А. Примеры расчетов тепловых схем котельных
В качестве примера приводится расчет принципиальной тепловой схемы котельной с паровыми котлами (см. рис. 5.5), со следующими исходными данными и условиями эксплуатации.
Котельная предназначена для отпуска пара технологическим потребителям и для подогрева горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Система теплоснабжения - закрытая. Пар, вырабатываемый в паровых котлах, расходуется на технологические нужды: с параметрами 14 кгс/см 250°С - 10 т/ч с параметрами 6 кгс/см2, 190°С - 103 т/ч; на подогреватели сетевой воды с параметрами 6 кгс/см2, 190°С (расчетная тепловая нагрузка в виде горячей воды 15 Гкал/ч), а также на собственные нужды и восполнение потерь в котельной. Температурный график тепловых сетей для жилого района 150 - 70°С. Расчетная минимальная температура наружного воздуха - 30°С. Для расчетов принимается температура сырой воды зимой 5°С, летом - 15°С, подогрев воды перед водоподготовительной установкой до 20°С. Деаэрация питательной и подпиточной воды осуществляется в атмосферных деаэраторах при температуре 104°С; питательная вода имеет температуру 104°С, подпиточная 70°С.
Возврат конденсата от технологических потребителей пара 50% и его температура 80°С. Предусматривается непрерывная продувка паровых котлов с использованием отсепарированного пара в деаэраторе питательной воды. По характеру работы котельная является производственной. Отопительная нагрузка невелика, продолжительность стояния минусовых температур: - 30°С - 10ч; - 20°С - 150 ч; - 15°С - 500 ч; -10°С - 1100 ч; - 5°С - 2400 ч и 0°С - 3500 ч при общей длительности отопительного периода в 5424 ч [11].
Примеры расчетов тепловых схем котельных, выполненые для максимально зимнего режима.
Расход пара на подогреватели сетевой воды
где G - расход сетевой воды, т/ч; Qов = 15 Гкал/ч - расход теплоты на отопление, вентиляцию на горячее водоснабжение с учетом потерь по заданию; ipoy - энтальпия редуцированного пара, ккал/кг; iK - энтальпия конденсата после охладителя конденсата, ккал/кг; il - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; i2 - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.
Суммарный расход редуцированного пара для внешних потребителей
Суммарный расход свежего пара на внешних потребителей, т/ч,
где Dт = 10 т/ч — расход свежего пара;
inв - энтальпия питательной воды, ккал/кг; i′poy - энтальпия свежего пара, ккал/кг.
Подставив указанные величины, получим:
Количество воды, впрыскиваемой в пароохладитель РОУ, при получении редуцированного пара для внешних потребителей, определяем по формуле:
При расчете редукционно-охладительной установки потери теплоты в окружающую среду из - за их незначительности не учитываются.
Расход пара на другие нужды котельной предварительно, с последующим уточнением, принимается в размере 5 % внешнего потребления пара:
Суммарная паропроизводительность ко-тельной с учетом потерь, принимаемых равными 3 %, и расхода пара на другие нужды котельной:
Потеря конденсата с учетом 3 % его потерь внутри котельной будет:
Расход химически очищенной воды при величине потерь воды в тепловых сетях 2% общего расхода сетевой воды равен сумме потерь конденсата и количества воды для подпитки тепловых сетей:
Принимая расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки равным 25% расхода химически очищенной, получим расход сырой воды:
Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды может быть определен после уточнения температуры сырой воды за охладителем продувочной воды паровых котлов.
Количество воды, поступающей от непрерывной продувки:
где рпр = 3 % - принятый процент продувки котлов, определяемый в зависимости от качества исходной воды и способа химводоподготовки.
Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки по формуле (5.9)
где х - степень сухости пара, выходящего из расширителя. Количество воды на выходе из расширителя:
Выполненные расчеты позволяют определить температуру сырой воды после охладителя продувочной воды:
где iохл =50 ккал/кг - энтальпия продувочной воды после охладителя.
Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды определяется по формуле (5.14):
Подогрев химически очищенной воды производится: в водяном теплообменнике до деаэратора подпиточной воды за счет охлаждения воды от 104°С до 70°С; в пароводяном подогревателе до деаэратора питательной воды за счет теплоты редуцированного пара.
Подогрев химически очищенной воды в охладителях выпара из деаэраторов в данном случае незначителен и не учитывается, так как практически не сказывается на точности расчета схемы. Температура воды, поступающей в деаэратор за теплообменником для охлаждения подпиточной воды, определяется из уравнения теплового баланса теплообменника:
где t′хов = 18 °С - температура воды после ВПУ; Gподп = 188*0,02 = 3,8 т/ч - расход подпиточной воды; Gподп/хов = 3,5 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпитки тепловых сетей.
Расход пара на деаэратор подпиточной воды:
С учетом количества пара, идущего на подогрев воды, фактический расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпиточной воды, будет:
что мало отличается от предварительно принятой величины в 3,5 т/ч.
Расход пара на пароводяной подогреватель химически очищенной воды, поступающей в деаэратор питательной воды, определен аналогично предыдущему:
где Gпит/хов = Gк.noт = 60,9 т/ч - расход химически очищенной воды, идущей в подогреватель; i'xов - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; iхов - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.
Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор для питательной воды, за вычетом греющего пара,
средняя температура будет равна:
Эти расчеты позволяют определить расход пара на деаэратор питательной воды:
Тогда суммарный расход редуцированного пара внутри котельной для собственных нужд:
Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь:
Расхождение с величиной D, принятой в предварительном подсчете, равно 7,3 т/ч, что составляет 4,8 %, поэтому следует уточнить расчет, принимая увеличенный расход пар. на собственные нужды котельной.
Уточненный расход пара:
Расчет тепловой схемы котельной для других режимов производится аналогично рассмотренному. Для установки в котельной, с учетом коэффициента совпадения максимумов потребностей пара К = 0,95 - 0,98, принимаются три паровых котла паропроизводительностью по 50 т/ч со следующими параметрами: давление 14 кгс/см2, температура 250°С. Такие котлы выпускает Белгородский завод «Энергомаш».
Б. Примеры расчетов тепловых схем котельных для закрытой системы теплоснабжения.
Примеры расчетов тепловых схем котельных выполняются для приведенной на рис. 5.7 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 и вентиляцию 45 Гкал/ч; на горячее водоснабжение 15 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 - 26°С. Подогрев сырой воды перед химводоочисткой до 20°С - от 5°С зимой и 15°С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при атмосферном давлении. Годовой график нагрузки котельной дай рис. 5.20, где приведены данные о продолжительности стояния наружных температур в сутках.
Примеры расчетов тепловых схем котельных ведутся для пяти характерных режимов работы системы теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выходе из котлов. При работе водогрейных котлов на малосернистых каменных углях температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной t = 70°C, на выходе из котлов t′K = 150°С. Основной расчет ведется на максимальный зимний режим. Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию Q0.n=45 Гкал/ч. Отпуск теплоты на горячее водоснабжение Qгв = 15 Гкал/ч, что дает общую теплопроизводительность котельной QK = 60 Гкал/ч.
Расчетный часовой расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции по формуле (5.21) составит:
Рис. 5.20. График нагрузки котельной с водогрейными котлами и данные о длительности стояния наружной температуры.
Расчетный часовой расход воды для нужд горячего водоснабжения по формуле (5.23) будет:
При применении у абонентов смешанной схемы подогрева воды для горячего водоснабжения используется теплота обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции. Расчетом проверяется температура обратной сетевой воды после местных теплообменников горячего водоснабжения, которая по формуле (5.22) равна:
Суммарный расчет на часовой расход сетевой воды по формуле (5.25)
Расход воды на подпитку при потерях 2 % в тепловых сетях:
Расход сырой вода на химводоочистку при собственных нуждах последней 25 % производительности:
Температура химически очищенной воды после теплообменника - охладителя подпиточной воды 9, установленного после деаэратора 10,
где GXOB = 10 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды; св = 1 ккал/кг;
Задаваясь расходом греющей воды Gподл/гр = 6 т/ч и температурой на выходе из подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной воды tгр = 108°С, определяем температуру воды, поступающей в деаэратор:
С учетом подсчитанных величин температура сырой воды перед химводоочисткой:
Расход греющей воды на деаэраторною установку определяется из уровня теплового баланса:
При составлении баланса количества вода в котельной установке величину Gд/гp следует учитывать при определении расхода воды на подпитку тепловых сетей. Расход химически очищенной воды на подпитку будет:
Потери воды в охладителе незначительны и при составлении баланса без ущерба для точности ими можно пренебречь. При принятой температуре вода на входе в котлы t = 70°С, на выходе из них tК = 150°С расход воды через котлы составит:
При температуре обратной воды tTC = 42,6°С для получения температуры воды на входе в котлы 70°С нужен следующий расход воды на рециркуляцию [см. формулу (5.33)]:
Для режима с максимальной теплопроизводительностью расход воды в перепускную линию отсутствует:
Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы нужно составить баланс количества воды для всей котельной установки.
Расход через обратный трубопровод сетевой воды:
а расчетный расход воды через котлы будет:
Поскольку часть горячей вода после котлов идет на подогреватели, в деаэратор и на рециркуляцию, расход сетевой воды на выходе из котельной составит:
Разница между найденным ранее и уточненным расходами воды через котлы незначительна (<0,5%), поэтому выполненный расчет.
Таблица 5.2. Результаты расчета тепловой схемы водогрейной котельной.
Примеры расчетов тепловых схем котельных могут считаться законченными. В случае несовпадения величины более чем на 3% необходимо произвести пересчет расходов горячей воды на собственные нужды при той же теплопроизводительности котельной. В данном примере расчета тепловой схемы котельной повышение температуры вода перед сетевыми насосами за счет тепла, вносимого с подпиточной водой и охлажденной водой от подогревателя сырой воды, не учитывалось вследствие их малой величины (меньше 2%).
Для других режимов работы котельной расчет тепловой схемы производится аналогично; результаты его представлены в табл. 5.2. В тех случаях, когда данные о расходе горячей сетевой воды для нужд горячего водоснабжения и подогрева воды у абонентов отсутствуют, можно принять следующий порядок определения этого расхода. При известном расходе воды на горячее водоснабжение ,т/ч, тепловая нагрузка подогревателя первой ступени (обратно линии сетевой воды) (см. рис. 5.3) может быть определена из уравнения:
где - Δ t минимальная разность температур подогреваемой и греющей воды, принимается равной 10°С; остальные обозначения в этом уравнении приводились ранее.
Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени, Гкал/ч, где вода нагревается прямой сетевой водой, составит:
При известной величине тепловой нагрузки подогревателя второй ступени расход сетевой воды, т/ч, на него составит: