Теплоприготовительные установки систем теплоснабжения

5. Теплоприготовительные установки систем теплоснабжения

5.1. Виды теплоприготовительных установок систем теплоснабжения

Теплоприготовительная установка системы теплоснабжения, это комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для выработки тепла в виде пара или горячей воды за счёт сжигания топлива, а также подготовки теплоносителя и подачи его в систему теплоснабжения.

В зависимости от назначения теплоприготовительные установки делятся на три основные группы: паровые, пароводогрейные и водогрейные котельные.

Паровые котельные в основном предназначены для обеспечения паром технических потребителей промышленных предприятий. Отпуск тепла системам отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производится в небольшом количестве, только для нужд предприятия.

Вторая группа котельных, при мощности более 60 МВт на основании технико-экономических расчётов оборудуется паровыми и водогрейными котлами и предназначается для отпуска тепла как в виде пара промышленным предприятиям, так и в виде воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения предприятий и жилищно‑коммунального сектора. Мощность паровых и водогрейных котлов определяется соотношением тепловых нагрузок по пару и горячей воде.

Водогрейные котельные предназначены для отпуска тепла системам отопления и горячего водоснабжения потребителям жилищно-коммунального сектора или промышленных предприятий, где пар не используется на технологические нужды.

Так как на данном предприятии тепловая мощность не превышает 60 МВт, а на технологические нужды используется насыщенный пар с давлением 0,7 МПа, то в дальнейшем будем рассматривать паровую котельную.

5.2. Тепловая схема паровой котельной

Рекомендуемый вариант тепловой схемы котельной представлен на листе 4 графической части.

Котельная оборудуется паровыми котлами с параметрами пара обусловленными необходимостью технологических процессов.

Вырабатываемый пар отпускается потребителям, как с параметрами свежего пара, так и через редукционно-охладительную установку РОУ. На собственные нужды котельной, используется редуцированный пар с давлением – 0,6 Мпа. Водо-питательная установка котельной состоит из атмосферного деаэратора, пароводяных подогревателей химически очищенной воды и питательных насосов. Установка атмосферных деаэраторов обеспечивает получением деаэрированной питательной воды с температурой 104 ^оС, отвечающей требованиям, предъявляемым устанавливаемыми котлами.

В целях поддержания расчётного водо‑химического режима котлов предусмотрена их непрерывная и периодическая продувка. Тепло непрерывной продувки котлов используется в рабочем цикле котельной с помощью сепаратора непрерывной продувки(СНП) и охладителя непрерывной продувки (ОНП). Отсепарированный пар из сепаратора отводится в деаэраторы питательной воды, а от сепарированная продувочная вода охлаждается сырой водой в охладителе непрерывной продувки до 40 ^оС, после чего сбрасывается в канализацию.

После подогрева в теплообменнике (ОНП) сырая вода подогревается до 25‑30 ^оС в пароводяном подогревателе исходной воды, после чего после чего поступает на химводоочистку. Пройдя химводоочистку, вода с температурой

23‑ 28 ^оС (принимается, что в аппарате ХВО вода остывает на 2 ^оС) поступает на водоподогреватель химически очищенной воды, где в паровом теплообменнике нагревается до температуры 70 ‑ 80 ^оС. После чего направляется в деаэратор.

Все использованные в котельной пароводяные подогреватели обогреваются редуцируемым паром 0,6 Мпа, и конденсат после них через регуляторы уровня (конденсатоотводники) выдавливается непосредственно в деаэратор питательной воды. Конденсат, возвращающийся с производства, поступает в промежуточные баки и после контрольной проверки его качества насосами перекачивается в деаэраторы.

Отпуск тепла системам отопления вентиляции и горячего водоснабжения производится с горячей сетевой водой, которая нагревается в сетевых подогревателях.

Вода для подпитки тепловых сетей берётся из бака запаса подпиточной воды, пройдя охладитель подпитки, подпиточными насосами подаётся в обратный трубопровод перед сетевыми насосами.

5.3. Расчёт тепловой схемы паровой котельной

5.3.1. Расчёт тепловой схемы паровой котельной для максимально-зимнего периода

Расход технологического конденсата с производства определяется по формуле:

G_тех = μ · D_тех / 100, (5.1)

где D_тех – расход пара на технологические нужды, кг/с;

 μ -доля возврата конденсата, %;

G_тех = 60 · 1,1 / 100 = 0,66 кг/с.

Потери технологического конденсата:

G_тех^пот =D_тех–G_тех, (5.2)

G_тех^пот = 1,1 – 0,66 = 0,44 кг/с.

Нагрузка отопления, вентиляции, горячего водоснабжения:

Q_ов = Q_ов^р · ( t_вн^р – t_нв ) / (t_вн^р – t_ор), (5.3)

где Q_ов^р – расчётная нагрузка отопления и вентиляции, кВт;

 t_вн^р – расчётная температура внутри помещений, ^оС;

 t_ор – расчётная температура для проектирования отопления, ^оС;

 t_нв – температура наружного воздуха, ^оС.

 Q_ов = 11116,1 · (18 + 30) / (18 + 30) = 11116,1 кВт.

Расход пара на сетевые подогреватели определяется по формуле:

D_сп= (Q_ов + Q_гв ) / (i_0,7 ^"– i_к), (5.4)

где i _0,7 ^"– энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 0,7МПа, кДж/кг [2];

 i_к– энтальпия конденсата возвращённого от потребителя, кДж/кг;

D_сп = (1111,6 + 1162,6) / ((2763 – (55 · 4,19)) = 4,84 кг/с.

Общий расход пара потребителями:

D_вн = D_тех + D_сп, (5.5)

 D_вн = 1,1 + 4,84 = 5,94 кг/с.

Потери пара в тепловой схеме:

 D_пот = 0,03 · D_вн, (5.6)

 D_пот = 0,03 · 5,94 = 0,2 кг/с.

Расход пара на собственные нужды ТГУ:

 D_сн = 0,08 · D_вн, (5.7)

 D_сн = 0,08 · 5,94 = 0,5 кг/с.

 Расход сетевой воды:

G_с= (Q_ов+ Q_гв) / (i_с^' − i_с^''), (5.8)

где i_с^', i_с^'' − энтальпия воды в прямой и обратной магистрали, кДж/кг;

G_с= (11116,1+ 1162,6) / [(150 · 4,19) − (70 · 4,19)] = 36,6 кг/с.

Расход воды на подпитку тепловой сети:

 G_под = 0,015 · G_с, (5.9)

 G_под = 0,015 · 36,6 = 0,55 кг/с.

Паропроизводительность котельной определяется по формуле:

D_кот = D_тех + D_сп+ D_сн+ D_пот, (5.10)

D_кот = 1,1 + 4,84 + 0,5 + 0,2 = 6,64 кг/с.

Сумма потерь пара, конденсата, сетевой воды:

G_пот= G_пот^тех + D_пот + G_под, (5.11)

G_пот= 0,44 + 0,2 + 0,55 =1,19 кг/с.

Доля потерь теплоносителя:

П_х = G_пот / D_кот, (5.12)

П_х = 1,19 / 6,64 = 0,2.

Процент продувки:

P_п= S_х· П_х·100 / (S_кв−S_х· П_х), (5.13)

где S_х−солесодержание исходной воды, мг/кг;

S_кв−солесодержание котловой воды, мг/кг, [2];

P_п= 350 · 0,2 · 100 / (3000 −350 · 0,2) =2,38.

Расход питательной воды на РОУ:

G_роу = D_кот · (i"_1,4 − i"_0,7) / (i"_1,4 − i"_пв), (5.14)

где i"_пв − энтальпия питательной воды, КДж/кг, [2];

 i"_1,4 − энтальпия сухого насыщенного пара при давлении Р = 1,4 МПа, кДж/кг, [2].

G_роу = 6,64 · (2790 − 2763) / (2790 − 419) = 0,1 кг/с.

Паропроизводительность ТГУ при рабочих параметрах:

D^1,4 = D_кот − G_роу, (5.15)

D^1,4 = 6,64 − 0,1= 6,54 кг/с.

Расход продувочной воды:

G_пр = P_п · D^1,4 / 100, (5.16)

G_пр = 2,38· 6,54 / 100 = 0,16 кг/с.

Расход пара из сепаратора непрерывной продувки:

D_с^0,15 = G_пр · (i_кв − i₀'_,15) / (i"_0,15 − i₀'_,15), (5.17)

где i_кв − энтальпия котловой воды, КДж/кг, [2];

i"_0,15 , i₀'_,15 − энтальпия насыщенного пара и воды, (при давлении Р = 0,15 Мпа), кДж/кг, [2].

D_с^0,15 = 0,16 · (830 − 467) / (2693 − 467) = 0,03 кг/с.

Расход воды из сепаратора непрерывной продувки:

G_снп = G_пр − D_с^0,15, (5.18)

G_снп = 0,16 − 0,03 = 0,13.

Расход воды из деаэратора:

G_д = D_кот + G_пр + G_подп, (5.19)

G_д = 6,64+ 0,16+ 0,55 = 7,35 кг/с.

Расход выпара деаэратора:

D_вып = d · G_д, (5.20)

где d − удельный расход выпара из деаэратора, кг/кг, [2].

D_вып = 0,005 · 7,35 = 0,04 кг/с.

Суммарные потери пара и конденсата (уточнённые):

G_пот = G_тех^пот + D_пот+ G_под+ G_снп+ D_вып, (5.21)

G_пот = 0,44 + 0,2+ 0,55+ 0,13+ 0,042 = 1,36 кг/с.

Расход воды: химически обработанной:

G_хво = G_пот, (5.22)

G_пот = 1,36 кг/с;

исходной:

G_исх = 1,15 · G_хво, (5.23)

G_исх = 1,15 · 1,36 = 1,56 кг/с.

Температура исходной воды после охладителя непрерывной продувки:

t = (i_исх+ (G_снп/ G_исх ) · (i_0,15 − i_к ) ) / 4,19, (5.24)

где i_{ис х}− энтальпия исходной воды, (при t = 5 ^оС зимой), кДж/кг;

i_к − энтальпия конденсата, (при t =40^оС), кДж/кг.

t = (20,95+ (0,13/ 1,56) · (467 − 167,6)) / 4,19 = 11^оС.

Расход пара на подогреватель исходной воды:

D_исх= G_исх · (i"_исх − i'_исх) / (i"_0,7 − i_к ), (5.25)

где i"_{исх ,} i'_исх − энтальпия воды на выходе и входе в подогреватель исход ой воды, кДж/кг, [2];

i_к− энтальпия конденсата (при давлении в деаэраторе и t=105 ^оС), кДж/кг, [2];

D_исх = 1,56 · (125,7 − 46,9) / (2763 − 439,9 ) = 0,05 кг/с.

Расход пара на подогреватель химически очищенной воды:

D_хво= G_хво · (i"_хво − i'_хво) / (i"_0,7 − i_к), (5.26)

где i"_хво − энтальпия химически очищенной воды на выходе из охладителя выпора и на входе в деаэратор, кДж/кг, [2];

 i'_хво − энтальпия химически очищенной воды на входе в охладитель выпора, кДж/кг, [2].

D_хво = 1,36 · (335,3 − 113,3) / (2763 − 439,9) = 0,13 кг/с.

Расход пара на деаэрацию:

D_д= ((G_д · i'_д + D_вып · i''_д) / i"_0,7) − ((G_хво· i"_хво + D_с· i"_0,15 +G_тех· i'_тех ) + (G_исх+ G_хво) · i_к) / i"_0,7, (5.27)

где i"_д − энтальпия выпара насыщенного пара (при давлении в деаэраторе), кДж/кг, [2].

D_д = ((7,35 · 419 + 0,04 · 2683) / 2763) − ((1,36· 335,2 + 0,03· 2693 +0,66· 230,45) + (1,36+1,56) · 439,9)/ 2763 = 0,44 кг/с.

Расчетный расход пара на собственные нужды:

D_сн^р= D_д + D_хво + D_исх, (5.28)

D_сн^р= 0,44 + 0,13 + 0,05 = 0,62 кг/с.

Расчетная паропроизводительность ТГУ:

D_кот^р= D_тех + D_сн^р +D_пот +D_сп, (5.29)

D_кот^р= 1,1 + 0,62 + 0,2 + 4,84 = 6,76 кг/с.

Ошибка расчёта:

Δ = ((D_кот^р− D_кот) / D_кот^р) ·100 %, (5.30)

Δ = ((6,76− 6,64) / 6,76) ·100 % = 1,7 %.

Ошибка расчёта не превышает 3%, значит расчет проведён верно.