Курсовая работа (т): Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной с выбором основного и вспомогательного оборудования

-       Производительность: 38 м3/ч, что превышает требуемую 23,02 м3/час.

-       Полный напор: 132 м.вод.ст.

-       Температура перекачиваемой среды до: +105 ºС.

-       Мощность двигателя: 20,4 кВт.

Устанавливаем один рабочий насос на два котла и один резервный насос. Давление на выходе питательных насосов будет равно сумме давления на входе в насос (на выходе из деаэратора) и полного напора насоса 132 м.вод.ст.=1,32 МПа. Поскольку давление на выходе из деаэратора Рвд= 0,12 МПа, а в каждом теплообменнике давление воды падает примерно на 0,05 МПа (5 м.вод.ст). Тогда абсолютное давление на входе: Р = 0,12 МПа - 0,05 МПа = 0,07 МПа, на выходе Р = 0,07 МПа + 1,42 МПа = 1,49 МПа, это, а избыточное давление Р=1,39 МПа, что не превышает необходимое 2,02 МПа.

Сетевой насос

Примерно 10 м.вод.ст. теряется при прохождении сетевых подогревателей. В каждом теплообменнике давление воды падает примерно на 0,05 МПа (5 м.вод.ст).

С другой стороны, чугунные радиаторы не выдерживают избыточное давление выше 0,6 МПа.

Напор сетевых насосов: Hсн=Нп + Нс = 10 + 30 = 40 м.в.ст,

где    Нп - сопротивление сетевых подогревателей, принимаем Нп =10 м.вод.ст.;

Нс - сопротивление сети и абонента, принимаем Нс = 30 м.вод.ст.

Расход сетевой воды Gс = 54,125 кг/с = 194,851 Т/ч.

К установке принимаем 2 сетевых насоса (1 рабочий и 1 резервный).

Выбираем насос Wilo CronoBloc-BL 125/245-15/4, c характеристиками:

-       Подача: 200 м3/ч.

-       Напор: 19 м.вод.ст.

-       Температура перекачиваемой среды до +140 ºС.

На выходе из насосов давление будет равно сумме абсолютного давления на входе в насосы Р=0,37 МПа и абсолютного напора насоса Р=0,29 МПа, т.е. Р=0,66 МПа. В теплообменниках подогрева сетевой воды потеряется около 0,1 МПа и на выходе из котельной прямая сетевая вода будет иметь абсолютное давление Р=0,56 МПа, а избыточное давление не выше 0,46 МПа. Давление воды в чугунном радиаторе на 1 этаже ближайшего к котельной дома будет ниже допустимого 0,6 МПа.

Конденсатный насос на деаэратор

Напор, развиваемый конденсатным насосом:

Нкн=Рд+Нск+Нд=2+15+5=22 м.вод.ст.,

где Рд - избыточное давление в деаэраторе, Рд =0,02 МПа =2 м.вод.ст.;

Нск - сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Нск=15 м.вод.ст.;

Нд - высота установки деаэратора, принимаем Нд = 5 м.

Расход конденсата Gк = 4,459 кг/с = 16,054 Т/ч.

К установке принимаем 2 конденсатных насоса (1 рабочий и 1 резервный) типа Кс 20-50, производства ОАО «Катайский насосный завод» с характеристиками:

-       Подача: 20 м3/ч.

-       Напор: 50 м.вод.ст.

-       Допускаемый кавитационный запас: 1,8 м.

-       Мощность электродвигателя: 7,5 кВт.

На выходе из насосов давление будет равно сумме абсолютного давления на входе в насосы Р=0,1 МПа и абсолютного напора насоса Р=0,6 МПа, т.е. Р=0,7 МПа, а избыточное давление Р=0,6 МПа.

Подпиточный насос

Этот насос поддерживает необходимое давление в тепловой сети. Напор, развиваемый насосом должен быть не менее давления обратной сетевой воды. Обычно это давление выбирается из расчета полного заполнения тепловой сети в ее верхних точках. При горизонтальном рельефе местности и 5 этажных домах достаточно 20 м.вод.ст., то есть Нобр.сети=20 м.вод.ст.

Количество подпиточной воды Gподп = 1,083 кг/с =3,897 Т/ч.

К установке принимаем 2 моноблочных насоса (1 рабочий и 1 резервный) типа ЛМ32-6,3/20, производства ОАО «Катайский насосный завод» с характеристиками:

-       Подача: 6,3 м3/ч;

-       напор: 20 м.вод.ст.;

-       мощность электродвигателя: 1,5 кВт;

-       частота вращения: 2900 об/мин;

-       допускаемый кавитационный запас: 2,8 м.

Избыточное давление в обратной магистрали будет 20 м.вод.ст. или 0,2 МПа, а абсолютное Р=0,3 МПа.

Давление на выходе из подпиточных насосов будет равно сумме давления на входе в насос (на выходе из теплообменника после деаэратора) и напора насоса. Поскольку абсолютное давление на входе в насос составляет Рвд= 0,07 МПа, т.к. в каждом теплообменнике давление воды падает примерно на 0,05 МПа (5 м.вод.ст), тогда абсолютное давление на выходе Р = 0,07 МПа + 0,3 МПа = 0,37 МПа.

Насос сырой воды

Насос сырой воды должен преодолеть сопротивление теплообменников (5 м.вод.ст. на каждый) и водоподготовки до 20-30 м.вод.ст. и поднять воду в деаэратор. Давление исходной, сырой воды редко превышает 10-20 м.вод.ст.

Напор, развиваемый насосом:

Нсв = Нск + Нто + Нхво + Нд = 15 + 15 + 30 + 5 = 65 м.вод.ст.,

где Нто - сопротивление теплообменников, принимаем Нэк = 3∙5=15 м.вод.ст.;

Нтр - сопротивление нагнетающего трубопровода, принимаем Нск=15 м.вод.ст.;

Нвпу - сопротивление ВПУ, принимаем Нвпу=30 м.вод.ст.;

Нд - с учетом высоты установки и высоты колонки деаэратора принимаем Нд=5 м.вод.ст.;.

Количество сырой воды Gсв = 2,547 кг/с = 9,170 Т/ч.

К установке принимаем 2 центробежных консольных насоса (1 рабочий и 1 резервный) типа К50-32-125, производства ОАО « Катайский насосный завод» с характеристиками:

-       подача: 12,5 м3/ч;

-       напор: 20 м.вод.ст.;

-       мощность электродвигателя: 2,2 кВт.

Давление на выходе из подпиточных насосов будет равно сумме давления на входе в насос и напора насоса 20 м.вод.ст. = 0,2 МПа, тогда абсолютное давление на выходе Р = 0,45 МПа + 0,3 МПа = 0,75 МПа.

4. РАСЧЕТ ХИМВОДОПОДГОТОВКИ

Качество питательной воды для паровых котлов с рабочим давлением 1,4 МПа в соответствии с нормативными документами:

-       общая жесткость: 0,02 мг.экв/л;

-       растворенный кислород: 0,03 мг/л;

-       свободная углекислота: отсутствие.

При выборе схем обработки воды и при эксплуатации паровых котлов качество котловой (продувочной) воды нормируют по общему солесодержанию (сухому остатку). Величина его обуславливается конструкцией сепарационных устройств, которыми оборудован котел, и устанавливается заводом изготовителем.

Таблица 3.1. Качество воды источника водоснабжения

Жо - жесткость исходной воды;

Ж - карбонатная жесткость воды;

ЖСа - кальциевая жесткость воды.

4.1 Выбор схемы приготовления воды

Небольшие котельные обычно используют водопроводную воду, которая уже очищена от дисперсных и органических примесей и в котельной проводится только умягчение воды.

Наиболее дешевая и распространенная из схем ВПУ - Na-катионирование. В процессе Na-катионирования жесткость воды уменьшается до требуемых норм.

Определяем показатель  [2. формула (5.1)], мг/дм3:

 где

где SИВ - cухой остаток исходной воды (источника водоснабжения), мг/кг;

ЖСа и ЖMg - кальциевая и магниевая жёсткость исходной воды, мг-экв/кг;

ЭNa , ЭCа , ЭMg - эквивалентные массы ионов Na+=23, Са2+=20 и Mg2+=12,2 мг/мг-экв.

Относительная щелочность обработанной и котловой воды [2. формула (5.2)]:

,

где  - эквивалентная масса NаОН;

-катионирование может не подходить для некоторых типов исходной воды. Проверка проводится по трем критериям:

.        По величине продувки котла, которая для котлов с давлением до 1,4 МПа не должна превышать 10 % [2. формула (5.3)]:

,

где  - доля обработанной воды в питательной. Она равна отношению расхода химически очищенной воды Gхов, втекающей в питательный деаэратор, к расходу воды, вытекающей из деаэратора Gпит;

SКВ - допустимые предельные концентрации солей в котловой воде для котлов типа ДЕ при работе без пароперегревателя составляют 3000 мг/дм3.

;

.

Принимали

2.      По допустимой величине относительной щелочности котловой воды, которая для котлов с вальцованными соединениями не должна превышать 50 %:

 Условие выполняется.

3.      По концентрации СО2 в паре, которая не должна превышать 20 мг/кг. СО2 образуется за счет разложения в котле солей NaHCO3, определяющих щелочность воды [2. формула (5.5)]:

ССО= ЭСОЩОВ β (σ1 + σ),

где ЭСО=22 мг/мг-экв - эквивалентная масса СО2;

s1 = 0,4 - доля разложения NaHCO3 в котле (остальное разлагается ещё в деаэраторе);

s = 0,7- доля разложения Na2CO3 в котле.

Условие не выполняется.катионирование не подходит по концентрации СО2 в паре.

4.2 Расчёт оборудования водоподготовительной установки

Для сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации принимают однотипные конструкции фильтров для первой и второй ступени. Для первой устанавливаем два фильтра и один для второй ступени: один из фильтров первой ступени используется для второй ступени в период регенерации фильтра второй ступени.

Требуемая площадь фильтрования:

,

где  - максимально допустимая скорость фильтрования (при останове одного из фильтров на регенерацию), м/ч. Для фильтров 2-й ступени  м/ч, для 1-й ступени  зависит от жесткости исходной воды и типа фильтра:

При Жо < 5 мг-экв/дм3  м/ч,

При Жо =5 - 10 мг-экв/дм3  м/ч,

При Жо > 10 мг-экв/дм3  м/ч.

Скорость фильтрования в первой ступени принята в зависимости от жесткости исходной воды:

Жо = 6,20 мг.экв/л   м/ч.

Скорость фильтрации в фильтре второй ступени принимаем такой же, поскольку приняли одинаковые фильтры первой и второй ступеней.

Коэффициент собственных нужд химводоочищенной воды  

Количество сырой воды, поступающей на химводоочистку:

Площадь фильтров:

Диаметр фильтра:

Выбираем фильтр ФИПа I-1,0-0,6 Na, c характеристиками:

-       Диаметр фильтра: dф = 1000 мм.

-       Высота слоя катионита: hкат = 2 м.

Полная площадь фильтрования:

Полная емкость фильтра:

где Ер = 1000 г-экв/м3 - рабочая обменная емкость сульфоугля при Nа-катионировании для катионита КУ-2 8.

Количество соли на одну регенерацию:

,

где , тогда ,

но учитывая реальный расход соли на регенерацию, который примерно вдвое больше расчетного, т.к. часть соли не прореагировав проскакивает через фильтр, получаем:

.

Тогда исходя из выше сказанного, примем

.

Этого количества соли хватит на следующий объем:

.

Период регенерации фильтров:

Число регенераций в неделю

Þ раз

Расход соли на 1 регенерацию:

,

где b - удельный расход соли на регенерацию, b=120 г/г-экв.

Суточный расход соли:

В данном оборудовании на время регенерации фильтра работает только одна ступень катионирования.

5. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

Проектирование новых и реконструкция существующих котельных установок независимо от мощности должно производиться в соответствии с требованиями СНиП II-35-76.

Компоновка оборудования котельной должна быть закрытой, т.к. район Екатеринбурга имеет расчетную температуру наружного воздуха -32 °С. При закрытой компоновке все оборудование котельной располагается в помещении.

Размеры пролетов зданий и сооружений и шаг колонн следует принимать кратными 6 м. Котлы устанавливаются, как правило, в одноэтажной части здания по фронту с расстоянием между котлами не менее 1-2 м. Вспомогательное оборудование располагают в двухэтажной (иногда в одноэтажной) части здания. Для расширения котельной (при монтаже паровых или водогрейных котлов) оставляется свободным от установки вспомогательного оборудования торец здания, так называемый «временный торец».