Расчет объемов продуктов сгорания
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электротехнический факультет
Кафедра «Теплотехника и гидравлика»
К ЗАЩИТЕ
Руководитель _____________/______________
(дата)
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
ПРОМЫШЛЕННО-ОТОПИТЕЛЬНОЙ
КОТЕЛЬНОЙ
Пояснительная записка
Курсовой проект по дисциплине
“Теоретические основы теплотехники”
вариант 10 , схема Б 3.
ТПЖА 621310.603 ПЗ
Разработал студент гр. Э-21 ______________ /Большаков А.Е. / __________
Руководитель к.т.н., доцент ______________ / Скопин В.В. / __________
Нормоконтролер ______________ / ______________/ ________
(подпись) (Фамилия И.О.) (дата)
Проект защищен с оценкой “_____________” “___”__________ 2004 г
Члены комиссии ______________________ / _______________ /
______________________ / _______________ /
Киров 2004
Реферат
Большаков А.Е. Расчет тепловой схемы промышленно-отопительной котельной установки: ТПЖА 621310.284 ПЗ: Курс. проект / ВятГУ, каф ТиГ; рук. Скопин В. В. – Киров, 2004. – Гр.ч. 2 л. ф.А2; ПЗ 24 с., 7 рис., 5 источников.
КОТЛОАГРЕГАТ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ДЕАЭРАТОР, БОЙЛЕР, РАСШИРИТЕЛЬ-СЕПАРАТОР, КОНДЕНСАТООТВОДЧИК, РЕДУКЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ХИМВОДООЧИСТКА, КОНДЕНСАТНЫЙ БАК
Объект разработки – промышленно-отопительная котельная заданной тепловой схемы.
Цель курсового проекта – выполнение теплового расчета тепловой схемы котельной, расчет водяного экономайзера.
Выполнен итерационный расчет тепловой схемы и составлен тепловой баланс котельной. Выбран тип и количество котлоагрегатов, составлен тепловой баланс котлоагрегата.
Получены объемы и энтальпии продуктов сгорания заданного топлива (антрацита). Вычислен годовой расход и экономия топлива при наличии экономайзера в котлоагрегате.
Проведен тепловой и конструктивный расчет водяного экономайзера котлоагрегата.
| № строки | Формат | Обозначение | Наименование | Кол-во листов | № экз. | Примеч. | ||||
| Документация общая | ||||||||||
| Вновь разработанная | ||||||||||
| А4 | ТПЖА 621310.284 ПЗ | Пояснительная записка | ||||||||
| А2 | ТПЖА 621310.284 ТС | Тепловая схема котельной | ||||||||
| А2 | ТПЖА 621310.284 ВО | Водяной экономайзер | ||||||||
| ТПЖА 621310.284 ДКП | ||||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
| Разработал | Большаков А. Е. | Расчет тепловой схемы промышленно-отопительной котельной | Литер | Лист | Листов | |||||
| Проверил | Скопин В. В. | П | 1 | 1 | ||||||
| Т. контр | Кафедра ТиГ Группа Э-21 | |||||||||
| Н. Контр. | ||||||||||
| Утв. | ||||||||||
| Содержание 1. Расчет тепловой схемы котельной ……………………………………………………………………… 5 1.1. Задание ………………………………………………………………………………………………………………………. 5 1.2. Определение параметров воды и пара ……………………………………………………………… 6 1.3. Расчет подогревателей сетевой воды (бойлеров) ………………………………………… 6 1.4. Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на тех. нужды .. 7 1.5. Определение общего расхода свежего (острого) пара ………………………………… 8 1.6. Расчет редукционно-охладительной установки …………………………………………. 8 1.7. Расчет расширителя – сепаратора непрерывной продувки ………………………… 9 1.8. Расчет расхода химически очищенной воды …………………………………………………… 10 1.9. Расчёт водяного подогревателя сырой воды …………………………………………………. 10 1.10. Расчет парового подогревателя сырой воды ……………………………………………….. 11 1.11 Расчет конденсатного бака ………………………………………………………………………………... 12 1.12 Расчёт охладителя выпора …………………………………………………………………………………. 12 1.13. Расчет деаэратора ……………………………………………………………………………………………….. 13 1.14. Проверка точности расчета первого приближения …………………………………….. 14 1.15. Уточненный расчет РОУ (II приближение) ………………………………………………………. 14 1.16. Уточненный расчет тепловой схемы (II приближение) ………………………………… 15 1.17. Проверка точности расчета второго приближения …………………………………….. 15 1.18. Определение полной нагрузки на котельную ………………………………………………… 15 2. Расчет теплового баланса котельной ………………………………………………………………… 16 3. Определение количества котлоагрегатов котельной ……………………………………. 18 4. Расчет объемов продуктов сгорания ………………………………………………………………….. 18 | ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | ||||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
| Разработал | Большаков А.Е. | Расчет тепловой схемы промышленно-отопительной котельной | Литер | Лист | Листов | |||||
| Проверил | Скопин В. В. | П | 2 | |||||||
| Т. контр | Кафедра ТиГ Группа Э-21 | |||||||||
| Н. Контр. | ||||||||||
| 5. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха ………………………....... 19 5.1. Вариант “С” – с установкой экономайзера …………………………………………………. 19 5.2. Вариант “Б” – без установки экономайзера ………………………………………………. 19 6. Расчет теплового баланса котлоагрегата ………………………………………………….. .20 6.1. Вариант “С” – с установкой экономайзера …………………………………………………. 20 6.2. Вариант “Б” – без установки экономайзера ……………………………………………… 21 7. Расчет годового расхода и экономии топлива ……………………………………………. 21 8. Тепловой и конструктивный расчет экономайзера ……………………………………. 22 8.1. Тепловой расчет экономайзера ……………………………………………………………………… 22 8.2. Конструктивный расчет экономайзера ……………………………………………………….. 22 | ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
| ВВЕДЕНИЕ Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными . Перевод экономики России на рыночные отношения и постоянное повышение цен на топливо требуют серьёзной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных. Пути и перспективы развития энергетики и теплоснабжения определены «Энергетической программой», одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберегающих технологий, использование вторичных энергоресурсов, экономия топлива и энергии на собственные нужды. Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной степени зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной. | ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1. Расчет тепловой схемы котельной
1.1. Задание
Необходимо рассчитать тепловую схему промышленно–отопительной котельной установки с паровыми котлами.
Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной следующие:
1 Параметры острого (свежего) пара из котла:  .
2 Расход острого пара для технологических нужд:  .
3 Температура поступающей в котельную сырой воды:  .
4 Давление редуцированного пара после РОУ:  .
5 Степень сухости вторичного пара, выходящего из расширителя–сепаратора непрерывной продувки (РНП):  .
6 Потери от утечек пара в котельной в процентах от  .
7 Расход котловой воды на продувку в процентах от  .
8 Потери воды в тепловой сети:  .
9 Расход тепла на подогрев сетевой воды:  .
10 Температура сетевой воды, выходящей из бойлера в теплосеть:  .
11 Температура сетевой воды из обратной линии тепловой сети:  .
12 Температура сырой воды перед ХВО и химочищенной воды:  .
13 Возврат конденсата от потребителя производится двумя потоками:
14 первый поток – в количестве  с температурой  ;
15 второй поток – в количестве  с температурой  .
16 Температура конденсата на выходе из бойлера:  .
17 Температура конденсата после подогревателя сырой воды:  .
18 Топливо для котлоагрегатов: Каменный уголь.
19 Низшая теплота сгорания используемого топлива:  .
20 Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки:  , 
21 Температура газов перед экономайзером:  .
22 Температура газов после экономайзера:  .
23 Коэффициент теплопередачи в экономайзере: 
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.2. Определение параметров воды и пара
Для сухого пара и воды в состоянии насыщения при заданном давлении  , используя данные для давлений 1,40 и 1,45 МПа, методом линейной интерполяции находим:
 ,
 ,
 ,
 .
Аналогично, для сухого пара и воды в состоянии насыщения при давлении , используя данные для давлений 0,12 и 0,13 МПа, находим:
 ,
 ,
 ,
 .
Энтальпия острого (свежего) пара, выходящего из котлоагрегата (парового котла) во влажном насыщенном состоянии, равна:
 .
Энтальпия вторичного пара во влажном насыщенном состоянии, выходящего из расширителя непрерывной продувки (РНП), равна:
 .
Энтальпия нагретой воды при температуре ниже 100 °С с достаточной для практических расчетов точностью может быть определена по формуле:
 ,
где  - удельная теплоемкость воды;
 - температура воды или конденсата, °С.
1.3. Расчет подогревателей сетевой воды (бойлеров)
Расход сетевой воды через сетевые подогреватели (паровые бойлеры Б) находится из заданного расхода тепла QБ и уравнения их теплового баланса:
 ,
где - удельная теплоемкость воды.
Потери сетевой воды в теплосети, полностью восполняемые подпиточным насосом ППН, равны:
 .
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
ППН подает в тепловую сеть, перед сетевым насосом СН, деаэрированную воду из деаэратора Д, с энтальпией  , в количестве  . Энтальпия “обратной” сетевой воды, поступающей из обратной линии теплосети в котельную, при температуре , соответственно равна  . Поэтому, требуемое для подогрева сетевой воды в бойлерах количество теплоты уменьшится на величину:
 .
Считая, что в бойлеры поступает редуцированный пар после РОУ в сухом насыщенном состоянии при давлении  и с энтальпией  , необходимый расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:
 ,
где  - энтальпия конденсата греющего редуцированного пара после бойлеров.
Откуда:  .
1.4. Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды
Расход теплоты на технологические нужды  определяется, исходя из заданного расхода пара  технологическим потребителям,
 ,
где  - средневзвешенная энтальпия возвращающегося обратно конденсата технологического пара с учетом энтальпии сырой воды, подаваемой в котельную для восполнения потерь конденсата у технологических потребителей:
 ,
где  - энтальпия первого потока;
 - энтальпия второго потока;
 - энтальпия сырой добавочной воды
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
Соответственно, средневзвешенная энтальпия обратного конденсата:
 .
При отсутствии возврата конденсата технологического пара  . Расход тепла на технологические нужды:
 .
Суммарный расход теплоты на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:
 .
Необходимый общий расход  свежего пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды:
 .
1.5. Определение общего расхода свежего (острого) пара
Дополнительный расход острого пара  на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и на деаэрацию воды в деаэраторе обычно равен 3…11 % от . Примем, что  .
Соответственно, ориентировочный суммарный расход свежего пара котельной в первом приближении равен:
 .
Данное количество пара должно вырабатываться всеми котлоагрегатами (паровыми котлами) котельной.
1.6. Расчет редукционно-охладительной установки
Расход редуцированного пара  с параметрами  и расход охлаждающей воды  определяем из уравнения теплового баланса РОУ:
и из уравнения материального баланса РОУ:
 .
Решая совместно эти уравнения, получим:
 ,
где  - расход поступающего в РОУ острого пара с параметрами  ;
 - энтальпия влажного острого пара, кДж/кг;
 - энтальпия охлаждающей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг;
 - теплота парообразования при давлении , кДж/кг.
Расход острого пара, поступающего в РОУ,
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
 .
Расход охлаждающей воды:
 .
Расход редуцированного пара:
 .
1.7. Расчет расширителя – сепаратора непрерывной продувки
Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному значению  в процентах от  :
 .
Количество пара, выделяющееся в РНП из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:
и массового баланса:
 .
Выражая расход вторичного пара  , получаем:
 .
Расход продувочной воды удаляемой из расширителя:
 .
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.8. Расчет расхода химически очищенной воды
Общее количество дополнительной воды, которую необходимо добавлять в схему из блока химводоочистки (ХВО) для восполнения потерь рабочей среды в котельной, равно сумме потерь воды и пара в котельной, у технологических потребителей и в тепловой сети.
1) Потери от утечек свежего пара внутри котельной:
 .
2) Потери с продувочной водой:
 .
3) Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем  .
4) Потери сетевой воды в теплосети:
 .
5) Потери конденсата пара у технологических потребителей:
 .
Общее количество необходимой в схеме добавочной химически очищенной воды равно:
 .
Для определения требуемого расхода сырой воды, поступающей в блок химводоочистки, необходимо учесть дополнительное количество воды на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Эту дополнительную воду обычно учитывают коэффициентом К=1,10…1,25. Примем К=1,20.
Получаем, что необходимый расход сырой добавочной воды равен:
 .
Расход удаляемой из блока химводоочистки промывочной воды равен:
 .
1.9. Расчёт водяного подогревателя сырой воды
Уравнение теплового баланса подогревателя:
 , где  кДж/кг.
Температура сырой воды на выходе из подогревателя
 Температура сырой воды на выходе из ВПСВ
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.10. Расчет парового подогревателя сырой воды
Уравнение теплового баланса парового водоподогревателя:
 ,
где  - энтальпия воды для ХВО;
 - энтальпия удаляемого из ППСВ
конденсата греющего пара.
Необходимый расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:
 .
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.11 Расчет конденсатного бака
Найдем суммарный расход смеси  , которая поступает в конденсатный бак. В бак подается два потока конденсата от технологических потребителей:
 ;
 ;
 .
Температура смеси потоков конденсата:
 ,
чему соответствует  - энтальпия смеси.
1.12 Расчёт охладителя выпара.
Произведем уточнение ранее принятого расхода  . Суммарный расход деаэрируемой воды и количество выпара равны:
 ;
 .
Уравнение теплового баланса охладителя выпара имеет вид:
 , где  - энтальпия конденсата выпара
Энтальпия смеси после охладителя равна:
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.13. Расчет деаэратора
Уравнение теплового баланса деаэратора:
Уравнение массового баланса деаэратора:
Из последнего уравнения находим:
Подставляя, полученное значение в уравнение теплового баланса и решая его относительно  , находим расход деаэрированной воды:
  .
Соответственно, расход греющего редуцированного пара:
 .
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.14. Проверка точности расчета первого приближения
Из уравнения массового баланса для линии редуцированного пара определяем значение расхода пара на деаэрацию  :
 .
При расчете деаэратора получено значение  .
Ошибка при расчете составляет 55 %. Допустимое расхождение 3 %. Следовательно, необходим уточненный расчет тепловой схемы во втором приближении.
1.15. Уточненный расчет РОУ (II приближение)
Уточненный расход редуцированного пара, исходя из вычисленного более точного расхода пара на деаэрацию, равен:
 .
 .
Уточненный расчет охлаждающей воды:
 .
Уточненный расход острого пара:
 .
Уточненный общий расход острого пара:
 .
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
1.16. Уточненный расчет тепловой схемы (II приближение)
Расширитель – сепаратор непрерывной продувки:
 ;
 .
Расход химочищенной воды:
 ;
 ;
 .
Водяной подогреватель сырой воды:
Паровой подогреватель сырой воды:
 .
Охладитель выпара:
Деаэратор:
 
 ; 
 .
1.17. Проверка точности расчета второго приближения
Для редуцированного пара находим:
 .
Из расчета деаэратора имеем  .
Расхождение составляет 1,86 %, т.е. меньше 3 %, и ,поэтому, дальнейших приближений не требуется.
1.18. Определение полной нагрузки на котельную
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
Суммарная (полная) нагрузка котельной (номинальная расчетная паропроизводительность всех котлов) по формуле баланса свежего пара:
 .
В то же время полная нагрузка котельной по балансу преобразуемой в свежий пар в паровых котлах деаэрированной воды равна:
 .
За расчетное берется среднее значение полной нагрузки:
Суммарный расчетный расход питательной воды поступающей во все котлоагрегаты котельной:
 ,
 .
Среднее значение:
2. Расчет теплового баланса котельной
Поступление теплоты в котельную происходит в котлоагрегаты в виде той части теплоты сгорания топлива, которая используется на парообразование и нагрев продувочной воды  и в виде теплоты  , поступающей в схему с сырой добавочной водой. Суммарное поступление теплоты в схему:
 ,
где  - теплота сгорания топлива, кДж/с;
 - теплота поступающей в схему сырой воды, кДж/с.
Подставляя, получаем для котельной:
 Найдем величину полезно использованной теплоты. Количество теплоты  , полезно использованной с острым паром на технологические нужды (производственная нагрузка) с учетом возврата части конденсата на котельную:
Процент (доля) расхода теплоты на производственные нужды:
 .
Количество теплоты  , полезно использованной в водяной тепловой сети (отопительная нагрузка) с учетом потерь сетевой воды, равно:
 где  - энтальпия “прямой” сетевой воды, подаваемой из бойлеров котельной в подающую линию тепловой сети.
Аналогично, процент (доля) расхода теплоты на отопительные нужды:
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
 .
Полезно использованная у потребителей доля суммарно поступившей в котельную теплоты, т.е. К.П.Д. схемы равен:
 .
Соответственно, доля суммарных потерь теплоты в схеме:
 .
Рассмотрим основные составляющие потерь теплоты в схеме.
1) Потери от утечек свежего пара в котельной:
 .
2) Потери теплоты в окружающую среду в бойлерах котельной:
 .
Не основные тепловые потери в котельной составляют:
 .
3) Потери теплоты с водой, удаляемой из блока химводоочистки:
 .
4) Потери теплоты со сбрасываемой в барботер продувочной водой:
 .
5) Потери теплоты в окружающую среду в паровом подогревателе сырой воды (ППСВ):
 .
6) Потери теплоты конденсата выпара, сливаемом в бак – барботер:
7) Потери теплоты в окружающую среду в водяном подогревателе сырой воды ВПСВ :
| ||||||||||
| ТПЖА 621310.284 ПЗ | Лист | |||||||||
| Изм | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||||||
8) Потери теплоты в окружающую среду в охладителе выпара ОВ:
Суммарные не основные потери составляют:
Проверяем тепловой баланс расчета схемы котельной установки:
 .
3. Определение количества котлоагрегатов котельной
Количество котлоагрегатов Z в котельной определяется по их суммарной паропроизводительности:
В котельной устанавливается 4 котла типа КЕ-10-23 из которых четвёртый котёл недогружен (резервный). |
Расчет объемов продуктов сгорания
Котлоагрегаты котельной работают на буром угле следующего состава:
Теоретически необходимое количество воздуха:
Объем трехатомных газов:
.
Объем азота:
.
Теоретический объем водяных паров:
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры дан в задании: . Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера 
.