Тепловые схемы котельных

Тепловые схемы котельных

Тепловые схемы котельных с помощью условных графических изображений показывают основное и вспомогательное оборудование объединяемое линиями трубопроводов для транспортировки теплоносителей в виде пара или воды. Тепловые схемы котельных могут быть принципиальные, развернутые и рабочие или монтажные. Принципиальные тепловые схемы котельных указывается лишь главное оборудование (котлы, подогреватели, деаэраторы, насосы) и основные трубопроводы без арматуры, всевозможных вспомогательных устройств и второстепенных трубопроводов и без уточнения количества и расположения оборудования. На этой схеме показываются расходы и параметры теплоносителей.

На развернутой тепловой схеме показывается все устанавливаемое оборудование, а также все трубопроводы, соединяющие оборудование, с запорной и регулирующей арматурой. Если объединение в развернутой тепловой схеме всех элементов и оборудования котельной из-за их большого числа затруднительно, то эту схему разделяют на части по технологическому процессу. Так, например, в качестве самостоятельных схем выполняют схемы подготовки воды, продувки из паровых котлов, сбора и удаления дренажей и т. п. Это позволяет в развернутой тепловой схеме достаточно подробно и ясно отразить все главные и вспомогательные элементы оборудования котельной, а также указать диаметры всех трубопроводов.

Рабочие или монтажные тепловые схемы котельных обычно выполняют в ортогональном, а иногда отдельные сложные узлы - в аксонометрическом изображении с указанием отметок расположения трубопроводов, их наклона, арматуры, креплений, размеров и т. д. Эта схема также разделяется на части для удобства использования и облегчения монтажа оборудования, арматуры и трубопроводов.

На монтажных схемах указываются все необходимые сведения о марке стали или о материале данного узла, способах его соединения со смежными, о массе деталей или блока, т. е. составляется спецификация на все элементы, входящие в данную часть тепловой схемы. Развернутая и рабочая (монтажная) тепловые схемы котельных могут быть составлены лишь после разработки принципиальной тепловой схемы и ее расчетов, на основе которых выбирается оборудование.

Основной целью расчета тепловой схемы котельной является:

• определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов тепла на собственные нужды, и распределение этих нагрузок между водогрейной и паровой частями котельной для обоснования выбора основного оборудования;
• определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры;
• определение исходных данных для дальнейших технико-экономических расчетов (годовых выработок тепла, годовых расходов топлива и др.).

Расчет тепловой схемы позволяет определить суммарную теплопроизводительность котельной установки при нескольких режимах ее работы.

По известным суммарным расходам пара и горячей воды производится выбор типа, количества и производительности котельных агрегатов. В некоторых случаях оказывается целесообразным принять два типа котла ряд технико-экономических расчетов по применению в котельных паровых и водогрейных котлов и рекомендует в котельных с общей теплопроизводительностью (пар и горячая вода) до 50 Гкал/ч устанавливать только один тип котлов - паровые котлы, а горячую воду для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения получать от пароводяных подогревателей. Для мощных котельных с общей теплопроизводительностью свыше 100 Гкал/ч может оказаться рациональным применение комбинированных паровых котлов с гибкой регулировкой паровой и водогрейной нагрузок.

После выбора котлов, производится выбор всего необходимого для их работы вспомогательного оборудования, т. е. различных теплообменных аппаратов, аппаратуры водоподготовки, насосов, баков и пр.

Все выбранное оборудование наносится на тепловую схему в виде условных обозначений, выбираемых в соответствии с действующими стандартами. Так же условными линиями изображают трубопроводы для различного вида жидкостей, пара и газа. Для удобства обозначения и чтения тепловых схем целесообразен следующий порядок размещения условных обозначений оборудования на схеме: в верхнем ряду наносят обозначения котельных агрегатов и деаэраторов, ниже теплообменников, затем насосов, далее различных емкостей или баков, а под ними дренажных, продувочных и прочих колодцев, отводящих и подводящих трубопроводов пара, воды, конденсата.

Такой принцип обозначения оборудования принят для всех приведенных ниже тепловых схем.

Достаточно большая сложность тепловых схем современных котельных установок с паровыми, водогрейными пароводогрейными котлами вынуждает вести их расчет методом последовательных приближений. Для каждого из элементов тепловой схемы составляется уравнение теплового и материального баланса, решение которого позволяет определить неизвестные расходы и энтальпии. Общая увязка этих уравнений, число которых зависит от параметров теплоносителей, системы горячего водоснабжения и ряда других условий, осуществляется составлением материального и теплового баланса деаэратора, куда сходятся основные потоки рабочего тела. Ряд величин, необходимых для увязки тепловой схемы, получают из расчета элементов н устройств, связанных со схемой. При отсутствии всех необходимых сведений на основе опыта проектирования рядом величин можно предварительно задаваться.

Так, например, для определения расхода пара или горячей воды на собственные нужды котельной Сантех-проект рекомендует предварительно принимать следующие величины расходов теплоты: на деаэрацию питательной воды и подогрев сырой и химически очищенной воды при закрытой системе теплоснабжения от 7 до 10 % суммарного отпуска тепловой энергии внешним потребителям; на потери теплоты внутри котельной 2 - 3 % той же величины. При открытой системе горячего водоснабжения расход теплоты на деаэрацию и подогрев сырой и химически очищенной воды заметно выше.

Латгипропром считает целесообразным общие расходы теплоты на собственные нужды котельной определять, исходя из расходов теплоты на отопление и вентиляцию здания котельной, на потери теплоты теплоизоляцией трубопроводов, оборудования и теплообменных аппаратов, на потери с выбрасываемой в канализацию водой (продувка котлов, собственные нужды водоподготовки), расходов теплоты на мазутоснабжение, а также на разные отдельно не учитываемые потери теплоты (выпар из деаэраторов, отбор проб, утечки через не плотности, горячее водоснабжение душевых), которые условно оцениваются в размере 0,2 % установленной теплопроизво - длительности котлов.

На основе анализа выпущенных проектов составлены упрощенные эмпирические формулы для определения перечисленных выше расходов теплоты на собственные нужды котельной. Потребности тепловой энергии внешних потребителей, как правило, определяются схемами теплоснабжения промпредприятий промышленных узлов или жилых районов городов.

При расчетах тепловых схем задаются температурой воды, идущей на химводоочистку в пределах 20 - 30 ° С, исходной воды, поступающей в котельную зимой - 5 °С, летом - 15 °С. Потери воды в тепловых сетях с закрытой системой горячего водоснабжения принимаются равными 0,5 % объема воды в сетях, а при отсутствии данных об объеме равными 1,5 принятыми больше чем на 3 % нужно повторить расчет, подставив в качестве исходных полученные значения. Это второе приближение обычно дает необходимую сходимость.

В качестве примера ниже приводится расчет тепловой схемы производственной котельной, изображенной на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Принципиальная тепловая схема производственной котельной. 1 - котел паровой; 2 - деаэратор; 3 - охладитель выпара; 4 - подогреватель химически очищенной воды; 5 - подогреватель сырой воды; 6 - охладитель продувочной воды; 7- сепаратор непрерывной продувки; 8 - питательный насос.

Зная по исходным данным расход пара на производство и обозначая через D_т, найдем количество потерянного конденсата, т/ч, если возвращаемая доля его составляет µ:

G₂=(1-μ)D_т. (5.1)

Расход пара на собственные нужды котельной состоит из расхода на подогреватель сырой и химически очищенной воды, деаэратора, на подогрев мазута, обдувку и потерь. Количество пара на подогрев воды до и после химводоочистки и на деаэратор, т/ч, можно принимать предварительно равным от 5 до 10 % расхода пара на производство:

D_св+D_хов+D_д=(0,05÷0,1)D_т. (5.2)

Расход пара на подогрев мазута D_м.х и потери D_пот внутри котельной также предварительно принимают равным 2 - 5 % расхода пара на производство т/ч:

D_м.х+D_пот=(0,02÷0,05)D_т. (5.3)

Количество пара, расходуемого в системе мазутного хозяйства, определяется расчетом, детальное изложение которого дано в § 7.4. Можно принять суммарный расход пара на нужды мазутного хозяйства в небольших котельных равным около 3 % отпущенного количества пара. Тогда суммарное количество пара, которое должны выработать котельные агрегаты, т/ч, составит:

∑D=D_т+D_с.в+D_д+D_м.х+D_пот≈(1,07-1,13)D_т. (5.4)

Определив суммарную максимальную потребность в паре, необходимо выбрать тнп и число котлов с учетом требований СНиП II-35-76. Количество и единичную производительность котлов устанавливаемых в котельной, следует выбирать по расчетной производительности котельной, проверяя режим работы для летнего периода года. При этом в случае выхода из строя наибольшего по производительности котла, в котельных первой категории, оставшиеся должны обеспечивать отпуск теплоты потребителям на технологическое теплоснабжение и на системы вентиляции в количестве, определенном минимально допустимыми для данных потребителей нагрузками, на отопление и горячее водоснабжение - в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.

В случае выхода из строя одного котла, независимо от категории котельной, количество теплоты, отпускаемой потребителям второй категории, не нормируется.

В котельных должна предусматриваться, установка не менее двух котлов, за исключением производственных котельных второй категории, в которых допускается установка одного котла. При выборе котлов следует учитывать рекомендации строительных норм и правил об однотипности котлов. Оптимальное число котлов в новых котельных следует считать равным трем. Единичную производительность однотипных котлов определяют, не считая резервного парового котла, так, чтобы соблюсти условие

∑D/D_ед=n≈3, (5.5)

где D_е.д - номинальная производительность котла, т/ч.

При этом должно быть выдержано положение, что

D_едN≥∑D. (5.6)

Зная сепарационные устройства выбранного котлоагрегата, можно рассчитать узел продувки, взяв величину продувки р_пр из расчета подготовки воды или приняв от 2 до 10 % номинальной производительности котлов.

Количество воды, удаляемое из котла с продувкой, т/ч,

G_пр=D_ед n р_пр /100 (5.7)

Если величина G_пр ≥ 0,5 т/ч, необходимо осуществить непрерывную продувку, а при G_np>1 т/ч иметь расширитель 7 и теплообменник 6 для использования теплоты, содержащейся в воде продувки. Эту теплоту утилизируют, отделяя пар и набавляя его в деаэратор 2, а остаток воды - на подогрев сырой воды (рис.5.1).

Количество пара, т/ч, получаемое из расширителя 7, находят из балансового уравнения,

где i′_пр - энтальпия воды при давлении в котле, ккал/кг; i″_пр - энтальпия воды при давлении в расширителе, ккал/кг; i′_п -энтальпия пара при давлении в расширителе, ккал/кг; х - степень сухости пара, выходящего из расширителя, обычно равная 0,98.

Количество воды, уходящей в теплообменник 6, т/ч,

G′_пр= G_пр-D_пр (5.9)

Зная суммарную производительность котельной и количество воды, удаляемое с продувкой, можно найти количество воды, поступающее в котлы и равное расходу воды из деаэратора 2, т/ч,

G_д=∑D+G_пр (5.10)

а при наличии редукционно - охладительной установки, на которую идет G_роу, т/ч,

G_д=∑D+G_пр+G_роу.

Из деаэратора вместе с газами удаляется пар, выделяющийся из поступившей воды. По данным ЦКТИ это количество пара, обозначаемое D_вып, составляет от 2 до 5 кг на каждую 1 т аэрированной воды. Теплота, содержащаяся в выпаре, используется обычно для подогрева химически очищенной воды, направляемой в деаэратор. В крупных котельных конденсат выпара возвращают в цикл, а в мелких сбрасывают в дренаж. Следовательно, максимальное количество воды, поступающей в деаэратор из химводоподготовки, т. е. производительность последней, т/ч:

Gвпу=G₂+G′_пр+D_м.х+D_пот+D_вып (5.11)

где G₂ - количество потерянного конденсата, т/ч, а при возврате конденсата выпара и конденсата из мазутного хозяйства, если он загрязнен нефтепродуктами, т/ч:

G_впу=G₂+G′_пр+D_пот. (5.12)

Количество сырой воды, поступающей в химводоочистку из водопровода или от другого источника водоснабжения, будет больше величины G_впу, так как в самой химводоочистки имеются затраты воды на взрыхление, регенерацию, отмывку фильтров и другие нужды, составляющие от 10 до 25 % производительности водоподготовки. Следовательно, количество воды, поступающей в теплообменник 6, т/ч, составляет:

G_с.в=(1,1-1,25)G_впу (5.13)

При указанных ранее температурах сырой (исходной) воды (t′_CB ) 5 или 15 °С и найденном по последнему уравнению расходе G_C.B, принимая, в зависимости от выбранного способа ее обработки (известкование, коагуляция, катионирование и т. д.), температуру воды перед химводоочистки t′_впу и ее теплоемкость с = 1 ккал/(кг *°С), можно найти расход пара на подогреватель 5, т/ч:

где, кроме указанных выше, приняты следующие обозначения: t′_впу - температура воды перед водоподготовкой, °С; i_n - энтальпия греющего пара, ккал/кг; i_K - энтальпия уходящего конденсата, ккал/кг; η_под = 0,98 - коэффициент, учитывающий потерю теплоты теплообменником в окружающую среду.

Расчет теплообменника 6, утилизирующего теплоту воды от продувки после расширителя 7, а также теплообменника 4 ведется по аналогичному выражению. Температура сырой воды после теплообменника 6, °С, определяется из выражения

где 35 - энтальпия воды, сбрасываемой в дренажный колодец или канализацию, ккал/кг.

Температура воды после водоподготовительной установки,° С,

t″_ВПУ=t′_ВПУ - Δt, (5.16)

где Δt - снижение температуры воды в процессе ее обработки, обычно равное 2 - 3 °С.

Аналогично определяется и температура химически очищенной воды после охладителя выпара 5.

Расчет тепловой схемы котельной с паровыми котлами на деаэраторе завершают, составляя материальный и тепловой балансы:

D_д+D_c.в+(D_т-G₂)+G_впу=D_вып+G_д;(5.17)

D_дin+D_с.вik+(D_т-G₂)i_k+G_впуi′_д=D_выпi_вып+G_дi″д, (5.18)

откуда

где i_вып - энтальпия выпара, ккал/кг; i″_д- энтальпия воды, выходящей из деаэратора, ккал/кг; i′_д - энтальпия воды, входящей в деаэратор 2, после подогревателя химически очищенной воды 4.

Суммируя расход пара на подогреватели сырой и химически очищенной воды с расходом пара на деаэратор D_d, получаем величину, которая должна быть равна полученной ранее из выражения (5.2). Если она отличается не более чем на 3 - 5% от величины, найденной по уравнению (5.2), то расчет можно считать законченным, а в противном случае его необходимо повторить с учетом сделанных ранее рекомендаций.

При подогреве воды, подаваемой на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение паром в сетевых подогревателях 2 (рис. 5.2), последние могут быть подключены прямо к паропроводам или через редукционно-охладительную установку, как это показано на схемах рис. 5.2, а и б.

Схема по рис. 5.2, а может использоваться, когда вода из тепловой сети проходит подогреватель 2, расположенный над паровым котлом на высоте не менее 1,5 м от горизонтельной оси его верхнего барабана. Пар из барабана поступает в подогреватель 2, отдает теплоту, конденсируется, и полученный конденсат самотеком идет в нижний барабан котла.

В основном в практике пользуются схемой, показанной на рис. 5.2,б, где подогреватель сетевой воды включен на более низкое, чем в схеме рис. 5.2, а, давление, так же, как и остальные потребители теплоты в котельной, по схеме, изображенной на рис. 5.1.

Рис. 5.2. Схемы присоединения подогревателей сетевой воды к паровым котлам. а - непосредственно к котлам с полным давлением; б - после редукционной установки; 1 - котел паровой; 2 - подогреватель сетевой воды; 3 - насос питательный; 4 - бак питательной воды; 5 - регулятор перепуска; 6 - редукционная установка.

Подключение подогревателей сетевой воды по схеме рис. 5.2,б подобно подключению любых других тепловых потребителей, расход пара определяется из выражения, т/ч:

где Q_o.в - расход теплоты на отопление и вентиляцию, Гкал/ч; Q_г.в - расход теплоты на горячее водоснабжение, Гкал/ч. Остальные обозначения даны ранее.

Конденсат из подогревателей сетевой воды не загрязнен и находится под давлением, большим давления в деаэраторе. Поэтому его обычно прямо направляют в деаэраторы. Потери пара и конденсата из подогревателей сетевой воды при нормальных условиях незначительны, и их учитывают при расчете тепловых схем величиной. Поэтому количество химически очищенной или умягченной воды, выходящей из химводоочистки в деаэратор, может быть найдено с помощью выражения (5.11). При расчете деаэратор количество конденсата из сетевых подогревателей и вносимой им теплоты следует учесть в материальном и тепловом балансах, составляемых с помощью выражений (5.17) и (5.18), поскольку количество конденсата и его энтальпия влияют на расход пара, требующегося для деаэратора.

До рассмотрения методов расчета производственно-отопительных котельных с паровыми и водогрейными котлами целесообразно изложить расчет тепловых схем с чисто водогрейными котлами.

Существуют три принципиальные схемы присоединения теплообменников для нужд горячего водоснабжения - параллельная, двухступенчатая последовательная, которые показаны на рис. 5.3, а - в.
При параллельном присоединении растет общий расход сетевой воды. При других вариантах растет расход воды на рециркуляцию ее в водогрейных котельных. В настоящее время наиболее часто встречается двухступенчатое, последовательное с системой отопления и вентиляции включение теплообменников для горячего водоснабжения потребителей.

Рис. 5.3. Схемы присоединения подогревателей воды для нужд горячего водоснабжения. а - двухступенчатая смешанная; б - двухступенчатая последовательная; в - параллельная.

Исходные данные для расчета схемы целесообразно свести в таблицу со сведениями для режимов работы установки: максимального, в наиболее - холодный месяц, среднего зимнего, в переходный период и летнего. Знание этих режимов позволяет правильно выбрать оборудование, в том числе; сетевые и рециркуляцинонные насосы. Особенно сильное влияние на оборудование котельной с водогрейными агрегатами оказывает тип системы горячего водоснабжения - закрытая или открытая.

При расчете тепловой схемы с водогрейными котлами необходимо определить расход воды через котел и соответствие полученного расхода величине, установленной заводом - изготовителем. Объясняется это тем, что надежное охлаждение всех поверхностей нагрева водогрейных котлов может иметь место лишь при специально выбираемых гидродинамических режимах. Поскольку в тепловых сетях осуществляется качественное регулирование, при котором расход воды постоянен, а изменяется лишь ее температура, необходимо определить расход воды через, котлы при летнем режиме, когда расход теплоты наименьший. Температура воды, поступающей и возвращающейся из тепловых сетей t′_тс и t″_тс позволяет найти энтальпии воды и определить ее расход. Следует учитывать, что при закрытой системе горячего водоснабжения подогрев воды у потребителя для нужд горячего водоснабжения можно осуществлять за счет использования теплоты воды, прошедшей системы отопления и вентиляции, т. е. при последовательном включении теплообменников отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Количество воды, т/ч, которое необходимо нагреть в котлах для нужд отопления и вентиляции, составляет:

где t′_тс и t″_{TC -} энтальпия воды после и перед котельной установкой, ккал/кг;η_т.с - коэффициент, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях.

Если принять теплоемкость воды с_в=1 ккал/(кг °С), то

(5.21)(2)

где t′_т.с и t″_т.с - температура воды после и перед котельной установкой, °С.
При последовательном включении теплообменников для горячего водоснабжения температура воды за ними для максимального зимнего и среднего наиболее холодного месяца может быть найдена из выражения

где t″_о.в - температура воды за системой отопления и вентиляции,°С; t″_т.с - температура воды в обратной линии тепловых сетей, °С; G_{потр/г.в} - расход воды потребителем горячего водоснабжения, кг/ч; i_г.в и i_с.в - энтальпии горячей (60 ккал/кг) и холодной воды (зимой 5 и летом 15 ккал/кг) за и перед теплообменником горячего водоснабжения.

Второй член в правой части уравнения (5.22) учитывает охлаждение обратной воды системы отопления и вентиляция за счет подогрева воды системы горячего водоснабжения в первой ступени теплообменника (рис. 5.3, а и б). Для других режимов может быть использован для определения tтс график, приведенный на рис. 2.9. Расход воды потребителем горячего водоснабжения, т/ч, составляет:

Количество воды из тепловых сетей, проходящее через теплообменники горячего водоснабжения, в этом случае равно расходу воды на отопление и вентиляцию G_ов и расходу прямой сетевой воды, идущей у потребителя на вторую ступень подогрева воды для нужд горячего водоснабжения.

При параллельном включении теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления и вентиляции количество воды, идущей в теплообменники горячего водоснабжения из подающей магистрали тепловых сетей, т/ч, будет:

Расход воды в подающей магистрали тепловых сетей, т/ч,

G=G_о.в+G_г.в. (5.25)

Потери воды в закрытой системе теплоснабжения; как отмечалось ранее, составляют до 0,5% объема воды в тепловых сетях и в системе потребителей, или 1,5 - 2,0% часового расхода, т/ч
ΔG=К_т.сG (5.26),
где К_т.с=0,015÷0,02.

Кроме того, при работе на мазуте часть теплоты, полученной в котлах, расходуется на подогрев мазута, что требует дополнительного расхода воды. Количество теплоты, Гкал/ч, для подогрева мазута можно найти с помощью уравнения

где В - часовой расход мазута при соответствующем режиме, кг/ч; с_м - теплоемкость мазута, ккал/(кг°С); t"_м и t’_м - температуры мазута за и перед подогревателями, °С.

Расход воды на подогрев мазута, т/ч,

где i′₂ - энтальпия воды после подогревателей мазута, ккал/кг.

Кроме перечисленных расходов теплоты и потерь в тепловых сетях, в самой котельной имеются безвозвратные расходы воды на уплотнение и охлаждение подшипников насосов и дымососов, на охлаждение приборов на котлах и др. Эти расходы воды вместе с расходом воды на собственные нужды химводоочистки могут составлять до 25 - 30% количества подпилочной воды тепловых сетей ΔG, и их можно учесть повышением величины К_т.с до 0,02 - 0,025 или, [см. формулу (5.13)], увеличением расхода сырой воды. Сохраняя единообразие способа расчета, примем, что количество воды, которое должна подготовить химводоочистка, составляет:

G_впу=ΔG_т.с+ΔG_g.h=K_Т.СG+K_C.HG+G_m.x (5.29),

где К_с.н=0,004÷0,005

При открытой системе горячего водоснабжения количество воды, идущее на подпитку тепловых сетей, заметно возрастает и может достигать 20% расхода воды в тепловых сетях. Следовательно, и количество воды, которое необходимо подготовить на химводоочистку, при открытой системе горячего водоснабжения возрастет в несколько раз по сравнению с закрытой.
Количество теплоты, необходимое для подогрева сырой воды перед химводоочисткой, определяется ее конечной и начальной энтальпией i′_cв и i″_св расходом воды i_C.B, определяемым из выражения (5.13), и КПД теплообменника η_под=0,98, т. е.

Количество теплоты, найденное по формуле (5.30), может быть передано от горячей воды, вышедшей из котла, в теплообменнике сырой воды. Однако при этом разность температур греющей и нагреваемой сред будет большой, а расход греющей среды малым, что не экономично. Поэтому сырую воду чаще греют теплоносителем с меньшей температурой, например водой, уже отдавшей часть теплоты в подогревателе химически очищенной воды.

Сырую воду в некоторых случаях целесообразно подогревать в контактных смешивающих теплообменниках с активной насадкой, устанавливаемых в трактах дымовых газов котлов.
Количество горячей воды, требующейся для подогрева сырой воды, т/ч, составит:

Рис. 5.4. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами. 1 - котел водогрейный; 2 - деаэратор вакуумный: 3 - охладитель выпара; 4 - эжектор; 5 - бак рабочей воды эжектора; 6 - насос рабочей воды; 7- насос подпиточный; 8 - подогреватель химически очищенной воды; 9 - насос сырой воды; 10 - подогреватель сырой воды; 11 - насос сетевой; 12 - насос рециркуляционный.
или при с_в=1 ккал/(кг°С)

где i′₁ и t″₁ - энтальпия и температура воды перед теплообменником, ккал/кг и °С; i′₂ и t′₂ — энтальпия и температура за теплообменником сырой воды, ккал/кг и °С.

Химически очищенная вода из аппаратов водоподготовительной установки идет в подогреватель химически очищенной воды 8 (рис. 5.4), где энтальпия повышается до величины, требующейся для вскипания в вакуумном деаэраторе 2, т. е. примерно до 65 - 70 ккал/кг. Однако в аппаратах химводоочистки идет и охлаждение воды, которое составляет около 2 - 3° С, а тем меньше, чем ниже подогрев воды.

Для подогрева химически очищенной воды могут быть применены разные схемы: на рис. 5.4 подогрев осуществляется за счет горячей воды, отбираемой из котлов (в подогревателе 8) и частично в охладителе выпара 3. Иногда химически очищенная вода сначала подогревается за счет охлаждения подпиточной воды, прошедшей деаэратор, а затем нагревается водой из котлов. Возможны и другие схемы, отличающиеся от рассмотренных и приводящие к уменьшению поверхности нагрева теплообменников или сокращению расхода воды от котлов.
Расчет любой тепловой схемы котельной при любом числе и способе включения теплообменников производится, исходя из количества теплоты, необходимой для подогрева химически очищенной воды до энтальпии, соответствующей давлению в деаэраторе, ккал/ч:

где i_д - энтальпия воды в деаэраторе, ккал/кг; ∆i - снижение энтальпии химически очищенной воды, ккал/кг.

Упрощая

Поскольку в охладителе выпара 3, показанном на рис. 5.4, подпиточная вода нагревается примерно на два градуса, величиной ∆i в выражении (5.32) и подогревом воды в охладителе выпара без ущерба для точности расчета можно пренебречь. Горячая вода, отбираемая от котлов, пройдя подогреватель 8, идет в подогреватель сырой воды 10 (см. рис. 5.4).

Последней величиной, которая необходима для определения количества горячей воды за котлоагрегатам, является расход воды на рециркуляцию. Его определяют из выражения баланса тепла и расходов воды, ккал/ч:

В этом выражении неизвестными являются две величины: расход воды на рециркуляцию G_рец и энтальпия воды перед котлом i_K. Последней можно отдаться, исходя из обеспечения температуры воды на входе в котел не ниже 70° С при работе последнего на природном газе и 90 - 110° С - на сернистом мазуте в зависимости от содержания серы в топливе. В основном энтальпия воды iк и расход воды на рециркуляцию определяются режимом работы тепловых сетей. Энтальпия воды, возвращающейся из сетей t_TC, может быть определена для нескольких режимов по рис 2,9, из которого следует, что лишь при минимальных температурах наружного воздуха и параллельном включении теплообменников горячего водоснабжения энтальпия или температура воды в обратной линии тепловых сетей составляет 70° С.

При всех остальных режимах и последовательном включении теплообменников температура воды ниже и, начиная с конца отопительного сезона, составляет около 43° С. Из-за этого расход воды на рециркуляцию переменный и увеличивается с повышением температуры наружного воздуха. Поскольку количество воды, идущей на подпитку закрытой системы теплоснабжения, невелико, расход греющей ее воды тоже незначителен, температура мала. Это позволяет в выражении (5.33) в предварительных расчетах пренебречь величиной G₁i′₂ без большого ущерба для точности.

При необходимости более точных расчетов можно, пользуясь балансом расхода воды и теплоты последовательно в точках I, II, III и IV (рис. 5.4), .написать для точки I

или

откуда

Так как все входящие в последнее выражение величины известны, то для - точки II соответственно

где i′₂ - энтальпия воды после подогревателей, ккал/кг; G_I=G;ir известно; Gi известно из (5.31), a G_II=G+G_i.

Отсюда

В точке III температура воды постоянна, а количество не уменьшается ниже величины G_III=G+G₁ - G_nep, кг/ч, где G_пeр - количество воды, подаваемое сетевым насосом II (рис. 5.4) из обратного в подающий трубопровод тепловых сетей. Это количество воды зависит от выбранных условий: при постоянной температуре горячей воды за котлами ее расход больше, чем при постоянной температуре воды на входе в агрегат. Соответственно больше и расход воды на рециркуляцию, однако температура воды на входе в котел выше я при сернистых топливах последний лучше защищен от низкотемпературной коррозии. Если учесть требования подогрева мазута до температуры, большей 100.° С, то необходимость поддержания постоянной и максимальной температуры воды за котлами, использующими сернистое топливо, будет очевидной.

Однако следует учитывать, что по условиям низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей водогрейного котла повышение температуры воды на входе выше 70° С является необходимым только при непосредственном вводе обратной сетевой воды в конвективную шахту.

Во всех других случаях, как при сжигании газа, так и при сжигании сернистых топлив следует поддерживать температуру воды не выше 70.° С, что позволяет резко снижать расход электроэнергии на привод рециркуляционных насосов. Пар на подогрев мазута и на другие собственные нужды в этом случае целесообразно получать от водогрейных котлов, работающих в комбинированном пароводогрейном режиме.

Следовательно, в этом случае количество воды в точке III может быть найдено следующим путем:

G_III=G_k-G_рец+G_пер=G+G₁+G_пер

При известной величине i₂=const из уравнения (5.33) при определенном заводом-изготовителем расходе воды через котел можно найти G_рец и подсчитать G_nep с помощью последнего уравнения. С другой стороны, расход воды в точке IV должен быть равен расходу воды через агрегат: G_iV=G_K, т. е. G_jV=G+G₁- G_{5 -} G_nep-G_peц, или G_пер=G+G₁-G_peц-Gk.

Возможен и другой подход к выяснению расхода воды на перепуск и на рециркуляцию: при известном расходе воды в подающей магистрали тепловых сетей G_0.B и последовательном включении теплообменников горячего водоснабжения, когда из уравнения (5.22) известны температуры t″_тс или энтальпия i″_тс, расход воды через перепускную линию в первом приближении можно найти из уравнений теплового баланса, пренебрегая изменением температуры, энтальпии и расхода воды в точках I и II:
5.33.7

откуда

где величина i′_тc - энтальпия воды на, входе в тепловые сети - определяется в зависимости от температуры наружного воздуха и способа регулирования тепловых сетей, например, с помощью рис. 2.9; i′_тс находят из уравнения (5.22); i″_к принимается постоянной и равной 150 ккал/кг при сжигании сернистых топлив или 70 ккал/кг при сжигании газа.

Найдя ориентировочный расход воды через линию перепуска, с помощью приведенных ранее уравнений можно уточнить энтальпии воды в точках I-III для определения i′_тc. При параллельном включении теплообменников горячего водоснабжения у потребителей в последнее уравнение подставляют величину G из (5.25). Расход воды на рециркуляцию при тех же допущениях можно найти из уравнения

откуда

где G при последовательном и параллельном включении теплообменников горячей воды определяют из выражения
5.33.11

а далее проводят те же уточнения расчета. Суммарное количество теплоты, Гкал/ч, которое необходимо получить в котлах, составляет:

полный расчетный расход воды через них, т/ч

что при числе агрегатов п дает возможность найти расход воды через один котел, т/ч,
(5.36)

т. е. произвести определение единичной теплопроизводительности водогрейного котла с учетом сказанного ранее об их числе и расходе воды через каждый из агрегатов. Это позволяет, пользуясь каталогами или справочниками [23] и указаниями СНиП II-35-76, подобрать соответствующий агрегат, соблюдая условие, что n≥∑Q. Затем надлежит сопоставить расход воды через агрегат ∑GK/n с расходом, установленным заводом-изготовителем. Если ∑GK/n ≥ G завода-изготовителя, расчет можно считать законченным. После этого проверяется, какое число водогрейных котлов должно работать при среднем зимнем и летнем режимах, а в некоторых случаях и при среднем режиме в наиболее холодный месяц года.