Отделка. Фурнитура. Ремонт. Монтаж. Выбор. Проем
Исходные данные для расчета …..……………………………………………….3
1. Аналитический расчет принципиальной тепловой схемы водогрейной котельной …………..………………………………………………………5
2. Расчет принципиальной тепловой схемы водогрейной котельной с применением ЭВМ ……………………………………………………….12
2.1 Файл исходных данных ……………………………………………...12
2.2 Результаты расчета …………………………………………………...14
Вывод …….………………………………………………………………………15
Список используемой литературы ………….………………………………….15
Исходные данные для расчета
Расчет выполняется для приведенной на рисунке 1 принципиальной тепловой схемы котельной. Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и общественных зданий для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях при максимально-зимнем режиме следующие: на отопление 6,84 Гкал/ч; на вентиляцию 0 Гкал/ч и на горячее водоснабжение 2,16 Гкал/ч. Общая теплопроизводительность котельной 9,0 Гкал/ч.
Тепловые сети работают по температурному графику 150-70 °С, для горячего водоснабжения принята смешанная схема подогрева воды у абонентов. Расчетная минимальная температура наружного воздуха –55 °С. Подогрев сырой воды перед химводоочисткой принят до 20 °С от 5 °С зимой и 15 °С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при атмосферном давлении.
Для удобства приведена таблица 1 «Исходные данные», для расчета тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения. Эта таблица составляется на основании проекта системы теплоснабжения или расчета расходов теплоты различными потребителями по укрупненным показателям. Расчет производится для трех характерных режимов: максимально-зимнего, наиболее холодного месяца и летнего.
Рис. 4.3. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами
1 – котел водогрейный; 2 – насос сетевой; 3 – насос рециркуляционный; 4 – насос сырой воды;
5 – насос подпиточной воды; 6 – бак подпиточной воды; 7 – подогреватель сырой воды; 8 – подогреватель
химически очищенной воды; 9 – охладитель подпиточной воды; 10 – деаэратор; 11 – охладитель выпара
Таблица 1 «Исходные данные»
| Наименование | Размерность | Обо-зна-чение | Значение величины при характерных режимах работы котельной | ||
| максимально-зимнем | наиболее холодного месяца | летнем | |||
| Место расположения котельной | - | г. Хабаровск | |||
| Максимальные расходы теплоты: | МВт | ||||
| на отопление жилых и общественных зданий | МВт | - | - | ||
| на вентиляцию общественных зданий | МВт | - | - | ||
| на горячее водоснабжение | МВт | 2,5 | 2,5 | ||
| Расчетная температура наружного воздуха для отопления | °С | -55 | -43,2 | - | |
| Расчетная температура наружного воздуха для вентиляции | °С | -45 | - | - | |
| Температура воздуха внутри помещений | °С | - | |||
| Температура сырой воды | °С | ||||
| Температура подогретой сырой воды перед химводоочисткой | °С | ||||
| Температура подпиточной воды после охладителя деаэрированной воды | °С | ||||
| Коэффициент собственных нужд химводоочистки | - | 1,25 | 1,25 | 1,25 | |
| Температура воды на выходе из водогрейных котлов | °С | ||||
| Температура воды на входе в водогрейные котлы | °С | ||||
| Расчетная температура горячей воды после местных теплообменников горячего водоснабжения | °С | ||||
| Предварительно принятый расход химически очищенной воды | т/ч | 0,7 | |||
| Предварительно принятый расход воды на подогрев химически очищенной воды | т/ч | 0,15 | |||
| Температура греющей воды после подогревателя химически очищенной воды | °С | ||||
| КПД подогревателей | - | 0,98 | 0,98 | 0,98 |
Аналитический расчет принципиальной тепловой схемы водогрейной котельной
Расчет тепловой схемы котельной c водогрейными котлами, работающей на закрытую систему теплоснабжения рекомендуется проводить в следующей последовательности.
1. Определяется коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию для режима наиболее холодного месяца:
2. Температура воды в подающей линии на нужды отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца:
где -температура внутри помещения; -температурный напор в нагревательном приборе; - расчетная разность температур сетевой воды; -расчетный перепад температур в отопительной системе.
Из исходных данных следует: ; ;
3. Температура обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца:
4. Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию:
5. Суммарный отпуск теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
6. Расход воды в подающей линии системы горячего водоснабжения потребителей для максимально-зимнего режима:
т/ч.
7. Тепловая нагрузка подогревателя первой ступени (на обратной линии сетевой воды) для режима наиболее холодного месяца:
8. Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени для режима наиболее холодного месяца:
9. Расход сетевой воды на местный теплообменник второй ступени, т.е. на горячее водоснабжение, для режима наиболее холодного месяца:
т/ч.
10. Расход сетевой воды на местный теплообменник для летнего режима:
т/ч.
11. Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:
Для максимально-зимнего режима
т/ч;
Для режима наиболее холодного месяца
т/ч.
12. Расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
13. Температура обратной сетевой воды после внешних потребителей
°С;
Для режима наиболее холодного месяца
°С;
Для летнего режима
°С.
14. Расход подпиточной воды для восполнения утечек в теплосети внешних потребителей:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
15. Расход сырой воды, поступающей на химводоочистку:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
16. Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
17. Температура химически очищенной воды, поступающей в деаэратор
Для максимально-зимнего режима:
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
18. Проверяется температура сырой воды перед химводоочисткой:
Для летнего режима
19. Расход греющей воды на деаэратор:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
20. Проверяется расход химически очищенной воды на подпитку теплосети:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
21. Расход теплоты на подогрев сырой воды:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
22. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
МВт <0, значит, подогрев химически очищенной воды в летний период не требуется.
23. Расход теплоты на деаэратор:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
24. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды в охладителе деаэрированной воды:
Для максимально-зимнего режима и наиболее холодного месяца
Для летнего режима
25. Суммарный расход теплоты, необходимый в водогрейных котлах:
Для максимально-зимнего режима
Для режима наиболее холодного месяца
Для летнего режима
26. Расход воды через водогрейные котлы:
Для максимально-зимнего режима
т/ч;
Для режима наиболее холодного месяца
т/ч;
Для летнего режима
т/ч.
Тепловые схемы котельных
По своему назначению котельные малой и средней мощности делятся на следующие группы: отопительные, предназначенные для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и других зданий; производственные, обеспечивающие паром и горячей водой технологические процессы промышленных предприятий; производственно-отопительные, обеспечивающие паром и горячей водой различных потребителей. В зависимости от вида вырабатываемого теплоносителя котельные делятся на водогрейные, паровые и пароводогрейные.
В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства. Подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие) ; баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.
Тепловая схема котельной зависит от вида вырабатываемого теплоносителя и от схемы тепловых сетей, связывающих котельную с потребителями пара или горячей воды, от качества исходной воды. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые. При закрытой системе вода (или пар) отдает свою теплоту в местных системах и полностью возвращается в котельную. При открытой системе вода (или пар) частично, а в редких случаях полностью отбирается в местных установках. Схема тепловой сети определяет производительность оборудования водоподготовки, а также вместимость баков-аккумуляторов.
В качестве примера приведена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.
Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной
По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.
В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.
Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.
Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы.
Показана принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами, снабжающими паром и горячей водой закрытые двухтрубные водяные и паровые системы теплоснабжения. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Схема предусматривает нагрев исходной и химически очищенной воды в пароводяных подогревателях. Продувочная вода от всех котлов поступает в сепаратор пара непрерывной продувки, в котором поддерживается такое же давление, как и в деаэраторе. Пар из сепаратора отводится в паровое пространство деаэратора, а горячая вода поступает в водоводяной подогреватель для предварительного нагрева исходной воды. Далее продувочная вода сбрасывается в канализацию или поступает в бак подпиточной воды.
Конденсат паровой сети, возвращенный от потребителей, подается насосом из конденсатного бака в деаэратор. В деаэратор поступает химически очищенная вода и конденсат пароводяного подогревателя химически очищенной воды. Сетевая вода подогревается последовательно в охладителе конденсата пароводяного подогревателя и в пароводяном подогревателе.
Во многих случаях в паровых котельных для приготовления горячей воды устанавливают и водогрейные котлы, которые полностью обеспечивают потребность в горячей воде или являются пиковыми. Котлы устанавливают за пароводяным подогревателем по ходу воды в качестве второй ступени подогрева. Если пароводогрейная котельная обслуживает открытые водяные сети, тепловой схемой предусматривается установка двух деаэраторов – для питательной и подпиточной воды. Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов.
Принципиальная тепловая схема паровой котельной при закрытых сетях.
АРМАТУРА И ГАРНИТУРА КОТЛА
Котельная арматура
Устройства и приборы, служащие для управления работой частей котельного агрегата, находящихся под давлением, для включения, отключения и регулирования трубопроводов для воды и пара, основные предохранительные устройства носят название арматуры.
По своему назначению арматуру разделяют на запорную, регулирующую, продувочную и предохранительную.
Арматуру выполняют с принудительным приводом и самодействующей.
По конструкции приводную арматуру разделяют на вентили, задвижки и краны, а самодействующую - на предохранительные и обратные клапаны и конденсатоотводчики.
К арматуре условно относят также водомерные стекла и другие водоуказательные приборы.
Вентили и задвижки
Вентили применяют в качестве регулирующих и запорных устройств (рис. 3). Как запорную арматуру их применяют при диаметрах прохода до 109-150 мм.
а - запорный фланцевый; б - регулирующий:
1 - корпус; 2 - затвор; 3 - фланец; 4 -сшгьниковое уплотнение;
5 - шпиндель; 6 - штл рвач (маховик); 7 - траверса; 8 - крышка;
9 - клапанное седло
В запорном вентиле уплотняющая поверхность клапана плотно примыкает к поверхности седла. Вентиль состоит из корпуса, крышки, шпинделя, на котором висит клапан. В корпусе имеется седло клапана. В месте прохода шпинделя через крышку установлено сальниковое уплотнение.
В регулирующем вентиле клапан имеет переменное сечение. Это дает возможность изменять проходное сечение. Регулирующий клапан выполняют в виде профилированной иглы, пустотелого золотника и т. д. В полностью закрытом состоянии они не обеспечивают полной плотности. Обычно регулирующие клапаны рассчитывают на работу с перепадом давления 1,0 МПа.
Основным показателем работы регулирующего клапана является его характеристика (зависимость относительного расхода среды от степени открытия клапана) (рис. 3 б).
Для целей регулирования наиболее благоприятна линейная характеристика, для чего требуется выполнение регулирующих органов со сложным профилем открывающихся окон для перетока среды. Регулирующий клапан золотникового типа имеет пустотелый золотник с профилированными окнами, который шпинделем приводится в поступательное движение. При перемещении золотника относительно двух седел происходит изменение степени открытия окон.
В скальчатых регулирующих клапанах регулирующий орган выполнен в виде скалки, имеющей коническую форму вблизи седел. При перемещении скалки изменяется кольцевой зазор между ней и седлами клапана.
В игольчатых регулирующих клапанах регулировка достигается за счет перемещения профилированной иглы.
Задвижки в основном используют в качестве запорных органов (рис. 4), хотя имеются и специальные конструкции регулировочных задвижек. В задвижках запирающий орган (клин, диски) перемещается в направлении, перпендикулярном потоку. По принципу прижатия запорного органа задвижки разделяют на клиновые, с параллельно-принудительным затвором и самоуплотняющиеся.
В клиновых задвижках запирающий орган выполняют из целого или разрезного клина.
Коэффициент гидравлического сопротивления задвижек b = 0,25-0,8, а у запорных вентилей b = 2,5-5.
Задвижки
а - клиновая бесфланцевая с приводом; б - параллельная фланцевая
1- уплотнительные диски; 2 - распорное устройство; 3 - корпус;
4 - крышка; 5 - рычаг дистанционного привода; 6 - маховик; 7 - зубчатое колесо; 8 - траверса; 9 - сштьниковое уплотнение;
10 -шпиндель; 11- ушготнительное кольцо.
Клапаны
Клапаном называется запорный или регулирующий орган автоматического действия.
У паровых котлов имеются обратные, питательные, редукционные и предохранительные клапаны.
Обратный клапан препятствует движению рабочей среды в обратном направлении. Так, например, обратные клапаны на питательных линиях закрываются при аварийном падении давления в питательных трубопроводах и препятствует выпуску воды из котла.
По конструкции обратные клапаны подразделяют на подъемные и поворотные.
В подъемных клапанах (рис. 5, а) запорным органом является тарелка (золотник) 2, хвостовик которой входит в направляющий канал прилива крышки 1.
В поворотных клапанах (рис.5, б) тарелка 6 поворачивается вокруг оси 7 и перекрывает проход.
Обратные клапаны устанавливают в котельных обычно на напорных линиях центробежных насосов, на питательных линиях перед котлом для пропуска воды только в одном направлении и в других местах, где имеется опасность обратного движения среды.
 |
а - подъемный; б - поворотный:
1 - крышка; 2 - золотник; 3 - корпус; 4 - ось клапана; 5 - рычаг;
6 - тарелка; 7 - ось рычага.
Питательный клапан служит для автоматического регулирования питания котла в соответствии с расходом пара.
В клапанах, устанавливаемых на современных котлах, вода прижимает к седлу вертикальный шибер.
Предохранительный клапан представляет собой запорное устройство, которое автоматически открывается при повышении давления. Устанавливают его на барабанных котлах, паропроводах, резервуарах и др. При открытии клапана среда сбрасывается в атмосферу. Предохранительные клапаны могут быть рычажными (рис. 7 а), пружинными (рис. 7 б) и импульсными (рис. 8).
а - однорычажный; б - пружинный:
1 - корпус; 2 - затвор; 3 - шпиндель;
4 - крышка; 5 -рычаг; 6 - груз; 7 - пружина
В рычажном клапане запирающий орган (тарелка) удерживается в закрытом состоянии грузом. В пружинном предохранительном клапане давлению среды на тарелку противодействует сила натяга пружины.
Предохранительные клапаны выполняют как одинарными, так и двойными. В зависимости от высоты подъема тарелки клапаны разделяют на низкоподъемные и полно подъемные. В полно подъемных клапанах площадь, открываемая проходу среды при подъеме клапана, превышает проход седла. Они обладают большей пропускной способностью, чем низкоподъемные.
В соответствии с правилами каждый котел паропроизводительностью более 100 кг/ч должен быть снабжен не менее чем двумя предохранительными клапанами, один из которых должен быть контрольным. На котлах производительностью 100 кг/ч и менее может допускаться установка одного предохранительного клапана.
Суммарная пропускная способность клапанов должна быть не менее часовой производительности котла. При наличии у котла неотключаемого пароперегревателя часть предохранительных клапанов с пропускной способностью не менее 50 % суммарной пропускной способности должна быть установлена на выходном коллекторе.
Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Пользуясь данными, полученными от заказчика, и методикой, изложенной в § 5.1, приступают к составлению, затем и расчету схем, которые называются тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, поскольку максимальная теплопроизводительность чугунных котлов не превышает 1,0 - 1,5 Гкал/ч.
Так как рассмотрение тепловых схем удобнее вести на практических примерах, ниже приведены принципиальные и развернутые схемы котельных с водогрейными котлами. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, работающей на закрытую систему теплоснабжения, показана на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.
1 - котел водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химии чески очищенной воды; 9 - охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.
Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же подводится вода от подпиточных насосов 5, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. К насосам 1 и 2 подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой воды 7.
Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 3, перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов 2, минуя котлы, подают по линии перепуска в количестве G пер в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавка химически очищенной воды подогревается в теплообменниках 9, 8 11 деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из баков 6 забирает подпиточный насос 5 и подает в обратную линию.
Даже в мощных водогрейных котельных, работающих на закрытые системы теплоснабжения, можно обойтись одним деаэратором подпиточной воды с невысокой производительностью. Уменьшается также мощность подпиточных насосов, оборудование водоподготовительной установки и снижаются требования к качеству подпиточной воды по сравнению с котельными для открытых систем. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.
Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей будут одинаковы. Для обеспечения расчетной температуры воды на входе в тепловые сети к выходящей из котлов воде подмешивается сетевая вода из обратного трубопровода. Для этого между трубопроводами обратной и подающей линии, после сетевых насосов, монтируют линию перепуска.
Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы стальных водогрейных котлов, отличающимся от режима тепловых сетей. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем изменения температуры воды на выходе из котлов.
Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо, поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая:
- при работе на природном газе - не ниже 60°С;
- при работе на малосернистом мазуте - не ниже 70°С;
- при работе на высокосернистом мазуте - не ниже 110°С.
В связи с тем, что температура воды в обратных линиях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения предусматривают, как отмечено ранее, рециркуляцинонные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных котлоагрегатов.
Во многих случаях водяные тепловые сети рассчитываются для работы по так называемому отопительному температурному графику типа, показанного на рис. 2.9. Расчет показывает, что максимальный часовой расход воды, поступающей в тепловые сети от котлов, получается при режиме, соответствующем точке излома графика температур воды в сетях, т. е. при температуре наружного воздуха, которой соответствует на низшей температура воды в подающей линии. Эту температуру поддерживают постоянной даже при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха.
Исходя из изложенного, в расчет тепловой схемы котельной вводят пятый характерный режим, отвечающий точке излома графика температур воды в сетях. Такие графики строятся для каждого района с соответствующей последнему расчетной температурой наружного воздуха по типу показанного на рис. 2.9. С помощью подобного графика легко находятся необходимые температуры в подающей и обратной магистралях тепловых сетей и необходимые температуры воды на выходе из котлов. Подобные графики для определения температур воды в тепловых сетях для различных расчетных температур наружного воздуха - от -13°С до - 40°С разработаны Теплоэлектропроектом.
Температуры воды в подающей и в обратной магистралях,°С, тепловой сети могут быть определены по формулам:
где t вн - температура воздуха внутри отапливаемых помещений,°С; t H - расчетная температура наружного воздуха для отопления,°С; t′ H - изменяющаяся во времени температура наружного воздуха,°С;π′ i - температура воды в подающем трубопроводе при t н °С; π 2 - температура воды в обратном трубопроводе при t н °С;tн - температура воды в подающем трубопроводе при t′ н,°С; ∆т - расчетный перепад температур, ∆t = π 1 - π 2 ,°С; θ =π з -π 2 - расчетный перепад температур в местной системе,°С; π 3 = π 1 + aπ 2 / 1+ a - расчетная температура воды, поступающей в отопительный прибор, °С; π′ 2 - температура воды, идущей в обратный трубопровод от прибора при t" H ,°С; а - коэффициент смещения, равный отношению количества обратной воды, подсасываемой элеватором, к количеству сетевой воды.
Сложность расчетных формул (5.40) и (5.41) для определения температуры воды в тепловых сетях подтверждает целесообразность использования графиков типа показанного на рис. 2.9, построенного для района с расчетной температурой наружного воздуха - 26 °С. Из графика видно, что при температурах наружного воздуха 3°C и выше вплоть до конца отопительного сезона температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей постоянна и равна 70 °С.
Исходными данными для расчетов тепловых схем котельных со стальными водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, как указывалось выше, служат расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь в котельной, сетях и расхода теплоты на собственные нужды котельной.
Соотношение отопительно-вентиляционных нагрузок и нагрузок горячего водоснабжения уточняется в зависимости от местных условий работы потребителей. Практика эксплуатации отопительных котельных показывает, что среднечасовой за сутки расход теплоты на горячее водоснабжение составляет около 20 % полной теплопроизводительности котельной. Тепловые потери в наружных тепловых сетях рекомендуется принимать в размере до 3 % общего расхода теплоты. Максимальные часовые расчетные расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной с водогрейными котлами при закрытой системе теплоснабжения можно принять по рекомендации в размере до 3 % установленной теплопроизводительности всех котлов.
Суммарный часовой расход воды в подающей линии тепловых сетей на выходе из котельной определяется, исходя из температурного режима работы тепловых сетей, и, кроме того, зависит от утечки воды через не плотности. Утечка из тепловых сетей для закрытых систем теплоснабжения не должна превышать 0,25 % объема воды в трубах тепловых сетей.
Допускается ориентировочно принимать удельный объем воды в местных системах отопления зданий на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты для жилых районов 30 м 3 и для промышленных предприятий - 15 м 3 .
С учетом удельного объема воды в трубопроводах тепловых сетей и подогревательных установках общий объем воды в закрытой системе ориентировочно можно принимать равным для жилых районов 45 - 50 м 3 , для промышленных предприятий - 25 - 35 MS на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты.
Рис. 5.8. Развернутаые тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.
1 - котел водогрейный; 2 - насос рециркуляционный; 3 - насос сетевой; 4 - насос сетевой летний; 5 - насос сырой воды; 6 - насос конденсатный; 7 - бак конденсатный; 8 - подогреватель сырой воды; 9 - подогреватель химически очищенной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.
Иногда для предварительного определения количества утекающей из закрытой системы сетевой воды эту величину принимают в пределах до 2 % расхода воды в подающей линии. На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования котельной составляется полная развернутая тепловая схема. Для каждой технологической части котельной обычно составляются раздельные развернутые схемы, т. е. для оборудования собственно котельной, химводоочистки и мазутного хозяйства. Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ -ТС - 20 для закрытой системы теплоснабжения показана на рис. 5.8.
В верхней правой части этой схемы размещены водогрейные котлы 1, а в левой - деаэраторы 10 ниже котлов размещены рециркуляцинонные ниже сетевые насосы, под деаэраторами - теплообменники (подогреватели) 9, бак деаэрированной воды 7, подпилочные насосы 6, насосы сырой воды 5, дренажные баки и продувочный колодец. При выполнении развернутых тепловых схем котельных с водогрейными котлами применяют обще станционную или агрегатную схему компоновки оборудования (рис. 5.9).
Общестанционные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения характеризуется присоединением сетевых 2 и рециркуляционных 3 насосов, при котором вода из обратной линии тепловых сетей может поступать к любому из сетевых насосов 2 и 4, подключенных к магистральному трубопроводу, питающему водой все котлы котельной. Рециркуляцинонные насосы 3 подают горячую воду из общей линии за котлами также в общую линию, питающую водой все водогрейные котлы.
При агрегатной схеме компоновки оборудования котельной, изображенной на рис. 5.10, для каждого котла 1 устанавливаются сетевые 2 и рециркулярные насосы 3.
Рис 5.9 Общестанционная компоновка котлов сетевых и рециркуляционных насосов.1 - котел водогрейный, 2 - рециркуляционный, 3 - насос сетевой, 4 - насос сетевой летний.
Рис. 5-10. Агрегатная компоновка котлов КВ - ГМ - 100, сетевых и рециркуляционных насосов. 1 - насос водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный.
Вода из обратной магистрали поступает параллельно ко всем сетевым насосам , а нагнетательный трубопровод каждого насоса подключен только к одному из водонагревательных котлов. К рециркуляционному насосу горячая вода поступает из трубопроводом за каждым котлом до включения его в общую падающую магистраль и направляется в питательную линию того же котлоагрегата. При компоновке при агрегатной схеме предусматривается установка одного для всех водогрейных котлов. На рис.5.10 линии подпиточной и горячей воды к основным трубопроводам и теплообменником не показаны.
Агрегатный способ размещения оборудования особенно широко применяется в проектах водогрейных котельных с крупными котлами ПТВМ - 30М, КВ - ГМ 100. и др. Выбор обще станционного или агрегатного способа компоновки оборудования котельных с водогрейными котлами в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них из компоновки при агрегатной схеме является облегчение учета и регулирования расхода и параметра теплоносителя от каждого агрегата магистральных теплопроводов большого диаметра и упрощение ввода в эксплуатацию каждого агрегата.
Котельный завод Энергия-СПБ производит различные модели водогрейных котлов . Транспортирование котлов и другого котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.
Общая часть
Котельные с водогрейными котлами могут сооружаться для отпуска теплоты только в виде горячей воды при сжигании твердого, газообразного и жидкого топлива. Жидкое топливо обычно поступает в автоцистернах, т. е. в разогретом состоянии. Эти котельные могут работать как на закрытую, так и на открытую систему теплоснабжения.
Основной целью расчета любой тепловой схемы котельной является выбор основного и вспомогательною оборудования с определением исходных данных для последующих технико-экономических расчетов.
При разработке и расчете тепловых схем котельных с водогрейными котлами необходимо учитывать особенности их конструкции и эксплуатации.
Рис.1Схемы включения деаэраторов: а- вакуумного; б-атмосферного; в - атмосферного с охладителем деаэрированной воды
/ _ водоструйный эжектор; 2 - охладитель выпара; 3 - водо-водяной теплообменник; 4 - химически очищенная вода; 5 - деаэратор; 6 - горячая вода из прямой линии; 7 - охладитель деаэрированной воды; 8 - бак деаэрированной воды; 9 - подпиточный насос
Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изгото- вителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, должна быть не менее 60 °С, малосернистых топлив не менее 70 °С и высокосернистых топлив не менее 110 °С. Для повышения температуры воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос. \/ В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако вакуумные деаэраторы требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.
Применяемые схемы включения вакуумных деаэраторов и деаэраторов атмосферного типа показаны на рис. 1.
На рис. 1, а показан деаэратор, работающий при абсолютном давлении 0,03 МПа. Вакуум в нем создается водоструйным эжектором. Подпиточная вода после химводоочистки подогревается в водо-водяном подогревателе горячей водой из прямой линии с температурой 130-150 °С. Выделившийся пар борботирует поток деаэрируемой воды и направляется в охладитель выпара. Температура воды после деаэратора 70 °С.
На рис. 1, б показана схема деаэрации при давлении 0,12 МПа, т. е. выше атмосферного. При этом давлении темпера тура воды в деаэраторе 104 °С. Перед подачей в деаэратор химически очищенная вода предварительно подогревается в водоводяном теплообменнике.
На рис. 1, в показана аналогичная схема деаэрации подпиточной воды, отличающейся от описанной тем, что после деаэрационной колонки вода поступает в охладитель деаэрированной воды, подогревая химически очищенную воду. Затем химически очищенная вода направляется в теплообменник, установленный перед деаэратором. Температура воды после охладителя деаэрированной воды обычно принимается равной 70 °С.
Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В настоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 2.
На рис. 2, а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 2, б, в показаны двухступенчатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения. В соответствии со СНиП 11-36-73 выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. При Q гв / Q о ≤0 ,06 присоединение местных теплообменников производится по двухступенчатой последовательной схеме; при 0,6 < Q гв / Q о ≤1,2 - по двухступенчатой смешанной схеме; при Q гв / Q о ≥1.2-по параллельной схеме. При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение теплообменников на двухступенчатую смешанную схему.
Расчет тепловой схемы котельной базируется на решении уравнений теплового и материального баланса, составляемых для каждого элемента схемы. Увязка этих уравнений производится в конце расчета в зависимости от принятой схемы котельной. При расхождении предварительно принятых в расчете величин с полученными в результате расчета более чем на 3 % расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные значения.
Расчет тепловой схемы котельной с водогрейными котлами, работающей на закрытую систему теплоснабжения для трех режимов работы котельной
Котельная предназначена для теплоснабжения жилых и общественных зданий на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котельная расположена в г. и работает на малосернистом мазуте. Расчет в соответствии со СНиП 11-35-76 ведется для трех режимов: максимально-зимнего, наиболее холодного месяца и летнего. Для горячего водоснабжения принята двухступенчатая последовательная схема подогрева воды у абонентов. Деаэрация химически очищенной воды производится в деаэраторе при давлении 0,12 МПа. Тепловые сети работают по температурному графику 150/70. Основные исходные и принятые для расчета данные приведены в задании на курсовую работу.
При расчете тепловой схемы в нижеуказанной последовательности определяются:
1.Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию
К ов = 
2.Температура воды в подающей линии на нужды отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца
t 1 = 18 + 64,5 К ов 0,8 + 67,5 К ов = 115.077
3.Температура обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца
t 2 = t 1 - 80К ов = 58.197
4.Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для максимально-зимнего режима Q О.В = Q о +Q В =42+6.7=48.7
для режима наиболее холодного месяца
Q О.В = (Q о +Q В) К ов = (42+67)*0.711=34.625
5.Суммарный отпуск теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения:
8.Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени для режима наиболее холодного месяца:Q 11 г.в = G потр г.в - Q 1 г.в =12-5.24=6.76МВт
9.Расход сетевой воды на местный теплообменник второй ступени, т. е. на горячее водоснабжение, для режима наиболее холодного месяца:
10.Расход сетевой воды на местный теплообменник для летнего режима:
G л г.в = 
11. Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:
для максимально-зимнего режима
для режима наиболее холодного месяца
G о.в = 
=523.13 т/ч
12. Расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение: для максимально- зимнего режима
G вн = G о.в + G г.в =523.52+0=523.52
для режима наиболее холодного месяца
G вн = G о.в + G г.в = 523.52+102.20=625.72
для летнего режима
G вн = G о.в + G г.в = 0+140.72=140.72
13. Температура обратной сетевой воды после внешних потребителей:
t под обр = t 2 - 70 – =28.47
для режима наиболее холодного месяца
t под обр = t 2 - 58.197 –
для летнего режима
t под обр = t 1 - t 1 – 
14. Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловой сети внешних потребителей:
для максимально - зимнего режима
G ут = 0,01К тс G вн =0.01*1.8*523.52=9.42 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G ут = 0,01К тс G вн = 0.01*1.8*625.72=11.26 т/ч
для летнего режима
G ут = 0,01К тс G вн =0.01*2*140.72=2.81 т/ч
15. Расход сырой воды, поступающей на химводоочистку:
для максимально - зимнего режима
G с.в = 1,25 G ут = 1.25*9.42=11.77 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G с.в = 1,25 G ут =1.25*11.26=14.07 т/ч
для летнего режима
G с.в = 1,25 G ут = 1.25*13.28=16.6 т/ч
16. Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды:
для максимально - зимнего режима
t II х.о.в = 
t I х.о.в = 20=48.53
для режима наиболее холодного месяца
t II х.о.в = t I х.о.в, = 20=54.10
для летнего режима
t II х.о.в = t I х.о.в = 20=60.22
17. Температура химически очищенной воды, поступающей в деаэратор:
для максимально - зимнего режима
t д х.о.в = 
t II х.о.в = 
48.53=67.23
для режима наиболее холодного месяца
t д х.о.в = t II х.о.в = 54.10=72.80
для летнего режима
t д х.о.в = t II х.о.в = 60.22=78.92
18. Проверяется температура сырой воды перед химводоочисткой:
для максимально - зимнего режима
t I х.о.в = 
t с.в = 5=20.81
для режима наиболее холодного месяца
t I х.о.в = t с.в, = 
15=18.2
для летнего режима
t I х.о.в = t с.в 15=16.5
19. Расход греющей воды на деаэратор:
для максимально - зимнего режима
G гр д = =1.60 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G гр д = 
= 
=2.46 т/ч
для летнего режима
G гр д = = 
=0.13 т/ч
20. Проверяется расход химически очищенной воды на подпитку тепловой сети:
для максимально - зимнего режима
G х.о.в = G ут - G г.в д = 9.42-1.60=7.82 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G х.о.в = G ут - G г.в д =11.26-2.46=8.8 т/ч
для летнего режима
G х.о.в = G ут + G г.в д = 2.81-0.13=2.67 т/ч
21. Расход теплоты на подогрев сырой воды:
для максимально - зимнего режима
Q с.в = 0,00116 
= 0,00116
для режима наиболее холодного месяца
Q с.в = 0,00116 =0,00116
для летнего режима
Q с.в = 0,00116 = 0,00116
22. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды:
для максимально - зимнего режима
Q х.о.в = 0,00116 
= 0,00116
для режима наиболее холодного месяца
Q х.о.в = 0,00116 = 0,00116
для летнего режима
Q х.о.в = 0,00116 = 0,00116
23. Расход теплоты на деаэратор:
для максимально - зимнего режима
Q д = 0,00116 
= 0,00116
для режима наиболее холодного месяца
Q д = 0,00116 = 0,00116
для летнего режима
Q д = 0,00116 =0,00116
24. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды в охладителе деаэрированной воды:
для максимально - зимнего режима
Q охл = 0,00116 
= 0,00116
для режима наиболее холодного месяца
Q охл = 0,00116 = 0,00116
для летнего режима
Q охл = 0,00116 = 0,00116
25. Суммарный расход теплоты, который необходимо получить в водогрейных котлах:
для максимально - зимнего режима
∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл =60.7+0.22+0.17+0.15-0.25=60.99 МВт
для режима наиболее холодного месяца
∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл = 53.3+0.21+0.19+0.23-0.37=53.56
для летнего режима
∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл =9+0.02+0.05+0.007-0.13=8.94 МВт
26.Расход воды через водогрейные котлы:
для максимально - зимнего режима
G к = = 
для режима наиболее холодного месяца
G к = = 
для летнего режима
G к = = 
27.Расход воды на рециркуляцию:
для максимально - зимнего режима
G рец = 
=
для режима наиболее холодного месяца
для летнего режима
28. Расход воды по перепускной линии:
для максимально - зимнего режима
G пер = = 
для режима наиболее холодного месяца
для летнего режима
29. Расход сетевой воды от внешних потребителей через обратную линию:
для максимально - зимнего режима
G обр = G вн - G ут = 523.52-9.42=514.1 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G обр = G вн - G ут = 625.72-11.26=614.46 т/ч
для летнего режима
G обр = G вн - G ут = 140.72-2.81=137.91 т/ч
30. Расчетный расход воды через котлы:
для максимально - зимнего режима
G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер =523.52+5+224.04-0=752.56 т/ч
для режима наиболее холодного месяца
G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер = 625.72+5+111.20-220.37=521.55
для летнего режима
G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер = 140.72+0.7+81.37-66.30=154.49
31. Расход воды, поступающей к внешним потребителям по прямой линии:
для максимально - зимнего режима
G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 752.56-1.60-224.04+0+5=531.9
для режима наиболее холодного месяца
G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 521.55-2.46-111.20+220.37+5=633.26
для летнего режима
G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 156.49-0.133-81.37+66.30+0.7=141.98
32. Разница между найденными ранее и уточненным расходом воды
внешними потребителями:
для максимально - зимнего режима
100% = 100%=1.60
для режима наиболее холодного месяца
100% = 
100%=1.20
для летнего режима
100% = 
100%=0.89
При расхождении, меньшем 3%, расчет считается оконченным.
Сводные данные результатов расчета тепловой схемы приведены в таблице.
| . |
| Физическая | Обо | Номер | Значение величины при характерных режимах работы котельной | ||
| величина | зна чение | формулы | макси мально- зимнем | наиболее холодного месяца | лет нем |
| Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию | Ко.в | (1) | 0.7 | ||
| Температура воды в подающей линии на нужды отопления и вентиляции, °С | t 1 | (2) | 115.07 | ||
| Температура обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции, °С | t 2 | (3) | 58.1 | ||
| после систем отопления и вентиляции, °С Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию, МВт | Q о.в | (4) | 48.7 | 34.6 | |
| Суммарный отпуск теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, МВт | Q | (5) | 60.7 | 53.3 | |
| Расход воды в подающей линии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, т/ч | G вн | (12) | 523.52 | 625.72 | 140.72 |
| Температура обратной воды после внешних потребителей, °С | (13) | 28.47 | 50.85 | 56.12 | |
| Расход подпиточной воды для восполнения утечек в теплосети внешних потребителей, т/ч | G ут | (14) | 9.42 | 11.26 | 2.81 |
| Количество сырой воды, поступающей на химводоочистку, т/ч | G с.в | (15) | 11.77 | 14.07 | 16.6 |
| Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды, °С | (16) | 48.53 | 54.10 | 60.22 | |
| Температура химически очищенной воды, поступающей в деаэратор, °С | (17) | 67.23 | 72.80 | 78.92 | |
| Расход греющей воды на деаэратор, т/ч Суммарный расход теплоты, необходимый в водогрейных котлах, МВт Расход воды через водогрейные котлы, т/ч | G гр д | (19) | 1.60 | 2.46 | 0.134 |
| ∑Q | (25) | 60.9 | 53.5 | 8.9 | |
| G к | (26) | 655.6 | 575.7 | 153.8 | |
| Расход воды на рециркуляцию, т/ч Расход воды по перепускной линии, т/ч | (10.31) | ||||
| G рец G пер | (27) (28) | 224.04 | 111.20 220.3 | 81.37 66.3 | |
| Расход воды через обратную линию, т/ч | G обр | (29) | 514.1 | 614.4 | 137.9 |
| Расчетный расход воды через котлы | G к ׳ | (30) | 752.2 | 521.5 | 156.4 |
Сводная таблица расчета тепловой схемы котельной с водогрейными котлами