При расчете тепловой схемы водогрейной котельной определяются температуры воды на входе и выходе из котла и в линии рециркуляции, а также расходы воды через котел, в линии перепуска и в линии рециркуляции.
Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной с отпуском теплоты в открытые тепловые сети.
1 - подогреватель исходной воды; 2 - фильтры химводоочистки; 3 - подогреватель химочищенной воды; 4 - деаэратор; 5 - эжектор; 6 - котлы; 7 - бак аккумулятор. ЭН, ПН, РН и СН - насосы соответственно эжекторный, подпиточный, рециркуляционный и сетевой.
Порядок расчета тепловой схемы следующий [4].
1. Температуру воды перед сетевыми насосами tсм определяют из уравнения теплового баланса точки смешения A
(2.25)
где Gо - расход воды в обратной магистрали, м3/ч; Ср - теплоемкость воды, принимаемая равной 4,19 кДж/(кг×оС); tпп - температура подпиточной воды, принимается равной температуре горячей воды, разбираемой потребителями непосредственно из сети, tпп = 60...70 оС; rпп - плотность подпиточной воды кг/м3,; rсм - плотность смешанной воды, принимают rсм = rо, кг/м3;
2. Расход воды на перепуск Gпер по линии обвода котла находят из уравнения теплового баланса при смешении потоков в точке Б
(2.26)
где tвых - проектная температура воды за котлом (берется равным 95...115 оС); rвых и rп - плотность воды на выходе из котла и в подающей магистрали, кг/м3.
3. Расход воды в линии рециркуляции Gрец для предварительно принятого значения tрец = 30...60 оС, перед поступлением воды в напорный коллектор сетевых насосов определяют из выражения
(2.27)
где rрец и rдоб - плотность воды рециркулируемой (для принятого значения tрец) и добавочной (при температуре tх), кг/м3; hп - КПД подогревателя (hп = 0,97...0,98); Gдоб - расход добавочной воды с учетом потерь в тепловой схеме самой котельной (Gдоб = 1,05Gпп), м3/ч; tг - температура воды, подаваемой в деаэратор, tг = 70 оС; tх - температура холодной воды, tх = 5 оС.
4.Температура воды на входе в котел tвх определяется из уравнения теплового баланса точки смешения В
= (2.28)
где rвх - плотность воды на входе в котел, кг/м3.
Температура tвх должна быть не менее 65 оС, если топливо - газ, и 45..55 оС, если топливо - уголь или мазут. В случае невыполнения этого условия следует повторить расчет пп. 3 и 4, приняв другие значения tрец и соответствующее ему значение Gрец.
5. Расход воды через котлы Gк, м3/ч, с учетом необходимости подогрева добавочной воды
(2.29)
где rвых - плотность воды при температуре tвых, кг/м3.
Полученное значение должно соответствовать значению Gк из выражения
(2.30)
Если это условие не выполняется расчет необходимо повторить, приняв новое значение tрец и соответствующее ему значение Gрец п.3.
2.5 Компоновка котельной
Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной.
В зависимости от климатической зоны котельные строят закрытыми (при температуре tн < -30 оС), полуоткрытыми (tн = -20…-30 оС) и открытыми (tн > -20 оС). В закрытых котельных все оборудование размещают внутри здания; в полуоткрытых часть оборудования, не требующего постоянного наблюдения, выносят из здания; в открытых защищают только фронт котлов, насосы и щиты управления.
Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из унифицированных сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай расширения котельной. В котельных площадью более 200 м2 предусматриваются два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, открывающимися наружу. Одна из дверей по размерам должна обеспечивать возможность переноса оборудования котельной (хотя бы в разобранном виде). При размещении оборудования необходимо соблюдать следующие требования.
Расстояние от фронта котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, при механизированных топках не менее 2 м. Для котлов, работающих на газе или мазуте, минимальное расстояние от стены до горелочных устройств 1 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м, а между котлами с боковой обдувкой газоходов - 1,5 м. Чугунные котлы с целью сокращения длины котельной устанавливают попарно в общей обмуровке. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.
2.6 Технико-экономические показатели работы котельной
Работа котельной оценивается ее технико-экономическими показателями.
Часовой расход топлива, кг/ч
(2.31)
где Фр - расчетная тепловая нагрузка котельной, Вт; q - удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м3),; hк.а - КПД котельного агрегата. Если в котельной установлены паровые и водогрейные котлы, то под hк.а понимают его среднезвешенное значение для котлоагрегатов обоего вида с учетом доли вырабатываемой им теплоты.
Часовой расход условного топлива, кг/ч
(2.32)
Годовой расход топлива (т или тыс.м3)
(2.33)
где Qгод - годовой расход теплоты, ГДж/год.
Годовой расход условного топлива (т или тыс.м3)
(2.34)
Удельный расход топлива (т/ГДж или тыс.м3/ГДж)
(2.35)
Удельный расход условного топлива (т/ГДж или тыс.м3/ГДж)
(2.36)
Коэффициент использования установленной мощности котельной
(2.37)
где Фуст - суммарная тепловая мощность котлов, установленных в котельной, МВт; 8760 - число часов в году.
3. Гидравлический и тепловой расчет сети теплоснабжения
3.1 Общие сведения о тепловых сетях
Тепловыми сетями называют систему трубопроводов, поставляющих тепловую энергию потребителям. В зависимости от вида транспортируемого теплоносителя тепловые сети разделяют на водяные и паровые. Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытой системе вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытой - часть воды из тепловой сети разбирается потребителями на горячее водоснабжение.
По числу параллельно идущих теплопроводов различают одно-, двух-, и многотрубные теплофикационные сети.
Более прогрессивна открытая двухтрубная система теплоснабжения с непосредственным разбором воды на нужды горячего водоснабжения из тепловых сетей. Затраты на строительство таких систем по сравнению с многотрубными снижаются на 40...50 %.
3.2 Гидравлический расчет тепловых сетей
Цель гидравлического расчета - определить диаметры теплопроводов, потери напора в них, подобрать сетевые насосы и другое оборудование, предназначенное для транспортировки теплоносителя.
Потери давления в тепловой сети вызваны трением воды или пара о стенки трубопроводов и местными сопротивлениями (котел, арматура, компенсаторы, фасонные части труб и др.)
Для участка теплопровода постоянного диаметра потери давления, Па, определяют по выражению
(3.1)
где l - длина прямого участка трубопровода, м; lэ - условная дополнительная длина прямых труб, эквивалентная по потери давления местным сопротивлениям рассматриваемого участка, м; Dр - потери давления на 1 м трубы (для магистральных тепловых сетей принимают Dр = 60...80 Па/м, для ответвлений от главной магистрали Dр = 200...300 Па/м).
Значение lэ находят по формуле
(3.2)
где Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; d - внутренний диаметр трубы, м; l - коэффициент трения.
По данным профессора С.Ф.Копьева, коэффициент трения и диаметр стальных водопроводов связывает зависимость
(3.3)
Для паропроводов коэффициент l уменьшают на 10...20 %.
Диаметр трубопровода определяют по формуле
(3.4)
где Gп - расход теплоносителя, т/ч, с учетом плотности теплоносителя – воды); r - средняя плотность теплоносителя, кг/м3.
(взяты 2 – задвижки нормальные и 2 – отвода гнутых R=2d)
3.3 Тепловой расчет сетей
Цель теплового расчета сетей - определить толщину тепловой изоляции и падение температуры теплоносителя на данном участке трассы.
Толщину теплоизоляционного слоя определяют по нормам удельных потерь теплоты или на основе технико-экономических расчетов. При этом толщина тепловой изоляции трубопровода данного диаметра условного прохода не должна превышать предельного значения.
Удельные потери теплоты, Вт/м, 1 м трубопровода данного диаметра определяют по формуле
(3.5)
где t1 - расчетная температура теплоносителя, оС: для водяных сетей - средняя за год температура воды, для паровых сетей и сетей горячего водоснабжения - максимальная температура теплоносителя; t2- температура окружающей среды, оС: для надземной прокладки - среднегодовая температура наружного воздуха, для подземной (в непроходных каналах и бесканальной)- среднегодовая температура на глубине заложения оси трубопровода (принимают равной +5 оС); R - общее тепловой сопротивление, м2× оС /Вт.
Пренебрегая сопротивлением тепловосприятию от теплоносителя к стенке трубопровода и сопротивлением теплопроводности самой стенки, общее тепловое сопротивление при надземной прокладке сети определяют по формуле
(3.6)
Сопротивление теплопроводности слоя тепловой изоляции
(3.7)
где dн.и и dв.и - наружный и внутренний диаметры изоляции, м; lи - теплопроводность материала изоляции, Вт/(м2× оС).
Тепловое сопротивление наружной поверхности изоляции
(3.8)
Коэффициент теплоотдачи поверхности изоляции, Вт/(м2× оС), определяют по эмпирической формуле
(3.9)
где tн.и - температура наружной поверхности изоляции, оС; u - скорость воздуха у поверхности изоляции, м/с.
для подающей трубы:
Полученные удельные потери теплоты удовлетворяют допустимым нормам.
Литература
1.Драганов Б.Х. Курсовое проектирование по теплотехнике и применению теплоты в сельском хозяйстве.—М.: Агропромиздат,1991.
2.Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве.—М.: Колос,1995.
3.Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве.—М.: Агропромиздат,1986.
4.Лекомцев П.Л., Артамонава Л.П. Теплотехника. Методическое пособие к курсовой работе.—Ижевск.: ИжГСХА,1997.
