Проектирование систем энергообеспечения

Содержание

 Исходные данные для расчета………………………………………………

 Расчет принципиальной тепловой схемы…………………………………..

 Расчет редукционно-охладительной установки……………………………

 Расчет сепаратора непрерывной продувки…………………………………

 Расчет химически очищенной воды………………………………………...

 Расчет водяного подогревателя  воды……………………………………….

 Расчет пароводяного  водонагревателя ……………………………………..

Расчет конденсатного бака………………………………………………….

Расчет пароводяного теплообменника (охладителя выпара)……………...

Расчет деаэратора…………………………………………………………….

Определение количества котлоагрегатов …………………………………..

Расчет объемов  и энтальпии продуктов горения…………………………...

Тепловой баланс котельного агрегата……………………………………….

Тепловой расчет водяного экономайзера……………………………………

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Исходные данные для расчета:

1. Пар для технологических  нужд производства имеет давление

Р₁ =13,7 *10⁵ н/м²=13,7 бар, x=0,97 и расход D _техн =10,0 кг/с

2. Расход тепла на подогрев  сетевой воды Q _с = Q _б =9 ·10³

кДж/сек.;

энтальпия горячей воды ί _гор.= 377 кДж/кг; энтальпия обратной воды

ί _об. =293 кДж/кг.

3. Конденcат от подогревателей  сетевой воды возвращается с

температурой t_к = 69 С.

4. В котельную возвращается  конденсат от технологических  пот-

ребителей в количестве m = 0,4 D _техн. температурой t _к = 70⁰ С

и ί _к =293кДж/кг.

5. Потери внутри котельной составляет d_ут.= 3,7 %

6. Потери воды с непрерывной  продувкой d_пр.=3,0%

7. Температура продуктов  горения перед экономайзером  t_пгэ=150⁰С

8. Температура воды перед экономайзером t_вэ=104⁰С

9. Температура  продуктов горения за экономайзером t’_пгэ,  ⁰С

10. Температура сырой воды t_св.= 9 ⁰С

11. Топливо- газ

12. Величина подсоса воздуха в газоходе экономайзера ∆ά _э=0,1.

13. Коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом  ά _ух.=1,35.

14. Коэффициент теплопередачи в экономайзере К_т.=0,02 кВт/м²град.

                                                                                                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

Расчет принципиальной тепловой схемы

        Пар, выходящий из редукционно-охладительной установки, имеет

параметры : Р₂=1,18·10⁵ н/м², t₂=104⁰ C. По Р₂ и t₂

находим значение ί₂''=2680 кДж/кг.

 Принимаем пар сухим насыщенным.

0пределяем расход  пара для подогрева сетевой  воды в бойлерах

из уравнения;

Q _с = Q _б = D _б ( ί₂'' - ί_к) кДж/сек

Откуда D _б = Q _б

         Из схемы на рис.23 видно, что температура конденсата

t _к  = 69⁰ С, а ί _к =335 кДж/кг.

D_б=9·10³/( 2680 – 335 )=3,84 кг/сек

              Расход воды сетевой

W _сеть = Q _б/ ( ί _гор. -  ί _обр. )= 9·10³/( 377 – 293 )=107,14 кг/сек

               Расход тепла на технологические нужды составит:

Q _{техн .}= D _техн. ( ί^x – ί _к )= 10 (2750,8– 293)=24,6·10³ кДж/сек

где ί^х = ί″ - ( 1 – x ) r  = 2790 - ( 1 - 0,98) 1960 = 2750,8кДж/кг.

              Суммарный расход тепла на подогрев сетевой воды ( Q _б ) и на

технологические нужды ( Q _техн. ) равен:

Q = Q _б. + Q _техн. = 9 ·10³ + 24,6 · 10³ = 33,6 · 10³ кДж/сек

       Учитывая, что температура воды перед экономайзером

t _пв = 104⁰ С, ί _пв = 436 кДж/кг, а пар на выходе из барабана

котлоагрегата имеет следующие параметры: p₁ = 13,7 ∙10⁵ н/м² ;

x = 0,98; ί^х = 2750,8 кДж/кг, то расход пара на подогрев сете-

вой воды и на технологические нужды  составит:

D= Q / ( ί^х – ί _пв ) = 33,6 · 10³ / (2750,8– 436)=14,51 кг/сек

    Расход пара на деаэрацию воды ( D_д ) и расход пара на подогрев

сырой воды перед химводоочисткой ( D_п^св ) приблизительно составляет         3 - 11% от D.

     

 В данном примере расход пара на вышеуказанные нужды принимаем

9% от D с последующим уточнением:

D₂ = D_{ред .}= D_д + D_п^св = 0,09· D = 0,09 · 14,51 = 1,31 кг/сек

       Расход острого пара, поступающего в РОУ равен:

D₁= D – D_техн + D₂ = 14,51– 10 + 1,31 = 5,82 кг/сек

      Расход питательной воды с учетом продувок котельных агрегатов

и потерь внутри котельной:

W_пв = D(1+ d_пр./ 100 + d_ут./ 100) =14,51 + 1,067 = 15,58 кг/се

Расчет  редукционно-охладительной установки

  Составляем схему РОУ с указанием всех параметров

Требуется определить количество редуцированного  пара с пара-

метрами: p₂ = 1,18 ∙ 10⁵ н/м² = 1,18 бар; t₂ = 104⁰С;

ί₂'' = 2680 кДж/кг.     Для этого определяем расход острого пара и увлажняющей воды W₁:

W₁ = D₁ ( ί^х – ί₂'' ) / ( ί₂'' -  ί'_увл.) = 5,8( 2751 – 2680 )/( 2680 – 436) =0,18 кг/сек      

       0пределяем расход редуцированного пара из уравнения

D_ред. = D₁ + W₁ = 5,8 + 0,18 = 5,98 кг/сек

                                         D₁=5,8 кг/с;  x=0,98

                                         P₁=13,7 ∙ 10⁵ н/м²;

                                          i^х =2751 кДж/кг;

ί_увл.=436 кДж/кг D_ред=5,98 кг/с_. ί₂=2680 кДж/кг

W₁=0,18 кг/с P₂=1,18 ∙ 10⁵ н/м²

t₂=104⁰С

                     рис.1.         Узел  РОУ

   

 Расчет сепаратора непрерывной продувки

   Определяем количество продувочной воды из барабана котельно-

го агрегата

W_пр = W_пв-D = 15,58 -14,51 =1,07 кг/сек.

       Часть продувочной воды возвращается в деаэратор в виде вторич-

ного пара сепаратора. Определяем количество вторичного пара, по-

лучаемого в сепараторе . потерями тепла в сепараторе пренебрегаем

 Энтальпия продувочной воды равна энтальпии кипящей воды в ба-

рабане при  давлении p₁ = 13,7 ∙ 10⁵ н/м² = 13,7 бар, которую нахо-

дим по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара:

ί'_пр. = 825 кДж/кг.

          Энтальпия влажного пара в расширителе при Х = 0,98;

ί_р^х = ί₂'' - ( 1 – x ) r = 2680 - ( 1 - 0,98 ) · 1960 = 2640,8 кДж/кг

Энтальпия воды, выходной из расширителя, ί'_р = 436 кДж/кг.

          Из уравнения /5/ определяем количество вторичного пара

D_р = 10,7 ( 825 – 436 ) / ( 2635 – 436 ) = 0,19 кг/сек

       

          Количество сливаемой воды в барбатер:

W_р = W_пр - D_р = 1,07 - 0,19 = 0,88 кг/сек

    

        Расчёт расхода химически очищенной воды

       Общее количество воды, добавляемое из химводоочистки, состоит

из следующих  потерь:

а) потери конденсата от технологических потребителей

W₂= (( 100 – m ) / 100 ) · D_техн. = (40 / 100 ) ∙ 10 = 4 кг/сек.,

б) потери продувочной воды

W_р = 0,88кг/сек.;

в) потери внутри котельной

D_ут = ( d_ут. / 100 ) D = 0,037 ·14,51 = 0,54 кг/сек.

 

г) потери воды в теплосети

W_сп = 0,015 · W_сеть = 0,015· 107,14= 1,61 кг/сек

        Общее количество химически очищенной воды равно:

W_хво = 4 + 0,88 + 0,54 + 1,61 = 7,03кг/сек.

 

 

                         t₂=104⁰С;            W_пр=1,07 кг/с;                          

                          х=0,98;                        P₁=13,7 ∙ 10⁵ н/м²;                 

                         ί_р^х=2641 кДж/кг;    ί'_пр= ί_{кот.воды}= 825 кДж/кг;

                                                   W_р = W_пр – Dр;

                                                               ί'_р=430 кДж/кг;

                рис.2.     Узел сепаратора непрерывной продувки

           

     Расчёт водяного подогревателя воды.

      0предляем энтальпию сырой воды (см.рис.3) на выходе из подо-

вателя /6/:

ί₂ = [ W_р ( ί'_р – ί_р ) / W_хво ] + [ W_хво ·  ί₁ / W_хво ] кг/сек;

W_р = 0,88 кг/сек

ί'_р = 436 кДж/кг – энтальпия воды, выходящей из расширите-

ля при p₂ = 1, 18 ∙ 10⁵ н/м²;

ί_р = 167 кДж/кг – принимаем энтальпию воды при t =40⁰С на выходе из подогревателя;

ί₁ = 37,7 кДж/кг – энтальпия сырой воды

W_хво = 8,54 кг/сек   – количество воды, которое должно пройти через химводоподготовку.

         Для упрощения расчёта принимаем, что потери тепла и воды в подогревателе отсутствуют, тогда:

ί₂ = 0,88 ( 436 – 167 ) / 7,03 + 20,9 = 54,57 кДж/кг,

чему соответствует температура воды t₂ = 16⁰С.

 рис.3.   Узел водяного подогревателя воды

           Расчет пароводяного подогревателя воды

 Определяем расход пара на подогрев сырой воды до температуры 30⁰С.                            

 

             Узел пароводяного подогревателя сырой воды

 

 D_п^св = W_хво ( ί₃ – ί₂ ) / ( ί'' - ί_к ) η_п кг/сек,

где W_хво = 7,03кг/сек;

 

ί₃ = 125 кДж/кг – энтальпия воды на выходе из подогревателя;

ί₂ = 67 кДж/кг - энтальпия воды на входе в подогреватель (или навыходе из водяного подогревателя) ;

ί''= 2680 кДж/кг - энтальпия пара после Р0У;

ί_к = 436 кДж/кг - энтальпия конденсата при p =1,12 бар (конденсат поступает в деаэратор, где p =1,18 бар);

η_п -коэффициент, учитывающий потери тепла подогревателем в окружаю- щую среду. В данной работе этими потерями можно пренебречь, т.е. принять η_п =1.

D_п^св = 7,03(125 – 54,57 ) / ( 2680 – 436) =0,16 кг/сек.

                         Расчет конденсатного бака

    Находим суммарное количество воды W_см, которое поступает

в конденсатный бак. В бак подается конденсат от технологических

потребителей и вода из химводоочистки

.W_см = ( m / 100 ) D_техн + W_хво = ( 60 / 100 ) 10 +7,03 = 13,03 кг/сек

Температура смеси ( t_см ) конденсата определяется по формуле /8/:

t_см = ( 70 · 2,5 + 25 · 7,03 ) / 13,03 = 26,91 ⁰C,

чему соответствует энтальпия  ί_см = 112,8 кДж/кг.

      Расчёт пароводяного теплообменника (охладителя выпара).

       Вода из конденсатного бака идет в пароводяной теплообменник (охладитель выпара). В этом аппарате пар,

поступающий из деаэратора с давлением p₂ = 1,18 ∙ 10⁵ н/м² - конден-

сируется при температуре t_к = 104⁰С.

         При деаэрации 1 тонны воды, по данным ЦКТИ, выделяется от 2

до 4 кг пара. В данной тепловой схеме принимается в среднем 3 кг

пара, который выделяется из 1 тонны воды.

      

  Для того, чтобы определить , количество пара, поступающего в

теплообменник, необходимо определить расход воды в деаэраторе

                  

                  Узел пароводяного теплообменника

W_д = W_б + W_см = 3,87 + 13,03 = 16,9 кг/сек,

где W_б = D_б =7,03 - конденсат в теплообменнике .

Энталъпия воды в деаэраторе ί'_д=436 кДж/кг.

    Ориентировочно расход пара, поступающего в теплообменник будет:

  D_вых  = 0,003 · W_д = 0,003 · 16,9 = 0,05 кг/сек.         

 Из уравнения определяем энтальпию воды на выходе из охладителя выпара

ί_2см = D_вых  ( ί₁'' -  ί_к ) / W_см + W_см · ί_1см / W_см  кДж/кг

где ί₁'' = 2680 кДж/кг - энтальпия пара на выходе из деаэратора при p₂ = 1,18 · 10⁵ н/м² ;

ί_к = 436 кДж/кг - энтальпия конденсата при p₂ =1,18· 10⁵ н/м²;

ί_1см = 132,5 кДж/кг - энтальпия смеси конденсата при t_1см = 31,6 ⁰С;

ί_2см = 0,05* ( 2680 – 436 ) / 13,03 + 112,8 = 176,8 кДж/кг.

Чему соответствует температура t_2см =27⁰С

                                

 

 

 

Расчет деаэратора

 

 Узел деаэратора обычно имеет много входных и выходных потоков.

Для его расчета составляем схему с указанием всех потоков.

 

 

 

Узел  деаэратора

      Напишем уравнение теплового баланса деаэратора, пользуясь

формулой (9):

W_см · ί_2см + W_б · ί_к + D_р· ί_р^х+ D_д · ί₂'' = W_д· ί_д' + D_вых· ί₁''

      Из второго уравнения определяем

D_д = ( W_д · ί_д' + D_вых · ί₁'' - W_см · ί_2см + W_б · ί_к- D_р· ί_р^х ) / ί₂'' =

= (16,9 · 436 + 0,05 · 2680 – 13,03 · 176,8 – 3,85 · 335 – 0,19 · 2640) / 2680=

= 1,27 кг/сек

    

 

  Уточненный расход пара на деаэрацию питательной роды D_д и на подогрев сырой воды перед химводоочисткой D_п^св составляет:

D₂ = D_д + D_п^св = 1,27 + 0,16 = 1,43 кг/сек.

  Суммарное количество тепла на подогрев сетевой воды Q_б на

деаэрацию питательной воды Q_д и на подогрев сырой воды перед

химводоочисткой D_п составляет:

 

Q' = Q_б + D₂ ( ί₂'' - ί_к ) = 9· 10³ + 1,31 ( 2680 – 436 ) = 2,9 · 10³ кДж/сек.

 

        Суммарное количество острого пара D₁' на подогрев сетевой воды, деаэрацию питательной воды и на подогрев сырой воды перед

химводоочисткой определяется из равенства:

 

D₁'= Q' / ( ί^х – ί_пв ) = 2,9·10³ / ( 2640– 436 ) = 1,3 кг/сек

что близко к ранее принятому D₁' = 1,5 кг/сек.

        Полная нагрузка на котельную составит:

D_сумм = D₁'+ D_техн + ( d_ут / 100 ) · D = 1,5 + 10 + ( 3,7/ 100 ) · 14,51 =