кг/с	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
Більша різниця  температур, ∆tб	°С	83,4	83,4	83,4	83,4	83,4
Менша різниця  температур,∆tм	°С	43,4	43,4	43,4	43,4	43,4
Середній температурний  напір, ∆tсер	°С	61,2	61,2	61,2	61,2	61,2
Різниця температур між парою і зовнішньою стінкою, ∆t1	°С	31	31	31	31	31
Висота труб одного ходу, H	м	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Приведена довжина  труб, Z	-	1892	1892	1892	1892	1892
Критерій Рейнольдса, Re	-	1367	1367	1367	1367	1367
Коефіцієнт  тепловіддачі до зовнішньої стінки труби, αз	Вт/(м2×К)	5925	5925	5925	5925	5925
Температура внутішньої стінки труби, tвн	°С	68	68	68	68	68
Критерій Прандтля для стінки, Prст	-	2,64	2,64	2,64	2,64	2,64
Швидкість води, wв	м/с	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75
Критерій Рейнольдса для води, Reв	-	10629	11595	12562	13528	14494
Критерій Нуссельта  для води, Nuв	-	78	84	90	95	101
Коефіцієнт  тепловіддачі від внутр. стінки труби до води, αв	Вт/(м2×К)	3512	3765	4014	4260	4501
Коефіцієнт  теплопередачі, K	Вт/(м2×К)	1964	2041	2112	2178	2240
Питомий тепловий потік, q	кВт/м2	96	100	103	107	110
Площа поверхні нагріву, FТА,	м2	1,04	1	0,97	0,94	0,91
Площа поперечного перерізу труби для проходу води, fв×10-3	м	0,154	0,154	0,154	0,154	0,154
Кількість труб, n	шт	8	8	8	6	6
Загальна довжина  труби, Нтр	м	2,6	2,5	2,4	2,3	2,2
Кількість ходів, z		2	2	2	2	2
Похибка	%	7,7	4	0	4,2	8,3