Расчет водоводяных теплообменников.

Исходные данные.

1. Город – Орел.

2. Производственно-отопительная котельная.

3. Тип котла-ДЕ-10-1,4ГМ.

4. Теплоноситель – сухой насыщенный пар при Р=1,4 МПа.

5. Вид топлива – природный газ.

6. Закрытая система теплоснабжения.

7. Параметры теплоносителя в тепловой сети – 70/150°C.

8. Доля возвращаемого конденсата – q=0,6.

9. Действительное количество дымовых газов - 13,99 м³/кг

10. Расчётный расход топлива - кг/ч

11. Аэродинамическое сопротивление тракта котла - Па.

 

2. Определие потребного количества теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение и необходимую теплопроизводительность котельной для технических нужд.

Производительность котлоагрегата, которая принимается по данным завода изготовителя котлоагрегатов, D_ед=16 т/ч_. Необходимо установить два котлоагрегата.

Общая паропроизводительность определяется следующим образом:

кг/ч

D_т=5 т/ч

D_ов+ D_гв =2,04+1,05=3,09кг/ч=11,12 т/ч

Количество стальных паровых котлов находят из выражения:

где D_ед­ – производительность котлоагрегата, которая принимается по данным завода изготовителя котлоагрегатов.

Определим отпуск теплоты на отопление и вентиляцию по следующей формуле:

, Вт

 

где - расход пара на отопление и вентиляцию, кг/с;

- энтальпии насыщенного пара, Дж/кг;

Ср – средняя массовая теплоемкость, Дж/(кг·К);

- температуру конденсата, °C;

- кпд подогревателей

Определим отпуск теплоты на горячее водоснабжение по следующей формуле:

, Вт

 

где - расход пара на горячее водоснабжение, кг/с

3. Расчет тепловой схемы отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения.

Максимально-зимний режим.

Температура наружного воздуха для рассчитываемого режима при средней температуре наиболее холодной пятидневки °C.

Определяется относительный расход теплоты на отопление и вентиляцию при выбранной температуре:

Температура прямой сетевой воды на выходе из подогревателей сетевой воды:

Температура обратной сетевой воды на входе в подогреватель сетей воды:

 

Расчетный отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для данного режима:

Вт

Общий расход теплоты на отопление,вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение:

Требуемый расход пара для нагрева сетевой воды:

кг/с

Количество конденсата после подогревателей сетевой воды будет равно:

кг/с

Расход сетевой воды натеплообменники определяется по формуле:

кг/с

 

Количество воды для подпитки тепловых сетей при потерях в них 1,5% составит:

кг/с

Имея из задания расход пара на производство D_т, долю возврата конденсата , находят количество потерянного конденсата:

кг/с

И количество возвращаемого конденсата:

кг/с

Суммарный расход пара на производство и теплоснабжение составит:

кг/с

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды принимается предварительно

равным 9% D:

кг/с

Потери пара внутри котельной принимаются равными 2% D:

кг/с

Тогда полное количество пара, вырабатываемого котельной составит:

кг/с

Имея полное количество пара, производимого в котельной, сравнивают его с количеством пара, получаемого от выбранного числа котлоагрегатов; оно должно быть:

5,18 кг/с 2,8*2 кг/с

5,18 кг/с 5,6 кг/с

Далее следует взять из расчета водоподготовки величину продувки р_пр, %, и найти

кг/с

При G_пр≥0,28 кг/с (1 т/ч) для использования теплоты, содержащейся в паре, кроме отбора пара, следует включить в схему теплообменник, использующий теплоту воды после расширителя для подогрева сырой воды перед водоподготовкой.

Количество пара, которое можно получить из расширителя, находят из баланса теплоты:

кг/с

где h^’₁ – энтальпия котловой воды при давлении в котле, Дж/кг;

h^’’_н, h^’₂ – энтальпии пара и воды при давлении в расширителе, обычно равном 0.15 МПа

(1.5 кгс/см²), Дж/кг;

х=0.98 – степень сухости пара, выходящего из расширителя.

Количество воды, уходящей из расширителя, будет:

кг/с

Эти расчеты позволяют определить количество питеательной воды, поступающей в котлы:

кг/с

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода + вода на подпитку тепловых сетей):

кг/с

Если принять равным, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0.4% расхода подаваемой через него воды, то:

кг/с

И производительность химводоподготовки должна быть:

, кг/с

кг/с

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхления катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их учитывают величиной коэффициента k = 1.10÷1.25 умножаемого на производительность водоподготовки:

кг/с

При известных расходе сырой воды и температуре ее можно задаваясь значением температуры перед химводооочисткой, найти количество пара, расходуемого в теплообменнике сырой воды:

кг/с

где t^’’_с.в., t^’_с.в – температуры сырой воды после и до подогревателя, ⁰С;

h^’’, h_к – энтальпии греющего пара и конденсата,Дж/кг.

Количество конденсата, поступающего из этого теплообменника, G^'_c.в=D_с.в.

Определяем_. температуру воды из охладителя выпара в деаэратор:

°C

 

где h^’’_вып - энтальпия выпара при р=0.12 МПа (1.2 кгс/см²), Дж/кг;

h_к - энтальпия конденсата, Дж/кг

Тепловой баланс деаэратора:

Отсюда расход пара на деаэратор будет:

Если далее просуммировать полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в., то полученная величина должна быть близка к принятым ранее 9% D. При этом расхождение не должно превышать 15%.

Просуммируем полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в. и получим:

D_д +D_с.в=0,36 +0,02=0,38кг/с

 

Принятая ранее величина:

D_д +D_с.в=0,42 кг/с

И расхождение составляет:

5,18+0,02+0,38кг/с <2,8*2кг/с

5,58кг/с <5,6 кг/с

Средне-зимний режим.

Температура наружного воздуха для рассчитываемого режима при средней температуре отопительного сезона °C.

Определяется относительный расход теплоты на отопление и вентиляцию при выбранной температуре:

Температура прямой сетевой воды на выходе из подогревателей сетевой воды:

Температура обратной сетевой воды на входе в подогреватель сетей воды:

 

 

Расчетный отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для данного режима:

Вт

Общий расход теплоты на отопление,вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение:

 

Требуемый расход пара для нагрева сетевой воды:

кг/с

Количество конденсата после подогревателей сетевой воды будет равно:

кг/с

Расход сетевой воды натеплообменники определяется по формуле:

кг/с

 

Количество воды для подпитки тепловых сетей при потерях в них 1,5% составит:

кг/с

Имея из задания расход пара на производство D_т, долю возврата конденсата , находят

количество потерянного конденсата:

кг/с

И количество возвращаемого конденсата:

кг/с

Суммарный расход пара на производство и теплоснабжение составит:

кг/с

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды принимается предварительно

равным 9% D:

кг/с

Потери пара внутри котельной принимаются равными 2% D:

кг/с

Тогда полное количество пара, вырабатываемого котельной составит:

кг/с

Имея полное количество пара, производимого в котельной, сравнивают его с количеством пара, получаемого от выбранного числа котлоагрегатов; оно должно быть:

3,84 кг/с 2,8*2 кг/с

3,84 кг/с 5,6 кг/с

 

Далее следует взять из расчета водоподготовки величину продувки р_пр, %, и найти

кг/с

При G_пр≥0,28 кг/с (1 т/ч) для использования теплоты, содержащейся в паре, кроме отбора пара, следует включить в схему теплообменник, использующий теплоту воды после расширителя для подогрева сырой воды перед водоподготовкой.

Количество пара, которое можно получить из расширителя, находят из баланса теплоты:

кг/с

Количество воды, уходящей из расширителя, будет:

кг/с

Эти расчеты позволяют определить количество питеательной воды, поступающей в котлы:

кг/с

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода + вода на подпитку тепловых сетей):

кг/с

Если принять равным, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0.4% расхода подаваемой через него воды, то:

кг/с

И производительность химводоподготовки должна быть:

, кг/с

 

кг/с

Определение расхода сырой воды на химводоочистку:

кг/с

Количество пара, расходуемого в теплообменнике сырой воды:

кг/с

 

Количество конденсата, поступающего из этого теплообменника, G^'_c.в=D_с.в.

Определяем_. температуру воды из охладителя выпара в деаэратор:

°C

Расход пара на деаэратор будет:

 

Просуммируем полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в. (при этом расхождение не должно превышать 15%) и получим:

D_д +D_с.в=0,19+0,08=0,27 кг/с

Принятая ранее величина:

D_д +D_с.в=0,31 кг/с

И расхождение составляет:

3,84+0,08+0,19 кг/с <2,8*2 кг/с

4,11кг/с <5,6кг/с

Выбор дымососа.

Найдем производительность дымососа:

Найдем напор по формуле:

По полученным значениям напора и производительности выбираем дымосос типа ВД:

марка – ВД–6;

частота вращения n=1450 об/мин

к.п.д. – 65 %.

Определим мощность дымососа по формуле:

 

Тепловая схема (принципиальная) отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения.

1 – котел; 2 – расширитель непрерывной продувки; 3 - питательный насос; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводоочистка; 6 – потребитель технологического пара; 6а – потребитель теплоты, используемой на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение;7 – насос для подпитки тепловых сетей; 8 – теплообменники для сетевой воды; 9 – деаэратор атмосферный; 10 – охладитель выпара из деаэратора; 11 – сетевой насос; 12 – регулируемый клапан; 13 – редукционный клапан.

Библиографический список.

1. Тепловой расчёт паровых котлов малой мощности: Учебное пособие / Курилов В.К.. - Иваново:

ИИСИ, 1994. – 80 с.

2. Задачник по процессам тепломассообмена: Учебное пособие для вузов / Авчухов В.В., Паюсте

Б.Я.. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.: ил.

3. Справочник по котельным установкам малой производительности / Роддатис К.Ф.,

Полтарецкий А.Н.. - М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.: ил.

4. СП 41-104-2000 Проектирование автономных источников теплоснабжения.

5. СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов.

6. СНиП 2.04.07-86* Тепловые сети.

Исходные данные.

1. Город – Орел.

2. Производственно-отопительная котельная.

3. Тип котла-ДЕ-10-1,4ГМ.

4. Теплоноситель – сухой насыщенный пар при Р=1,4 МПа.

5. Вид топлива – природный газ.

6. Закрытая система теплоснабжения.

7. Параметры теплоносителя в тепловой сети – 70/150°C.

8. Доля возвращаемого конденсата – q=0,6.

9. Действительное количество дымовых газов - 13,99 м³/кг

10. Расчётный расход топлива - кг/ч

11. Аэродинамическое сопротивление тракта котла - Па.

 

2. Определие потребного количества теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение и необходимую теплопроизводительность котельной для технических нужд.

Производительность котлоагрегата, которая принимается по данным завода изготовителя котлоагрегатов, D_ед=16 т/ч_. Необходимо установить два котлоагрегата.

Общая паропроизводительность определяется следующим образом:

кг/ч

D_т=5 т/ч

D_ов+ D_гв =2,04+1,05=3,09кг/ч=11,12 т/ч

Количество стальных паровых котлов находят из выражения:

где D_ед­ – производительность котлоагрегата, которая принимается по данным завода изготовителя котлоагрегатов.

Определим отпуск теплоты на отопление и вентиляцию по следующей формуле:

, Вт

 

где - расход пара на отопление и вентиляцию, кг/с;

- энтальпии насыщенного пара, Дж/кг;

Ср – средняя массовая теплоемкость, Дж/(кг·К);

- температуру конденсата, °C;

- кпд подогревателей

Определим отпуск теплоты на горячее водоснабжение по следующей формуле:

, Вт

 

где - расход пара на горячее водоснабжение, кг/с

3. Расчет тепловой схемы отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения.

Максимально-зимний режим.

Температура наружного воздуха для рассчитываемого режима при средней температуре наиболее холодной пятидневки °C.

Определяется относительный расход теплоты на отопление и вентиляцию при выбранной температуре:

Температура прямой сетевой воды на выходе из подогревателей сетевой воды:

Температура обратной сетевой воды на входе в подогреватель сетей воды:

 

Расчетный отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для данного режима:

Вт

Общий расход теплоты на отопление,вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение:

Требуемый расход пара для нагрева сетевой воды:

кг/с

Количество конденсата после подогревателей сетевой воды будет равно:

кг/с

Расход сетевой воды натеплообменники определяется по формуле:

кг/с

 

Количество воды для подпитки тепловых сетей при потерях в них 1,5% составит:

кг/с

Имея из задания расход пара на производство D_т, долю возврата конденсата , находят количество потерянного конденсата:

кг/с

И количество возвращаемого конденсата:

кг/с

Суммарный расход пара на производство и теплоснабжение составит:

кг/с

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды принимается предварительно

равным 9% D:

кг/с

Потери пара внутри котельной принимаются равными 2% D:

кг/с

Тогда полное количество пара, вырабатываемого котельной составит:

кг/с

Имея полное количество пара, производимого в котельной, сравнивают его с количеством пара, получаемого от выбранного числа котлоагрегатов; оно должно быть:

5,18 кг/с 2,8*2 кг/с

5,18 кг/с 5,6 кг/с

Далее следует взять из расчета водоподготовки величину продувки р_пр, %, и найти

кг/с

При G_пр≥0,28 кг/с (1 т/ч) для использования теплоты, содержащейся в паре, кроме отбора пара, следует включить в схему теплообменник, использующий теплоту воды после расширителя для подогрева сырой воды перед водоподготовкой.

Количество пара, которое можно получить из расширителя, находят из баланса теплоты:

кг/с

где h^’₁ – энтальпия котловой воды при давлении в котле, Дж/кг;

h^’’_н, h^’₂ – энтальпии пара и воды при давлении в расширителе, обычно равном 0.15 МПа

(1.5 кгс/см²), Дж/кг;

х=0.98 – степень сухости пара, выходящего из расширителя.

Количество воды, уходящей из расширителя, будет:

кг/с

Эти расчеты позволяют определить количество питеательной воды, поступающей в котлы:

кг/с

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода + вода на подпитку тепловых сетей):

кг/с

Если принять равным, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0.4% расхода подаваемой через него воды, то:

кг/с

И производительность химводоподготовки должна быть:

, кг/с

кг/с

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхления катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их учитывают величиной коэффициента k = 1.10÷1.25 умножаемого на производительность водоподготовки:

кг/с

При известных расходе сырой воды и температуре ее можно задаваясь значением температуры перед химводооочисткой, найти количество пара, расходуемого в теплообменнике сырой воды:

кг/с

где t^’’_с.в., t^’_с.в – температуры сырой воды после и до подогревателя, ⁰С;

h^’’, h_к – энтальпии греющего пара и конденсата,Дж/кг.

Количество конденсата, поступающего из этого теплообменника, G^'_c.в=D_с.в.

Определяем_. температуру воды из охладителя выпара в деаэратор:

°C

 

где h^’’_вып - энтальпия выпара при р=0.12 МПа (1.2 кгс/см²), Дж/кг;

h_к - энтальпия конденсата, Дж/кг

Тепловой баланс деаэратора:

Отсюда расход пара на деаэратор будет:

Если далее просуммировать полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в., то полученная величина должна быть близка к принятым ранее 9% D. При этом расхождение не должно превышать 15%.

Просуммируем полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в. и получим:

D_д +D_с.в=0,36 +0,02=0,38кг/с

 

Принятая ранее величина:

D_д +D_с.в=0,42 кг/с

И расхождение составляет:

5,18+0,02+0,38кг/с <2,8*2кг/с

5,58кг/с <5,6 кг/с

Средне-зимний режим.

Температура наружного воздуха для рассчитываемого режима при средней температуре отопительного сезона °C.

Определяется относительный расход теплоты на отопление и вентиляцию при выбранной температуре:

Температура прямой сетевой воды на выходе из подогревателей сетевой воды:

Температура обратной сетевой воды на входе в подогреватель сетей воды:

 

 

Расчетный отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для данного режима:

Вт

Общий расход теплоты на отопление,вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение:

 

Требуемый расход пара для нагрева сетевой воды:

кг/с

Количество конденсата после подогревателей сетевой воды будет равно:

кг/с

Расход сетевой воды натеплообменники определяется по формуле:

кг/с

 

Количество воды для подпитки тепловых сетей при потерях в них 1,5% составит:

кг/с

Имея из задания расход пара на производство D_т, долю возврата конденсата , находят

количество потерянного конденсата:

кг/с

И количество возвращаемого конденсата:

кг/с

Суммарный расход пара на производство и теплоснабжение составит:

кг/с

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды принимается предварительно

равным 9% D:

кг/с

Потери пара внутри котельной принимаются равными 2% D:

кг/с

Тогда полное количество пара, вырабатываемого котельной составит:

кг/с

Имея полное количество пара, производимого в котельной, сравнивают его с количеством пара, получаемого от выбранного числа котлоагрегатов; оно должно быть:

3,84 кг/с 2,8*2 кг/с

3,84 кг/с 5,6 кг/с

 

Далее следует взять из расчета водоподготовки величину продувки р_пр, %, и найти

кг/с

При G_пр≥0,28 кг/с (1 т/ч) для использования теплоты, содержащейся в паре, кроме отбора пара, следует включить в схему теплообменник, использующий теплоту воды после расширителя для подогрева сырой воды перед водоподготовкой.

Количество пара, которое можно получить из расширителя, находят из баланса теплоты:

кг/с

Количество воды, уходящей из расширителя, будет:

кг/с

Эти расчеты позволяют определить количество питеательной воды, поступающей в котлы:

кг/с

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода + вода на подпитку тепловых сетей):

кг/с

Если принять равным, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0.4% расхода подаваемой через него воды, то:

кг/с

И производительность химводоподготовки должна быть:

, кг/с

 

кг/с

Определение расхода сырой воды на химводоочистку:

кг/с

Количество пара, расходуемого в теплообменнике сырой воды:

кг/с

 

Количество конденсата, поступающего из этого теплообменника, G^'_c.в=D_с.в.

Определяем_. температуру воды из охладителя выпара в деаэратор:

°C

Расход пара на деаэратор будет:

 

Просуммируем полученный расход пара на деаэратор D_д с расходом пара на подогреватель сырой воды D_с.в. (при этом расхождение не должно превышать 15%) и получим:

D_д +D_с.в=0,19+0,08=0,27 кг/с

Принятая ранее величина:

D_д +D_с.в=0,31 кг/с

И расхождение составляет:

3,84+0,08+0,19 кг/с <2,8*2 кг/с

4,11кг/с <5,6кг/с

Расчет водоводяных теплообменников.

В теплогенерирующих установках применяются теплообменники трубчатой конструкции. По трубкам пропускают нагреваемую воду, а в межтрубное пространство подают чистую и умягченную воду. Движение теплоносителей противоточное.

 

Уравнение теплового баланса:

Отсюда температура сетевой воды t_х на выходе из водоводяного теплообменника будет:

°C

Зададимся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках равной ω_тр = 1 м/с.

Определим необходимое сечение трубок водоподогревателя по формуле:

 

м²

где ρ_нагр – плотность нагреваемой воды, кг/м³.

Плотность нагреваемой воды определяется по средней температуре нагреваемого теплоносителя, которая рассчитывается по формуле:

°C

В соответствии с полученной величиной f_.тр выбирают необходимый типоразмер водоподогревателя ПВ-Z-15:

- диаметр основного корпуса (Dн=0,325 м);

- длина секции (L=2м);

- поверхность нагрева одной секции (fсек=14,24 м²)

-кол-во трубок(n=151шт)

Определим фактическую скорость воды в трубках по формуле:

м/с

Площадь межтрубного пространства:

м²

Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяется фактическая скорость воды в межтрубном пространстве по формуле:

м/с

где ρ_гр - плотность греющего теплоносителя, кг/м³

Плотность греющего теплоносителя определяется по средней температуре греющего теплоносителя, которая рассчитывается по формуле:

°C

Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенкам труб определяется по формуле:

Вт/(м²·⁰С)

где t_ср.гр - средняя температура греющего теплоносителя, ⁰С.

d_экв - эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемой воде определяется по формуле:

Вт/(м²·⁰С)

где t_{ср.нагр} – средняя температура нагреваемого теплоносителя, ⁰С.

Коэффициент теплопередачи следует определять по формуле:

Вт/(м²·⁰С)

Поверхность нагрева водоподогревателя определяют из уравнения теплового баланса:

м²

где - тепловая мощность теплообменника, Вт;

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·⁰С);

Δt_ср.лог – среднелогорифмическая разность температур между греющей и нагреваемой

средой, ⁰С

Тепловую мощность водоводяного теплообменника определяют по формуле:

Вт

 

Среднелогорифмическая разность температур определяется по формуле:

⁰С

где - большая разность температур, °C

°C

- меньшая разность температур, °C

°C

Число секций водоподогревателя определяется по формуле:

шт

где f_сек – площадь одной секции, которая определяется в соответствии с выбранным типом

водоподогревателя.