Технічні характеристики казана ГМ-30-150 Розрахунок теплової схеми котельні

Дипломнийпроект на тему: “Технічні характеристики казана ГМ-30-150. Розрахунок теплової схеми котельні”
Анотація
Зроблено розрахунок теплових навантажень, теплової схеми котельні, тепловий розрахунок казана, зроблений вибір устаткування для запропонованої схеми котельні.
Розглянуто питання захисту навколишнього середовища, виконаний розрахунок димаря.
Приводиться короткий опис схеми автоматики.
Зроблено техніко-економічний розрахунок роботи котельні на природному газі.
Зміст
Введення
Опис системи теплопостачання
1. Розрахунок теплових навантажень опалення вентиляції й ГВС
1.1 Сезонне теплове навантаження
1.2 Розрахунок цілорічного навантаження
1.3 Розрахунок температур мережної води
1.4 Розрахунок витрат мережної води
2. Розрахунок теплової схеми котельні
2.1 Розрахунок теплової схеми котельні
3. Тепловий розрахунок казана
3.1 Технічні характеристики казана ГМ-30-150
3.2 Конструктивні характеристики казана
3.3 Топковий пристрій казана ГМ-30-150
3.4 Тепловий розрахунок казана ГМ-30-150
3.5 Тепловий баланс казана й витрата палива
3.6 Розрахунок теплообміну в котельні
3.7 Розрахунок конвектівного пучка
3.8 Зведена таблиця теплового розрахунку казана й нев’язання балансу
4. Вибір устаткування
5. Охорона навколишнього середовища
5.1 Речовини, що забруднюють навколишнє середовище
5.2 Заходу щодо охорони навколишнього середовища
5.3 Розрахунок концентрації забруднюючої речовини
5.4 Розрахунок висоти димаря
6. Автоматизація
Висновок
Література
Введення
Основне призначення будь-якої системи теплопостачання складається в забезпеченні споживачів необхідною кількістю теплоти необхідних параметрів.
Залежно від розміщення джерела теплоти стосовно споживачів системи теплопостачання розділяються на централізовані й децентралізовані.
У децентралізованих системах джерело теплоти споживачів сполучені в одному агрегаті або розміщені настільки близько, що передача теплоти від джерела до теплоприймача може вироблятися без проміжної ланки — теплової мережі.
У системах централізованого теплопостачання джерело теплоти й теплоприймачі споживачів розміщені роздільно, часто на значній відстані, тому передача теплоти від джерела до теплоприймачів виробляється по теплових мережах.
Для транспорту теплоти на більші відстані застосовуються два теплоносії: вода й водяний пара. Як правило, для задоволення сезонного навантаження й навантаження гарячого водопостачання як теплоносій використовується вода, для промислово-технологічного навантаження — пар.
Підготовка теплоносіїв виробляється в спеціальних, так званих установках на ТЕЦ, а також у міських, групових (квартальних) або промислових котелень.
Розвиток електроенергетики ведеться в основному за рахунок будівництва великих теплових і атомних електростанцій з потужними конденсаційними турбінами 300, 500, 800 і 1000 Мвт. У цих умовах будівля нових ТЕЦ економічно виправдана лише в районах, де є комплекси промислових підприємств і житлові масиви з великою концентрацією теплових споживачів.
У тих районах, де концентрація теплового споживання не досягає економічно доцільного для будівлі ТЕЦ максимуму, повинна здійснюватися оптимальна централізація теплопостачання на основі розвитку мережі великих районних котелень.
При централізації теплопостачання й закритті невеликих малоекономічних заводських і домовиків котелень зменшуються витрати палива, скорочується кількість обслуговуючого персоналу й зменшується забруднення навколишнього середовища.
Таким чином, розвиток теплопостачання споживачів проходить по основних напрямках централізації системи, що базується на комбінованому виробітку електроенергії й тепла на потужних ТЕЦ і АТЕЦ високого тиску, у тому числі на чисто опалювальних ТЕЦ; централізації систем теплопостачання великих районних виробничо-опалювальних і чисто опалювальних котелень.
Децентралізоване теплопостачання від невеликих заводських, а також опалювальних квартальних і домовиків котелень, від печей і індивідуальних нагрівальних приладів найближчим часом буде скорочуватися, але все-таки буде мати помітне місце в покритті загального теплопостачання.
Необхідно відзначити, що навіть при теплопостачанні від сучасних ТЕЦ високого й надвисокого тиску покриття піків опалювальних навантажень здійснюється від великих пікових водогрійних казанів, установлюваних як на території ТЕЦ, так і в окремо вартих районних котельнях.
Однак 95% міст і селищ міського типу будуть мати розрахункове теплове навантаження менш 500 Гкал/год, і для них основними джерелами теплопостачання будуть котельні. Триваюче подорожчання всіх видів органічного палива й зміна вартості встаткування можуть змінити в меншу сторону розрахункові техніко-економічні показники, що є в цей час оптимальними для будівлі ТЕЦ.
Таким чином, використання виробничо-опалювальних і опалювальних котелень у майбутньому збережеться й при цьому передбачається їхнє укрупнення, підвищення економічності використання органічного палива й оснащення новим сучасним обладнанням.
Опис системи теплопостачання
У цей час найпоширеніші двохтрубні закриті системи теплопостачання.
Основними перевагами закритої системи теплопостачання є:
стабільність (по заходу, кольоровості й іншим санітарним показникам) якості води, що надходить на водоразбор;
досить простий санітарний контроль системи теплопостачання;
досить проста експлуатація, тому що стабільний гідравлічний режим;
простота контролю герметичності системи теплопостачання;
Джерелом теплопостачання району є опалювальна котельня, що складається із чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150 загальною потужністю 111,9 Мвт (96,3 Гкал/ч). Основним паливом для даних казанів є газ, резервним — мазут.
Дана котельня призначена для відпустки тепла у вигляді гарячої води на потреби опалення, вентиляції й гарячого водопостачання району. Споживачами тепла є житлові будинки району й суспільні будинки (навантаження вентиляції).
Схема теплопостачання закрита двохтрубна, регулювання відпустки тепла якісне по опалювальному навантаженню, температурний графік відпустки тепла 150/70 °С.
Населення району 30 000 чоловік.
1. Розрахунок теплових навантажень опалення, вентиляції й гарячого водопостачання
Як споживач комунально-побутового навантаження обраний споруджуваний мікрорайон з житловими будинками квартирного типу при висоті будинків 5 і більше поверхів. Для розрахунку беремо дані м. Суми.
Таблиця 1. Вихідні дані
Найменування
Позначення
Одиниця виміру
Величина
Розрахункова температура повітря проектування опалення [1]
tно
ºС
– 40
Середня температура найбільш холодного місяця [1]
tнхм
ºС
– 17
Розрахункова температура повітря усередині житлових приміщень
tв
ºC
+ 20
Розрахункова температура гарячої води в абонента
tг
ºС
+ 65
Розрахункова температура холодної води в абонента в літній період–PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK—-PAGE_BREAK–
Результат
Розташовувана теплота палива
Qрр
кДж/м3
36764,6
Температура газів, що йдуть
uух
°З
160
Втрати теплоти з газами, що йдуть
q2
%
6,99
КПД
h
%
90,6
Витрата палива на казан
Вр
м3/з
1,047
Топлення

Теплота, внесена повітрям
Qв
кДж/м3
20,7
Корисне тепловиділення
Qт
кДж/м3
36601,47
Температура газів на виході з топлення
u¢¢т
°З
1090
Ентальпія газів на виході з топлення
I¢¢т
кДж/м3
20768,49
Теплосприйняття
Qл
кДж/м3
16211,2
Конвективний пучок

Температура газів на вході
u¢
°З
1090
Температура газів на виході
u¢¢
°З
160
Ентальпія газів на вході
I¢
кДж/м3
21152,67
Ентальпія газів на виході
I¢¢
кДж/м3
2705,5
Теплосприйняття
Q
кДж/м3
18392,8
Нев’язання теплового балансу склало 1,8 %, розрахунок уважаємо вірним.
4. Вибір устаткування
Таким чином, на підставі розрахунків теплової схеми котельні передбачається установка чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150. Для кожного казана встановлюється: димосос Д-13,5×2, n = 750 про/хв із електродвигуном потужністю 55 кВт; вентилятор ВД-15,5, n = 750 про/хв із електродвигуном потужністю 55 кВт.
Мережні насоси водогрійних казанів є відповідальними елементами теплових схем. Мережні насоси вибирають по витраті мережної води G, т/ч. У котельні з водогрійними казанами й підігрівниками мережної води повинне бути встановлене не менш двох мережних насосів. Визначивши з розрахунку Gmax = 358,8 кг/з = 1291,6 т/ч.
Вибираю як мережні насоси три відцентрових насоси WILLO-IL 150/320-37/4 (два робітники, один резервний). Для покриття літнього навантаження Grвс = 128,6 кг/з = 462,9 т/ч установлюємо додатково два робітників і один резервний відцентрові насоси WILLO-IL 150/300-30/4.
Мережні насоси встановлюються на зворотній лінії теплових мереж, де температура мережної води не перевищує 70°С.
Скрупульозні насоси встановлюють для підвищення температури води на вході в казан шляхом підмішування гарячої води із прямої лінії тепломереж. Подача скрупульозних насосів визначена при розрахунку теплової схеми. Gpeu = 67,2 кг/с. Вибираємо два насоси (один резервний) WILLO-IL 100/5-21 BF.
Для заповнення витоків води встановлюють насоси. Кількість води для покриття витоків із закритих теплофікаційних систем приймають рівним 0,5% від обсягу води в трубопроводах системи, а подача насоса вибирається вдвічі більше для можливості аварійного підживлення мереж. Вибираємо два насоси (один резервний) MVI 410/PN 16 3.
Для подачі води від джерела водопостачання котельні — водопроводу житлового району — у систему водоподготовки, установлюють мережні насоси. Подача цих насосів визначається максимальною потребою в хімічно очищеній воді й витрати її на власні потреби водоочищення. Gсв = 5,55 кг/с. Вибираю два насоси (один резервний) WILLO-IL-E 80/9-48 BF R1.
Для забезпечення надійної роботи котельні зі сталевими водогрійними казанами обов’язкове видалення з води розчинених у ній газів — кисню й вільної вуглекислоти. Витрата води дорівнює 4,62 кг/з = 16,6 т/ч.
Вибираємо вакуумний деаератор: ДВ-18, продуктивністю 18 т/ч.
Для створення вакууму й видалення газів з деаератора використовують вакуумні насоси. Вибираємо ВК-25 з подачею 4-50 м3/хв. Один робітник і один резервний.
Підігрівники вихідної води:
Вибираємо два теплообмінники ПВ-Z-l 1 з поверхнею нагрівання 5,89 м і ПВ-Z-IO з поверхнею нагрівання 6,9 м .
5. Охорона навколишнього середовища
У цей час зі збільшенням потужностей промислових об’єктів, концентрацією житлових і суспільних будинків питання охорони навколишнього середовища здобувають виняткове значення.
5.1 Речовини, що забруднюють навколишнє середовище
Основним джерелом утворення шкідливих речовин при роботі котельні є котлоагрегати. При горінні газу в атмосферу надходять наступні шкідливі речовини:
окис вуглецю;
окисли азоту;
сірчистий ангідрид;
5.2 Заходу щодо охорони навколишнього середовища
При спалюванні різних палив, поряд з основними продуктами згоряння (З2, Н2ПРО, NO2) в атмосферу надходять забруднюючі речовини у твердому стані (зола й сажа), а також токсичні газоподібні речовини – сірчаний і сірчистий ангідрид (SO2, SO3). Всі продукти неповного згоряння є шкідливими (CO, CH4, C2H6).
Окисли азоту шкідливо впливають на органи подиху живих організмів і викликають ряд серйозних захворювань, а також діють на встаткування й матеріали, сприяють погіршенню видимості.
Окисли азоту утворяться за рахунок окислювання, що втримується в паливі азоту й азоту повітря, і втримуються в продуктах згоряння всіх палив. Умовою окислювання азоту повітря є дисоціація молекули кисню повітря під впливом високих температур у топленні. У результаті реакції в топковій камері утвориться в основному окис азоту NO (більше 95%). Утворення двоокису азоту NO2 за рахунок NO вимагає значного часу й відбувається при низьких температурах на відкритому повітрі.    продолжение
–PAGE_BREAK–
У воді NO практично не розчиняється. Очищення продуктів згоряння від NO і інших окислів азоту технічно складний і в більшості випадків економічно нерентабельні. Внаслідок цього, зусилля спрямовані в основному на зниження утворення окислів азоту в топленнях казанів.
Зниження температури підігріву повітря й зменшення надлишку повітря в топленні теж зменшує утворення окислів азоту, як за рахунок зниження температурного рівня в топленні, так і за рахунок зменшення концентрації вільного кисню.
Захист повітряного басейну від забруднень регламентується гранично припустимими концентраціями шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів. Гранично припустима концентрація (ПДК) шкідливої речовини в повітрі є критерієм санітарної оцінки середовища.
Під гранично припустимою концентрацією варто розуміти таку концентрацію різних речовин і хімічних сполук, що при щоденному впливі на організм людини не викликає яких-небудь патологічних змін або захворювань.
ПДК атмосферних забруднень установлюється у двох показниках: максимально-разова й середньодобова.
Для двоокису азоту (NO2) – основного забруднюючі речовини при роботі котельні на природному газі, гранично припустима максимально-разова концентрація дорівнює 0,085 мг/м3, середньодобова – 0,04 мг/м3.
При одночасній спільній присутності у викидах речовин односпрямованої шкідливої дії їх безрозмірна сумарна концентрація не повинна перевищувати 1.
/>,
де:
З1, З2, З3, Сn- фактичні концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м3.
ПДК1, ПДК2, ПДК3, ПДКn- гранично припустима концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м3.
Будь-які гази підлягають розсіюванню в атмосфері, навіть якщо вони не токсичні. Основним методом зниження концентрації викидів на рівні землі є розсіювання їх через високі димарі. З димарів потік газів викидається у високі шари атмосфери, перемішується з повітрям, за рахунок чого концентрація шкідливих речовин на рівні подиху знижується до нормативного значення.
Основним фактором, що впливає на розсіювання токсичних речовин, є вітер.
Таким чином, передбачений проектом комплекс заходів щодо охорони атмосферного повітря включає:
застосування як основне паливо природного газу ( більш екологічно чистого виду палива;
установка досить високих димарів (розрахунок наведений нижче);
котлоагрегати оснащені приладами, що регулюють кількість повітря й процес горіння, що дає можливість контролювати процес горіння палива;
5.3 Розрахунок концентрації забруднюючої речовини (NO2)
Витрата палива на чотири казани для зимового режиму:
/>м3/с.
Викид окислів азоту:
/>, г/с(14)
де: />- безрозмірний поправочний коефіцієнт, що враховує вплив на вихід окислів азоту якості палива, що спалюється, і способу шлаковидалення;
/>- коефіцієнт, що характеризує ефективність впливу газів залежно від умов подачі їх у топлення;
/>- ступінь рециркуляції інертних газів у відсотках витрати повітря;
/>- коефіцієнт, що враховує конструкцію пальників;
k ( коефіцієнт, що характеризує вихід окислів азоту на 1 т спаленого умовного палива, кг/т.
Для водогрійних казанів:
/>, кг/т(15)
де: Qн і Qф- номінальна й фактична теплопродуктивності казана, Гкал/ч.
/>кг/т.
/>г/с.(16)
Обсяг продуктів згоряння при нормальних умовах для одного казана:
/>м3/ м3.
Наведений обсяг:
/>, м3/ м3(17)
/>.
Об’ємна витрата газів, що викидаються, для чотирьох казанів:
/>, м3/з(18)
/>.
Концентрація окислів азоту:
/>(19)
/>.
5.4 Розрахунок висоти димаря
Задаємося швидкістю газів на виході із труби:
/>.
Діаметр труби:
/>, м(20)
/>.
Приймаю діаметр Do = 2,1 м, тоді швидкість газів:
/>, м/с(21)
/>.
Приймаю параметр A = 160, параметр F = 3.
Задаю висоту труби /> м, тоді:
/>,(22)
/>;
/>.
/>,(23)
/>;
/>,(24)
/>.
Розрахункова мінімальна висота димаря:
/>, м(25)
/>м.
Задаю висоту труби /> м, тоді:
/>,
/>;
/>.
/>,
/>;
/>,
/>.
Розрахункова мінімальна висота димаря:
/>, м
/>м.    продолжение
–PAGE_BREAK–
Визначаємо графічним способом мінімальну висоту димаря:
/>

Рис. 5 Розрахунок висоти димаря
Мінімальна висота димаря Н = 44 м.
Приймаю висоту димаря Н = 45 м, тоді:
/>,
/>;
/>.
/>,
/>;
/>,
/>.
/>, мг/м3
/>мг/м3;
Тому що теплове навантаження для літнього режиму становить 20% від теплового навантаження зимового режиму, розраховане для зимового режиму висота димаря буде забезпечувати припустиму концентрацію викидів і при літньому режимі.
6. Автоматизація
У проекті розроблена функціональна схема казана ГМ-30-150. Схема накреслена відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 21.404-85 і представлена в графічній частині проекту.
Надійна, економічна й безпечна робота котельні з мінімальним числом обслуговуючого персоналу може здійснюватися тільки при наявності систем: автоматичного регулювання, автоматики безпеки, теплотехнічного контролю, сигналізації й керування технологічними процесами.
Завданнями автоматичного регулювання є: підтримка температури води, що подається в тепломережу, на заданому рівні, обумовленим відповідно до опалювального графіка при економічному спалюванні використовуваного палива й стабілізація основних параметрів роботи котельні.
Температура води, що подається в тепломережу відповідно до опалювального графіка, підтримується на заданому рівні «холодним перепуском». Задана витрата води, незалежно від кількості працюючих казанів, забезпечується регулятором витрати (клапаном на лінії рециркуляції), що одержує імпульс по перепаду тисків між колекторами прямої й зворотної мережної води казанів.
Регулятор підживлення забезпечує підтримка заданого тиску у зворотному трубопроводі мережної води.
Для забезпечення якісної деаерації передбачені вакуумні деаератори, усталена робота яких підтримується регуляторами рівня й тиску.
Для казанів передбачене регулювання процесу горіння за допомогою регуляторів розрядження повітря й палива.
Стабілізація тиску мазуту в пальника казана здійснюється загалькотельним регулятором тиску.
Підтримка на виході казана температури 150 °С при спалюванні мазуту дозволяє уникнути низькотемпературної корозії поверхонь нагрівання. При спалюванні природного газу підтримується температура на вході в казан по режимній карті.
Комплектом засобів керування забезпечується безпека роботи казана шляхом припинення подачі палива при:
Відхиленні тиску газу (зниженні тиску мазуту);
Відхиленні тиску води на виході з казана;
Зменшенні витрати води через казан;
Підвищенні температури води за казаном;
Загасанні факела в топленні;
Зменшенні тяги;
Зниженні тиску повітря;
Аварійній зупинці димососа;
Несправності ланцюгів або зникненні напруги в схемі автоматики безпеки.
Операції по пуску казана відбуваються автоматично «від кнопки». Аварійний сигнал зупинки казана винесений на щит СТОСІВ.
У котельнях установлюють прилади, що показують, для виміру температури води в що подає й зворотному колекторах, температури рідкого палива в загальній напірній магістралі.
У котельні повинна бути передбачена реєстрація наступних параметрів: температури води в трубопроводах, що подають, теплової мережі й гарячого водопостачання, а також у кожному зворотному трубопроводі; витрати води, що йде на підживлення теплової мережі.
Теплотехнічний контроль містить у собі контроль за:
Температурою води після казана;
Температурою води перед казаном;
Температурою димових газів за казаном;
Тиском води після казана;
Тиском мазуту після вентилятора;
Розрядженням у топленні.
Живильні установки обладнають приладами, що показують, для виміру: температури води в акумуляторних і живильних баках або у відповідних трубопроводах; тиску живильної води в кожній магістралі; рівня води в акумуляторних і живильних баках.
Висновок
У дипломному проекті був запропонований проект котельні з установкою чотирьох водогрійних казанів ГМ-30-150.
Був зроблений розрахунок теплових навантажень, теплової схеми котельні й тепловий розрахунок казана.
Також у дипломному проекті були розглянуті питання екології й наведений короткий опис схеми автоматики.
Література
С.Л. Ривкин А.А. Александров. Термодинамічні властивості води й водяного пару. Довідник. — К., 2004
Е.Я. Соколов. Теплофікація й теплові мережі. — К., 1999
Е.Ф.Бузинков К.Ф. Роддатис Э.Я. Берзиныш. Производственные и отопительные котельные.-М., 1999
К.Ф. Роддатис Я.В. Соколовський. Довідник по котельних установках. – К., 1999
В.І. Частухин. Тепловий розрахунок промислових парогенераторів. — К, 1990
В.В. Кирилов. Джерела й системи теплопостачання промислових підприємств. Конспект лекцій. – К., 1999
Н.Б. Либерман М.Т. Нянковська. Довідник по проектуванню котельних установок систем централізованого теплопостачання. — К., 2003
Ю.П. Соловьев. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. М., Энергия, 1978
В.А. Гаджиев А.А. Воронина. Охрана труда в теплосиловом хозяйстве промышленных предприятий. М… Энергия, 1980
Методические указания по экономической части дипломного проекта // Составитель А.А. Алабугин; под ред. Н.И. Цыбакина. – М., 2000
Организация, планирование и управление энергетическим хозяйством промышленного предприятия. Методические указания к курсовой работе. Челябинск, 1987
В.И. Манюк Я.И. Каплинский. Наладка и эксплуатация водоводяных тепловых сетей. – М., 2000
И.Манюк В.И. Я.И. Каплинский. Наладка и эксплуатация водоводяных тепловых сетей. – К., 1998
Л.А. Рихтер Э.П. Волков В.Н. Покровский. Охрана труда водного и воздушного бассейна от выбросов ТЭЦ – М., 1981
А.Н. Бабин. Топливо и основы теории горения: Методические указания к выполнению домашнего задания. — Челябинск, ЧПИ, 1988