Тепловой расчет котельных агрегатов

 

 

 

 

График зависимости суммарной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха и продолжительности

 

Для определения расчетной теплопроизводительности источников тепла, режима совместной работы источников тепла, установления выгодных параметров теплоносителя, выбора экономического режима работы теплоподготовительного оборудования источников тепла, а также определения других экономических показателей используют годовые  графики   продолжительности   тепловой   нагрузки  (сезонной, отонительно-вентиляционной,  суммарной  на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение  и  технологию).

 График  годового расхода  тепла по  продолжительности  стояния  температур   наружного   воздуха  строится на основании  графика   суммарных  часовых  расходов тепла  и  состоит  из двух частей: правой -  графика   зависимости   суммарных  часовых  расходов тепла  от   температуры   наружного   воздуха   и  левой - годового  графика  расхода тепла. По оси абсцисс откладывают  в одну сторону -  температуры   наружного   воздуха, в другую  сторону - число часов стояния  температур   наружного   воздуха , по оси ординат -  тепловые   нагрузки  (расходы тепла).

Для построения вспомогательного графика, отражающего линейную зависимость расхода тепла от температуры наружного воздуха, пользуются следующими формулами:

• расход тепла на отопление вычисляется как:

(19)

• расход тепла на вентиляцию вычисляется как:

            (20)

• расход тепла на ГВС не является сезонным, поэтому:

(21)

 

Построим данный график.

t=+8°C: 

 

 

 

 

t=0°C: 

 

 

t=-10°C: 

 

 

 

 

Определение расчётных расходов сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

 

Используя данные температурных графиков, можно определить расчётные часовые расходы теплоносителя.

Расчётный часовой расход сетевой воды на отопление будет:

                                                                                                 (23)                                 

где

= в диапазоне  от t' до to

Расчётный часовой расход сетевой воды на вентиляцию определится как:

                                                                                              (24)         

где

= в диапазоне  от t' до to

       Расчётный  часовой расход сетевой воды  на горячее водоснабжение 

      (25)

где

= в диапазоне  от +8°С до t'

 

Определим расчетные часовые расходы на отопление и вентиляцию:

t=+8°C:

 

 

t=0°C:

 

 

 

t=-10°C:

 

 

t=-27 

 

 

 

 

Определим расчетные часовые расходы на ГВС:

 

 

 

 

 

1. Подбор сетевых и подпиточных насосов

 

Для теплоснабжения микрорайона города  в котельной устанавливаются два одинаковых попеременно работающих центробежных насоса – рабочий и резервный. Циркуляционные насосы имеют обводную линию, которая позволяет регулировать работу насосов и в случае их остановки (при авариях) поддерживать небольшую естественную циркуляцию.

Производительность сетевого насоса определяется значению расхода в точке излома  расходного графика – 50 т/ч.

Производительность подпиточного насоса равна 2,5% от заполнения труб и местной системы. Согласно приложению, пропускная способность трубопровода равна 64 т/ч, значит производительность подпиточного насоса равна 64·0,025=1,6 т/ч

По построенному пьезометрическому графику определяем напоры для сетевого и подпиточного насосов.

м

м

Подбираем насосы:

Таблица. Характеристики насосов.

 

Насос	Марка насоса	Подача, м3/час	Напор м	Частота враще-ния, об/мин	Потре-бляемая мощность, кВт	Допуска-емый кавита-ционный запас, м.
Подпиточ-ный	1К65-50-160	25	32	2900	1,6	3,5
Сетевой	1К80-65-160м	50	50	2900	15	3,5

 

2. Подбор компенсаторной ниши и лоткового канала

 

Сначала рассчитаем температурные деформации. При изменении температуры теплоносителя в трубопроводах происходит изменение их длины, которая вызывает в них соответствующие напряжение на сжатие или растяжение. Компенсацию температурных деформаций выполняют компенсаторы, устанавливаемые на участках тепловых сетей, ограниченных неподвижными опорами. По конструкции компенсаторы различаются на гнутые, сальниковые и линзовые. В местах поворота трассы происходит угловая  (естественная) компенсация.

Величина температурного удлинения на участке определяется по формуле:

 

где l - длина участка, м;

tг – температура теплоносителя (принять τ10);

tм – температура наружного воздуха (принять tо).

 

Полученные данные сведём в таблицу:

№ участка	l
1	24,5	4,66
2	48	9,12
3	36	6,84
4	31	5,89
5	46	8,74
6	34,5	6,56
7	41,6	7,9
8	65	12,35

 

Размер и ширину  канала подбираем исходя из диаметров, найденных в гидравлическом расчёте, по приложению из ГОСТа 21.605-82.

 

          Минимальные расстояния между  неподвижными опорами трубопроводов (компенсаторы П-образные) - 100

Диаметр		H, м	b, мм	c, мм	d, мм	e, мм	f, мм	R, мм	L, м	Δl, мм
Dвн	Dн
150	159	3	2970	1310	1940	250	300	530	8,05	260

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет объемов и энтальпии продуктов сгорания и воздуха.

Теоретическое количество  воздуха, необходимое для полного сгорания топлива при избытке воздуха α =1, для газообразного топлива определяется по формуле:

(;

;;;;;

Теоретический объем азота , для природного газа, определяется по формуле:

 

Объем трехатомных газов для природного газа:

;

Теоретический объем водяных поров для природного газа определяется по формуле:

 

Здесь –влагосодержание газообразного топлива, (обычно принимается ).

Энтальпии продуктов сгорания, воздуха и золы при коэффициенте избытка воздуха α=1 и температуре рассчитываются по следующим формулам:

При t=100 °С:

;

Здесь

При t=200°С:

;

Здесь

При t=30°C:

;

При t=100°C:

;

При t=200°C:

;

Где t-температура дымовых газов, °С; t-температура воздуха, °С;

- соответственно  теплоемкости двуокиси углерода,азота; водяных паров и воздуха;

 Объемы в таблице  объемов рассчитываются для .

Коэффициент избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности нагрева определяется путем сложения присосов воздуха ∆α этой поверхности и предыдущей поверхности.

Основные расчетные характеристики камерных топок

Наименование топлива		Потери теплоты , %
Газ	1,15	1

 

 

Топка:

 

 

.

 

 

 

I Пучок:

 

 

.

 

 

 

 

II Пучок:

 

 

.

 

 

 

t, °С			Н, )
			Топка (	IПучок	II Пучок
100
200	3133	2668
400	6431	5440
600	9885	8345
800	13536	11319	,85
1000	17296	14413
1200	21148	17555
1400	25111	20779
1600	30962	24010
1800	33240	27427
2000	34910	28558
2200	38854	31677

 

 

Энтальпия в таблице 4 в каждой графе определяется по следующей формуле:

Топка :

,85;                                      

;

;

;

;

;

;

;

I Пучок:

 

;

 

;

;

II Пучок:

 

 

 

 

Тепловой баланс котла.

Целью составления баланса котла является определение КПД котла и расход топлива.

  Для паровых котлов  малой мощности без пароперегревателя:

 кВт 

- энтальпия кипящей  воды и энтальпия насыщенного  пара, кДж/кг =798,4 кДж/кг кДж/кг; кДж/кг; - энтальпия перегретого пара, кДж/кг ;

– расход продувочной воды, кг/с;

 

-энтальпия питательной воды, °C

 

D- расход пара, кг/с ;

Р-доля непрерывной продувки, %;

Располагаемая теплота для котлов малой мощности определяется по формуле:

 

Здесь - низшая теплота сгорания топлива. кДж/кг;

КПД котельного агрегата определяется по обратному балансу котла:

 

 Где - потеря теплоты с уходящими газами, %

%

Где - энтальпия уходящих газов (определяется по Н-ϑ таблице  в зависимости от температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха ) -энтальпия холодного воздуха при температуре присасываемого холодного воздуха

-  потеря теплоты  от химической неполноты сгорания , % (при сжигании газообразного  топлива принимается равной 1,0)

- потери теплоты  от наружного охлаждения, %

 

%

 

Расход топлива:

кг/с

      Потери  от наружного охлаждения учитываются  введением в уравнение теплового  баланса по газовой стороне  коэффициента сохранения теплоты:

 

Из уравнения прямого баланса котла расход топлива равен:

 

Здесь – полное количество теплоты, полезно отданное в котле, кВт;

  - располагаемая  теплота, кДж/кг;

- КПД котельного  агрегата, %;

 

 

2.4 Поверочный  расчет котельных пучков

 

    В котельных  агрегатах малой мощности типа  КЕ и ДЕ установлены два  котельных пучка по ходу газов. Расчет их производится последовательно  и целью своей имеет нахождение  температуры газов сначала  на  выходе из первого пучка  ,а затем на выходе из второго  .

 

    1.Задаемся двумя  значениями температур газов  на выходе из первого  300 и 400°С.Для этой температуры по Н-υ таблице определяем энтальпии газов на выходе из пучка и рассчитываем два значения балансового тепловосприятия пучка:

   

Расчет первого   пучка при  :								Расчет второго пучка при  :
1 ПУЧОК								2 ПУЧОК
=12027 ;         Здесь - энтальпия газов на входе в пучок, равна , определенный в результате расчета топки; присосы воздуха в I пучке (определяется по табл.1)								=2938 ;
2.Определяем  величину поверхности нагрева  первого пучка:
37 d- диаметр труб, м; средняя длина труб в пучке (определяется по табл.6),м;             количество труб в ряду пучка; количество рядов труб в пучке;
3.определяем скорость газа в  пучке  в пучке:
объем газов в I пучке по табл.1, ;   -средняя температура  газов в пучке, сечение для прохода газов ,;
Сечение для прохода газов в пучке равно:
а- ширина газохода (определяется по табл.6), м;
4.Расчитываем коэффициент теплоотдачи  конвекции по формуле:
номограммное значение коэффициента теплоотдачи конвекцией, поправка, учитывающая шаги между трубами продольный и поперечный шаг между трубами (определяется по табл.6) ; поправка на число рядов труб (т.к то ;     поправка,учитывающая фракционный состав дымовых газов (определяется по рис.4 в зависимости от  )
5.Коэффициент теплоотдачи излучением ,
незапыленного потока по рис. 5 в зависимости от   температура загрязненной стенки. Для испарительных (котельных) пучков определяется по формуле температура насыщения (определяется по табл.12 [1] в зависимости от давления в барабане   ); - для газа номограммное значение коэффициента теплоотдачи излучением а- степень черноты газового потока.
Степень черноты (а) определяется по рис. в зависимости от kps.
Для газа и мазута:        определяется по рис.3 аналогично топке. Толщина излучающего слоя S конвективных пучков определяется по формуле:	Толщина излучающего слоя S конвективных пучков определяется по формуле: Толщина излучающего слоя S конвективных пучков определяется по формуле:
6.Коэффициент теплоотдачи от  газов к стенке  определяется по формуле:
ξ- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами. Для газоходов котлов типа КЕ и ДЕ -ξ= 0,90-0,95 .
7.Коэффициент теплоотдачи для  конвективных пучков рассчитывается  по формуле:
ψ- коэффициент тепловой эффективности, зависит от вида и типа поверхности. Для котельных пучков: при сжигании газа ψ=0,85;
8.Средний температурный напор  в общем случае определяется  по формуле:
Где соответственно больший и меньший температурные напоры между дымовыми газами и пароводяной смесью с температурой .
9.По уравнению теплообмена определяем  количество теплоты передаваемое  в I пучке через поверхность :