Дипломная работа: Технічні характеристики казана ГМ-30-150 Розрахунок теплової схеми котельні

Дипломний проект на тему: "Технічні характеристики казана ГМ-30-150. Розрахунок теплової схеми котельні"

Анотація

Зроблено розрахунок теплових навантажень, теплової схеми котельні, тепловий розрахунок казана, зроблений вибір устаткування для запропонованої схеми котельні.

Розглянуто питання захисту навколишнього середовища, виконаний розрахунок димаря.

Приводиться короткий опис схеми автоматики.

Зроблено техніко-економічний розрахунок роботи котельні на природному газі.

Зміст

Введення

Опис системи теплопостачання

1. Розрахунок теплових навантажень опалення вентиляції й ГВС

1.1 Сезонне теплове навантаження

1.2 Розрахунок цілорічного навантаження

1.3 Розрахунок температур мережної води

1.4 Розрахунок витрат мережної води

2. Розрахунок теплової схеми котельні

2.1 Розрахунок теплової схеми котельні

3. Тепловий розрахунок казана

3.1 Технічні характеристики казана ГМ-30-150

3.2 Конструктивні характеристики казана

3.3 Топковий пристрій казана ГМ-30-150

3.4 Тепловий розрахунок казана ГМ-30-150

3.5 Тепловий баланс казана й витрата палива

3.6 Розрахунок теплообміну в котельні

3.7 Розрахунок конвектівного пучка

3.8 Зведена таблиця теплового розрахунку казана й нев'язання балансу

4. Вибір устаткування

5. Охорона навколишнього середовища

5.1 Речовини, що забруднюють навколишнє середовище

5.2 Заходу щодо охорони навколишнього середовища

5.3 Розрахунок концентрації забруднюючої речовини

5.4 Розрахунок висоти димаря

6. Автоматизація

Висновок

Література

Введення

Основне призначення будь-якої системи теплопостачання складається в забезпеченні споживачів необхідною кількістю теплоти необхідних параметрів.

Залежно від розміщення джерела теплоти стосовно споживачів системи теплопостачання розділяються на централізовані й децентралізовані.

У децентралізованих системах джерело теплоти споживачів сполучені в одному агрегаті або розміщені настільки близько, що передача теплоти від джерела до теплоприймача може вироблятися без проміжної ланки - теплової мережі.

У системах централізованого теплопостачання джерело теплоти й теплоприймачі споживачів розміщені роздільно, часто на значній відстані, тому передача теплоти від джерела до теплоприймачів виробляється по теплових мережах.

Для транспорту теплоти на більші відстані застосовуються два теплоносії: вода й водяний пара. Як правило, для задоволення сезонного навантаження й навантаження гарячого водопостачання як теплоносій використовується вода, для промислово-технологічного навантаження - пар.

Підготовка теплоносіїв виробляється в спеціальних, так званих установках на ТЕЦ, а також у міських, групових (квартальних) або промислових котелень.

Розвиток електроенергетики ведеться в основному за рахунок будівництва великих теплових і атомних електростанцій з потужними конденсаційними турбінами 300, 500, 800 і 1000 Мвт. У цих умовах будівля нових ТЕЦ економічно виправдана лише в районах, де є комплекси промислових підприємств і житлові масиви з великою концентрацією теплових споживачів.

У тих районах, де концентрація теплового споживання не досягає економічно доцільного для будівлі ТЕЦ максимуму, повинна здійснюватися оптимальна централізація теплопостачання на основі розвитку мережі великих районних котелень.

При централізації теплопостачання й закритті невеликих малоекономічних заводських і домовиків котелень зменшуються витрати палива, скорочується кількість обслуговуючого персоналу й зменшується забруднення навколишнього середовища.

Таким чином, розвиток теплопостачання споживачів проходить по основних напрямках централізації системи, що базується на комбінованому виробітку електроенергії й тепла на потужних ТЕЦ і АТЕЦ високого тиску, у тому числі на чисто опалювальних ТЕЦ; централізації систем теплопостачання великих районних виробничо-опалювальних і чисто опалювальних котелень.

Децентралізоване теплопостачання від невеликих заводських, а також опалювальних квартальних і домовиків котелень, від печей і індивідуальних нагрівальних приладів найближчим часом буде скорочуватися, але все-таки буде мати помітне місце в покритті загального теплопостачання.

Необхідно відзначити, що навіть при теплопостачанні від сучасних ТЕЦ високого й надвисокого тиску покриття піків опалювальних 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 типу будуть мати розрахункове теплове навантаження менш 500 Гкал/год, і для них основними джерелами теплопостачання будуть котельні. Триваюче подорожчання всіх видів органічного палива й зміна вартості встаткування можуть змінити в меншу сторону розрахункові техніко-економічні показники, що є в цей час оптимальними для будівлі ТЕЦ.

Таким чином, використання виробничо-опалювальних і опалювальних котелень у майбутньому збережеться й при цьому передбачається їхнє укрупнення, підвищення економічності використання органічного палива й оснащення новим сучасним обладнанням.

Опис системи теплопостачання

У цей час найпоширеніші двохтрубні закриті системи теплопостачання.

Основними перевагами закритої системи теплопостачання є:

• стабільність (по заходу, кольоровості й іншим санітарним показникам) якості води, що надходить на водоразбор;

• досить простий санітарний контроль системи теплопостачання;

• досить проста експлуатація, тому що стабільний гідравлічний режим;

• простота контролю герметичності системи теплопостачання;

Джерелом теплопостачання району є опалювальна котельня, що складається із чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150 загальною потужністю 111,9 Мвт (96,3 Гкал/ч). Основним паливом для даних казанів є газ, резервним - мазут.

Дана котельня призначена для відпустки тепла у вигляді гарячої води на потреби опалення, вентиляції й гарячого водопостачання району. Споживачами тепла є житлові будинки району й суспільні будинки (навантаження вентиляції).

Схема теплопостачання закрита двохтрубна, регулювання відпустки тепла якісне по опалювальному навантаженню, температурний графік відпустки тепла 150/70 °С.

Населення району 30 000 чоловік.

1. Розрахунок теплових навантажень опалення, вентиляції й гарячого водопостачання

Як споживач комунально-побутового навантаження обраний споруджуваний мікрорайон з житловими будинками квартирного типу при висоті будинків 5 і більше поверхів. Для розрахунку беремо дані м. Суми.

Таблиця 1. Вихідні дані

Найменування	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 теплове навантаження

Таблиця 2. Розрахунок сезонних навантажень

Величина		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 навантаження

Величина		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 температур мережної води

Таблиця 4. Розрахунок температур мережної води

Величина		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 й зворотному трубопроводах розраховуємо по формулах:

, (1)

;(2)

де – величина відносного теплового навантаження:

. (3)

Таблиця 5. Температури мережної води

tн	+ 8	+ 3	0	– 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 витрат мережної води

Таблиця 6. Розрахунок витрат мережної води

Величина		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 t_н > t_ни :

,(4)

кг/с.

При t_н < t_ни :

(5)

Таблиця 7. Розрахунок витрат води мережної води на ГВС

tн	+ 8	+ 3	0	– 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 схеми котельні

2.1 Розрахунок теплової схеми котельні

Таблиця 8. Розрахунок котельні

Розрахункова 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	0
Витрата води по перемичці			кг/з	0
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

3.1 Технічні характеристики казана ГМ-30-150

Метою перевірочного теплового розрахунку котлоагрегату є визначення (по наявних конструктивних характеристиках, заданій навантаженню й паливу) наступних параметрів: температури води й продуктів згоряння на границях між поверхнями нагрівання, КПД агрегату, витрати палива.

Конструкція котлоагрегату розроблена з урахуванням максимального ступеня заводський блочності й уніфікації деталей, елементів і вузлів котлоагрегатів, що працюють на різних видах палива.

Казани ГМ-30-150, виконані по П-Образній схемі, експлуатуються, і випуск їх триває на котельному заводі. Казан ГМ-30-150 поставляється заводом тільки для роботи в основному опалювальному режимі (вхід води здійснюється в нижній колектор заднього топкового екрана, вихід води - з нижнього колектора фронтового екрана).

Топкова камера має горизонтальне компонування. Конфігурація камери в поперечному розрізі повторює профіль залізничного габариту. Конвективна поверхня нагрівання розташована у вертикальній шахті з піднімальним рухом газів.

Казан ГМ-30-150 призначений для спалювання газу й мазуту. На фронтовій стінці казана встановлена пальник з ротаційною форсункою. Схема циркуляції: послідовний рух води по поверхнях нагрівання, вхід - у нижній колектор заднього топкового екрана, вихід - з нижнього колектора фронтового екрана.

Обмуровування над трубна, несучого каркаса немає. Топковий і конвективний блоки мають опори, приварені до нижніх колекторів котлоагрегату. Опори на стику топкового й конвективного блоків нерухливі.

Габаритні розміри казана: довжина 11800 мм, ширина 3200 мм, висота 7300 мм.

Таблиця 9. Технічні характеристики казана ГМ-30-150

3.2 Конструктивні характеристики казана

Топкова камера повністю екранована трубами діаметром 60´3 мм із кроком 64 мм. Екранні труби приварюються безпосередньо до камер діаметром 219´10 мм. У задній частині топкової камери є проміжна екранована стінка, що утворить камеру догорання. Екрани проміжної стінки виконані також із труб діаметром 60´3 мм, але встановлені у два ряди із кроком S₁ = 128 мм і S₂ = 182 мм.

Конвективна поверхня нагрівання розташована у вертикальній шахті з повністю екранованими стінками. Задня й передня стіни виконані із труб діаметром 60(3 мм із кроком 64 мм.

Бічні стіни екрановані вертикальними трубами 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 труб діаметром 28´3 мм. Ширми розставлені таким чином, що труби утворять шаховий пучок із кроком S₁ = 64 мм і S₂ = 40 мм. Передня стіна шахти, що є одночасно задньою стіною топлення, виконана суцільнозварний. У нижній частині стіни труби розведені в чотирирядний фестон із кроком S₁ = 256 мм і S₂ = 180 мм. Труби, що утворять передню, бічні й задню стіни конвективної шахти, уварені безпосередньо в камери діаметром 219(10 мм.

Таблиця 10. Конструктивні характеристики казана ГМ-30-150

3.3 Топковий пристрій казана ГМ-30-150

Казан постачений газомазутної ротаційним пальником РГМГ-30. До достоїнств ротаційних форсунок можна віднести безшумність у роботі, широкий діапазон регулювання, а також економічність їхньої експлуатації, тому що витрата енергії на розпилювання значно нижче, ніж при механічному, паровому або повітряному розпилюванні.

Основними вузлам горілочного пристроя є: ротаційна форсунка, газова частина периферійного типу, пристрій вторинного повітря й воздуховод первинного повітря.

Ротор форсунки являє собою порожній вал, на якому закріплені гайки-живильники.

Ротор приводиться в рух від асинхронного електродвигуна за допомогою кубістської передачі. У передній частині форсунок установлений завихрітель первинного повітря аксіального типу із профільними лопатками, установленими під кутом 30°.

Таблиця 11. Технічні характеристики пальника РГМГ-30

3.4 Тепловий розрахунок казана ГМ-30-150

Вихідні дані:

Паливо ( природний газ, состав (%):

СН₄ - 94,9

З₂ Н₆ - 3,2

З₃ Н₈ - 0,4

З₄ Н₁₀ - 0,1

З₅ Н₁₂ - 0,1

N₂ - 0,9

CО₂ - 0,4

= 36,7 МДж/м³

Обсяги продуктів згоряння газоподібних палив відрізняються на величину обсягу повітря й водяних пар, що надходять у казан з надлишковим повітрям.

Обсяги, ентальпії повітря й продуктів згоряння визначають розраховуючи на 1 м³ газоподібного палива. Розрахунки виконують без обліку хімічної й механічної неповноти згоряння палива.

Теоретично необхідний обсяг повітря:

,(6)

де m і n ( числа атомів вуглецю й водню в хімічній формулі вуглеводнів, що входять до складу палива.

Теоретичні обсяги продуктів згоряння обчислюємо по формулах:

, (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 – коефіцієнт надлишку повітря. Вибираємо коефіцієнт надлишку повітря на вході в топлення α_т і присоси повітря по газоходах Δ? і знаходимо розрахункові коефіцієнти надлишку повітря в газоходах ?.

Таблиця 12. Присоси повітря по газоходах (? і розрахункові коефіцієнти надлишку повітря в газоходах ?²

Наявність присосів повітря приводить до того, що обсяг продуктів згоряння буде відрізнятися від теоретичного, тому необхідно розрахувати дійсні обсяги газів і об'ємні частки газів. Тому що присоси повітря не містять трьохатомних газів, то обсяг цих газів від коефіцієнта надлишку повітря не залежить і у всіх газоходах залишається постійним і рівним теоретичному.

Таблиця 13. Характеристика продуктів згоряння в поверхнях нагрівання

Величина	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, трьохатомних газів, 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 різних температурах газів зводимо в таблицю:

Таблиця 14. Визначення ентальпії продуктів згоряння в газоходах казана

3.5 Тепловий баланс казана й витрата палива

Тепловий баланс парогенератора виражає якісне співвідношення між теплотою, що надійшла в агрегат, називаною розташовуваною теплотою й сумою корисно використовуваної теплоти й теплових втрат.

Таблиця 15. Розрахунок теплового балансу казана

Найменування	Позначення	Розрахункова формула або спосіб визначення	Одиниця	Розрахунок
Розташовувана теплота згоряння палива	Qр р	Qр н + 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]	%	0
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	I0 х.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 в топленні

Таблиця 16. Перевірочний розрахунок топлення

Величина	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	t хв	На вибір	°З	30
Ентальпія присосів повітря	I0 прс	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	k г × rn + k кокс × 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	Qл т	φ×(Qт − I²т)	кДж/м3	14249,6
Середнє теплове навантаження лучевосп. поверхні топлення	qср л		кВт/м3	117,6

3.7 Розрахунок конвективного пучка

Конвективними називають такі поверхні нагрівання, у яких процес передачі теплоти здійснюється шляхом конвективного теплообміну.

Конвективні пучки одержують теплоту не тільки шляхом конвективного теплообміну, але й теплоту прямого випромінювання топлення. При розрахунку такої поверхні нагрівання використовують методику розрахунку конвективних поверхонь нагрівання з обліком прямого випромінювання топлення.

Таблиця 17. Тепловий розрахунок конвективного пучка

Величина	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	(kг rn + kзл mзл ) × 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 теплового розрахунку казана й розрахункове не в'язання теплового балансу

Таблиця 18. Тепловий баланс казана

Нев'язання теплового балансу склало 1,8 %, розрахунок уважаємо вірним.

4. Вибір устаткування

Таким чином, на підставі розрахунків теплової схеми котельні передбачається установка чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150. Для кожного казана встановлюється: димосос Д-13,5x2, n = 750 про/хв із електродвигуном потужністю 55 кВт; вентилятор ВД-15,5, n = 750 про/хв із електродвигуном потужністю 55 кВт.

Мережні насоси водогрійних казанів є відповідальними елементами теплових схем. Мережні насоси вибирають по витраті мережної води G, т/ч. У котельні з водогрійними казанами й підігрівниками мережної води повинне бути встановлене не менш двох мережних насосів. Визначивши з розрахунку G_max = 358,8 кг/з = 1291,6 т/ч.

Вибираю як мережні насоси три відцентрових насоси WILLO-IL 150/320-37/4 (два робітники, один резервний). Для покриття літнього навантаження G_rвс = 128,6 кг/з = 462,9 т/ч установлюємо додатково два робітників і один резервний відцентрові насоси WILLO-IL 150/300-30/4.

Мережні насоси встановлюються на зворотній лінії теплових мереж, де температура мережної води не перевищує 70°С.

Скрупульозні насоси встановлюють для підвищення температури води на вході в казан шляхом підмішування гарячої води із прямої лінії тепломереж. Подача скрупульозних насосів визначена при розрахунку теплової схеми. G_peu = 67,2 кг/с. Вибираємо два насоси (один резервний) WILLO-IL 100/5-21 BF.

Для заповнення витоків води встановлюють насоси. Кількість води для покриття витоків із закритих теплофікаційних систем приймають рівним 0,5% від обсягу води в трубопроводах системи, а подача насоса вибирається вдвічі більше для можливості аварійного підживлення мереж. Вибираємо два насоси (один резервний) MVI 410/PN 16 3.

Для подачі води від джерела водопостачання котельні - водопроводу житлового району - у систему водоподготовки, установлюють мережні насоси. Подача цих насосів визначається максимальною потребою в хімічно очищеній воді й витрати її на власні потреби водоочищення. G_св = 5,55 кг/с. Вибираю два насоси (один резервний) WILLO-IL-E 80/9-48 BF R1.

Для забезпечення надійної роботи котельні зі сталевими водогрійними казанами обов'язкове видалення з води розчинених у ній газів - кисню й вільної вуглекислоти. Витрата води дорівнює 4,62 кг/з = 16,6 т/ч.

Вибираємо вакуумний деаератор: ДВ-18, продуктивністю 18 т/ч.

Для створення вакууму й видалення газів з деаератора використовують вакуумні насоси. Вибираємо ВК-25 з подачею 4-50 м³ /хв. Один робітник і один резервний.

Підігрівники вихідної води:

Вибираємо два теплообмінники ПВ-Z-l 1 з 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 навколишнього середовища здобувають виняткове значення.

5.1 Речовини, що забруднюють навколишнє середовище

Основним джерелом утворення шкідливих речовин при роботі котельні є котлоагрегати. При горінні газу в атмосферу надходять наступні шкідливі речовини:

- окис вуглецю;

- окисли азоту;

- сірчистий ангідрид;

5.2 Заходу щодо охорони навколишнього середовища

При спалюванні різних палив, поряд з основними продуктами згоряння (З₂ , Н₂ ПРО, NO₂ ) в атмосферу надходять забруднюючі речовини у твердому стані (зола й сажа), а також токсичні газоподібні речовини – сірчаний і сірчистий ангідрид (SO₂ , SO₃ ). Всі продукти неповного згоряння є шкідливими (CO, CH₄ , C₂ H₆ ).

Окисли азоту шкідливо впливають на органи подиху живих організмів і викликають ряд серйозних захворювань, а також діють на встаткування й матеріали, сприяють погіршенню видимості.

Окисли азоту утворяться за рахунок окислювання, що втримується в паливі азоту й азоту повітря, і втримуються в продуктах згоряння всіх палив. Умовою окислювання азоту повітря є дисоціація молекули кисню повітря під впливом високих температур у топленні. У результаті реакції в топковій камері утвориться в основному окис азоту NO (більше 95%). Утворення двоокису азоту NO₂ за рахунок NO вимагає значного часу й відбувається при низьких температурах на відкритому повітрі.

У воді NO практично не розчиняється. Очищення продуктів згоряння від NO і інших окислів азоту технічно складний і в більшості випадків економічно нерентабельні. Внаслідок цього, зусилля спрямовані в основному на зниження утворення окислів азоту в топленнях казанів.

Зниження температури підігріву повітря й зменшення надлишку повітря в топленні теж зменшує утворення окислів азоту, як за рахунок зниження температурного рівня в топленні, так і за рахунок зменшення концентрації вільного кисню.

Захист повітряного басейну від забруднень регламентується гранично припустимими концентраціями шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів. Гранично припустима концентрація (ПДК) шкідливої речовини в повітрі є критерієм санітарної оцінки середовища.

Під гранично припустимою концентрацією варто розуміти таку концентрацію різних речовин і хімічних сполук, що при щоденному впливі на організм людини не викликає яких-небудь патологічних змін або захворювань.

ПДК атмосферних забруднень установлюється у двох показниках: максимально-разова й середньодобова.

Для двоокису азоту (NO₂ ) - основного забруднюючі речовини при роботі котельні на природному газі, гранично припустима максимально-разова концентрація дорівнює 0,085 мг/м³ , середньодобова - 0,04 мг/м³ .

При одночасній спільній присутності у викидах речовин односпрямованої шкідливої дії їх безрозмірна сумарна концентрація не повинна перевищувати 1.

,

де:

З₁ , З₂ , З₃ , С_n - фактичні концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м³ .

ПДК₁ , ПДК₂ , ПДК₃ , ПДК_n - гранично припустима концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м³ .

Будь-які гази підлягають розсіюванню в атмосфері, навіть якщо вони не токсичні. Основним методом зниження концентрації викидів на рівні землі є розсіювання їх через високі димарі. З димарів потік газів викидається у високі шари атмосфери, перемішується з повітрям, за рахунок чого концентрація шкідливих речовин на рівні подиху знижується до нормативного значення.

Основним фактором, що впливає на розсіювання токсичних речовин, є вітер.

Таким чином, передбачений проектом комплекс заходів щодо охорони атмосферного повітря включає:

- застосування як основне паливо природного газу ( більш екологічно чистого виду палива;

- установка досить високих димарів (розрахунок наведений нижче);

- котлоагрегати оснащені приладами, що регулюють кількість повітря й процес горіння, що дає можливість контролювати процес горіння палива;

5.3 Розрахунок концентрації забруднюючої речовини (NO₂ )

Витрата палива на чотири казани для зимового режиму:

м³ /с.

Викид окислів азоту:

, г/с(14)

де: - безрозмірний поправочний коефіцієнт, що враховує вплив на вихід окислів азоту якості палива, що спалюється, і способу шлаковидалення;

- коефіцієнт, що характеризує ефективність впливу газів залежно від умов подачі їх у топлення;

- ступінь рециркуляції інертних газів у відсотках витрати повітря;

- коефіцієнт, що враховує конструкцію пальників;

k ( коефіцієнт, що характеризує вихід окислів азоту на 1 т спаленого умовного палива, кг/т.

Для водогрійних казанів:

, кг/т(15)

де: Q_н і Q_ф - номінальна й фактична теплопродуктивності казана, Гкал/ч.

кг/т.

г/с.(16)

Обсяг продуктів згоряння при нормальних умовах для одного казана:

м³ / м³ .

Наведений обсяг:

, м³ / м³ (17)

.

Об'ємна витрата газів, що викидаються, для чотирьох казанів:

, 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 D_o = 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 висоту димаря:

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 режиму становить 20% від теплового навантаження зимового режиму, розраховане для зимового режиму висота димаря буде забезпечувати припустиму концентрацію викидів і при літньому режимі.

6. Автоматизація

У проекті розроблена функціональна схема казана ГМ-30-150. Схема накреслена відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 21.404-85 і представлена в графічній частині проекту.

Надійна, економічна й безпечна робота котельні з мінімальним числом обслуговуючого персоналу може здійснюватися тільки 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 спалюванні використовуваного палива й стабілізація основних параметрів роботи котельні.

Температура води, що подається в тепломережу відповідно до опалювального графіка, підтримується на заданому рівні «холодним перепуском». Задана витрата води, незалежно від кількості працюючих казанів, забезпечується регулятором витрати (клапаном на лінії рециркуляції), що одержує імпульс по перепаду тисків між колекторами прямої й зворотної мережної води казанів.

Регулятор підживлення забезпечує підтримка заданого тиску у зворотному трубопроводі мережної води.

Для забезпечення якісної деаерації передбачені вакуумні деаератори, усталена робота яких підтримується регуляторами рівня й тиску.

Для казанів передбачене регулювання процесу горіння за допомогою регуляторів розрядження повітря й палива.

Стабілізація тиску мазуту в пальника казана здійснюється загалькотельним регулятором тиску.

Підтримка на виході казана температури 150 °С при спалюванні мазуту дозволяє уникнути низькотемпературної корозії поверхонь нагрівання. При спалюванні природного газу підтримується температура на вході в казан по режимній карті.

Комплектом засобів керування забезпечується безпека роботи казана шляхом припинення подачі палива при:

■ Відхиленні тиску газу (зниженні тиску мазуту);

■ Відхиленні тиску води на виході з казана;

■ Зменшенні витрати води через казан;

■ Підвищенні температури води за казаном;

■ Загасанні факела в топленні;

■ Зменшенні тяги;

■ Зниженні тиску повітря;

■ Аварійній зупинці димососа;

■ Несправності ланцюгів або зникненні напруги в схемі автоматики безпеки.

Операції по пуску казана відбуваються автоматично «від кнопки». Аварійний сигнал зупинки казана винесений на щит СТОСІВ.

У котельнях установлюють прилади, що показують, для виміру температури води в що подає й зворотному колекторах, температури рідкого палива в загальній напірній магістралі.

У котельні повинна бути передбачена реєстрація наступних параметрів: температури води в трубопроводах, що подають, теплової мережі й гарячого водопостачання, а також у кожному зворотному трубопроводі; витрати води, що йде на підживлення теплової мережі.

■ Теплотехнічний контроль містить у собі контроль за:

■ Температурою води після казана;

■ Температурою води перед казаном;

■ Температурою димових газів за казаном;

■ Тиском води після казана;

■ Тиском мазуту після вентилятора;

■ Розрядженням у топленні.

Живильні установки обладнають приладами, що показують, для виміру: температури води в акумуляторних і живильних баках або у відповідних трубопроводах; тиску живильної води в кожній магістралі; рівня води в акумуляторних і живильних баках.

Висновок

У дипломному проекті був запропонований проект котельні з установкою чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150.

Був зроблений розрахунок теплових навантажень, теплової схеми котельні й тепловий розрахунок казана.

Також у дипломному проекті були розглянуті 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 й теплові мережі. - К., 1999

3. Е.Ф.Бузинков К.Ф. Роддатис Э.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. Тепловий розрахунок промислових парогенераторів. - К, 1990

6. В.В. Кирилов. Джерела й системи теплопостачання промислових підприємств. Конспект лекцій. – К., 1999

7. Н.Б. Либерман М.Т. Нянковська. Довідник по проектуванню котельних установок систем централізованого теплопостачання. - 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 по экономической части дипломногопроекта // Составитель А.А. Алабугин; под ред. Н.И. Цыбакина. – М., 2000

11.Организация, планирование и управление энергетическимхозяйством промышленного предприятия. Методическиеуказания 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 эксплуатацияводоводяных тепловых сетей. – К., 1998

14.Л.А. Рихтер Э.П. Волков В.Н. Покровский. Охрана трудаводного и воздушного бассейна от выбросов ТЭЦ -М., 1981

15.А.Н. Бабин. Топливо и основы теории горения: Методическиеуказания к выполнению домашнего задания. - Челябинск,ЧПИ, 1988