Курсовая работа (т): Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной с выбором основного и вспомогательного оборудования
На рис. 5.1-5.2 приведена компоновка оборудования одноэтажной котельной с тремя котлами ДЕ-10-14, разработанная в качестве типовой институтом «Сантехпроект». Котельная предназначена для теплоснабжения потребителей II категории. Основным топливом в котельной является природный газ, резервным - мазут. Строительная часть котельной выполняется из сборных железобетонных конструкций.
1 - фильтр Н-катионитный 1-й ступени;
- бак;
- блок насосов декарбонизированной воды;
- декарбонизатор;
- фильтр Н-катионитный буферный;
- блок приготовления исходной воды;
- фильтр Na-катионитный 1-й ступени;
- фильтр Na-катионитный 2-й ступени;
- таль ручная передвижная;
- верстак слесарный;
- блок насосов горячего водоснабжения;
- блок сетевых насосов;
- крупноблочная установка горячего водоснабжения;
- блок сепаратора непрерывной продувки;
- дымосос;
- крупноблочная деаэрационная питательная установка;
- дутьевой вентилятор;
- чугунный водяной экономайзер;
- котел;
- блок редукционной установки;
- блок подогревателей сетевой воды;
- блок холодильника отбора проб;
- газоход котла;
- всасывающий воздухопровод;
- дымовая труба.
9 - таль ручная передвижная;
- блок насосов горячего водоснабжения;
- крупноблочная установка горячего водоснабжения;
- дымосос;
- чугунный водяной экономайзер;
- котел;
- блок редукционной установки;
- блок холодильника отбора проб;
- газоход котла;
- всасывающий воздухопровод;
- дымовая труба.
6. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Исходные данные из расчета котла:
. Номинальная паро-производительность: Dном = 10 т/ч= 2,778 кг/с.
. Расход топлива (природного газа) на один котел, эту величину
нужно считать для своего топлива, кг/с:
,
где 
- заданная величина непрерывный продувки (из верхнего
барабана), равная 
, где 
- уточненная паропроизводительность котельной (п. 2.9).;
- уточненное процентное количество воды непрерывной
продувки, 
(п. 4.1). Выполним уточняющий расчет:
;
- энтальпия кипящей воды, определяется при давлении воды в
барабане, 
;
- энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении в
барабане Рб, 
;
- энтальпия питательной воды на входе в ВЭК при 
(уже рассчитана как 
):
;
- коэффициент полезного действия котла (в долях), 
=92,1% [3. Стр.250 таблица
8.20].
- низшая теплота сгорания газа [5. Стр.140 таблица 4].
3. Водяной экономайзер типа ЭП2-236 [3. Таблица 8.20, стр 248 ].
. Тип горелки: ГМ-7 [3. Таблица 8.20, стр 248 ].
. Аэродинамическое сопротивление горелки при tв=30о С, hГ=1,1 кПа [3. Таблица 7.53, стр. 212 ].
6. КПД котла, 
.
. Число котлов - 2.
8. Температура питательной воды на входе в водяной экономайзер tпв = tпит = =95,153 ºС.
9. Температура уходящих дымовых газов на выходе из экономайзера tух= 146 ºС [3. Стр.250 таблица 8.20].
10. Температура «холодного» воздуха: tх.в = 30 ºС.
11. Коэффициент расхода воздуха в топке 
=1,1.
12. Коэффициент расхода воздуха в уходящих газах
=1,5.
13. Площадь сечения для прохода продуктов сгорания F = 0,25 м2.
14. Характеристики дымовых газов месторождения Барса-Гельмес-Вышка-Небит-Даг:
- Плотность газа при нормальных условиях r0 = 0,778 кг/м3 [5. Таблица4, стр. 140].
- Объем продуктов сгорания 
. [4. Таблица13, стр 152].
- Теоретически необходимый объем воздуха 
. [4. Таблица13, стр 152].
6.1 Сопротивление участков тракта дымовых газов
Дымовые газы выходят из экономайзера с температурой tух и объемом Vух1 при 
. В процессе движения по газоходу от котла до дымовой трубы в
дымовые газы подсасывается еще немного холодного воздуха (Δ
), за счет этого объем газов на входе
в дымовую трубу 
еще увеличивается на величину Δ
.
Определяем объемы Vух,
м3/м3:
,
Температура дымовых газов перед дымовой трубой за счет разбавления
холодным воздухом уменьшается до значения 
[2. формула 7.1)], оС:
.
В самом газоходе температура tср газов берётся средней между значениями на выходе из экономайзера и на
входе в трубу:
.
Расход продуктов сгорания в газоходе, в том числе и через дымосос
[2. формула 7.2)], м3/с:
,
Сечение газоходов и боровов (подземных газоходов) подбирают по скорости движения газов (w = 2-6 м/с) из условия возможности проникновения в них при чистке и ревизии. Для боровов выбранные «а и в» (а ~ 0,6…1,5 м, в ~1…2 м).
Площадь сечения газохода, м2:
,
где ω - расчетная скорость газов в ВЭК, м/с.
,
где, F - площадь сечения для прохода продуктов сгорания F= 0,348 м2;
Vо -
объёмный расход дымовых газов при tух= 146 ºС, м3/с.
.
Fав = F
Сечение борова м2: 
, откуда сторона газохода:
.
Принимаем а=0,5 м, тогда
Принимаем сечение газохода 800×1000 мм (из условия для возможности
проникновения в них при чистке и ревизии).
Проверяем скорость,
.
(Попадаем в нужный диапазон w = 2-6 м/с)
Эквивалентный диаметр борова [2. формула (7.9)], м:
,
где F - площадь живого сечения канала, м2;
U -
полный периметр сечения, омываемый протекающей средой, м.
.
Сопротивление газового тракта от топки котла до дымососа и от дымососа до
выхода газов из дымовой трубы состоит из суммы сопротивлений участков [2.
формула (7.3)], Па:
где hэк - аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера [3. Таблица 9.2, стр. 317 ] hэк= 343 Па
hк - сопротивление котла, по [2. таблица 16] hк =720 Па;
hБ - суммарное сопротивление боровов-газоходов котла, Па;
hЗ - сопротивление заслонки на дымососе принимается равным 20 Па;
hД.ТР.
- сопротивление дымовой трубы, Па (расчет в пункте 6.2) 
НС - самотяга дымовой трубы, Па (расчет в пункте 6.2) 
Аэродинамическое сопротивление участка тракта [2. формула (7.4)], Па:
,
где 
сопротивление трения на отдельном участке, Па;
местные сопротивления на участке газохода, Па.
Сопротивление трения [2. формула (7.5)], Па:
,
где 
- коэффициент сопротивления трения, для стального газохода =0,02;
l - суммарная длина газохода - канала, l =6+4+2=12 м;
- скорость протекающей среды, 
= 4 - 8 м/с;
- эквивалентный (гидравлический) диаметр, м;
- плотность протекающей среды, кг/м3.
Объемная плотность газа кг/м3:
,
где 
- плотность дымовых газов при нормальных условиях [5.
Таблица 4, стр. 140].
Местные сопротивления [2. формула (7.9)], Па:
,
где 
- коэффициент местного сопротивления, зависящий от
геометрической формы участка (а иногда и от критерия Рейнольдса). Для всего
газового тракта (от котла до устья дымовой трубы) принимаем, что скорость газа
одна и та же (
= 4- 8 м/с). По [2. таблица 15]:
- плавное расширение (выход из ВЭК вход в газоход перед дымососом) принимаем x=0,12;
- колено 90º - 2 места, принимаем x=1,2.
- колено 45º (плавный поворот) - 2 места, принимаем x=0,355.
- расширение канала в трубу,
.
Для всего газового тракта принимаем, что скорость газа 
.
.
.
6.2 Сопротивление дымовой трубы. Расчет самотяги
Суммарный расход газов от всех подключенных к трубе котлов при
номинальной нагрузке и скорости газов на выходе из трубы, (принимается = 8-15 м/с.) рассчитывается
внутренний диаметр трубы (для кирпичной - на выходе газов):
, м3/с
где nk - число котлов, nk=2 шт.
.
Принимаем скорость 
.
Диаметр трубы расчетный верхний, м:
,
.
Скорость газов на выходе из дымовой трубы и высота трубы определяют условия рассеивания газов в районе расположения котельной. Максимальная концентрация вредных газов уменьшается с увеличением высоты трубы и выходной скорости газов.
Принимаем стальную трубу с диаметром 1 м и высотой H=20 м.
Проверка скорости:
попадаем в нужный диапазон (8-15 м/с).
Сопротивление трения для стальной трубы Па:
где l - коэффициент трения для стальной трубы, l=0,02.
Местные сопротивления [2. формула (7.9)], Па:
,
где - коэффициент местного сопротивления, для всех труб 
.
Величина самотяги для дымовой трубы [2. формула (7.11)], Па:
,
где Н - высота дымовой трубы, м;
tТР - средняя температура газового потока на данном участке (в дымовой трубе), °С;
g - ускорение силы тяжести, g=9,81 м/с2;
- температура наружного (холодного) воздуха, °С.
.
.
Сопротивление дымовой трубы:
Проверка на подсос воздуха в тракте:
Т.к. на выходе из дымососа отрицательное давление - продукты сгорания не будут просачиваться в помещение котельной.