Котельная ДЕ-10-14. Котельна_Мельник ДЕ-10-14. Пояснювальна записка до курсового проекту Котельні та їх обладнання Виконав студент гр. 302ст мельник В. В

• Название: Пояснювальна записка до курсового проекту Котельні та їх обладнання Виконав студент гр. 302ст мельник В. В
• Анкор: Котельная ДЕ-10-14.doc
• Дата: 05.03.2022
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: Котельна_Мельник ДЕ-10-14.doc
• Тип: Пояснювальна записка; #383727

Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний технічний університет

ім. Ю.Кондратюка
Кафедра теплогазопостачання і вентиляції


Пояснювальна записка

до курсового проекту

„Котельні та їх обладнання”


Виконав

студент гр. 302-СТ

Мельник В.В.
Керівник роботи:

Федяй Б.М.

Полтава 2009

З міст
Завдання на виконання курсового проекту ............................................................................... 2
1. Вхідні дані ............................................................................................................................................... 4

2. Підрахунок кількості продуктів горіння .................................................................................. 5

3. Витрати палива на один котел ................................................................................................. 5

4. Кількість котлів у котельні ......................................................................................................... 6

5. Аеродинамічний розрахунок котельні ...................................................................................... 6

5.1. Розрахунок тиску, що повинен створювати дуттєвий вентилятор ........ 6

5.2. Розрахунок тиску, що повинен створювати димососом ................................. 7

5.3. Підбір дутєвого вентилятора і димососа .............................................................. 13

6. Розрахунок обладнання водопідготовки ................................................................................ 14

6.1. Розрахунок постійної продувки котла ................................................................... 14

6.2. Вибір фільтрів для пом'якшення води ...................................................................... 16

6.3. Розрахунок солерозчинника ......................................................................................... 17

6.4. Вибір фільтрів для освітлення води ........................................................................ 17
6.5. Розрахунок конденсатних і живильних баків. Підбір деаераторів ........... 18

7. Підбір допоміжного обладнання .................................................................................................. 18

7.1. Підбір живильних насосів ............................................................................................... 18

7.2. Підбір конденсатного насоса ...................................................................................... 19

7.3. Підбір підвищувального насоса .................................................................................. 19

7.4. Підбір солевого насоса ................................................................................................... 20

7.5. Розрахунок теплообмінника попереднього нагріву вхідної води ............. 20

7.6. Розрахунок теплообмінника остаточного нагріву вхідної води .............. 21
Література ................................................................................................................................................ 23
1. Вихідні дані

• 
  За завданням маємо паливо: вугілля Єгоршинського родовища.
  

1. 
   Теоретичний об’єм повітря необхідний для спалювання 1кг палива: 6,148 м³/кг
   
2. 
   Теплотворна здатність: Q_н^Р=2671 МДж/кг (6380 ккал/кг).
   

Об’єм продуктів згорання: 11,16 м³/кг

3. 
   Об'єм трьохатомних газів: =1,07 м³/кг
   
4. 
   Об'єм двохатомних газів: =7,88 м³/кг
   
5. 
   Об'єм водяних парів =2,21 м³/кг
   

• 
  Тип котла за завданням ДЕ 10-14
  

1. 
   Паропродуктивність: 9,9т/год
   
2. 
   Тиск на виході із котла: 1,41 МПа
   
3. 
   Температура живильної води 79 ⁰С
   
4. 
   Тип топочного пристрою: ГМ-7
   
5. 
   Марка водяного чавунного економайзера ЕП1-330,4
   
6. 
   Габаритні розміри: довжина-6325 мм, ширина-3205 мм, висота - 4740мм
   

• 
  Економайзер ЕП1-330,4
  

1. 
   Площа поверхні водяного економайзера: 330,4м²
   
2. 
   Кількість колонок: 2шт.
   
3. 
   Довжина труб: 2м
   
4. 
   Максимально-допустимий робочий тиск: 3МПа
   
5. 
   Гідравлічний опір: (не більше) 0,2МПа
   
6. 
   Аеродинамічний опір: (не більше) 343Па
   
7. 
   Кількість труб у рядку: 7
   
8. 
   Кількість рядів по групах: 4+8+4
   
9. 
   Кількість груп у колонках: 3
   
10. 
    Кількість (робочих) сопл у обдувочному пристрої 64шт
    
11. 
    Максимально-допустиме розрідження чи тиск газів у міжтрубному просторі -1600, +3000 Па
    
12. 
    Габаритні розміри: довжина-3805 мм, ширина-1300 мм, висота- 3515 мм
    
13. 
    Маса без коробу: 11,35т
    
14. 
    Тип короба: 08
    

2. Підрахунок кількості продуктів горіння

Назва величини	Формула для розрахунку	Кількість надлишку повітря
		α топки (1,2)	α конв.ч. (1,3)	α економ.(1,4)
Теоретична к-ть. повітря	V0	9,96	9,96	9,6
Величина	α-1	0,2	0,3	0,4
Об'єм надлишкового пов.	∆V=(α-1)V0	1,33	1,995	2,66
Теор. к-ть. 3-х атомних газів		1,07	1,07	1,07
Теор. к-ть. 2-х атомних газів		7,88	7,88	7,88
Об'єм сухих газів		7,79	8,455	9,12
Об'єм вод. парів		0,631	0,642	0,653
Заг.об'єм димових газів		8,4	9,065	9,73
Об'ємна доля 3-х атомних газів		0,143	0,132	0,123
Об'ємна доля вод. парів		0,075	0,071	0,067
Темп. точки роси	tP=f(r)	40,3	39,1	38,2

3. Витрати палива на один котел
Різниця ентальпії водяної пари і живильної води:



Знаходимо теплопродуктивність котла (Д беремо із завдання, кг/год):



Визначаємо витрати палива у топці даного котла (η=83,4% для КЕ10-14)



4. Кількість котлів у котельні
Згідно завдання:

- витрати водяної пари на технологічні потреби 6 т/год

- витрати теплоти на потреби опалення 9 МВт

- витрати води пари на власні потреби (Y) 1%

Визначимо номінальну теплопродуктивність одного котла:



Теплове навантаження на технологічні потреби:



Тоді сумарне теплове навантаження:



Визначимо кількість котлів у котельні:



Отже остаточно приймаємо 2 котли плюс один резервний. Всього 3.
5. Аеродинамічний розрахунок котельні
5.1. Розрахунок тиску, що повинен створювати дуттєвий вентилятор

• 
  Визначимо втрати тиску у повітропроводі.
  

Спочатку визначимо розміри повітропрооду (задаємося швидкістю повітря (3-8 м/с): ω= 5 м/с

Тоді площа живого перерізу:



Враховуючи те, що у поперечному перерізі даний трубопровід квадратної форми, то відповідно габаритний його розмір:



Так як розміри повинні бути кратні 5 см, то остаточно приймаємо а=0,7 м.

Знайдемо еквівалентний діаметр даного трубопроводу:

,

де П- змочений периметр

Як бачимо, на шляху повітря па даному трубопроводу є чотири повороти по 45^о, загальний коефіцієнт місцевих опорів яких ξ= 2, та чотири повороти по 90^о, ξ= 4.

Так як температура внутрішнього повітря у котельні 30 ⁰С, то маємо відповідну густину повітря:

Тоді втрати тиску у повітропроводі будуть визначатися наступним чином (l=9 м):

,

де як бачимо сума місцевих опорів:

• 
  Приймемо втрати в пальнику рівні (пальник ГМ-7, t_в=30^о)
  

Тоді, тиск, який повинен створювати дуттєвий вентилятор буде рівний:



5.2. Розрахунок тиску, що повинен створювати димосос

• 
  Приймемо розрідження, що створюється у топці із умов техніки безпеки рівним
  

• 
  Втрати тиску у конвективних пучках котла розраховуються на основі рівняння , і складаються з втрат тиску на поворотах та у міжтрубному просторі.
  
• 
  Втрати тиску у міжтрубному просторі визначаються за формулою:
  

де  ^к1,2 – коефіцієнти опору відповідно першого та другого пучків;



де - коефіцієнт місцевого опору 1 ряду труб, визначається за допомогою допоміжних коефіцієнтів, взятих з додаткової

літератури:



Швидкість димових газів для першого та другого пучка визначається за формулою, дані для якої були взяті з попереднього розрахунку котельного агрегату:



Густина димових газів:



Таким чином:

• 
  Втрати тиску на поворотах визначаються:
  

Швидкість в місці повороту визначається:



де - середня площа живого перерізу в місці повороту, визначається за формулою:



де , , , , - площі живих перерізів по ходу димових газів, визначають за формулою:


Таким чином втрати тиску в конвективних пучках становлять:

• 
  Розрахунок втрат тиску в економайзері.
  

Втрати тиску в економайзері, як і в конвективних пучках, складаються з втрат тиску на місцевих опорах(поворотах), а також втрат у між трубному просторі.

Втрати тиску на поворотах визначаємо аналогічно за формулами:



де швидкості в місцях повороту визначаються:



а середні площі живих перерізів:



де фактичні площі:



Втрати тиску у між трубному просторі:



Тоді втрати тиску в економайзері:

• 
  Визначимо втрати тиску на ділянці котел-економайзер
  

• 
  Визначимо втрати тиску на ділянці економайзер-димосос.
  

Задамося швидкістю димових газів на ділянці 6-8 м/с та знайдемо пощу живого перерізу:

• 
  Визначимо втрати тиску на ділянці димосос-боров.
  

Задамося швидкістю димових газів на ділянці 6-8 м/с та знайдемо пощу живого перерізу:

• 
  Визначимо втрати тиску на ділянці боров-димова труба.
  

Специфіка встановлення димової труби вимагає від нас розрахунку двох ділянок «боров-димова труба». На першій ділянці маємо димові гази, що надходять із одного котла. На другій ділянці кількість приєднаних котлів – два.

Отже, для першої ділянки:





для другої ділянки:

• 
  Визначимо втрати тиску у димовій трубі.
  

А) визначаємо площу вихідного отвору димової труби. Для цього необхідно знати температуру димових газів на виході із труби. Для її знаходження скористаємося величиною питомого зниження температури газів по висоті труби:





Б) визначаємо діаметр вихідного отвору



Приймаємо діаметр вихідного отвору 1м. Висота труби - 30м.

В) визначаємо швидкість газу у трубі



Тоді втрати тиску у димовій трубі будуть

• 
  Розрахунок самотяги
  

Отже, тиск який повинен створювати димосос буде



5.3. Підбір дутєвого вентилятора і димосоа

• 
  Підбір димососа
  

Головні показники димососа - його продуктивність Q, і тиск, який він розвиває. Продуктивність димососа чисельно дорівнює розрахунковій кількоті газів на газовому тракту, м³/г;



де: B_pV_г, - повний об'єм газів перед димососом з урахуванням підсосів по газовому шляху;

t_дим- температура газів при проходженні їх через димосос,°С ;

Вибір марки димососа виконується з урахуванням відмінності фактичної температури димових газів і тих умов, для яких наведена заводська характеристика. Як правило, характеристики для димососів даються за температури 200°С або 473°К. Для перерахування повного тиску на заводські умови або із заводських на умови транспортування газів використовують залежність, Па:



де:

- фактичні втрати тиску в газовому тракті;

-фактична температура газів, К;

Т_завод - температура газів, прийнята при побудові заводських характеристик, °К.

Потужність електродвигуна для роботи димососів розраховується за формулою, кВт :



де:

к - коефіцієнт запасу потужності, приймається залежно від потужності котельні,

к=1,1÷1,2;

η_д - коефіцієнт корисної дії, приймається із характеристики.

Отже, вибираємо димосос марки ДН-10.

• 
  Підбір дуттєвого вентилятора
  

Базовими даними для підбору дуттєвого вентилятора, як і для умов димососа, є його продуктивність і наявний тиск, ∆р_д.в. . Необхідний тиск для вентилятора знаходять після аеродинамічного розрахунку повітряного шляху. Аеродинамічний розрахунок виконують від забірного отвору до топки включно. Продуктивність вентилятора:



де:

к =1,05 - коефіцієнт запасу; V^н_o - теоретично необхідний об'єм повітря для спалення 1 кг твердого палива або 1 нм³ газоподібного палива, приймається із першої частини проекту.

Коефіцієнт лишку повітря α_т, температуру повітря t_n також приймають із проекту котлоагрегата.

Тиск, який повинен створюваться вентилятором, обчислюють за формулою. Па:



Потужність вентилятора:




Отже, вибираємо дуттєвий вентилятор марки ВДН-8.

6. Розрахунок обладнання водопідготовки
6.1. Розрахунок постійної продувки котла

Обробку води приймаємо у Nа- катіонітових фільтрах.

• 
  Визначимо солевміст води після хімводоочистки
  

Загальна жорсткість складається із тимчасової та постійної у нашому випадку в такому співвідношенні:



Концентрація солей:



Обробку води проводимо у натрій-катіонітових фільтрах.



Визначимо солевміст після ХВО по відношенню до тимчасової жорсткості



Х₁ – солевміст води в перерахунку на гідрооксид натрію після проходження води через натрій-катіонітові фільтри.

Визначимо солевміст після ХВО по відношенню до постійної жорсткості



Визначимо загальний солевміст після ХВО.



Тоді, загальний солевміст після ХВО буде

• 
  Визначаємо кількість продувної води для всіх котлів теплогенеруючої установки
  

,

де S_жв- солевміст живильної води,



Д_к= 9900 кг/год - парова потужність котла,

S_кв= 3000мг/л - солевміст котлової води,

S_к= 10 мг/л - солевміст конденсату,

к= 0,73 - частка повернення конденсату.

• 
  Визначимо кількість вторинної пари
  

,

де і_к= 828 ккал/кг - тепловміст продувної води (при р=1,4 МПа),

η=0,98 - коефіцієнт охолодження,

і_р= 1,982 ккал/кг - тепловміст продувної води при тиску у розширювачі,(при р=0,2 МПа),

r_р= 2202 ккал/кг - прихована теплота пароутворення (при р=0,2 МПа),

х= 0,96 - ступінь сухості пари на виході із розширювача.

• 
  Визначимо об'єм розширювача постійної продувки (сепаратора):
  

,

де V= 0,902 м³/кг - питомий об'єм пари при тиску в розширювачі,

R= 800 - напруга парового розширювача.

Отже, приймаємо розширювач із типорозміром №1 (d= 0,67 м, Н= 2,917 м, р_робоч= 0,6 МПа, р_{пробний}= 0,9 МПа).
6.2. Вибір фільтрів для пом'якшення води

Втрати вихідної води для парової котельні



Розрахункова кількість води

,

де Н₀= 5,1 гекв/м³ - загальна твердість вихідної води,

Е= 280 гекв/м³ -ємність поглинання сульфовугілля.

Об'єм катіоніту у фільтрі



, де τ= 18 год - міжрегенераційний період.

Приймемо висоту заповнення фільтру h= 2 м, і кількість фільтрів п_ф=2

Визначаємо площу перерізу фільтру:



Приймаємо діаметр фільтру d= 0,7 м (висота завантаження 2м, пересічна площа F^/= 0,38 м², ширина 1,4 м, висота 3,56 м).

Уточнимо час між регенераційного періоду



Оскільки запроектовані ще й бар'єрні фільтри , то час міжрегенераційного періоду приймемо 9 годин.

Тоді, кількість регенерацій протягом доби - 2.

Фактична швидкість фільтрації


6.3. Розрахунок солерозчинника

Визначення кількості солі (NaCl), що необхідна для регенерації Na- катіонітового фільтру:

,

де а= 200 г/гекв - кількість солі NaCl на регенерацію сульфовугілля, що утримує 1 гекв твердості,

Е= 280 гекв/м³ -ємність поглинання сульфовугілля.

Тоді об'єм солі на одну регенерацію, приймаючи насипну густину солі ρ = 1000 кг/м³ ,буде



Тоді, прийнявши висоту засипки солі у солерозчиннику h_c= 0,6 м, визначаємо площу його перерізу:



Знайдемо діаметр солерозчинника:



Отже, приймаємо солерозчинник №2 із зовнішнім діаметром d= 0,377 м і висотою Н= 1,780 м.
6.4. Вибір фільтрів для освітлення води

У ролі освітлюваних фільтрів у системах водопідготовки застосовують типові напірні однопроточні фільтри, завантажені антрацитом чи кварцовим піском.

Основою для підбору освітлюваного фільтру є значення площі фільтрації

,

де α=1,1 - коефіцієнт, який враховує кількість води на власні потреби котельні,

w_ф= 7 м/год - швидкість фільтрації (приймають у межах 5-10м/с).

Отже, приймаємо освітлювальний фільтр із діаметром d= 1,5 м і площею фільтрування F= 1,72 м².


6.5. Розрахунок конденсатних і живильних баків. Підбір деаераторів

• 
  Для збирання конденсату, що повертається до котельні, встановлюють конденсатні баки. Їх об'єм повинен бути достатнім для збору двогодинної кількості поверненого конденсату
  

,

де β= 0,8 - коефіцієнт заповнення бака.

У паровій котельні встановимо 2 бака однакової місткості.

• 
  Живильні баки на відміну на відміну від конденсатних служать для накопичення пом'якшеної та деаеровоної води. Об'єм живильної води у баці розраховують за наступною залежністю:
  

Використаємо у якості живильних баків деаераторні ємності, тоді їх об'єм буде:



Приймемо деаератор ДСА з наступними характеристиками баку: місткість 25 м³, діаметр 2,2 м, довжина 8,2 м.

• 
  Вибір деаераторної колони виконаємо за його продуктивністю:
  

Отже, приймаємо деаераторну колонку з діаметром 1,2 м і висотою 1,5 м і продуктивністю 50 т/год.

7. 
   Підбір допоміжного обладнання
   
   1. 
      Підбір живильних насосів
      

Живильні насоси подають пом'якшену деаеровану воду в котел.

де р_б= 1,4 МПа - найбільш можливий тиск у барабані котла,

р_д= 0,12 МПа - надмірний тиск у деаераторі,

Н_г=5 м - геодезична різниця позначок котла і деаератора,

- втрати тиску у трубопроводі.

Продуктивність живильних насосів:

А) для насосів із електродвигунами (β= 1,1)



Б) для парових насосів (β= 0,5):



Отже, за відомими значеннями тиску і продуктивності підбираємо живильні насоси: К-40/50 (Д_К =148 мм, п=2900 хв^-1, η=63%, N = 2,4кВт).

2. 
   Підбір конденсатного насоса
   

Конденсатні насоси призначені для перекачки конденсату із конденсатного баку до деаераторної головки.

,

де Н_г= 6 м - різниця геодезичних позначок колонки деаератора та конденсатного бака,

р_д= 0,12 МПа - надмірний тиск у деаераторі,

Продуктивність конденсатних насосів:



Відповідно до значень тиску та продуктивності призначаємо насос

К-20/30 (Д_К =148 мм, п=2900 хв^-1, η=63%, N = 2,4кВт).

3. 
   Підбір підвищувального насоса
   

Насоси встановлено так, щоб основний потік оброблюваної води прокачувався через увесь ланцюг фільтрів, теплообмінників і подавався до деаераторної головки.

,

де Н_г= 10 м - геодезична різниця позначок насоса і деаераторної головки,

р_д= 0,12 МПа - надмірний тиск у деаераторі,

Δр_тр= 36∙10^-4 МПа при довжині трубопроводів 36 м,

- гідравлічний опір теплообмінників попереднього та остаточного нагріву вихідної води (на кожний по 2 м.вод.ст),

Δр_ф= 0,06 МПа - гідравлічний опір створюваний фільтрами,

р_ввод= 0,05 МПа - тиск у водопроводі перед підвищувальним насосом.

Продуктивність цих насосів відповідно дорівнює вихідній кількості води, що подається на освітлювальні фільтри, тобто Д_р= 8,57 м³/год.

Отже, приймаємо насос К-20/30 із Д_к= 30 мм (n= 2900 хв^-1, η=0,45).

4. 
   Підбір солевого насоса
   

Солеві насоси передбачаються в схемі водопідготовки для виконання кількох функцій. Даний насос підберемо при максимально завантаженому режимі - регенерації катіонітових фільтрів.

,

де Δр_ф= 0,06 МПа - гідравлічний опір створюваний фільтрами.

Продуктивність солевого насоса



, де g_с= 45,56 кг - кількість солі на одну регенерацію, ρ= 1,056 т/год - щільність солевого розчину, τ= 1,5 год - час регенерації фільтра, в=6 - процент солі в регенераційному розчині.

Отже, приймаємо насос 1,5 ХК-6 із Д_к= 128 мм, 2900 хв^-1 .

5. 
   Розрахунок теплообмінника попереднього нагріву вхідної води
   

Весь розрахунок зводиться до визначення площі поверхні нагріву теплообмінника.

,

де β= 0,8 - коефіцієнт забруднення поверхонь теплообміну,

к= 4500 кДж/(м²гК) - середній коефіцієнт теплопередачі.

У даному теплообміннику гріючим теплоносієм є високотемпературна вода із бака-сепаратора (розширювача), що має температуру 132,9 ⁰С, її скидають у каналізаційну мережу із температурою 30 ⁰С. Кількість же її можна визначити як різницю:



Тоді, кількість теплоти, що віддає даний теплоносій (с= 4,187 кДж/(кг⁰∙С) - теплоємність води), буде:



З іншого боку, за рахунок даної теплоти йде підігрів сирої води, що надходить на підживлення у блок ХВО. Початкова температура сирої води, що надходить із водопроводу, +15 ⁰С. Визначимо температуру, з якою дана вода виходить із теплообмінника. Кількість сирої води G= Д_вх =8570(кг/год)



Т оді, маємо що середньо логарифмічна різниця температур рівна


Тоді,



7.6. Розрахунок теплообмінника остаточного нагріву вхідної води

У даному теплообміннику гріючим теплоносієм є живильна вода із деаератора, що має температуру 103 ⁰С, на виході маємо t_вих=79 ⁰С. Кількість живильної води



Тоді, кількість теплоти, що віддає даний теплоносій (с= 4,187 кДж/(кг⁰С) - теплоємність води), буде



З іншого боку, за рахунок даної теплоти йде підігрів води, що надходить до деаераторної головки. Початкову температуру даної води, що надходить із ХВО, можна приймаємо рівною температурі на виході із першого теплообмінника 19 ⁰С. Визначимо температуру, з якою дана вода виходить із теплообмінника. Кількість підігріваємої води G=Д_вх=8570(кг/год).



Оскільки t_x>103°C то та кількість тепла яку пропонує первинний теплоносій вторинному не може бути повністю ним сприйнята, отже тепловий потенціал первинного теплоносія можна використати для підігріву ще якогось вторинного теплоносія (наприклад води на потреби опалення).

Тоді кількість тепла яку необхідно передати воді, що надходить з ХВО, щоб нагріти її до 95°С рівна:



Тоді, маємо що середньо-логарифмічна різниця температур рівна



Тоді теплообміну для даного теплообмінника повинна бути:



ЛІТЕРАТУРА




1. Щеголев М.М. , Гусев Ю.Ю. , Иванова М.С. Котельные установки - М.: Стройиздат, 1972.

2. Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности - М.: Энергия, 1975.

3. Манюк Справочник по наладке водяных тепловых сетей

4. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч1. Отопление/ В.Н.Богословский, Б.А.Крупнов, А.Н.Сканави и др.; Под ред. И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1990.

5. Методичні вказівки до курсового проекту "Теплогенеруючи установки" / Винник В.І., Хрящевський В.М.- Полтава: ПДТУ, 1998.