Аэродинамический расчет котельного агрегата
Аэродинамический расчет котельного
агрегата
Введение
Основной целью расчета тепловой схемы котельной является выбор основного
и вспомогательного оборудования с определением исходных данных для последующих
технико-экономических расчетов.
При разработке и расчете тепловой схемы котельной с водогрейными котлами
необходимо учитывать особенности их конструкции и эксплуатации. Расчет ведется
для котельной с водогрейными котлами КВТС-20, в городе Санкт-Петербурге,
основной источник водоснабжения котельной - городской водопровод (вода реки
Нева). Исходная водопроводная вода пригодна для восполнения потерь в тепловых
сетях после умягчения по схеме одноступенчатого натрий-катионирования и
деаэрации (удаления кислорода). Котельная закрытого типа.
1. Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной с водогрейными
котлами для закрытой системы теплоснабжения
Таблица 1
|
№
|
Наименование
|
Обозначе-ние
|
Ед. изм.
|
Расчетные режимы
|
|
|
|
|
Максимальный
|
Наиболее холодного месяца
|
В точке излома
|
Летний
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
1
|
Место расположения
котельной
|
Город Санкт-Петербург
|
2 Максимальный часовой отпуск тепла на:
отопление и вентиляцию общественных зданий горячее водоснабжение 
Гкал/ч
Гкал/ч19(42
|
3
|
Расчетная температура
наружного воздуха
|
  -26-112,42434
|
|
|
|
|
|
|
4
|
Температура воздуха внутри
помещений
|
 18181818
|
|
|
|
|
|
|
5
|
Температура сырой воды на
входе в котельную
|
 55515
|
|
|
|
|
|
6 Температура сырой воды перед
химводоочисткой 
|
25252525
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
Температура подпиточной
воды
|
 70707070
|
|
|
|
|
|
|
8
|
Температура воды на входе в
водогрейный котел
|
 70707070
|
|
|
|
|
|
|
9
|
Температура воды на выходе
из водогрейного котла
|
 150150150120
|
|
|
|
|
|
|
10
|
Расчетная температура горячей
воды в местной системе горячего водоснабжения
|
 70707070
|
|
|
|
|
|
|
11
|
Температура греющей воды
после подогревателя химочищенной воды
|
 70707070
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Температура умягченной воды
перед деаэратором
|
 60606060
|
|
|
|
|
|
|
13
|
Коэффициент собственных
нужд химводоочистки
|
 1,21,21,21,2
|
|
|
|
|
|
Данные для пункта 3 из СНиПа '' Климатология и геофизика''.
. Расчет тепловой схемы
Таблица 2
|
№
|
Наименование
|
Обозначение
|
Ед. изм
|
Расчетная формула
|
Расчетные режимы
|
|
|
|
|
|
Макси- мальный
|
Наиб. Холод- ного месяца
|
В точке излома
|
Летний
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
1
|
Коэфф снижения расхода
тепла на отопление и вентиляцию
|
  1,000,6590,464
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
Температура воды в подающем
трубопроводе
|
  150,00108,68584,216120,00
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
Температура воды в обратном
трубопроводе
|
  70,0055,96547,09670,00
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
Расчетный отпуск тепла на
вентиляцию и отопление
|
   19(42,0012,512(27,6788,816(19,4880,00
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
Суммарный отпуск тепла
внешним потребителям
|
   27(57,0020,512(42,67816,816(34,48827,00
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
Расход сетевой воды внешним
потребителям
|
   337,5(712,50389,074(809,522453,017(929,095540,00
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
Расход подпиточной воды на
восполнение утечек в теплосети, внешних потребителей
|
  16,875(64,12519,454(72,85722,65(83,61927(48,60
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
Температура греющей воды,
поступающей в деаэратор
|
  150,00150,00150,00150,00
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
Расход тепла на деаэратор
|
  0,173(0,6560,199(0,7450,232(0,8550,276(0,497
|
|
|
|
|
|
|
|
10
|
Расход греющей воды на
деаэратор
|
  2,163(8,1962,488(9,3122,9(10,6873,45(9,938
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
Производительность
деаэратора
|
  19,038(72,32121,942(82,16925,55(94,30530,45(58,538
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Выпар из деаэратора
|
  0,038(0,1450,044(0,1640,0511(0,1890,061(0,117
|
|
|
|
|
|
|
|
13
|
Общее кол-во умягченной
воды на входе
|
  64,27073,02183,80748,717
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Соответствующий ему расход
воды
|
  77,12487,626100,56958,460
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Расход тепла на подогрев
сырой воды перед водоподготовкой
|
  1,5741,7882,0520,597
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Расход тепла на подогрев
сырой воды
|
  19,67422,35325,65511,931
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Расход тепла на подогрев
умягченной воды
|
  0,0230,0260,0300,017
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
18
|
Расход греющей воды на
подогрев умягченной
|
  0,2870,3260,3740,348
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Общий расход тепла в
подогревателях, в деаэраторах
|
  2,2532,5592,9371,111
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Общий расход греющей воды
|
  28,15731,99136,71622,217
|
|
|
|
|
|
|
|
21
|
Суммарный отпуск тепла
водогрейными котлами
|
  59,25345,23737,42528,111
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Кол-во работающих котлов
|
  3,003,002,002,00
|
|
|
|
|
|
|
|
23
|
Тепловая нагрузка на котел
|
  19,75115,07918,71314,055
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Расход воды через котлы
|
  754,44754,44502,96502,96
|
|
|
|
|
|
|
|
25
|
Доп кол-во сетевой воды на
горячее водоснабжение
|
  0,0097,022216,595
|
|
|
|
|
|
|
|
26
|
Кол-во воды пропускаемое
через нерегулируемый перепуск
|
  0,0097,022468,075
|
|
|
|
|
|
|
|
27
|
Расход сетевой воды в
обратном трубопроводе на входе в котельную от внешних потребителей
|
 -648,37736,665845,476491,40
|
|
|
|
|
|
|
|
28
|
Расход воды перед сетевыми
насосами
|
 + 740,65841,513965,811562,217
|
|
|
|
|
|
|
|
29
|
Температура воды перед
сетевыми насосами
|
  70,0057,71449,9570,00
|
|
|
|
|
|
|
|
30
|
Расход воды на Рециркуляцию
|
  0,0100,439100,7950,00
|
|
|
|
|
|
|
|
31
|
Расход воды на регулируемый
перепуск
|
 =0,00100,439100,7950,00
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная тепловая схема с водогрейными котлами
3. Данные для аэродинамического расчета газового тракта на участке топка
- выход из котла
Таблица 3
|
Участок
|
Диаметр
|
Расположение
|
Число рядов труб по ходу
газов
|
Отношение  Отношение   Длины
продольно омываемых трубСредняя температура газовСредняя скорость
газовПоправочный коэффициент К
|
|
|
|
|
|
|
|
Фестон
|
0,06
|
шахм
|
4
|
4,266
|
3
|
1,63
|
|
1008
|
13,7
|
1,15
|
|
К.П.
|
0,028
|
шахм
|
64
|
2,29
|
1,43
|
|
|
603
|
15,09
|
1,15
|
Исходные данные для расчета газового тракта в пределах котлоагрегата
берутся из теплового расчета и конструктивных характеристик котлоагрегата, и
сводится в таблицу 4.
4. Данные для аэродинамического расчета газоходов на участке от котла до
дымовой трубы
Таблица 4
|
Участок
|
Скорость газов W
м/с
|
Секундный объем газов   Расчетное
сечение  Материал и форма газоходаКонструктивные размеры 
|
|
|
|
|
К.А. - З.У.
|
 18.8 Сталь1.25
x 1.5
|
|
|
|
|
|
З.У. - Дымосос
|
 19.39 Сталь1.25
x 1.5
|
|
|
|
|
|
Дымосос - Сборный газоход
|
10.34
|
19.39
|
1.875
|
Сталь
|
1.25 x
1.5
|
|
Сборный газоход
|
 19.39 1.2 x 1.45
|
|
|
|
|
|
 33.78 1.65 x 2.00
|
|
|
|
|
Задаемся
скоростью газов 10-12 м/с, рассчитаем , найдем
площадь сечения и габаритные размеры (которые округлим кратным 0,05), затем в
обратном порядке - уточним площадь сечения, и скорость газов. Все результаты
занесем а таблицу №4.
[м3/c],
где
-объем дымовых газов при избытке воздуха за
котлоагрегатом [м3/кг];
- присос
воздуха в газоходах, т.к. газоходы стальные то 
,
L - длина
участка;
-
расчетный расход топлива на один котел.
Материал
газохода - сталь.
Отношение h/a=1.2
5. Аэродинамический расчет газового тракта
Таблица 5
|
Наименование величины
|
Размерность
|
Обозначение
|
Расчетная формула
|
Расчет
|
|
Топка
|
|
Разряжение на выходе из
топки
|
кг/м2
|
 Принимается 1 - 22
|
|
|
|
Фестон
|
|
К-т сопротивления пучка
|
|
 Стр. 19 Н.М. п.1,36 угол 901
|
|
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
 См. табл. № 416.25
|
|
|
Динамическое
давление кг/м2 
Н.М. VII-2
|
W=16.25;
t=1057.53.6
|
|
|
|
|
Сопротивление пучка
|
кг/м2
|
   5.89
|
|
|
|
Местное сопротивление
|
кг/м2
|
  3.6
|
|
|
|
К-т К
|
|
К
|
См. табл. № 3
|
1.15
|
|
Общее сопротивление пучка
|
кг/м2
|
  10.91
|
|
|
|
Конвективные ширмы
|
|
К-т сопротивления пучка
|
|
 Стр. 19 Н.М. п.1,36 угол 901
|
|
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
10.56
|
|
|
Динамическое
давление кг/м2 Н.М. VII-2
|
W=10.56; t=620.52.26
|
|
|
|
|
Сопротивление пучка
|
кг/м2
|
   69.71
|
|
|
|
Местное сопротивление
|
кг/м2
|
 1.5
|
|
|
|
К-т. К
|
|
К
|
См. табл. № 3
|
1.15
|
|
Общее сопротивление пучка
|
кг/м2
|
 81.89
|
|
|
|
Газоход (Котел - З.У.)
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
См. табл. № 410.02
|
|
|
|
Динамическое давление
|
кг/м2
|
3.59
|
|
|
|
К-т местного сопротивления 
|
|
   0.0001
|
|
|
|
Сопротивление уч-ка
|
кг/м2
|
0,0001*3,590.000359
|
|
|
|
Местное сопротивление з.у.
|
кг/м2
|
 70
|
|
|
|
Общее сопротивление
|
кг/м2
|
 +162.8
|
|
|
|
Выход З.У. - выход из
дымососа
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
10.34
|
|
|
|
Динамическое давление
|
кг/м2
|
3.75
|
|
|
К-т
местного сопротивления 
Карман 
Н.М. стр 199
VII-15 (a)-1
=0.67
b=0.9=1.22 B=0.45
=0.16*1.22*0.45
Рис.
III-10
П.
2-32 стр.330.6
.18
,087
|
0.2
|
|
|
|
|
Общее сопротивление
|
кг/м2
|
1,067*3,754,001
|
|
|
|
Сборный газоход - выход из
дымовой трубы
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
См. табл. № 410.34
|
|
|
Динамическое
давление кг/м2 Н.М. VII-2
К-т
местного сопротивления 
R=0.5 Н.М. VII-15-б
0,25
Труба
кг/м2 Н.М. стр.99
|
Рис. III-490.62
|
|
|
|
|
Общее сопротивление
газохода
|
кг/м2
|
(0,25+0,9+0,62)*3,786,69
|
|
|
.
Высота дымовой трубы
[м];
При
помощи методички принимаем A=120, m=1,
пдк=0.5
[мг/м3], F=2.5.
где
Вр - расход топлива [т/ч], n - число котлов в котельной,
q4 - потеря тепла от механической неполноты сгорания
[%],
аун
- доля золы в уносе (в долях), 
- кпд
золоуловителя (в долях),
Где Sp - содержание серы в топливе [%],
- доля SO2, улавливаемая летучей золой в газоходах котла.
Где
К - к-т, характеризующий выход NO2 на тонну
условного топлива [кг/т.у.т.]
,
где
Q - теплопроизводительность котла [Гкал/ч]
Найдем
диаметр устья дымовой трубы:
м;
по
СНиП II-35-76 часть 2, глава 35, п.7,14 - Ближайший больший
диаметр равен 2,4 м.
Найдем
нижний внутренний диаметр трубы: 
[м];
Определим
высоту трубы по золе:
м;
Вычислим
высоту по газам:
; 
м,
по
СНиП II-35-76 часть 2, глава 35, п.7,14 - Ближайшая большая
высота составляет 45 метров
,
где
i=0.02, Wвых =12
[м/с];
[кг/м2]
[кг/м2]
Рассчитаем
самотягу дымовой трубы:
[см.
Н.М. стр. 207 VII-26]
Перепад
давлений:
[кг/м2]
7. Подбор дымососа:
[м3/ч]
[кг/м2]
[кг/м2]
- принял;
Мощность
двигателя,
кВт
По
каталогу '' Тягодутьевые машины '' часть 1 выбираем дымосос и двигатель к нему.
Дымосос:
ДН-19М, частота 740 об/мин, 
Двигатель:
А4-355S-8-У3, N=132 кВт, частота 750 об/мин, требуемое напряжение
380/660 В.
тепловой
аэродинамический водогрейный котельный
8. Данные для аэродинамического расчета воздушного тракта
Таблица 6
|
Участок
|
Кол-во параллельных веток
|
Скорость газов W
м/с
|
Секундный объем газов Расчетное
сечение  м2Конструктивные размеры,
|
|
|
|
Всасывание
|
  10,05 0,85 x 1.00
|
|
|
|
|
|
Нагнетание
|
 10,05 0,85 x 1,00
|
|
|
|
|
для
всех участков получилось одинаково.
. Аэродинамический расчет воздушного тракта
Таблица 7
|
Наименование величины
|
Размерность
|
Обозначение
|
Расчетная формула
|
Расчет
|
|
Всасывающая линия
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
См. табл. № 611,82
|
|
|
|
Температура воздуха
|
|
t
|
|
30
|
Динамическое
давление кг/м2 Н.М. VII-2
К-т
местного сопротивления 
диффузор 
Карман Стр. 173 Н.М. VII-5 п.5
Стр.204
Н.М. а)
Стр.
64 Н.М.0,3
,1
,22
|
0,1
|
|
|
|
|
Потери по длине
|
кг/м2
|
  0,41
|
|
|
|
Общие потери
|
кг/м2
|
|
 9,73
|
|
|
Нагнетание
|
|
Средняя скорость газов
|
м/с
|
См. табл. № 611,82
|
|
|
|
Т-ра воздуха
|
|
t
|
|
30
|
Динамическое
давление кг/м2 Н.М. VII-2
|
W=10.34; t=308,6
|
|
|
|
|
К-т местного сопротивления    
|
|
R=0.3 b=0,57 3 шт. R=0.5
|
0.57 0.55 3*0,9 0.36
|
|
|
Потери давления
|
|
 19,92
|
|
|
[кг/м2]
Полный
перепад по воздуху:
, где 
[кг/м2];
[кг/м2]
, где
Следовательно
[м3/ч]
кВт, где 
По
каталогу '' Тягодутьевые машины '' подберем вентилятор.
Вентилятор:
ВДН-15, частота 740 об/мин
Двигатель:
4А-2001-6-У3, N=90 кВт, U=380 В, частота 750 об/мин.
10. Топливо
м3
Компоновка склада топлива и топливоподачи для котельной с котлами
КВТС-20:
1. люкоподъемник
2. виброразгрузчик
. кран мостовой электрический
. бульдозер
. питатель качающийся
. конвейер ленточный 1
. сепаратор подвесной электомагнитный
. дробилка двухвалковая зубчатая
. конвейер ленточный 2
Для транспортировки топлива используется ленточный конвейер с шириной
ленты 500 мм, диаметром приводного барабана 500 мм. Тип 5050-80.
11. Шлакозолоудаление
. Водоподготовка
Общая
жесткость: 
;
Щелочность:
;
Исходя
из этих параметров следует, что нужно использовать Na -
катионирование.
Схема пневматического золошлакоудаления:
- затвор дисковый. 2 - насадка регулируемая. 3 - бункер шлаковый.
- затвор. 5 - дробилка валковая. 6 - насадка концевая. 7 - бункер золы
золоуловителя. 8 - затвор дисковый. 9 - камера осадительная. 10 - циклон. 11 -
сборник пыли. 12 - клапан-мигалка. 13 - бункер сбора шлака и золы.
- шнек-увлажнитель шлака и золы. 15 - насос вакуумный. 16 -
бак-отстойник. 17 - бачок гидрозатвора.
Производительность:
,
;
Скорость
фильтрации принимаем до 25 м/ч (при жесткости исх. Воды <5 мг.экв/л) принял
равным 20 м/с;
Принимаю
2 фильтра: один рабочий, другой резервный.
м2;
;
По
справочнику [Кострикин стр.19], подбираем фильтр с ближайшей большей площадью 
, а соответствующий этой площади диаметр 
.
Проверим
скорость в выбранном фильтре:
Количество
регенераций:
; A=24*Ж0*Dхво=24*0,55*73,67*972,44 [г.экв/сутки];
,
где
Нсл=2.25 - принял, 
- [Лифшиц
табл. 5-10 стр.38]
Расход
соли
[кг].
Суточный
расход
[кг/сут]
.
Подбор деаэратора
; n=3, g=0.09;
[кг/ч]
[кг/ч]
Деаэратор
ДВ-75, d=1000x8
Схема
вакуумной деаэрации
1. деаэратор типа ДВ с охладителем выпара
2. бак деаэрированной воды
. насос подпиточный
. эжектор водоструйный
. насос рабочей воды
. теплообменник водо-водяной
. бак газоохладитель
. Подбор питательных и сетевых насосов
Сетевой насос:
; 
- принял
По
справочнику [Родатис стр.293] подобрал насос СЭ-1250-70 (14CD-9)
- производительность 1250 м3/ч; напор 70 м.в.ст.;
Двигатель:
АЗ-355М-4, мощность 320 кВт, частота вращения 1475 об/мин, напряжение 380 В.
Подпиточный
насос:
, т.к.
подпор на входном патрубке сетевого насоса сост. 7,5 м.в.ст.
По
справочнику [Роддатис стр.294] подобрал насос АЦНШ-80 - производительность
50-100 м3/ч; напор 38-24 м.в.ст.;
Двигатель:
А02-52-2, мощность 13 кВт, частота вращения 2920 об/мин, напряжение 380 В.
.
Подбор диаметров основных трубопроводов
Таблица 8
|
Теплоносители
|
Участок
|
Расход,  Скорость,  Удельный
объем,  Диаметр, Расчетный ГОСТ, 
|
|
|
|
|
Сетевая вода
|
Прямая,  929,091,50,0010,468500 х 6
|
|
|
|
|
|
Обратная
845,47
,811,50,0010,446
,477450
х 6
|
500 х 6
|
|
|
|
|
|
|
|
М-у 1и2 котлом
|
|
502,96
|
1,5
|
0,001
|
0,34
|
377 х 9
|
|
М-у 2и3 котлом
|
|
251,48
|
1,5
|
0,001
|
0,24
|
273 х 7
|
. Расчет себестоимости МВт
руб/МВт; 
, 
, 
,
, где 
(47
- стоимость одного мегаватта первого котла, плюс стоимость доп. оборудования;
тыс. руб. 23 - стоимость последующих котлов; тыс. руб. за МВт; 23,36 - мощность
одного котла МВт)
;
; 
;
тыс.руб.
т=515 руб. за тонну.
; 
- потребляемая мощность котельной (двигатели насосов,
дымососов, вентиляторов и др.)
=(132+90)*3+320+13=999
кВт.
мощность
мелких двигателей (пмз, и др.)
N=999+214.8=
1213,8 кВт
Wохл=0,1*Dхво*4800=35361
[т/год]
Mшт=1,2 [чел/мвт]
n=1.2*70.08=84.096=85 [чел]
17. Технико-экономические показатели котельной
Таблица 9
|
№
|
Наименование величины
|
Размерность
|
Обозначение
|
Способ определения
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
Установленная
теплопроизводительность котельной по теплу
|
МВт
|
 По заданию 3*23,36=70,08
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
2
|
Годовое число работы
котельной
|
Час/год
|
 По заданию 4800
|
|
|
3
|
Годовая выработка тепла
котельной
|
МВт
|
  =
4800*70,08=336384
|
|
|
4
|
Расход тепла на собственные
нужды и потери
|
%
|
|
По заданию 9%
|
|
5
|
То же в год
|
Гкал/год
|
  =
|
|
|
6
|
Годовой отпуск тепла
котельной
|
МВт
|
  -=336384-30274,56=306109,44
|
|
|
7
|
Годовой расход топлива
|
Т/год
|
  =3*4,212*4800=60652,8
|
|
|
8
|
Установленная мощность эл.
двигателей (без резервных)
|
кВт
|
 999
|
|
|
9
|
Годовой расход
электроэнергии
|
КВтч/год
|
 *=999*4800=4795200
|
|
|
10
|
Годовой расход воды
|
Т/год
|
  =
353616+35361,6=388977,6
|
|
|
11
|
Штаты котельной
|
Шт/ед
|
М
|
85
|
12 Сметная
стоимость котельной: строительная часть оборудование и монтаж Тыс.руб 
1584,1
|
2851,38
|
|
|
|
13
|
Удельный расход топлива на
единицу выработанного тепла
|
Кг/МВт
|
  =  1000= 180,3
|
|
|
14
|
Себестоимость МВт тепла
|
Руб/МВт
|
  =
|
|
Список используемой литературы:
1. Бузников
Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиныш Э.Я. - '' Производственные и отопительные
котельные'', М. 1984 г.
2. Щеголев
М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. -''Котельные установки'', М. 1972г.
. Роддатис
К.Ф., Соколовский Я.Б. - '' Справочник по котельным установкам малой
производительности'', М. 1975 г.
. Кострикин
Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. - ''Водоподготовка и водяной режим
энергообъектов низкого и среднего давления. '' М. 1990 г.
. Лифшиц
О.В. - '' Справочник по водоподготовке котельных установок малой мощности. ''
М. 1969 г.
. Гусев
Ю.Л. - '' Основы проектирования котельных установок. '' М. 1952 г.
. СНиП
II-35-76 Часть 2 Глава 3 - '' Котельные
установки ''. М. 1977 г.
. ''
Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод''
. СНиП
ПА.6.72. '' Строительная климатология и геофизика ''. М. 1974 г.
10. Методические
указания по курсовому проектированию. Н-ск 1982 г.
. Сайт
''ОАО НовосибирскЭнерго '' - для потребителей - тарифы.