Расчет водогрейного котла
Курсовая
работа по теме:
Расчет
водогрейного котла
Задание
Тема курсовой работы: Рассчитать котловой
агрегат по исходным данным:
Марка котла КВ-ГМ-6,5-150.
Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию - 19
МВт, на ГВС - 3,5 МВт.
Местоположение - г.Рязань
Расчетные параметры теплоносителя: подача -
150°С, обратка - 70 °С.
Вид топлива - природный газ.
Месторождение топлива - Уренгойское газовое
месторождение.
. Краткое описание котлового агрегата марки
КВ-ГМ-6,5-150
Котел водогрейный марки КВ-ГМ-6,5-150
предназначен для получения горячей воды температурой 150 °С, используемой в
системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.
Котел типа КВ-ГМ представляет собой устройство,
несущий каркас которого отсутствует. Система трубная имеет опоры, приваренные к
нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и
конвективной шахты, неподвижны. Котлы типа КВ-ГМ-6,5-150 состоят из единой
трубной системы.
Топочная камера, имеющая горизонтальную
компоновку с прямоточным принудительным движением воды, экранирована трубами
диаметром 60х3,5 мм, входящими в коллекторы диаметром 159х7 мм. К коллекторам
присоединены радиационные и конвективные поверхности нагрева, имеющие
облегченную натрубную изоляцию и газоплотную обмуровку.
Конвективная поверхность нагрева расположена в
вертикальной шахте и набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 мм.
Котел оборудован горелкой типа РГМГ. Горелка
устанавливается на воздушном коробе котла, который крепиться на фронтовом экране
к щиту.
Движение воды и газа в котле организовано
противоточно - сетевая вода подается в конветивные поверхности нагрева и
выводятся из топочных экранов. Конвективные секции состоят из вертикальных
стояков, в которые входят П-образные змеевики из труб диаметром 28 мм. Движение
воды обеспечивается насосом.
На выходном коллекторе котла до запорной
арматуры установлены: манометр, прибор для измерения температуры и труба с
запорным устройством для удаления воздуха при заполнении котла. Оснащается
предохранительными клапанами.
Котел имеет дренажные и воздушные вентили с
запорной арматурой, обеспечивающие возможность удаления воды и осадков из
нижних участков всех элементов котла и удаления воздуха из верхних.
Котлы КВ-ГМ оснащены лестницами-площадками для
удобства обслуживания.
водогрейный котел теплота потери
Таблица 1 - Технические характеристики
котлоагрегата КВ-ГМ-6,5-150
Теплопроизводительность,
МВт
|
6,5
|
Рабочее
давление воды на входе в котел / на выходе из котла, МПа
|
1,6
/ 1,0
|
Температура
воды на входе/выходе, ˚С
|
70
/ 150
|
Расход
воды через котел, т/ч
|
144
|
Гидравлическое
сопротивление, МПа, не более
|
0,25
|
Расход
расчетного топлива для природного газа, м3/ч
|
800
|
Аэродинамическое
сопротивление, Па, не более
|
400
|
Коэффициент
избытка воздуха для природного газа по ГОСТ 5542, не более
|
1,15
|
Температура
дымовых газов на выходе из котла для природного газа по ГОСТ 5542, ˚С
|
155
|
Диапазон
регулирования теплопроизводительности по отношению к номинальной, %
|
20
- 100
|
КПД
котла на природном газе, %, не менее
|
89
|
Площадь
поверхностей нагрева котла и ВЗП (м2): радиационная / конвективная
|
48,74
/ 150,4
|
Габаритные
размеры в облегченной изоляции с металлической обшивкой, мм: - длина по
выступающим частям блока котла; - ширина по выступающим частям блока котла;
- высота от уровня пола котельной до выступающих частей блока котла
|
7855
3460 3860
|
Масса
котла без горелки, кг, не более
|
10300
|
Полный
назначенный срок службы, лет, не менее
|
15
|
Эскиз водогрейного котла марки КВ-ГМ-6,5-150
показан на рисунке в Приложении А, схема гидравлическая принципиальная - в
Приложении Б.
1. Расчет тепловой схемы котельного
агрегата
Сетевая вода из обратного трубопровода сетевым
насосом подается в котел, где нагревается до 150°С и подается в тепловую сеть.
Температура воды на входе в котел должна быть выше точки росы дымовых газов,
чтобы не было конденсации водяного пара в конвективных пучках котла. Значение
температуры воды на входе в котел зависит от вида сжигаемого топлива и
содержания в нем серы. При сжигании природного газа подаваемую воду нагревают
до 70°С с помощью рециркуляционной перемычки, по которой вода из подающего
трубопровода подмешивается в подаваемую.
Регулировка температуры сетевой воды при
изменении температуры наружного воздуха осуществляется так называемым
центральным качественным регулированием, которое заключается в регулировании
отпуска теплоты путём изменения температуры теплоносителя на входе в прибор,
при сохранении постоянным количество теплоносителя подаваемого в регулирующую
установку.
Для восполнения потерь теплоносителя в котел
подается предварительно нагретая и прошедшая химводоочистку и вакуумный
деаэратор водопроводная вода.
В общем случае основной целью расчёта тепловой
схемы являются:
определение общих тепловых нагрузок, состоящих
из внешних нагрузок и расхода пара на собственные нужды и потерь,
определение всех тепловых и массовых потоков
необходимых для выбора оборудования,
определение исходных данных для дальнейших
технико-экономических расчётов (годовых выработок тепла, топлива и т.д.).
Расчёт тепловой схемы позволяет определить
суммарную производительность котельной установки при нескольких режимах её
работы. Расчёт производится для 4-х характерных режимов с соответствующей
наружного воздуха в г.Рязань для характерных режимов определяются по СНиП 23-01-99
«Строительная климатология» [6]:
максимально-зимнего (-27 °С),
средней температуры наиболее холодного месяца
(-16 °С),
средней температуры за отопительный период (-3,5
°С),
летнего.
Таблица 2 - Заданные максимальные тепловые
нагрузки котельной установки
Вид
тепловой нагрузки
|
Расчетные
тепловые нагрузки, МВт
|
Характеристика
теплоносителя
|
Лето
|
|
Отопление
и вентиляция
|
19,0
|
нет
|
Вода
150/70 °С
|
Горячее
водоснабжение
|
3,5
|
3,5
|
Вода
150/70 °С
|
ВСЕГО
|
22,5
|
3,5
|
|
Исходя из заданных тепловых нагрузок на отопление,
вентиляцию и горячее водоснабжение для всех характерных режимов определяются:
Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию:
|
Мкал/ч
(1)
|
где - расчетная тепловая нагрузка на
отопление и вентиляцию 19МВт=19*0,86Гкал/ч=16340Мкал/ч,
- расчетная температура внутри
отапливаемых помещений, принимается +18°С,
- температура наружного воздуха,
[6] °С,
- температура наружного воздуха при
максимально-зимнем режиме, [6] °С.
Общая тепловая мощность котельной
установки без учета потерь и расхода на собственные нужды:
Мкал/ч
(2)
|
|
где - расчетная тепловая нагрузка на
горячее водоснабжение 3,5МВт=3,5*0,86Гкал/ч=3010Мкал/ч.
Коэффициент снижения расхода теплоты
на отопление и вентиляцию:
(3)
|
|
Текущая температура сетевой воды в подающем
трубопроводе:
°С
(4)
|
|
где - расчетная температура
теплоносителя в подающем трубопроводе, °С.
Текущая температура сетевой воды в
обратном трубопроводе:
°С
(5)
|
|
где - расчетная температура
теплоносителя в обратном трубопроводе, °С.
Расход сетевой воды на отопление и
вентиляцию:
т/ч
(6)
|
|
где t1, t2 - температура сетевой воды в прямом и
обратном трубопроводах, °С,
Св.=4,19 кДж/кг*°С=4,19*0,239 ккал/кг*°С=1
Мкал/т*°С - теплоемкость воды.
Расход сетевой воды на горячее водоснабжение:
т/ч
(7)
|
|
где =3,5 МВт=3,5*0,86 Гкал/ч=3010 Мкал/ч
- расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение.
Общий расход воды внешними
потребителями в подающей магистрали тепловой сети:
т/ч
(8)
|
|
Расход воды на подпитку и потери в тепловой
сети:
т/ч
(9)
|
|
Расход теплоты на собственные нужды котельной:
|
Мкал/ч
(10)
|
Общая тепловая мощность котельной установки с
учетом затрат теплоты на собственные нужды:
|
Мкал/ч
(11)
|
Расход воды через котловой агрегат (принимая при
максимально-зимнем режиме с нулевым расход воды на рециркуляцию и подмес в
подающий трубопровод):
|
т/ч
(12)
|
Температура воды на выходе их котельного
агрегата:
|
°С
(13)
|
где tк.1 - температура воды на входе
в котельный агрегат =70°С=const.
Расход воды на собственные нужды
котельной при =70°С=const:
|
т/ч
(14)
|
Расход воды на линии рециркуляции
при =70°С=const:
т/ч
(15)
|
|
Расход воды по перемычке:
т/ч
(16)
|
|
Расход исходной воды:
|
т/ч
(17)
|
Расход греющей воды на теплообменник химически
очищенной воды:
т/ч
(18)
|
|
где = 65°С - температура воды,
прошедшей первый теплообменник, химводоочистку, второй теплообменник и готовой
к поступлению в вакуумный деаэратор;
= = 25°С - температура воды, прошедшей
первый теплообменник и готовой к химводоочистке;
; = 70°С.
°С
(19)
|
|
где =;
= = 70°С;
= +5°С - для зимы; = +15°С - для лета
= 25°С;
Расход выпара из деаэратора:
т/ч
(20)
|
|
Расход греющей воды на деаэрацию:
т/ч
(21)
|
|
Расчетный расход воды на собственные нужды:
т/ч
(22)
|
|
Расчетный расход воды через котельный агрегат:
т/ч
(23)
|
|
Относительная погрешность расчета:
|
%
(24)
|
При Δ<20%
считается, что учебный расчет выполнен с необходимым приближением и не требует
пересчета.
Расчет тепловой схемы для всех режимов сведен в
таблицу 3.
Таблица 3 - Расчет тепловой схемы водогрейного
котельного агрегата КВ-ГМ-6,5-150
№
п/п
|
Наименование
величин
|
Режимы
|
|
|
|
максимально-зимний
|
средняя
температура наиболее холодного месяца
|
Средняя
температура за отопительный период
|
летний
|
|
|
1
|
Температура
наружного воздуха tн.в., °С
|
-27
|
-16
|
-3,5
|
-
|
|
2
|
Температура
внутри отапливаемых помещений tв.н., °С
|
18
|
18
|
18
|
-
|
|
3
|
Тепловая
нагрузка на отопление и вентиляцию Qо.в., Мкал/ч
|
16340,00
|
12345,78
|
7806,89
|
0,00
|
|
4
|
Тепловая
нагрузка на горячее водоснабжение Qг.в., Мкал/ч
|
3010,00
|
3010,00
|
3010,00
|
3010,00
|
|
5
|
Общая
тепловая мощность котельной установки без учета потерь и расхода на
собственные нужды Qт., Мкал/ч
|
19350,00
|
15355,78
|
10816,89
|
3010,00
|
|
6
|
Коэффициент
снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию Ко.в.
|
1,00
|
0,76
|
0,48
|
-
|
|
7
|
Текущая
температура сетевой воды в подающем трубопроводе t1, °С
|
150,00
|
117,73
|
81,07
|
-
|
|
8
|
Текущая
температура сетевой воды в обратном трубопроводе t2, °С
|
57,29
|
42,84
|
-
|
|
9
|
Расход
сетевой воды на отопление и вентиляцию Gо.в., т/ч
|
204,25
|
154,32
|
97,59
|
0,00
|
|
10
|
Расход
сетевой воды на горячее водоснабжение Gг.в., т/ч
|
37,63
|
37,63
|
37,63
|
37,63
|
|
11
|
Расход
воды внешними потребителями в подающей магистрали тепловой сети Gс., т/ч
|
241,88
|
191,95
|
135,21
|
37,63
|
|
12
|
Расход
воды на подпитку и потери в тепловой сети Gподп., т/ч
|
10,88
|
8,64
|
6,08
|
1,69
|
|
13
|
Расход
теплоты на собственные нужды котельной Qс.н., Мкал/ч
|
580,50
|
580,50
|
580,50
|
580,50
|
|
14
|
Общая
тепловая мощность котельной установки с учетом затрат теплоты на собственные
нужды Qк., Мкал/ч
|
19930,50
|
15936,28
|
11397,39
|
3590,50
|
|
15
|
Расход
воды через котловой агрегат Gк., т/ч
|
249,13
|
199,20
|
142,47
|
44,88
|
|
16
|
Температура
воды на выходе их котельного агрегата tк.2, °С
|
150,00
|
150,00
|
150,00
|
150,00
|
|
17
|
Расход
воды на собственные нужды котельной Gс.н., т/ч
|
7,26
|
7,26
|
7,26
|
7,26
|
|
18
|
Расход
воды на линии рециркуляции Gрц., т/ч
|
0,00
|
31,65
|
48,36
|
-
|
|
19
|
Расход
воды по перемычке Gпм., т/ч
|
0,00
|
66,80
|
86,98
|
-
|
|
20
|
13,06
|
10,37
|
7,30
|
2,03
|
|
21
|
Расход
греющей воды на теплообменник химически очищенной воды Gг.2, т/ч
|
5,44
|
4,32
|
3,04
|
0,85
|
|
22
|
Температура
греющей воды после теплообменника исходной воды t12, °С
|
22,00
|
22,00
|
22,00
|
46,00
|
|
23
|
Расход
выпара из деаэратора Dвып., т/ч
|
10,88
|
8,64
|
6,08
|
1,69
|
|
24
|
Расход
воды на линии рециркуляции Gг.д., т/ч
|
0,64
|
0,51
|
0,36
|
0,10
|
|
25
|
Расчетный
расход воды на собственные нужды Gс.н.^расч., т/ч
|
6,08
|
4,83
|
3,40
|
0,95
|
|
26
|
Расчетный
расход воды через котельный агрегат Gк.^расч., т/ч
|
247,96
|
196,77
|
138,61
|
38,57
|
|
27
|
Относительная
погрешность расчета Δ, %
|
0,473
|
1,235
|
2,782
|
16,360
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Выбор числа устанавливаемых
котлов
В соответствии со СНиП “Котельные установки” [7]
расчётная мощность котельной определяется суммой мощностей, требующихся
потребителям отопление, вентиляцию и горячие водоснабжение при максимально-зимнем
режиме.
При определении мощности котельной должны также
учитываться мощности, расходуемые на собственные нужды котельной и покрытия
потерь в котельной и тепловых сетях.
Количество котлов, устанавливаемых в котельной,
следует выбирать по режиму наиболее холодного месяца:
|
шт.
(25)
|
Ориентировочно приминаем 5 котлов.
Производительность одного котла в максимально-зимний период в таком случае
будет равна:
|
т/ч
(26)
|
По условиям надежности количество котлов должно
быть таким, чтобы при выходе из строя одного из котлов оставшиеся обеспечили
расчетную тепловую нагрузку котельной при средней температуре наиболее
холодного месяца.
т/ч
(27)
|
|
Следовательно, для обеспечения требуемой
теплопроизводительности принимаем к установке пять котлов типа КВ-ГМ-6,5-150.
При летнем режиме для обеспечения горячего
водоснабжения потребителей достаточно одного котла, при этом еще один котёл
должен находиться в резерве на случай выхода из строя работающего котла.
3. Тепловой расчет котельного
агрегата
.1 Исходные данные и выбор
коэффициента избытка воздуха
Состав природного газа по объему Уренгойского
газового месторождения:
Метан СН4 87%
Этан С2Н6 6,2%
Пропан С3Н8 3,4%
Бутан С4Н10 1,98%
Пентан С5Н12 0,76%
Азот N2 1,1%
Двуокись углерода СО2 0,12%
Относительная плотность по воздуху (при 20 °С)
0,673
Действительное количество воздуха,
необходимое для полного сгорания 1 топлива, должно быть несколько
большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все
количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива;
часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного
перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает
вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в
свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно
подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка
воздуха в топке:
|
(28)
|
где - действительный объем воздуха,
доданного в топку на 1 топлива.
Коэффициент избытка воздуха в общем
случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа
подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного
газа обычно принимают т. = 1,05... 1,15.
3.2 Расчет объемов и энтальпий
воздуха и продуктов сгорания
Теоретический объем воздуха,
необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при =1):
Теоретический объем продуктов
сгорания при сгорании 1 природного газа:
Теоретический объем азота в
продуктах сгорания:
Теоретический объем водяного пара в продуктах
сгорания:
Теоретический объем трехатомных газов в
продуктах сгорания:
Энтальпия теоретического объема продуктов
сгорания:
|
=
226,7 * 1,34 + 197,2 * 2,4 + 169,3 * 8,72 = 2253,35 кДж/
|
Энтальпия теоретического объема воздуха:
Энтальпия продуктов сгорания:
где - энтальпия золы, при сжигании
природного газа не учитывается,
- коэффициент
избытка воздуха в уходящих газах.
|
3.3 Расчет потерь теплоты и
КПД-брутто котельном агрегате
Тепловой баланс котельного агрегата
устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его
расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и
вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного
агрегата.
В котельном агрегате химически связанная энергия
топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов
сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных
потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт
(вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери,
которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии
(сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.
Уравнение теплового баланса для установившегося
теплового состояния агрегата:
или
где - располагаемая теплота,
- полезно использованная теплота,
- суммарные потери,
- потери теплоты с уходящими
газами,
- потери теплоты от химического недожога,
- потери теплоты от механической
неполноты сгорания,
- потери теплоты в окружающую
среду,
- потери теплоты с физической
теплотой шлаков.
Левая приходная часть уравнения
теплового баланса (30) является суммой следующих величин:
где - теплота, вносимая в котлоагрегат
с воздухом на 1 топлива; эта теплота учитывается
тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых
или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если
воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так
как она возвращается в топку агрегата;
- теплота, вносимая с паром для
распыления мазута (форсуночный пар);
- физическая теплота 1 топлива.
Т.к. предварительный подогрев
воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то
формула (31) принимает вид:
где - энтальпия 1 воздуха, кДж/.
Тогда
Коэффициентом полезного действия водогрейного
котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку горячей
воды, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная
котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на
собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте
(КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).
По разности выработанной и отпущенной теплоты
определяется расход на собственные нужды.
В итоге КПД-брутто котла характеризует степень
его технического совершенства, а КПД-нетто - коммерческую экономичность. Для
котельного агрегата КПД-брутто определяется по уравнению прямого баланса:
|
%
(34)
|
где - количество полезно используемой
теплоты, кДж/;
- располагаемая теплота, кДж/.
То же по уравнению обратного
баланса:
|
%
(35)
Относительные потери теплоты с
уходящими газами определяются по формуле:
|
%
(36)
|
где - энтальпия холодного воздуха:
- потери теплоты от механической
неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого
топлива), %
%
(37)
|
|
Потери теплоты в окружающую среду определяются
по графику на рис.8.1 [9] q5=1,7%.
Потери теплоты от химического недожога
определяются по табл.3.1 [10] q3=0,5%.
КПД-брутто котельного агрегата:
|
%
(38)
|
4. Расчет расхода топлива,
сжигаемого в котельном агрегате
Общий расчет топлива, подаваемого в топку
котельного агрегата:
где - полезная мощность котла:
кВт
(40)
|
|
где - расход воды через водогрейный
котел, кг/с,
, - энтальпия холодной и горячей воды
(на входе и выходе водогрейного котла) [11], кДж/кг.
Таким образом,
Список использованных источников
1. ООО
«Производственное Объединение «ПромКотлоСнаб» www.kotlosnab.ru
<#"526370.files/image102.gif">
Приложение Б
Схема гидравлическая принципиальная
водогрейного котла марки КВ-ГМ-6,5-150
Похожие работы на - Расчет водогрейного котла
|