Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

 

 

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий

ПРОИЗВОДСТВЕННО – ОТОПИТЕЛЬНАЯ КОТЕЛЬНАЯ

ЧАСТЬ 2

 

Методические указания

 

Ухта, УГТУ 2015

УДК 621.182 (075.8)

ББК 31.38 Я 7

И 21

Иванова, Е.С. И 21

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий. Производственно-отопительная котельная В 2 частях [Текст]: метод. указания / Е. С. Иванова. – Ухта: УГТУ, 2015. – ___ с., ил.

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий» для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» очной и заочной форм обучения.

 

Методические указания содержат рекомендации по расчету принципиальной тепловой схемы котельной с учетом ее мощности и применяемого топлива.

Приведена методика по выбору схемы химической обработки воды и необходимого оборудования.

Изложен порядок проведения аэродинамического расчета газо-воздушного тракта котельной установки и дымовой трубы.

 

Методические указания рассмотрены и одобрены заседанием кафедры ТГВ и В от _ 11.11.2015 __ пр. № _ 3 __.

 

Рецензент: Попова Н. В., к.т.н., доцент кафедры ТГВиВ Ухтинского государственного технического университета.

Редактор: Додукало Е. Н., ст. преподаватель кафедры ТГВиВ Ухтинского государствен­ного университета.

 

План 2015 г., позиция ____.

Подписано в печать ___________. Компьютерный набор

Объем ______ с. Тираж 100 экз. Заказ № _____.

 

© Ухтинский государственный технический университет, 2015

Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.

Типография УГТУ.

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.

 

Оглавление

 

Выбор вспомогательного оборудования котельной

1. Расчет схемы водоподготовительной установки и

выбор оборудования для обработки воды 4

Выбор типа деаэратора 12

Аэродинамический расчет газо-воздушного тракта установки 13

Расчет дымовой трубы 14

5. Выбор тягодутьевых устройств 16

6. Приложения 17

7. Теоретические ссылки 32

8. Контрольные вопросы 35

9. Библиографический список 36

 

 

Выбор вспомогательного оборудования котельной

 

1. Расчет схемы водоподготовительной установки и выбор оборудования для обработки воды

 

Приступая к выбору схемы ВПУ для паровых котлов, следует установить по [4], [5] стр. 353, каким требованиям должна отвечать питательная вода по основным показателям: жесткости, содержанию кислорода, углекислоты, рН и пр. Выбор схемы ВПУ проводят по трем показателям водно-химического режима: продувке котлов, содержанию углекислоты в паре и относительной щелочности воды.

 

I. Продувку котлов Р, % по сухому остатку определяют из уравнения:

(2.1)

где: S_ов, мг/л - сухой остаток обработанной воды при схеме Nа- катионирования принимается равным сухому остатку исходной воды, указанному в задании;

S_кв, мг/л - сухой остаток котловой воды, принимается по паспортным данным завода-изготовителя, для котлов с пароперегревателями 1500 мг/л. Без пароперегревателей 3000 мг/л.

- доля химически обработанной воды в питательной, принимается из расчета тепловой схемы , данные взять из расчета тепловой схемы.

Величина продувки не должна превышать 10%

 

II. Допустимое содержание углекислоты в паре СО₂, мг/л, определяют из уравнения:

(2.2)

где: Щ_ов - щелочность обработанной воды при схеме Nа- катионирования равна щелочности исходной воды, последняя эквивалентна карбонатной жесткости воды (Щ_ов =Ж_к) ; табл. 1

=0,4 - доля разложения NaHCO₃ в котле;

- доля разложения Na₂C0₃ в котле, принимается по приложению И.

Содержание углекислоты в парене должно превышать 20 мг/л.

.

III. Относительную щелочность котловой воды , % определяют из уравнения:

(2.3)

В соответствии с РТМ ЦКТИ относительная щелочность котловой воды должна быть при вальцовочных соединениях не более 50 %

Вывод: Если все три перечисленных показателя отвечают приведенным нормам, то принимают схему двухступенчатого Nа – катионирования, если хоть один показатель не удовлетворяет, принимают H-Na катионирование с голодной регенерацией.

 

Расчет схемы двухступенчатого Nа - катионирования.

Двухступенчатую схему обработки воды целесообразно применять для паровых экранированных котлов. После первой ступени можно получить остаточную жесткость воды , после второй – менее .

Технические данные для расчета Nа - катионитных фильтров приведены в таблице 3. На первой ступени устанавливается не менее двух рабочих фильтров с высотой слоя катионита 2÷2.5 м. На второй ступени рекомендуют устанавливать фильтры специальной конструкции с меньшей высотой фильтрующего материала. В ВПУ малой производительности в целях унификации оборудования на обеих ступенях устанавливают Nа - катионитные фильтры для первой ступени. При этом принимается не менее четырех фильтров, из них два работают параллельно как фильтры первой ступени, один – второй ступени, один - резервный, который обычно используется для работы на второй ступени в период регенерации основного фильтра. Максимальное число одновременно работающих фильтров – 2 фильтра первой ступени.

Исходными данными для расчета Nа - катионитоных фильтров являются:

· Производительность, Q_Na=G_хво, т/ч из расчета тепловой схемы.

· Общая жесткость воды, поступающих на фильтры, Ж_о, мг-экв/л; Ж_о=Ж_к+Ж_нк

· Остаточная жесткость фильтрата, Ж^ост,мг-экв/л.

Расчет Nа - катионитных фильтров начинают с подбора диаметра фильтров по скорости фильтрования, в зависимости от общей жесткости.

Скорость фильтрования определяется из уравнений:

Нормальная W_н, м/ч – при одновременной работе 2 фильтров I ступени:

(2.4)

Максимальная W_max, м/ч - при регенерации одного из фильтров:

(2.5.)

где: f_Na - площадь фильтрования стандартного фильтра, м², принимается по таблице приложения А.

а - количество работающих фильтров.

Полученные значения скоростей сравниваются с рекомендуемыми в таблице 2, при необходимости диаметр фильтра заменяется.

Таблица 2: Рекомендуемые нормальные (в скобках максимальные) скорости фильтрования, м/ч

При жесткости	Nа - катионит. фильтры	Н - катионит. фильтры
I ступени	II ступени
До 5	25(35)	40(50)	20(30)
До 10	15(25)	-	15(25)
До 15	10(20)	-	10(20)

Скорость фильтрования менее 5 м/ч не рекомендуется из-за возможного снижения обменной емкости катионита.

Диаметр и количество фильтров первой ступени выбираются так, чтобы число регенераций каждого фильтра в сутки было не более трех.

Таблица 3 Технические данные для расчета Nа - катионитных фильтров

Показатель	Фильтр I ступени	ФильтрП ступени
Высота слоя катионита, м	2-2,5	1,5
Крупность зерен катионита, мм	0,5-1,2	0,5-1,2
Нормальная скорость фильтрования, м/ч при жесткости воды 5 мг×экв/л. 10 мг×экв/л. 10-15 мг×экв/л.		Не более 40
Взрыхляющая промывка катионита Интенсивность, л/(м^2×с) Продолжительность, мин.	4-5 20-30	4-5 20-30
Удельный расход соли на регенерацию, г/г×экв при жесткости обрабатываемой воды 5 мг×экв/л. 10 мг×экв/л. 10-15 мг×экв/л.	100-120 120-150 170-250	300-400
Концентрация регенерационного раствора, %	5-8	8-12
Рабочая обменная емкость катионита, г×экв/м^3	По формуле	250-300
Отмывка катионита от продуктов регенерации: Удельный расход отмывочной воды, м^3/м^3 при загрузке фильтра: сульфоуглем катионитом КУ-2

Расчет ВПУ начинают с расчета второй ступени Nа - катионитных фильтров, поскольку головная часть установки (фильтры первой ступени) должна пропускать дополнительное количество воды, идущее на собственные нужды фильтров.

Таблица 4. Расчет Nа - катионитных фильтров II ступени

Расчетные показатели	Результат расчета
1. Производительность фильтра QNa=Gхво , м^3/ч
2. Диаметр фильтра, мм	Прил.А
3. Высота слоя катионита Н, м	Прил.А
4. Площадь фильтрования fNaII,м^2	Прил.А
5. Объем катионита Vк, м^3	Прил.А
6. Количество работающих фильтров а, шт.
7. Количество резервных фильтров (общих с первой ступенью), шт.
8. Общая жесткость фильтрата после фильтров первой ступени Nа -катионирования , мг×экв/л	0,1
9. Жесткость фильтрата после фильтров второй ступени , мг×экв/л	0.01
10. Скорость фильтрования, м/ч
11. Число регенераций фильтра в сутки
- рабочая обменная емкость катионита, г×экв/м	(Таблица 3)
12. Расход 100%-ной соли на одну регенерацию, кг - удельный расход соли на регенерацию, г/г×экв	(Таблица 3)
13. Расход технической соли на регенерацию фильтров второй ступени, кг/сут.
14. Расход воды на регенерацию фильтра слагается из: - Расход воды на взрыхляющую промывку, м^3 i - интенсивность взрыхляющей промывки, л/(с×м^2) tвзр - продолжительность взрыхляющей промывки, мин. - Расход воды на приготовление регенерационного раствора, м в – концентрация регенерационного раствора для фильтра II ступени,% - плотность раствора при 20°С, кг/см^3	(Таблица 3)   (Таблица 3)   (Приложение В)
- Расход воды на отмывку катионита
- удельный расход воды на отмывку катионита	(Таблица 3)
15. Расход воды на одну регенерацию фильтра, с учетом использования отмывочных вод на взрыхляющую промывку, м^3
16. Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтра II ступени

Таблица 5. Расчет Nа — катионитных фильтров I ступени

Расчетные показатели	Результат расчета
17. Производительность фильтра , м^3/ч
18. Диаметр фильтра, мм	Прил. А
19. Количество работающих фильтров а, шт.
20. Количество резервных фильтров (общих с первой ступенью), шт.
21. Характеристика фильтра Н, м. fNaII,м^2 Vк м^3	Прил. А
Расчетные показатели	Результат расчета
22. Количество солей жесткости, удаляемое на фильтрах первой ступени, г×экв/сут При двухступенчатом Nа – катионировании При H-Na катионировании с голодной регенерацией - некарбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л - остаточная карбонатная жесткость после Н-фильтров, мг-экв/л	Таблица1 (задания) 0,7
23. Нормальная скорость фильтрования, м/ч
24. Максимальная скорость фильтрования, м/ч
25. Число регенераций каждого фильтра, шт. - рабочая обменная емкость катионита, г×экв/м где: - коэффициент, учитывающий неполноту регенерации катионита; - коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита - удельный расход отмывочной воды, м^3/м^3 - полная обменная емкость катионита, г×экв/ м^3	0.66   0.7   (Таблица 3) (Приложение Г)
26. Расход 100%-ной соли на одну регенерацию, кг
- удельный расход соли на регенерацию, г/г×экв	(Таблица 3)
Расход технической соли на регенерацию фильтров второй ступени, кг/сут

 

Расчетные показатели	Результат расчета
27. Расход воды на одну регенерацию Nа - катионитного фильтра первой ступени слагается из: - Расхода воды на взрыхляющую промывку, м^3 - Расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м^3
в – концентрация регенерационного раствора для фильтра I ступени,% - плотность раствора при 20°С, кг/см^3	(Таблица 3)   (Приложение В)
- Расход воды на отмывку катионита
28. Расход воды на одну регенерацию, м^3 по п. 15,
29. Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров I ступени

 

Расчет схемы H-Na -катионирования с «голодной» регенерацией

Технологические схемы H-Na - катионирования воды преследует цель умягчать воду и одновременно снижать ее щелочность и солесодержание, а также удалять образующуюся углекислоту.

 

Схема с “голодной” регенерацией предназначена для обработки природных вод гидрокарбонатного класса. В ВПУ по ходу исходной воды сначала устанавливаются Н - катионитовые фильтры, затем декарбонизатор и далее Na -катионитовые фильтры I, II ступеней.

Диаметр Н -катионитового фильтра выбирается по скорости фильтрования по данным, указанным в таблице 2 и в приложении А. Технические данные для расчета Н -катионитового фильтра приведены в таблице 6.

Расчет схемы H-Na -катионирования начинается с расчета хвостовой части установки, т.е. с Na -катионитового фильтра II ступени. Методика расчета приведена в таблице 4.

Порядок расчета Na -катионитовых фильтров первой ступени приведен в таблице 5.

 

Таблица 6. Технические данные для расчета Н-катионитовых фильтров

Показатели	Н-катионирование
Высота слоя катионита, м	2,5
Рекомендуемая скорость фильтрования, м/ч (в скобках – максимальная) при жесткости воды, мг-экв/л, менее	20(30) 15(25) 10(20)
Взрыхляющая промывка катионита: Продолжительность, мин Интенсивность, л/(м²·с) Продолжительность, мин	4-5 20-30
Регенерация катионита: Концентрация раствора при загрузке сульфоуглем, %	0,7-1,0
Отмывка катионита Удельный расход для сульфоугля, м³/м³

Таблица 7. Расчет Н-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией

Расчетные показатели	Результаты расчета
30. Производительность Н-катионитовых фильтров с учетом расхода воды на собственные нужды Na-катионитовых фильтров, м³/ч
31. Диаметр фильтра, мм	Приложение А
32. Высота слоя катионита Н, м	Приложение А
33. Площадь фильтрования , м²	Приложение А
34. Объем катионита	Приложение А
35. Количество работающих фильтров,
36. Количество резервных фильтров, шт
37. Остаточная карбонатная жесткость после H-катионирования с «голодной» регенерацией , мг-экв/л	0,7
38. Карбонатная жесткость, удаляемая на H-катионитовых фильтрах, мг-экв/л

 

Расчетные показатели	Результаты расчета
39. Скорость фильтрования, м/ч
40. Число регенераций фильтра в сутки -рабочая обменная емкость катионита, мг-экв/л; принимается для сульфоугля
41. Расход 100%-ой серной кислоты на одну регенерацию, кг
42. Расход технической 92%-ой серной кислоты, кг/сут
43. Расход воды на одну регенерацию Н-катионитного раствора, слагается из: • Расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра,м^3 i - интенсивность взрыхляющей промывки, л/(с×м^2) - продолжительность взрыхляющей промывки, мин. • Расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м^3 b-концентрация регенерационного раствора, % -плотность раствора, кг/см^3, в соответствии с b; • Расход воды на отмывку катионита, м^3 - удельный расход воды на отмывку катионита, м^3/м^3	Таблица 6 Таблица 6   Таблица 6 Приложение В   Таблица 6
44. Расход воды на одну регенерацию Н- катионного фильтра, с учетом использования отмывочных вод на взрыхление, м^3
45. Среднечасовой расход воды на собственные нужды Н- катионных фильтров, м^3/ч

Выбор типа деаэратора

Деаэратор предназначен для удаления из обрабатываемой воды коррозионно-агрессивных газов кислорода и свободной углекислоты. Выбор типа деаэратора проводят по таблице, приложение Д.

Расчет дымовой трубы

Высоту дымовой трубы определяют исходя из допустимой концентрации вредных выбросов в атмосферу. Методика расчета приведена в [5], стр. 462-466. Для каждого вида выбросов (золы, оксидов серы, углерода, оксидов азота) рассчитывается минимальная высота трубы. При расчете величиной фоновой концентрации можно пренебречь. Окончательно принимается расчетная высота трубы с учетом рекомендаций на стр. 466 [5].

Внутренний диаметр трубы на выходе , м., определяется по формуле:

, (3.3.)

где: V_г - расход продуктов сгорания от одного котла при , м³/м³ (м³/кг); эта величина определена в курсовой работе “Поверочный расчет парового котла”;

В^р – расчетный расход топлива, м³/с (кг/с), из курсовой рботы «Поверочный расчет парового котла»;

n - количество котлов, подключенных к трубе;

W_вых - скорость газов на выходе из трубы, м/с;

Скорость газов на выходе из дымовой трубы при искусственной тяге принимается 12÷15 м/с. Окончательно d_в выбирается по приложению М унифицированного ряда типоразмеров дымовых труб. Дымовые трубы выполняются металлическими, кирпичными или железобетонными.

Металлические трубы следует применять диаметром не более 1,0 м. Уточняется действительная скорость газов на выходе при стандартном диаметре трубы.

 

, (3.4)

где: v_{ух .}, °C - температура уходящих газов, выбранная при выполнении курсовой работы “Поверочный расчет парового котла”.

Нижний внутренний диаметр металлической трубы d_н=d_в, м, кирпичной или железобетонной трубы определяется по формуле:

, (3.5)

где Н, м - высота дымовой трубы, выбирается по приложению М для принятого стандартного диаметра d_в..

Для кирпичных и железобетонныых труб средний расчетный диаметр трубы d_cp, м, определяется по формуле:

, (3.6)

Средняя скорость продуктов сгорания W_cp, м/с, в дымовой трубе определяется по формуле:

, (3.7)

Потери давления на трение , ПА, в трубе определяются по выражению:

, (3.8)

где: - безразмерный коэффициент гидравлического трения, принимается для бетонных и кирпичных труб равным - 0.05, для металлических – 0,02.

При расчете металлических труб W_cp= W_вых., d_cp= d_в.

- плотность газового потока в трубе, кг/м³

, (3.9)

здесь - плотность газов при нормальных условиях, равная 1,3 кг/м³.

Потери давления в местных сопротивлениях Δ Р_м, Па, дымовой трубы вычисляются по формуле:

, (3.10)

где =1,0 - коэффициент местного сопротивления выхода из дымовой трубы.

Общие потери давления в дымовой трубе , Па, составят:

, (3.11)

Величина самотяги дымовой трубы , Па, вычисляется по формуле:

, (3.12)

где g = 9,8 м/с² - ускорение свободного падения.

 

Выбор тягодутьевых устройств

 

По рекомендации [8] каждый котельный агрегат должен иметь дымосос и вентилятор (индивидуальные).

 

1. Выбор дымососа.

 

Производительность дымососа V_дым, м³/ч., определяется по формуле:

, (3.13)

Давление, создаваемое дымососом Р_дым, Па, определяется по формуле:

, (3.14)

По аэродинамическим характеристикам дымососов Приложение Л, по величинам давления и производительности выбирается номер дымососа.

 

2. Выбор дутьевого вентилятора.

 

Производительность вентилятора V_дв, м³/ч, вычисляется по формуле:

(3.15)

Значения величин V_o, , t_в принимают из поверочного расчета котельного агрегата.

Давление вентилятора Р_дв, Па:

, (3.16)

 

DР_гор- где потери давления в газомазутной горелке, Па. Для котлов ДЕ указаны в приложении Ж.

- потери давления в воздуховоде, Па, указаны там же.

По полученным величинам давления и производительности, по аэродинамическим характеристикам дутьевых вентиляторов выбирают его номер. Выписывают по характеристикам вентилятора производительность, давление, кПа, число оборотов, диаметр рабочего колеса. Приложение Л.

Приложение А (справочное)

Конструктивные и технологические показатели ионитных фильтров

Марка	Диаметр, мм	Площадь м^2	Высота слоя катионита, м	Объем ионитного слоя, м
ФИПа 1-0.45-0.6-Na		0,17		0,34
ФИПа 1-0.7-0.6-Na		0,38		0,8
ФИПа 1-1.0-0.6-Na		0,78		1,6
ФИПа 1-1.0-0.6-Н		0,78		1,6
ФИПа 1-1.4-0.6-Na		1,54		3,42
ФИПа 1-1.4-0.6-Н		1,54		3,42

 

Приложение Б (справочное)

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

 

 

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий