Выбор количества и типоразмера котлов

Содержание

1...... Задание....................................................................................................................................... 2

2...... Выбор количества и типоразмера котлов............................................................................ 2

3...... Описание тепловой схемы котельной.................................................................................. 5

4...... Расчет тепловой схемы котельной........................................................................................ 6

5...... Выбор вспомогательного оборудования........................................................................... 10

5.1. Выбор насосов.......................................................................................................................... 10

5.2. Выбор теплообменников........................................................................................................ 14

6...... Расчет и подбор тягодутьевого оборудования................................................................ 16

6.1 Расчет объемов продуктов сгорания и КПД-брутто котлоагрегата................................ 16

Список использованных источников............................................................................................ 21

 

 

 

Задание

Тема работы: Проектирование автоматизированной котельной по следующим исходным данным:

 

Выбрать количество и типоразмеры котлов по заданным тепловым нагрузкам; рассчитать тепловую схему котельной; подобрать основное оборудование котельной.

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию, МВт.	1,5	1,6	1,2	1,8	2,4	2	0,8	1	1,4	0,9
на ГВС, МВт	0,1	0,4	0,35	0,5	0,15	0,45	0,55	0,35	0,2	0,25
Параметры теплоносителя°С	90 /70	95 /70	100 /70	105 /70	110 /70	110 /75	95 /75	90 /75	100 /75	105 /75
Вид топлива	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.
Низшая теплота сгорания топлива кДж/м3	35 800	36630	20430	35 800	36630	20430	35 800	36630	20430	35 800
Местоположение	Пермь	Елабуга	Казань	Ижевск	Глазов	Тамбов	Ставрополь	Смоленск	Чердынь	Н.Новгород

 

 

	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию, МВт.	1,5	1,6	1,2	1,8	2,4	2	0,8	1	1,4	0,9
на ГВС, МВт	0,1	0,4	0,35	0,5	0,15	0,45	0,55	0,35	0,2	0,25
Параметры теплоносителя°С	90 /70	95 /70	100 /70	105 /70	110 /70	110 /75	95 /75	90 /75	100 /75	105 /75
Вид топлива	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь
Низшая теплота сгорания топлива кДж/м3	35 800	36630	20430	21800	29400	35 800	36630	20430	21800	29400
Местоположение	Пермь	Елабуга	Казань	Ижевск	Глазов	Тамбов	Ставрополь	Смоленск	Чердынь	Н.Новгород

 

 

1. Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию – 0,9 МВт, на ГВС – 0,25 МВт.

2. Местоположение - г.Нижний Новгород.

3. Параметры теплоносителя: 95 /70 °С.

4. Вид топлива – природный газ.

5. Низшая теплота сгорания топлива – 35 800 кДж/м³.

 

 

Описание тепловой схемы котельной

Принципиальная тепловая схема котельной приведена на рисунке 2.

Рис.2 – Принципиальная тепловая схема автоматизированной котельной: 1-водогрейный котел; 2-сетевые насосы; 3-подпиточные насосы; 4-котловые насосы; 5-рециркуляционный насос; 6-калорифер; 7-подогреватель сетевой воды; 8-клапан подпитки сети; 9-клапан подпитки котлов; 10-клапан сброса воды; 11-регулирующий клапан калорифера; 12-регулирующий клапан подогревателя сетевой воды; ТЕ-датчик температуры; РЕ-датчик давления.

 

Сетевая вода из обратного трубопровода Т2 подается сетевым насосом 2 в подогреватель сетевой воды 7, в котором нагревается водой из котлов и подается в тепловую сеть. Регулирование отпуска теплоты осуществляется автоматическим клапаном 12.

Регулировка температуры сетевой воды при изменении температуры наружного воздуха осуществляется методом качественного регулирования, который заключается в регулировании отпуска теплоты путём изменения температуры теплоносителя, подаваемого в сеть, при неизменном расходе.

Температура воды на входе в котел должна быть выше точки росы дымовых газов, чтобы не было конденсации водяного пара в конвективных пучках котла. При сжигании природного газа подаваемую в котлы воду нагревают до 70°С путем подмеса нагретой воды (95°С) в питающий трубопровод рециркуляционным насосом 5.

Циркуляцию воды в контуре котлов обеспечивают котловые насосы 4.

Потери теплоносителя в котлах и тепловой сети восполняются предварительно очищенной водой при помощи подпиточных насосов 3. Регулирование объема подпитки осуществляется клапаном подпитки сети 8 и клапаном подпитки котлов 9.

Отопление помещения котельной осуществляется калорифером 6.

 

Выбор вспомогательного оборудования

Выбор насосов

Для упрощения расчетов в данной контрольной работе насосы выбираем по расходу воды без учета напора. Производительность насоса подбирается с учетом коэффициента запаса .

В проектируемой котельной используем насосы с электроприводом. В соответствии со СНиП II-35-76 «Котельные установки» [2], при использовании насосов с электроприводом, они должны быть подключены к двум независимым источникам электроснабжения. Число и производительность насосов выбираются с таким расчетом, чтобы в слу­чае остановки наибольшего по производительности насоса оста­вшиеся обеспечили подачу воды в необходимых количествах.

 

       5.1.1 Выбор сетевых насосов

Сетевые насосы предназначены для обеспечения циркуляции теплоносителя в тепловой сети. Сетевые насосы устанавливаются на выходе из котельной в обратной линии тепловой сети перед подогревателями, так как температура сетевой воды в данной точке не превышает 70 °С.

Количество устанавливаемых насосов и их единичная производительность определяется, исходя из условий обеспечения наиболее экономичной их работы в течении года. Для достижения необходимой надежности снабжения водой котлов должно приниматься не менее двух сетевых насосов. Суммарная производительность сетевых насосов в котельной должна быть такой, чтобы при выходе из любого насоса оставшиеся обеспечивали подачу максимального расчетного расхода сетевой воды.

Расход одного насоса:

	(22)
где  – максимальный расход сетевой воды, т/ч.

В качестве сетевых применяем два одноступенчатых центробежных насоса типа "ин-лайн" GRUNDFOS TP 100-60/4. Противолежащие всасывающий и напорный патрубки позволяют выполнить монтаж на трубе или на бетонном фундаменте. Необслуживаемое торцевое уплотнение из коррозионно-стойкого материала.

Один насос является основным, второй – резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 3.

 

Таблица 3. – Технические характеристики насоса GRUNDFOS TP 100-60/4.

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочих колес и промежуточных камер	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	0.. 140 °C
Текущий рассчитанный расход	55 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	5,1 м
Тип электродвигателя	90SB
Номинальная мощность электродвигателя	1,1 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	4,65 A
Максимальное рабочее давление	6 бар.
Диапазон температур окружающей среды	0.. 60 °C
Класс защиты	IP55
Вес нетто	50,5 кг
Полный вес	53,5 кг

 

5.1.2 Выбор подпиточных насосов

Подпиточные насосы служат для подачи чистой воды на подпитку тепловой сети и оборудования котельной. Данные насосы выбираются исходя из максимальной потребности в подпиточной воде (Gподп).

Производительность подпиточных насосов выбирается равной удвоенной величине полученного количества воды для восполнения возможной аварийной подпитки:

(23)

Для питания котельной выбираем два циркуляционных насоса GRUNDFOS GD 30. Один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 4.

 

Таблица 4. – Технические характеристики насоса GRUNDFOS GD 30.

Материал корпуса	Чугун GG 20
Рабочее колесо	Ryton/GG 20
Диапазон температур окружающей среды	0.. 40 °C
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	+15.. 120 °C
Максимальное рабочее давление	10 бар
Текущий рассчитанный расход	1,2 м3/ч
Общий гидростатический напор насоса	0,57 м
Номинальная мощность электродвигателя	0,06 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	1~230В или 3~380В
Класс защиты	IP44
Полный вес	5 кг

 

5.1.3 Выбор котловых насосов

Котловые насосы предназначены для поддержания циркуляции теплоносителя в контуре котлов. Количество и подача питательных насосов выбирается так, чтобы в случае остановки самого мощного насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в количестве, необходимом для питания всех рабочих паровых котлов.

Расчетный расход воды через котловой насос:

(24)

Для питания котлов выбираем два одноступенчатых циркуляционных насоса GRUNDFOS TР 80-240/2. Один из них является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 5.

 

Таблица 5. – Технические характеристики насоса GRUNDFOS TР 80-240/2.

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочих колес и промежуточных камер	Чугун
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	0.. 140 °C
Номинальный расход	68 м3/ч
Номинальный напор насоса	20,2 м
Тип электродвигателя	132SC
Номинальная мощность электродвигателя	5,5 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	11,2 A
Максимальное рабочее давление	16 бар.
Диапазон температур окружающей среды	0.. 60 °C
Класс защиты	IP55
Вес нетто	93 кг
Полный вес	105 кг

 

5.1.4 Выбор рециркуляционного насоса

Рециркуляционный насос служит для поддержания температуры питательной воды на входе в котел не ниже 70°C путем подмешивания в обратную линию нагретой воды из котла.

Расход насоса:

(25)

В котельной устанавливаем два рециркуляционных насоса GRUNDFOS TP 80-120/2, один из которых является резервным. Основные характеристики насоса представлены в таблице 6.

Таблица 6. – Технические характеристики насоса GRUNDFOS TР 80-240/2.

Материал корпуса	Чугун
Материал рабочих колес и промежуточных камер	Нержавеющая сталь
Привод насоса	Трехфазный асинхронный электродвигатель
Рабочая жидкость	Чистая вода
Диапазон температур жидкости	0.. 140 °C
Номинальный расход	40 м3/ч
Номинальный напор насоса	8,3 м
Тип электродвигателя	90SB
Номинальная мощность электродвигателя	1,5 кВт
Промышленная частота	50 Гц
Номинальное напряжение	380 В
Номинальный ток	3,15 A
Максимальное рабочее давление	6 бар.
Диапазон температур окружающей среды	0.. 60 °C
Класс защиты	IP55
Вес нетто	42 кг
Полный вес	43 кг

Выбор теплообменников

Выбор теплообменников производится на основании теплового расчета установки. На практике обычно выполняются только проверочные расчеты для определения пригодности выбранных по каталогам теплообменников для заданных расчетных условий. Поверхности нагрева серийно изготавливаемых теплообменников должны быть несколько больше требуемых по расчету, то есть выбираться с запасом. Выбор ведется по теплопроизводительности и площади поверхности нагрева.

Теплопроизводительность теплообменника, т.е. количество передаваемой теплоты, определяется из уравнения теплового баланса.

Для водоводяного теплообменника:

(26)

где  – теплоемкость воды;

– расход греющей и нагреваемой воды, кг/с.

Площадь поверхности нагрева теплообменника определяется по формуле:

(27)

где Q – количество передаваемой теплоты, кВт;

К – коэффициент теплопередачи, принимаем К=5 кВт/м²·°С;

t', t” – температуры теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С;

 - коэффициент, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения, принимаем ;

 – среднелогарифмический температурный напор:

(28)

где  – большая и меньшая разности температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника, °С.

Результаты расчета параметров Q и F для подогревателя сетевой воды сведены в таблицу 7.

 

Таблица 7. – Расчет основных параметров подогревателя сетевой воды.

Температура греющей среды на входе t'псв, °С	95
Температура греющей среды на выходе t"псв, °С	70
Температура нагреваемой среды на входе в тепловую сеть t2, °С	90
Температура нагреваемой среды на выходе из тепловой сети t1, °С	60
Расход нагреваемой среды Gс, кг/с	9,16
Среднелогарифмический температурный напор ∆t, °С	7,21
Коэффициент теплопередачи К, кВт/м2·°С	5
Теплопроизводительность Q, кВт	1152
Площадь поверхности теплообмена F, м2	32,59

 

Для установки в котельной выбираем разборные теплообменники пластинчатого типа, как наиболее эффективные. Пластинчатые теплообменники применяются для теплообмена между различными жидкими и газообразными средами. Кроме высокого коэффициента теплопередачи достоинствами разборных пластинчатых теплообменников являются удобство обслуживания, возможность изменения мощности, компактность и устойчивость к вибрации.

Устройство разборного пластинчатого теплообменника показано на рисунке 3.

Рис.3 – Устройство разборного пластинчатого теплообменника: 1-неподвижная плита с присоединительными патрубками; 2-верхняя направляющая; 3-нижняя направляющая; 4-задняя прижимная плита; 5-теплообменные пластины с уплотнительными прокладками;

6-комплект резьбовых шпилек; 7-задняя стойка.

 

Принимаю к установке в качестве подогревателя сетевой воды разборный пластинчатый теплообменник типа НН №42 О/С-16 общепромышленного исполнения, производства ЗАО «Ридан». На случай выхода его из строя для ремонта или замены предусмотрен байпас.

Основные параметры подобранного теплообменника приведены в таблице 8.

 

Таблица 8. – Технические характеристики теплообменника НН №42 О/С-16.

Площадь поверхности теплообмена F, м2	35,88
Площадь поверхности теплообмена одной пластины f, м2	0,46
Количество пластин n, шт	78
Теплопроизводительность Q, кВт	1269
Габаритные размеры ВхШхГ, мм	1252х1192х1000
Присоединительный диаметр Ду, мм	150
Масса, кг	770

 

 

7

 

Содержание

1...... Задание....................................................................................................................................... 2

2...... Выбор количества и типоразмера котлов............................................................................ 2

3...... Описание тепловой схемы котельной.................................................................................. 5

4...... Расчет тепловой схемы котельной........................................................................................ 6

5...... Выбор вспомогательного оборудования........................................................................... 10

5.1. Выбор насосов.......................................................................................................................... 10

5.2. Выбор теплообменников........................................................................................................ 14

6...... Расчет и подбор тягодутьевого оборудования................................................................ 16

6.1 Расчет объемов продуктов сгорания и КПД-брутто котлоагрегата................................ 16

Список использованных источников............................................................................................ 21

 

 

 

Задание

Тема работы: Проектирование автоматизированной котельной по следующим исходным данным:

 

Выбрать количество и типоразмеры котлов по заданным тепловым нагрузкам; рассчитать тепловую схему котельной; подобрать основное оборудование котельной.

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию, МВт.	1,5	1,6	1,2	1,8	2,4	2	0,8	1	1,4	0,9
на ГВС, МВт	0,1	0,4	0,35	0,5	0,15	0,45	0,55	0,35	0,2	0,25
Параметры теплоносителя°С	90 /70	95 /70	100 /70	105 /70	110 /70	110 /75	95 /75	90 /75	100 /75	105 /75
Вид топлива	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.	природный газ.
Низшая теплота сгорания топлива кДж/м3	35 800	36630	20430	35 800	36630	20430	35 800	36630	20430	35 800
Местоположение	Пермь	Елабуга	Казань	Ижевск	Глазов	Тамбов	Ставрополь	Смоленск	Чердынь	Н.Новгород

 

 

	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию, МВт.	1,5	1,6	1,2	1,8	2,4	2	0,8	1	1,4	0,9
на ГВС, МВт	0,1	0,4	0,35	0,5	0,15	0,45	0,55	0,35	0,2	0,25
Параметры теплоносителя°С	90 /70	95 /70	100 /70	105 /70	110 /70	110 /75	95 /75	90 /75	100 /75	105 /75
Вид топлива	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь	каменный уголь
Низшая теплота сгорания топлива кДж/м3	35 800	36630	20430	21800	29400	35 800	36630	20430	21800	29400
Местоположение	Пермь	Елабуга	Казань	Ижевск	Глазов	Тамбов	Ставрополь	Смоленск	Чердынь	Н.Новгород

 

 

1. Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию – 0,9 МВт, на ГВС – 0,25 МВт.

2. Местоположение - г.Нижний Новгород.

3. Параметры теплоносителя: 95 /70 °С.

4. Вид топлива – природный газ.

5. Низшая теплота сгорания топлива – 35 800 кДж/м³.

 

 

Выбор количества и типоразмера котлов

Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» [1] температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для г.Нижний Новгород составляет t_о = -31°С, температура воздуха наиболее холодного месяца обеспеченностью 0,94 t_нв = -17°С. Средняя температура наружного воздуха за отопительный пе­риод: t_ср. = -3,2 °С согласно [1] для г.Нижнего Новгорода.

 

Расчетная температура внутри отапливаемых помещений принимается t_в = +20 °С при наружной температуре воздуха для проектирования отопления t_о < -30 °С.

 

Определяем коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию:

(1)

В соответствии со СНиП II-35-76 «Котельные установки» [2], расчётная мощность котельной определяется суммой мощностей, требующихся потребителям отопление, вентиляцию и горячее 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.

Рассчитываем максимальную расчетную мощность котельной:

(2)

где  - коэффициент, учитывающий расход теплоты на собственные нужды котельной. Принимаем .

Определяем мощность котельной при температуре наиболее холодного месяца:

(3)

Количество котлов, устанавливаемых в котельной:

(4)

Предварительно принимаем 4 котла.

Мощность одного котла в таком случае будет равна:

(5)

По условиям надежности количество котлов, устанавливаемых в котельной, должно быть таким, чтобы при выходе из строя одного из котлов (наиболее мощного) оставшиеся обеспечили расчетную тепловую нагрузку котельной при среднем температуре наиболее холодного месяца.

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.

 

Для обеспечения требуемой тепловой нагрузки принимаем к установке четыре котла КВа-0,3.

Котлы отопительные жаротрубные КВа-0,3 предназначены для применения в составе отопительных систем, котельных для теплоснабжения по закрытой схеме и горячего водоснабжения промышленных, жилых и общественных зданий при использовании в качестве горючего природный газ или дизельное топливо.

 

Таблица 1. Характеристики котла КВа-0,3.

Тип котла	водогрейный жаротрубный
Номинальная тепловая мощность, МВт	0,3
Отапливаемая площадь, м2	3000
Масса котла, кг, не более	810
Вид топлива	природный газ / жидкое топливо
КПД, %, не менее	92
Газогорелочное устройство	ГБГ 15/32
Температура уходящих газов, С°	160-180
СО, мг/м3, не более	130
NOx, мг/м3, не более	120
Разрежение за котлом, Па	40±20
Номинальное давление в топке, Па	210±20
Массовый расход уходящих газов, кг/ч, мах/мin	514,4/257,2
Класс котла	II
Давление воды кгс/см2	6
Тмах, С°	95
Тмin, С°	70
Диапазон регулятора температуры воды, С°	70-95
Объем воды, л	260
Напряжение, В/Гц	220/50
Установленная электрическая мощность, кВт	0,6
Срок службы, лет	10
Масса, кг	810
Диаметр топки, мм	540
Длина топки, мм	1350
Объем топки, м3	0,3

 

 

 

Рис.1 – Внешний вид котла КВа-0,3.