Проектирование систем энергообеспечения

= 12,03 кг/сек

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА КОТЛОАГРЕГАТОВ, УСТАНАВЛИВАЕМЫХ В   КОТЕЛЬНОЙ.

 

       Учитывая, что в курсовой работе не приводится график годового

расхода пара, в задании  условно принимается максимальная нагрузка

котельной, соответствующая  суммарной паропроизводительности  ко-

тельной, т.е. D _сум , которая берется из расчета принципиальной тепловой схемы.

        Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, учитывают

максимальную  тепловую нагрузку котельной D _сум и руководствуются следующими соображениями:

а) недопустимо  устанавливать один  котлоагрегат , а общее их количество         не должно превышать четырех-пяти;

б) устанавливаемые  котлоагрегаты должны иметь одинаковую номинальную производительность.

         Может оказаться, что один из котлоагрегатов буде недогружен, в этом случае он явится резервным.

 

 Котельные агрегаты типа ДКВР имеют следующую номинальную про-

изводительность:

 

 

 

При работе на газообразном топливе или мазуте паропроизводи-

тельность котельного агрегата можно увеличить на 25 – 30%.

 

 Выбор котла: ДКВР 20 - 13 

                          D_ка = 5,56 кг/сек                                            

                          Количество - 4 котла: 3 - рабочих

                                                             1 - резервный

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ  ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ  ГОРЕНИЯ И ВОЗДУХА

 

       Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания при α = 1,

определяется по формулам для твердого и жидкого топлива: 

V _в^о = 0,0476*[0.5*0.2+(1+4/4)*94+(2+6/4)*1.2+(3+8/4)*0.7+(4+10/4)*0.4+(5+12/4)* *0.2]=9.52

Примечание. Здесь и далее газообразное топливо, воздух, продукты сгорания берутся в м3, при нормальных условиях, т.е. при 0⁰С и при 760 мм. рт. ст. или 101300 Н/м².

         Теоретические объёмы продуктов горения при α = 1 для газообразного топлива:

Объём трехатомных газов:

V_RO2⁰=0,01∙ ( 0,2 +(1*94)+(2*1,2)+(3*0,7)+(4*0,4)+(5*0,2) = 1,01 м³/кг;

  Объём азота:

V_N2⁰ = 0,79 ∙ V_в^о + 0.01 ∙ N² = 0,79 ∙ 9.52 + 0,01 ∙ 3.3 = 0.24 м³/кг

   Объём водяных паров:

V_H2O⁰=0.01∑(n/2+m)*C_mH_n+0.124*d_m+0.161*V^o_b=0.01*(1+4/2)*94+(2+6/2)*1,2+(3+8/2)0,7+(4+10/2)0,4+(5+12/2)0,2+0.124*10+ 0.161*9.52=5,77м³/кг

      Объём продуктов сгорания:

V_r⁰=V_RO2⁰ + V_N2⁰ + V_H2O⁰ = 1,01 + 0.24 + 5,77 = 7,02 м³/кг;

где d_m – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа (г/м³), в курсовой работе можно принять d_m=10 г/м³ .                           

   Расчет действительных объёмов продуктов сгорания ( при α = 1) следует вести по формулам:

       Объём водяных паров:

V_H2O⁰ = V_H2O^о + 0,0161 ∙ ( α – 1 ) V_в^о = 5,77 + 0,0161 ∙ ( 1,3 – 1) ∙ 9.52 =                   = 5,82 м³/кг;

       Объём продуктов сгорания:

V_Г = V_RO2 + V_N2 + V_H2O + ( α – 1 ) V_в⁰ = 1,01 + 0.24 + 5,77 + ( 1,3 - 1 ) ∙ 9,52 =                                                                             

= 9,88 м³/кг;

Теплоемкость для газов.

   RO₂ = 1,4  при 100⁰С

N₂ = 1,3 кДж/кг ∙ к при 100⁰С

H₂O = 2,3 кДж/кг ∙ к при 100⁰С

H₂O = 2,6  кДж/кг ∙ к при 500⁰С

RO₂ = 1,6 кДж/кг ∙ к при 500⁰С

N₂ = 1,5 кДж/кг ∙ к при 500⁰С

ά _{топки для газа.} = 1,35  

         

Энтальпия теоретических объёмов воздуха ( при α = 1,3) и продуктов горения определяется по формулам:

I_в= V_в^о ∙C_в ∙ t_в = 9,52 ∙ 1,3 ∙ 30 = 371,3  кДж/кг

I₂¹⁰⁰ = 100⁰С ( V_RO2⁰ ∙ С_RO2¹⁰⁰ + V_N2⁰ ∙ C_N2¹⁰⁰ + V_H2O⁰ ∙ C_H2O¹⁰⁰ ) =

= 100 ( 1,01 ∙ 1,4 +0,24 ∙ 1,3 + 5,77 ∙ 2,3) =1499,7 кДж/ кг

I₂⁵⁰⁰ = 500 (1,01 ∙ 1,6 + 0,24 ∙ 1,5 + 5,77 ∙ 2,6 ) = 8489 кДж/ кг

  Энтальпия действительных объёмов продуктов горения определяется по формуле

I₂ = I₂ + ( α – 1 ) I_в^о , кДж/ кг.

I₂¹⁰⁰ = 1499,7 + ( 1,3 – 1 ) ∙371,3 =1611,09 кДж/ кг

I₂⁵⁰⁰ = 8489 + ( 1,3 – 1 ) ∙371,3 = 8600,39кДж/ кг

             

 

 

 

 

 

 

ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

       

      Тепловой  баланс составляется для определения  к.п.д. котлоагрегата и расхода  топлива при установившемся тепловом  режиме котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса

Q _p^p = Q ₁+ Q ₂ + Q ₃ + Q ₄+ Q ₅+ Q ₆

где Q _p^p - располагаемое тепло, кДж/ кг;

   Q ₁ - тепло, полезно воспринятое в котлоагрегате поверхностями нагрева,

кДж/ кг

ΣQ_пот = Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅ + Q ₆ - потери тепла соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механического недожога, от потерь в окружающую среду и с физическим теплом шлаков, кДж/ кг

        В курсовой работе не учитывается  тепло горячего воздуха, подаваемого  в топку и подогретого вне  агрегата, а также тепло парового  дутья, затрата тепла на размораживание смерзшегося топлива и т.д. Поэтому можно принять Q _p^p = Q _н^p, кДж/ кг

         Приняв располагаемое тепло Q _p^p за 100%, выражение /28/ можно записать в виде

100% = q₁+ q ₂ + q ₃ + q ₄+ q ₅+ q ₆ = q₁ + Σ q _пот

          Если известны потери тепла в котлоагрегате, то его к.п.д. брутто определяется из выражения

η_ка = q₁ = 100% - Σq _пот 

    

   Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле

Q _ух = ( J _ух – α _ух ∙ J _хв⁰ ) ∙ ( 100 - q ₄ ) / 100    

или

q₂ = ( J _ух – α _ух ∙ J _хв⁰ ) ∙ ( 100 - q ₄ )  = (2550-1,35∙371,3)∙(100-0)   = 5,99

                           Q^н _р 34200

где J_ух- энтальпия уходящих газов, кДж/ кг;

α_ух – коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;

J_хв⁰ = V_в^о ( C t )_хв = 9,52∙(1,3∙30)=371,3 - энтальпия холодного воздуха при ,которую обычно принимают равной 30^оС , кДж/ кг

   Удельную теплоемкость  воздуха при 30^оС можно принять равной 1,3 кДж/ м3 град.

         В связи с тем, что объемы  продуктов сгорания рассчитываются  в предположении полного сгорания  топлива, в уравнении /31/ введена поправка на величину q₂ – механической неполноты сгорания .

Потери тепла от механической неполноты сгорания вызываются провалом топлива, уносом недогоревшего топлива  с уходящими из топки газами и  недожогом его в шлаках.

          При тепловых расчетах значение потерь тепла q₄ можно принять по таблице 3.

          Потери тепла от химической  неполноты сгорания q₃ принимаются в зависимости от вида топлива и метода сжигания, согласно характеристикам топочных устройств.(см.табл. 3)

           Потери тепла котлоагрегатом  в окружающую среду q₅ могут быть найдены для стационарных котлоагрегатов по графику, приведенному на рис.13. Потери тепла с физическим теплом шлаков q₆ в курсовой работе можно не учитывать.

 

                                       q ₅ .,%

          Зависимость потери тепла в  окружающую среду от производительности  котлоагрегата; 1- с экономайзером;  2- без экономайзера.

 

После нахождения всех потерь можно  определить к.п.д. котлоагрегата (брутто)

η _ка^бр = q₁ = 100% - Σq_пот =  100 – (1,3+5,99) = 92,7% 

       Расход топлива из уравнения

B = D_ка [( i_п – i_пв ) + d_пр ( i_кип – i_пв ) / 100] / (Q_н^р η_ка^бр ) = 5,56 ∙ [(2680 – 436) +              + 3/ 100 ∙ (825 – 436 )] / 34020 ∙ 0,927 = 0,39кг/сек

где D_ка - паропроизводительность котлоагрегата, кг / сек;

i_п- энтальпия пара, выходящего из котлоагрегата, кДж / кг;

i_пв – энтальпия питательной воды, кДж / кг;

i_кип – энтальпия кипящей воды, кДж / кг.

        Величины i_п , i_пв берутся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара /5/.

        С учетом потери тепла q₄ расчетный расход полностью сгоревшего топлива в топке составит

B_p = B ( 100 - q₄ ) / 100 = 0,39 ∙ (100 – 0) / 100 = 0,39  кг / сек;

где η_ка^бр и В – определяются для двух вариантов – с установкой и без установки экономайзера.

 

            ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДЯНОГО    ЭКОНОМАЙЗЕРА.

Исходными данными для расчета  водяного экономайзера являются:

1. Температура  воды перед экономайзером, ⁰С.

2. Температура  газов перед экономайзером, ⁰С.

3. Температура  газов после экономайзера, ⁰С.

Расчетом определяются:

1. Температура  воды на выходе из экономайзера, ⁰С.

2. Поверхность  нагрева экономайзера, м².

     

 

 

 

Тепловосприятие экономайзера определяется по формуле:

Q_э = [ J`_э - J``_э + Δα_э V ( С t )_хв ] φ = [ 4800 – 2550 + 0,1 ∙ 9,52 ∙ 1,3 ∙ 30] ∙ 1 =

= 2287,13

где J`_э – энтальпия газов перед экономайзером, кДж/ кг;

J``_э - энтальпия газов за экономайзером, кДж/ кг;

φ – коэффициент  сохранения тепла.

        Затем определяется  энтальпия воды, выходящей из  экономайзера, по формуле

i_2пв = i_1пв + ( Q_э B_р ) / [ D_ка ( 1 + d_пр ) ] = 436+2287,13 ∙0,39 / 5,56 ∙ (1+ 3/100) =

=437,56кДж/ кг.

i_1пв – энтальпия воды при входе в водяной экономайзер, кДж/ кг.

Температура воды после экономайзера определяется по соответствующей энтальпии воды i_2nв при давлении р₁.

Если энтальпия  воды после водяного экономайзера меньше температуры воды при температуре кипения, то экономайзер получается некипящим. В этом случае для чугунных экономайзеров температура воды после экономайзера должна быть на 30-500С ниже температуры кипения воды в котле во избежание закипания воды в экономайзере.

        Если энтальпия воды после  экономайзера больше энтальпии  воды при температуре кипения,  то водяной экономайзер получается  кипящим. В этом случае применяются  стальные змеевиковые экономайзеры.

   

    Когда определена температура  воды после экономайзера, производится определение поверхности нагрева водяного экономайзера по формуле:

 

H=(Q _э B _р ) / (К_эΔt_э) = 2287,13 ∙0,39 / 0,02 ∙ 92 =484,77  м²

где К_э - коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/ м² град ;

Δt_э – температурный напор в экономайзере, ^оС.

        В чугунных ребристых экономайзерах  скорость продуктов сгорания  обычно составляет 6-8 м/сек. Значение  коэффициента теплопередачи при  этих скоростях помещено в  таблице1.

     

  Температурный напор Δt_э, ^оС для прямотока и противотока в экономайзере определяется по формуле

Δt_э = ( Δt_б - Δt_м ) / [ 2,3Lg ( Δt_б / Δt_м ) ] =176 – 46 / 2,3∙ Lg 176/ 46 = 97 ⁰ C

где Δt_б – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наибольшая, ^о С;

Δt_м – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наименьшая, ^о С.

             После определения H_э , подбирается тип экономайзера по табл.4.

Блочные водяные  чугунные

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОИМОСТИ ИЗРАСХОДОВАННОГО ТОПЛИВА

ОДНИМ КОТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ.

      Расход топлива, которое сжигается в одном котельном агрегате        ( при номинальной нагрузке ) следует рассчитать для двух вариантов:

1) котельный  агрегат оборудован водяным экономайзером  ;

2) котельный  агрегат работает без экономайзера ;

       Учитывая, что график  расхода тепла для упрощения расчета не задан, затраты на топливо A_m  приближенно можно принять:

A_m = B_год ∙ b_m = 3760018,9 ∙ 2 = 7520037,8 руб/год

где b_m – стоимость топлива в руб/кг

В таблице 1 приведены  примерные стоимости топлива, которые  зависят от вида топлива, способа его добычи и транспортировки, расположения района потребления.

   

 

 

 

Годовой расход топлива определяется из равенства:

B_год = Q_год / ( Q_р^н ∙ η_ка ) ∙ 100 ∙ 10³ = 1185779,8656 / 34020 ∙0,927 ∙100∙ 10³ = 3760018,9 м³/год

где Q_р^н – низшая тепловая способность топлива, кДж/кг;

η_ка – коэффициент полезного действия котлоагрегата ;

Q_год = D_год∙Δi∙10^-6 = 528422400 ∙ 2244 ∙ 10^-6 = 1185779,8656 – годовой расход тепла в ГДж/год,

Где Δi = i – i_пв

= 2680 - 436 = 2244–  приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате, кДж/кг.

      

Условно годовой расход пара D_год  перерабатываемого одним котельным агрегатом, можно принять:

D_год = D_ка ∙ 6600 ∙ 3600 = 528422400 кг/год

6600 – условное  число работы одного котлоагрегата при номинальной нагрузке.

Определение расчетных часовых нагрузок отопления и горячего    водоснабжения.

       Количество теплоты, отпущенной  потребителю, определяется как  сумма теплоты, потребленной  непосредственно на теплопотребляющем  объекте на нужды отопления  и горячего водоснабжения и потерь теплоты в наружных тепловых сетях потребителя, отнесенных на его счет, и определяется по формуле:

Q_отп/ч. = (Q_о + Q_г.в)∙1/0,9= (4306,06 + 0,717)∙1/0,9 = 4785,3 Гкал

Q_отп/г. = (Q_о + Q_г.в)∙1/0,9= (14096,7 + 6280)∙1/0,9 = 22641,8 Гкал

                                 ОТОПЛЕНИЕ.

При отсутствии проектной информации расчетную  часовую тепловую нагрузку отопления  отдельного здания можно определить по укрупненным показателем: