Глава 2. Определение расхода топлива и расчет кпд котла

Определяем:

1) Располагаемую теплоту для жидкого топлива:

, где

кДж/кг - низшая теплота сгорания по рабочей массе, принимается по таблицам "Расчётные характеристики твёрдых и жидких топлив"; - физическая теплота, внесённая с

топливом в топку;

с_тл - удельная теплоёмкость топлива;

- теплота разогрева топлива, принимается для мазута от 90 до 130 °С;

= (1,74 + 0,0025 ∙ 110) ∙ 110 = 221,65 кДж/кг;

= 39,78 ∙ 10³ + 221,65 = 40001,65 кДж/кг

2) Потери тепла с уходящими газами:

, где

а) - энтальпия уходящих газов, кДж/кг

- энтальпия трёх-, двухатомных газов и водяных паров

при t= 150°С, кДж/кг;

кДж/кг

- энтальпия избыточного количества воздуха, кДж/кг (ct)_B - энтальпия воздуха при t = 150 °С, кДж/кг кДж/кг

J_ух=2402,44 + 531 = 2933,44 кДж/кг

б) = 422,7 кДж/кг - энтальпия

теоретического объёма воздуха при t = 30 °С

в) %

3) Потери тепла от химической неполноты сжигания топлива q₃:

для мазута q₃ = 0,5 %

4) Потери от наружного охлаждения q₅:

q₅=0,95%

5) КПД Брутто:

η_бр = 100% - (q₂ + q₃ + q₅) = 100% - (5,93 + 0,5 + 0,95) = 92,62 %

1. Полезную мощность парогенератора:

, где

Д_нп = 25 т/ч =6,945 кг/с - расход, вырабатываемого насыщенного пара (номинальная производительность котла);

- энтальпия насыщенного пара при t_насыщ = 194,8 °С;

- энтальпия питательной воды при t = 104 °С;

- энтальпия воды при температуре кипения равной t = 194 °С;

Д_пр = 0,01 ∙ р_пр ∙ Д_нп - расход продувочной воды, кг/с р_пр⁼ 3 % - процент непрерывной продувки котлоагрегата кг/с

кДж/кг

6) Расход топлива на котёл:

кг/с

7) Коэффициент сохранения теплоты:

8) Расход топлива в котельной:

, где n – количество котлов

3 ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Подбор насосов:

Питательного насоса

В паровых котельных питательные насосы следует размещать на 5-10 м ниже баков деаэратора, чтобы они работали под заливом. А также чтобы не происходило разряжение, которое может привести к закипанию воды и, как следствие, к кавитации и к гидравлическому удару.

1) Определяем производительность питательного насоса:

, где

- номинальная паропроиводительность котла, м³/час;

- количество котлов

м³/час

2) Определяем расчётный напор:

Н_ПН=(Н_С+Р_ПГ)·1,15, где

Н_с - потери в сети, принимаются равными от 0,1 до 0,5 МПа; Р_пг - давление в котле, равное 2,4 МПа

Н_пн = (0,3 + 2,4) · 1,15 = 3,105 МПа

3) Определяем мощность питательного насоса:

кВт

Таким образом, по рассчитанной мощности выбираем два питательных насоса¹ (один рабочий, второй резервный):

Таблица 1

Марка насоса	Подача м3 /ч	Напор, м	Двигатель кВт/ об/мин	Масса, кг
ПЭ 145-30	145	293	200/2960	2400

Горизонтальный электронасосный агрегат с центробежным секционным многоступенчатым двухкорпусным насосом с односторонним расположением рабочих колес предназначен для подачи питательной воды с тем-рой до 165 ºС.

3.2 Подбор дымососа

1) Определяем часовую производительность дымососа:

B_p - расчётный расход топлива на 1 котёл, кг/с;

V_г - объём продуктов сгорания перед дымососом, м /кг;

t_г - температура уходящих газов, °С

2) Определяем расчетное полное давление дымососа

β₂= 1,1 - коэффициент запаса по напору, принимается по СНиП "Котельные установки";

ΔН - сопротивление элементов газового тракта, для котла марки ДЕ 25-24-250 равняется 305,1 Па

3) Определяем полное давление, которое указано в каталоге по дымососам для t_хар = 200°С:

По рассчитанной часовой производительности и полному давлению выбираем дымосос :

Таблица 2

Тип	Тип электро­двигателя	Мощность двигателя, кВт	Произво­дительность, м3/ч	Дав­ление, Па	Масса , кг	Габаритные размеры
ДН-12,5X/1500	250М4	90	39900	4400	13600	1745*2236*2040

Для каждого котла требуется свой дымосос, поэтому нам необходимо 4 дымососа марки ДН 12,5X/1500 об/мин.

3.3 Подбор дутьевого вентилятора

Определяем часовую производительность вентилятора:

V_B - действительный объём воздуха необходимый для горения, м /кг;

t_г - температура подаваемого воздуха, °С

Таблица 3 – Подбор вентилятора

Вентилятор с муфтовым приводом (с ходовой частью)
Тип	Тип электро­двигателя	Мощность двигателя, кВт	Потребля­емая мощность, кВт	Произво­дительность, 103 м3/ч	Дав­ление, Па	Габариты (LxBxH), мм	Масса , кг
ВДН 12,5/1500 об./мин	5АМ250М4	90	73,6	39,9	5300	2050x1745x1885	1365

Для каждого котла требуется свой вентилятор, поэтому нам необходимо 4 вентилятора марки ВДН 12,5/1500 об/мин.

3.4 Подбор сетевого подогревателя:

В основном в котельных применяются теплообменники поверхностного типа. В зависимости от расположения трубной системы теплообменники разделяются на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные теплообменники применяются в крупных паровых котельных для подогрева сетевой воды. Горизонтальные теплообменники применяются для подогрева сырой и химически очищенной воды. В качестве теплоносителя в этих теплообменниках используется пар или горячая вода (в нашем случае пар).

При курсовом проектировании рекомендуется выполнять только поверочные, а не конструктивные расчёты теплообменников для определения пригодности выбранных по каталогам теплообменников.

1) Определяем площадь поверхности нагрева теплообменника:

N - мощность теплообменника, кВт;

- температурный напор, °С

Δt_б = 250-150= 100 °С Δt_м =100-70 = 30 °С

k - коэффициент теплопередачи, принимается равным 1980-2100 Вт/(м²К);

η - коэффициент, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения, принимается равным 0,98

2) По требуемой поверхности нагрева из каталога предварительно выбираем теплообменник, имеющий ближайшую большую поверхность нагрева. Для нашего случая, выбираем горизонтальный пароводяной подогреватель ПСВ-90-7-15 с площадью живого сечения для прохода воды 90 м².

Для выбранного теплообменника определяем скорость подогреваемой воды в трубах, которая не должна превышать 1,5-2 м/с:

,где

G_C._B - количество подогреваемой воды, м /с;

f - живое сечение для пропуска заданного расхода воды, м² ;

м/с

В соответствии со СНиП 2-35-76 число устанавливаемых подогревателей для систем отопления и вентиляции должно быть не мене двух (для нашей схемы теплоснабжения требуется два теплообменника, поэтому мы окончательно принимаем к установке 2 теплообменника ПСВ-90-7-15 с площадью живого сечения 90 м². Резервные подогреватели не предусматриваются.

Подогреватель сетевой воды ПСВ-90-7-15

Подогреватель сетевой воды является кожухотрубным подогревателем с вертикальной установкой.

Подогреватель сетевой воды состоит из: корпуса; трубная система; верхняя и нижняя водяные камеры.

Принцип работы подогревателя сетевой воды заключается в процессе теплообмена между паром, поступающим в межтрубное пространство от котлов низкого давления или из отборов паровых турбин и сетевой воды.

Краткая техническая характеристика:

ПСВ-90-7-15

Площадь поверхности теплообмена – 90 м2.

Рабочее давление в корпусе – 0,69 МПа

Рабочее давление в трубной системе -1,47 МПа

Номинальный расход воды – 175/350 т/ч. (количество ходов сетевой воды 2/4)

По выбору заказчика подогреватели сетевой воды ПСВ могут изготавливаться с трубными системами из стали марок: Латунь (Л68); Нержавейка (12Х18Н10Т); Медно-никелевый сплав (МНЖ5).

3.5 Определение минимальной высоты дымовой трубы:

1) Определяем выброс золы:

А^р - содержание золы в рабочей массе топлива, %;

- КПД золоулавливающего устройства (в нашей котельной установлены электрофильтры, их ⁼ 96-99 % );

В_р - расчётный часовой расход топлива всеми котлами работающими на дымовую трубу, т/ч

2) Определяем выброс SO₂:

S^p - содержание серы в рабочей массе топлива, %;

, - молекулярная масса SO₂ и S, их отношение равно 2

3. Определяем выброс оксидов азота, рассчитываемый по NO₂:

β₂ – безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние

качества сжигаемого топлива и способа шлакоудаления на выход оксидов

азота (для мазута при коэффициенте избытка воздуха в топочной камере 1 ,05

равен 0,8);

β₃ - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (в нашем случае для

вихревых горелок он равен 1);

k - коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 т сожжённого

условного топлива, кг/т, определяется в зависимости от номинальной

паропроизводительности котла:

для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч:

Определяем диаметр устья дымовой трубы:

V_TР - объёмный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении, м³/с (охлаждение продуктов сгорания в дымовой трубе не учитывается):

со_вых - скорость продуктов дымовой трубе (принимается равной 20-30 м/с при искусственной тяге и высоте дымовой трубы до 100 м)

4) Определяем предварительную минимальную высоту дымовой трубы:

А - коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности (для центральной части Европейской территории России и в областях со сходным климатом равен 120);

ПДК_S02, ПДК_NO2 - предельные максимально-разовые допустимые концентрации

SO₂ и NO₂, мг/м³;

z - число дымовых труб одинаковой высоты, устанавливаемых в котельной;

Δt - разность температуры выбрасываемых газов и средней температуры воздуха, под которой понимается средняя температура самого жаркого месяца в полдень для данного города (для которого проектируется котельная): Δt =150 – 214 =136 °С

5) Определяем коэффициенты f и v:

6) Определяем коэффициент m в зависимости от параметра f:

7) Определяем безразмерный коэффициент п в зависимости от параметра v:

при v_m > 2 n = 1

8) Определяем минимальную высоту трубы во втором приближении:

м

9)Определяем разницу между Н₁ и Н в процентах:

%

Если разница между H₁ и Н больше 5 %, то выполняется второй уточняющий расчёт.

10) Второй уточняющий расчёт производим по формуле:

n = 1 т.к. v_m > 2

11) При высоте дымовой трубы Н₂ определяем максимальную приземную концентрацию каждого из вредных веществ (золы, SO₂,NO₂

n = 1 т.к. v_m > 2

, где

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания золы в атмосферном воздухе, принимается равным 2 (КПД золоуловителя не менее 90 %)

13) Проверяем условие, при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1, т. е.

Таким образом, в соответствии со СНиП 2-35-76, выбираем дымовую трубу из стандартного ряда высоты трубы и диаметра выходного отверстия: кирпичная труба высотой 34 м и диаметром 1,2 м.

Список используемой литературы:

1) Промышленная теплоэнергетика и теплотехника / под ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина [Справочник].– М.: Издательский дом МЭИ, 2007 г..

2) СНиП II-35-76 Котельные установки

3) Правила учета тепловой энергии и теплоносителя – М., 1995.

4) Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети - изд.М.: МЭИ, 2001г.

5) Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование –Энергоатомиздат, 1989г.

6) Справочник по котельным установкам малой производительности / под редакцией проф. К. Ф. Роддатиса - Энергоатомиздат, 1989г.

5