Разработка проекта автоматизированной крышной котельной для теплоснабжения девятиэтажного жилого дома

Реферат

     Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе содержит 68 страниц, 14 таблиц, 2 рисунка, 27 источник литературы, 2 приложения.

Графическая часть состоит из 9 листов формата А1.

     КРЫШНАЯ КОТЕЛЬНАЯ, КОТЕЛ, ДАВЛЕНИЕ, ЭНТАЛЬПИЯ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ПОТЕРЯ ТЕПЛОТЫ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, РАСХОД ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, РАСХОД ТОПЛИВА.

     Объектом проектирования является автоматизированная водогрейная крышная котельная для теплоснабжения девятиэтажного жилого дома по адресу: г. Энгельс, Шурова Гора, д. 7/3.

     Целью выпускной квалификационной работы является повышение эффективности теплоснабжения девятиэтажного жилого дома за счет проектирования крышной котельной.

Задачи выпускной квалификационной работы:

- подбор основного и вспомогательного оборудования котельной;

- расчет воздушного и газового тракта;

- расчет принципиальной тепловой схемы котельной;

- расчет экономичности ее функционирования;

- обеспечение безопасности работы котельной.


























1



Содержание

Реферат .........................................................................................................................
1
Содержание ..................................................................................................................
2
Введение .......................................................................................................................
4
1.Анализ исходных данных ........................................................................................
6
1.1.
Исходные данные .................................................................................................
6
1.2 Климатические параметры района строительства ...........................................
7
1.3.1. Архитектурно-строительная часть. .................................................................
8
1.3.2 Отопление и вентиляция ...................................................................................
9
1.3.3 Водоснабжение и канализация. ......................................................................
10
2.
Построение годового графика выработки теплоты, определение количества

устанавливаемых котлов. .........................................................................................
11
3.
Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания .............................................
13
4.Расчет теплового баланса котельного агрегата ...................................................
17
5.
Расчет газового тракта, выбор дымовой трубы. ................................................
20
6.
Расчет тепловой схемы котельной ......................................................................
26
7.
Подбор основного и вспомогательного оборудования котельной ..................
30
7.1.
Подбор горелочного устройства. ......................................................................
30
7.2.
Расчет пластинчатого теплообменника. ..........................................................
31
7.3 Подбор сетевого насоса ......................................................................................
37
7.4 Подбор подпиточного насоса .............................................................................
39
7.5 Циркуляционные насосы ....................................................................................
40
7.6.
Выбор схемы водоподготовки ..........................................................................
41
8.
Газоснабжение котельной ....................................................................................
44
8.1.
Узел учета газа ....................................................................................................
46
8.2.
Защита газопроводов от коррозии ...................................................................
46



2

8.3. Контроль качества строительно-монтажных работ и испытание

газопроводов	47

9. Безопасность жизнедеятельности приработе с котельными установками	50

9.1 Техника безопасности при эксплуатации установок	50

9.2 Безопасность труда человека в производственных условиях	51

9.3 Техника безопасности при монтаже котельных установок	53

9.4 Автоматика безопасности и управления	56

9.4 Вывод	57

9.5 Экологические показатели работы котельной.	58

9.6 Мероприятия по охране окружающей среды	59

10. Расчет технико-экономических показателей котельной.	61

Заключение	67

Список литературы	68

Приложение 1	70

Приложение 2	71
































3

Введение

     В настоящее время в качестве источника теплоснабжения жилых зданий все чаще используются автономные крышные котельные, работающие на газообразном топливе.

     Крышная котельная представляет собой комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для приготовления теплоносителя для систем отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Она состоит из котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, предназначенного для подготовки и подачи топлива, воздуха, удаления и очистки дымовых газов при сжигании топлива

Такие   котельные   получили   свое   название   из-за   своего

местоположения (теплогенераторы устанавливают на крыше зданий в специальных оборудованных помещениях)

Крышные котельные имеют целый ряд существенных преимуществ:

    1. значительно упрощается решение всех вопросов, связанных со строительством, в частности появляется возможность быстрого монтажа и запуска в работу систем теплоснабжения.

    2. расходы на первоначальные затраты на устройство крышной котельной и затраты на ее дальнейшую эксплуатацию компенсируется рациональным использованием расходом тепла, т.к. объем потребления топлива сокращается за счет точного регулирования подачи тепла и отсутствия его потерь при транспортировке.

    3. современные газовые котельные не имеют привязки к старым коммуникациям и обеспечивают производство нужного объёма недорогой тепловой энергии. Стоимость тепловой энергии, полученной от газовой крышной котельной, оснащённой современными газовыми котлами, значительно дешевле получаемого в централизованных отопительных системах.

    4. используемый в качестве топлива природный газ является не только экологически чистым и безопасным, но и самым доступным по стоимости топливом. При сгорании газа ущерб окружающей среде минимален,


4

соответственно, газовые котельные в плане экологической безопасности - это наиболее приемлемое оборудование для отопления.

    5.расположение котельной на крыше имеет преимущество в случае взрыва, так как стены котельной делаются в виде легких перегородок, что защитит само здание;

    Благодаря всем причисленным преимуществам генерация тепла в современной крышной котельной обходится дешевле, чем в централизованных систем теплоснабжения и за несколько лет способна окупить инвестиции и привести к снижению затрат на отопление. Поэтому целью даннойвыпускной квалификационной работы является разработка проекта автоматизированной крышной котельной для теплоснабжения девятиэтажного жилого дома по адресу: г. Энгельс, Шурова Гора, д. 7/3.













































5

1.Анализ исходных данных

1.1. Исходные данные

     В данной выпускной квалификационной работе разрабатывается автоматизированная водогрейная крышная котельная, предназначенная для

покрытия тепловых нагрузок на нужды системы отопления и горячего водоснабжения девятиэтажного жилого дома расположенного по адресу: Саратовская область, г. Энгельс, ул. Шурова Гора, д. 7/3. Проект выполнен на основании следующих исходных данных:

    1. Общая тепловая нагрузка крышной котельной на отопление и горячее водоснабжение составляет: 1113,0 кВт, в том числе:

- на отопление жилых помещений: 805,6 кВт;

- на горячее водоснабжение: 307,4 кВт.

2. Параметры теплоносителя:

- для системы отопления – горячая вода с температурным графиком 95/70 ?С;

- для системы горячего водоснабжения - горячая вода с температурой 60 0С;

3. Система отопления закрытая – закрытая.

4. Регулирование отпуска теплоты осуществляется качественным методом

в зависимости от температуры наружного воздуха путем автоматического подмеса обратной воды в подающий трубопровод.

5. В качестве топлива используется природный газ.

  6. По взрывной, взрывоопасной и пожарной безопасности крышная котельная относится к категории «Г», степени стойкости III.

    7. Работа котельной предусмотрена в автоматическом режиме без обслуживающего персонала с выводом сигналов на диспетчерский пункт размещенный в помещении с постоянным присутствие персонала.














6

1.2 Климатические параметры района строительства

    В административном положении Энгельсский муниципальный район расположен в центральной левобережной части Саратовской области и граничит с Ровенским, Марковским, Советским, Саратовским муниципальными районами.

    Средние температуры воздуха на территории г. Энгельс в январе от -11 ?С до -14 ?С, абсолютный минимум достигает от -38 ?С до -46 ?С. Среднемесячные температуры самого жаркого месяца-июля- составляют от +20 ?С до +24 ?С, абсолютный минимум достигает от +39 ?С до +44 ?С. Продолжительность безморозного периода изменяется от 132 до 176 дней.

Количество атмосферных осадков составляет в среднем 375-500 мм. Среднегодовая величина относительной влажности воздуха равна 68-74%. В

зимние месяцы она повсеместно превышает 80%, в летние месяцы - около 50%. Общая циркуляция атмосферы обусловливает преобладание в Саратовской

области в течение года северо-западного, западного и южного ветров.Средняя за год скорость ветра - 3,7-4,9 м/сек.

    Основные климатические показатели, в том числе и продолжительность отопительного периода, приняты согласно СП 131.13330.2012 «Строительная

климатология» (актуализированная редакция СНиП 23-01-99*) и приведены в таблице 1.2.1.

Таблица 1.2.1. Климатические параметры для холодного периода года



Продолжительность, сут, и

Средняя

Температура
средняя температура






скорость

Воздуха
воздуха, °С, периода со





Преобладающее
ветра, м/с, за

наиболее
средней суточной





направление
период со
Город
холодной
температурой воздуха





ветра за декабрь -
средней

пятидневки

? 8 °С






февраль
суточной темпе-


продол-

средняя








ратурой воздуха


житель-

темпе-



0,92




? 8 °С


ность

ратура









Энгельс
-25
188

-3,5
СЗ
3,3















7

    Средние температуры по месяцам и продолжительность отопительного периода каждого месяца приняты согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» (актуализированная редакция СНиП 23-01-99*) и приведены в таблице 1.2.2.

Таблица 1.2.2. Средние температуры по месяцам и продолжительность

отопительного периода.


, ?
+8
0
-5
-10
-15
-20
-25
?, ч
4780
2570
2200
1320
665
232
38









1.3.1. Архитектурно-строительная часть.

    Жилой дом запроектирован из девятиэтажных индивидуальных панельных блок секций повторного применения на базе конструкций серии 90/1.2.

    Во всех блок секциях запроектировано технический подвале для инженерных коммуникаций. На стыке блок секций предусматривается установка автоматизированной водогрейной крышной котельной. Диспетчерский пункт предусмотрен в отдельном помещении на первом этаже. Размещение и строительная часть котельной выполнены в соответствии с требованиями СП 89.13330.2016 «Котельные установки».

     Профили каркаса котельной приняты по ТУ 1122-1-02494680. Материал металлического каркаса- сталь тонколистовая оцинкованная толщиной 1,0 мм.

    Перекрытие и кровля, а так же облицовка стен (наружная и внутренняя) приняты из стального профильного листа.

    Крепление профилей между собой осуществляется с помощью само сверлящих само резных винтов диаметром 4,2 м.

    Балки каркаса основания котельной опираются на внутренние стены 9-го этажа через плиты перекрытия и кирпичные пилоны, установленные в уровне чердака.

    Вес от оборудования котельной передается через керамзитобетонные плиты покрытия, опирающиеся на балки покрытия.

     Вес от дымовых труб воспринимают балки из двутавров №20, опирающихся


8

    на стойки из двутавров №12.Все металлические конструкции покрыть огнезащитной краской «Джокер. Окраска профилей составом «Джокер» обеспечивает предел огнестойкости не менее 1 часа.

    Выход на кровлю из основного здания по маршевой лестнице. Кровельные перекрытия основного здания на расстоянии 2 м от наружных стен котельной защищены от возгорания бетонной стяжной толщиной 20 мм из мелкозернистого бетона класса В25 марка по морозостойкости F100, по водонепроницаемости W2/

    В проекте крышной котельной предусмотрены легко-сбрасываемые ограждающие конструкции заполнение оконных проемов- оконное стекло
толщиной 4 мм (одинарное остекление), из расчета 0,3 м2 на 1 м3 объема помещения котельной.


1.3.2 Отопление и вентиляция

Система	отопления	котельного	зала,	рассчитана	на	поддержание

температуры +5 ?С, т.к. работает без постоянного присутствия персонала.

Параметры температуры в системе отопления 95/70 ?С.

    Отопительные приборы – регистры из гладких труб ?108х4,0, для поддержания температуры предусматривается установка тепловентилятора АВО мощностью 44 кВт.

    В помещении котельного зала предусмотрен 3-х кратный воздухообмен: приток естественный на вентиляцию плюс горение в котлах через жалюзийные решетки в стене, вытяжка из верхней зоны по воздуховоду с дефлектором.





















9

1.3.3 Водоснабжение и канализация.

    Водоснабжения и канализации крышной котельной жилого дома №7/3 в застройке по ул. Шурова Гора, г. Энгельса Саратовской области.

Расходы воды на подпитку котлов составляют: — 5,25 м3/сут, 1,32 м3/ч Для учёта холодной, горячей и циркуляционный воды в помещении

котельной устанавливаются счётчики.

    Внутренние сети холодного и горячего водоснабжения приняты из оцинкованных труб ? 15 — 100 мм по ГОСТ 3262—75.

Потребный напор на вводе – 45 м.

    Согласно СП 89.13330.2012«Котельные установки»в жилых домах, не оборудованных противопожарным водопроводом для подачи воды на пожаротушение, имеющих крышную котельную, предусматривается устройство сух отрубов ?65 мм с выведенными на кровлю пожарными кранами ?50 установленными в пожарных шкафах и с выведенными наружу патрубками ?89 мм на фасаде для подключения пожарных автомобилей.

Расход воды на пожаротушение котельной составляет:

                     2 струи х 2,5=5,0 л/с (1.1) Внутренние сети противопожарного водопровода приняты из

оцинкованных труб ? 65 мм по ГОСТ 3262-75.

    Для опорожнения котлов и трубопроводов во время ремонта и удаления случайных вод, вода сбрасывается в бак разрыва струи, где охлаждается до40°, сброс воды предусмотрен в трап диаметром 100 мм с подключением к внутренним сетям канализации.

    Внутренние сети хозяйственно бытовой канализации запроектированы из чугунных канализационных труб ?100 мм по ГОСТ 6942—98.














10

2. Построение годового графика выработки теплоты, определение количества устанавливаемых котлов.

    Для построения графика выработки тепла автоматизированной крышной водогрейной котельной определяются следующие тепловые нагрузки:

- максимальная часовая коммунально-бытовая , МВт:


кб = 
н = 1,113 МВт
(2.1)
гдеQмахкб - максимальная коммунально-бытовая нагрузка, МВт;

-на горячее водоснабжение, МВт:





гв = 0,3074, МВт



где Qгв ? нагрузка горячего водоснабжения, МВт;



- максимальная тепловая нагрузка на отопление, МВт:


т = 
кб ? гв = 1,113 ? 0,3074 = 0,8056, МВт
(2.2)
где Qмахот - отопительная максимальная нагрузка, МВт;- минимальная тепловая
нагрузка на отопление:



т

( ном# нан%к)
(()#*)



= 
т ?
( ном# нар)
= 0,8056 ?

= 0,25 МВт
(2.3)




(()+(,)


где от ?отопительная минимальная нагрузка, МВт;


пом ?расчётная температура внутри помещения, ?, 
пом = 23 ?;


н#к ?температура начала (конца) отопительного периода, равна +8°С; на

             t нвр - расчетная температура, на которую проектируется система отопления, принимается по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» в зависимости от заданного места строительства котельной, равна tнвр ? -25?С.

- на собственные нужды котельной, МВт:
сн = 0сн ? 
н = 0,3 ? 1,113 = 0,033 МВт
(2.4)
 где qсн ? доля расхода теплоты на собственные нужды котельной, принимается равной 3 %.









11

    Годовой график выработки теплоты представляет собой систему координат, на оси которой откладываются тепловые нагрузки.

    Влево отоси абсцисс откладываются температурные интервалы, а вправо от оси ординат- часы работы котельной для данных температурных интервалов нарастающим итогом. Длительность периодов с одинаковой наружной температурой воздуха принимаются по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Построение годового графика выработки тепла для котельной начинается

с  построения  отопительной  нагрузки.
Для  этого  по
Qмахот   и  Qминот и
соответствующим температурам tнвр  и tнвн?к
в левой части системы координат

строим прямую, соответствующую расходам тепла на отопление в зависимости от наружной температуры. Отложив часы работы котельной при постоянных наружных температурах на оси абсцисс вправо от оси ординат , восстанавливаем из этих точек перпендикуляры до пересечения с горизонтальными прямыми. Соединив точки пересечения, получим ломаную линию расхода тепла на отопительные нужды. Графики потребления теплоты на собственные нужды котельной и на горячее водоснабжение строят в правой части годового графика, отложив на оси ординат значения Qсн и Qгв .

    Потребление теплоты на эти нагрузки постоянно в течение всего периода работы котельной.

    Суммарный график выработки теплоты котельной строится путем сложения по осям ординат каждой нагрузки.


выр = 
т + гв + сн = 0,8056 + 0,3074 + 0,033 = 1,146 МВт(2.5)

Необходимое число работающих котлов n, шт., определяется выражением:
3 =
4выр
=
8,89:
= 2,6 шт.


567



(2.6)

4ка

;,9),













12

     По результатам расчета в котельной устанавливается 3 котла «ViessmannVitoplex 300», технические характеристики применяемых котловых агрегатов приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1- Технические характеристики котла «Viessmann»

Показатель
Модель «ViessmannVitoplex 300»
Топливо
Природный газ
Полезная мощность
405,0 кВт
КПД
96,0 %
Максимальное рабочее давление
4 бар.
Максимально допустимая температура
110 °С
в котле



Водяной объем котла
590 л
Температура уходящих газов
160 °С

3. Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

     Расчетные характеристики природных газов приняты в зависимости от места строительства котельной. Состав и характеристики природного газа приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Состав и характеристика природного газа



%

Теплота

Наименование


Плотность
сгорания


Формула
содержания


Примечание
компонента


?,кг/м3
низшая Qн,



по объему







кДж/м3













Метан
CH4
90,29
–
–
m=1; n=4






Этан
С2Н6
2,8
–
–
m=2; n=6






Пропан
С3Н8
1,1
–
–
m=3; n=8






Бутан
С4Н10
0,75
–
–
m=4; n=10






Пентан
С5Н12
0,34
–
–
m=5; n=12






Гексан
С6Н14
0,2


m=6; n=14






Азот
N2
4,2
–
–







Углекислый газ
СО2
0,32
–
–







Принято для


0,807
37010

расчета























13

     Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива при избытке воздуха ?=1, определяется по формуле:
     Теоретическое количество сухого воздуха Vo необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха ?=1, определяется по формуле:
V; = 0,0476 ? =0,5 ? CO + 0,5 ? H( + 1,5 ? H(S + ? Cm + E9F ? CHHE ? O(I	(3.1)
V; = 0,0476 ? JC1 + 99F ? 90,29 + C2 + :9F ? 2,8 + C3 + *9F ? 1,1 + C4 + 8;9F ? 0,7 + C5 + 8(9F ?
0,34 + C6 + 899F ? 0,2L = 9,77, нм)Mнм),
Теоретический объём азота V
O





N2 при ?=1 рассчитывается по формуле:



VN;O = 0,79 ? V; + 0,01 ? P( , нм)Mнм) ,
(3.2)

VN;O = 0,79 ? 9,77 + 0,01 ? 4,2 = 7,76, нм)Mнм)

Теоретический
объём
трёхатомных газов
VROo
2 при ?=1 находится
по
формуле:

V; O = 0,01 ? SCO( + CO+H(S + ? m ? CHHET, нм)Mнм)




(3.3)


QR







VQRO = 0,01 ? S1 ? 90,29 + 2 ? 2,8 + 3 ? 1,1 + 4 ? 0,75 + 5 ? 0,34 + 6 ? 0,2T = 1,05, нм)Mнм)
Теоретический
объём
водяных паров
V o

при ?=1 находится
по



Н
2О












формуле:









V;
= 0,01 ? =H(S + H( + ?
E
CHHE + 0,124 ? dг.тлI + 0,0161 ? V;, нм)Mнм)
(3.4)





UOR


(





VU;OR = 0,01 ? X42 ? 90,29 + 62 ? 2,8 + 82 ? 1,1 + 102 ? 0,75 + 122 ? 0,34 + 142 ? 0,2 + 0,124 ? 10Y + 0,0161 ? 9,77 = 2,09, нм)Mнм)

где, dвл – влагосодержание газообразного топлива, г/нм3 (dвл=10г/нм3).








14

Теоретический объём продуктов сгорания VГo находится по формуле:
Vг; = V;
O + V;
+ V;
, нм)Mнм)
(3.5)
QR
NO
UOR


Vг; = 0,92 + 6,732 + 1,87 = 10,9, нм)Mнм)

Действительный объем продуктов сгорания определяется по формуле:
Vг = Vг; + 1,0161 ? (? ? 1) ? V; = 9,522, нм)Mнм)
(3.6)

Энтальпия продуктов сгорания газа, при ?=1, равна:
Hг; = [VQRO CQRO + VN;O CNO + VU;ORCUOR\?,
кДж

(3.7)

нм^


где, ? – температура дымовых газов, °С.







Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при ?=1, равна:






Hв; = V0 ? Св ? t,(3.8)
где t – температура воздуха,
СRO ,CN

,CH O
,CB
– средние
объёмные

2
2
2













теплоёмкости соответственно газов и воздуха, кДж/ нм3·К.

Расчёт энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха:

1. Для ?=100°С,
CQRO = 1,7003, кДж? м)К; CNO = 1,2958 кДж? м)К; CUOR = 1,5052, кДж? м)К , Cв = 1,3243 кДж? м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,7003 + 7,76 ? 1,2958 + 2,09 ? 1,5052) ? 100 = 1434,1 кДж? нм) ;
Hв; = V0 ? Св ? t = 9,77 ? 1,3243 ? 100 = 1293,84 кДж? нм)
2. Для ?=160°С,
CQRO = 1,7526, кДж? м)К; CNO = 1,2996 кДж? м)К; CUOR = 1,5224, кДж? м)К , Cв = 1,3289 кДж? м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,7526 + 7,76 ? 1,2996 + 2,09 ? 1,5224) ? 160 = 2416,0 кДж? нм) ;
Hв; = V0 ? Св ? t = 9,77 ? 1,3289 ? 160 = 2077,34 кДж? нм)
3. Для ?=200°С,
CQRO = 1,7874, кДж ?м)К; CNO = 1,3058 кДж ?м)К; CUOR = 1,5424 кДж ?м)К , Cв = 1,3319 кДж ?м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,7874 + 7,76 ? 1,3058 + 2,09 ? 1,5424) ? 200 = 3046,0 кДж? нм) ;


15

Hв; = V0 ? Св ? t = 8,338 ? 1,3319 ? 200 = 2602,53 кДж? нм)
4. Для ?=300°С,
CQRO = 1,8626, кДж ?м)К; CNO = 1,3164 кДж ?м)К; CUOR = 1,5655, кДж ?м)К , Cв = 1,3445 кДж ?м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,8626 + 7,76 ? 1,3164 + 2,09 ? 1,5655) ? 300 = 4630,8 кДж? нм) ;
Hв; = V0 ? Св ? t = 9,77 ? 1,3445 ? 300 = 3940,73 кДж? нм)
5. Для ?=400°С,
CQRO = 1,9298, кДж ?м)К; CNO = 1,3164 кДж ?м)К; CUOR = 1,5655, кДж ?м)К , Cв = 1,3545 кДж ?м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,9298 + 7,76 ? 1,3164 + 2,09 ? 1,5655) ? 400 = 6204,0 кДж? нм) ;
Hв; = V0 ? Св ? t = 9,77 ? 1,3545 ? 400 = 5293,39 кДж? нм)
6. Для ?=500°С,
CQRO = 1,9888, кДж ?м)К; CNO = 1,3277 кДж ?м)К; CUOR = 1,5898, кДж ?м)К , Cв = 1,3683 кДж ?м)К;
Hг; = (1,05 ? 1,9888 + 7,76 ? 1,3277 + 2,09 ? 1,5898) ? 500 = 8330,0 кДж? нм) ;
Hв; = V0 ? Св ? t = 9,77 ? 1,3683 ? 500 = 6684,14 кДж? нм)
Энтальпия продуктов сгорания газа, при ?›1, определяется по формуле:
Hг = H0г + (??? ? 1) ? H0в
1. Для ?=100°С,

         Hг = 1434,1 + (1,15 ? 1) ? 1293,84 = 1628,18, кДж?нм3 2. Для ?=160°С,

          Hг = 2416,0 + (1,15 ? 1) ? 2077,34 = 2727,6, кДж?нм3 3. Для ?=200°С,

          Hг = 3046,0 + (1,15 ? 1) ? 2602,53 = 3436,3, кДж?нм3 4. Для ?=300°С,

          Hг = 4630,8 + (1,15 ? 1) ? 3940,73 = 5221,9, кДж?нм3 5. Для ?=400°С,


16

Hг = 6204,0 + (1,15 ? 1) ? 5293,39 = 6998,0, кДж? нм)


6. Для ?=500°С,
Hг = 8330,0 + (1,15 ? 1) ? 6684,14 = 9332,6, кДж?нм3

     Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания и воздуха сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2- Энтальпии продуктов сгорания и воздуха


Энтальпия газов, кДж/кг.







при

при
Температура, °С
? =1

? ›1











Н О

Н О
Н
Г

Г

В







100
1434,1

1293,84
1628,18





160
2416,0

2077,34
2727,6





200
3046,0

2602,53
3436,3





300
4630,8

3940,73
5221,9





400
6204,0

5293,39
6998,0





500
8330,0

6684,1
9332,6







4.Расчет теплового баланса котельного агрегата

    Целью составления теплового баланса котла является определение его КПД и расхода топлива.

    Тепловым балансом водогрейного котла называют равенство располагаемой теплоты сумме полезной теплоты и потерь теплоты, имеющихся при работе агрегата. Тепловой баланс осуществляется применительно к установившемуся тепловому режиму котла. Все статьи теплового баланса принято относить к 1 м3 газа при нормальных условиях:

рр =  + ?  , кДж? нм)
(4.1)
где ?   ? сумма всех потерь теплоты в котле,кДж? нм).





17

    Потери теплоты в котле складываются из потерь теплоты с уходящими газами (, потерь от химической неполноты горения ), от механической неполноты горения 9, от наружного охлаждения ,, потерь в виде физической теплоты шлака :, кДж? нм):

?  = ( + ) + 9 + , + :, кДж? нм)
(4.2)


    Потеря теплоты с уходящими газами обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха.

    Потеря теплоты с уходящими газами является наибольшей из всех указанных выше потерь теплоты и зависит от сжигаемости топлива, нагрузки котельного агрегата, температуры и объема уходящих газов, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

     Потеря теплоты от химической неполноты сгорания горючих газов СО, Н2, СН4, т.е. при неполном горении. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива с содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке.

    Потеря теплоты от механической неполноты горения появляется только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках, кроме золы топлива, твердых горючих частиц.

    Располагаемая теплота топлива для котлов малой мощности, работающих на природном газе, определяется по формуле:

рр = нр = 37010,0, кДж? нм)
(4.3)






18

Обычно принято потери теплоты в котельном агрегате выражать в

процентах располагаемой теплоты:

0 = 100 ? 44hg
(4.4)

Тогда
? 0 = 0( + 0) + 09 + 0, + 0:, %
(4.5)
j 0 = 2,62 + 0,8 + 1,5 = 4,92, %

     Где 0( ? 0: ?соответствующие потери теплоты, выраженные в процентах располагаемой теплоты.

Потеря теплоты с уходящими ,%, определяется по формуле:
0( =
[Нух#kух?Нхвl\(8;;#mn)
, %
(4.6)

4h



h


где Нух ?энтальпия уходящих газов определяется в зависимости от

температуры уходящих газов на выходе из котла, принимаемой по паспортным данным завода изготовителя, Нух = 2077,34 кДж / нм3 ;
Нхв; ?энтальпия холодного воздуха определяется по вышеприведенной
формуле,
при этом
принимают
CB = 1,3289 кДж /(кгК ) теплоемкость холодного
воздуха,
tB = ?25°C
температура
холодного воздуха,
Нхв; = 275,19 кДж / нм3 .

0( =
(2077,34 ? 1,48 ? 275,19)(100 ? 0)

= 4,5, %









37010,0


0) ? потери теплоты от химической неполноты сгорания, % (принимается
в зависимости от принятого горелочного устройства), принимается равной
0) = 0,8% .

       0, ? потери теплоты от наружного охлаждения, % принимаются по паспортным данным на котел, принимается равной 0, = 1,5% .




19

    КПД котельного агрегата, работающего на газообразном топливе, определяется по обратному балансу:
    
oка = 100 ? (0( + 0) + 09), %
oка = 100 ? (4,5 + 0,8 + 1,5) = 93,2, %

Расход топлива определяется по формуле:
p =	4ка  , м)/ч
4hh?qка

p =
1566720

= 45,42, м)/ч.

37010 ? 0,932






        5. Расчет газового тракта, выбор дымовой трубы. Для обеспечения вытяжной тяги, должно соблюдаться

условие:


(4.7)









(4.8)











следующее


pc ? 1,2?pп
(5.1)

     где ?pп - перепад полных давлений по газовому тракту (без учета самотяги).
    Самотяга любого участка газового тракта, включая дымовую трубу, определяется по формуле:
?uv = wдт Jyво ?
(z)
? yго ?
(z)
L ? 9,81, Па;
(5.2)

(z)+{в

(z)+|}дт


где  H -расстояние  по  вертикали  между  серединами
начального  и

конечного сечений данного участка тракта, для дымовой трубы- ее высота, м;

t в , - температуры воздуха на расчетном участке; 0С;

       ? во , ? го - плотность воздуха и дымовых газов при нормальных условиях, кг/м3(принимаем ?го ? 1,34 кг/м3);

?дг -средняя температура дымовых газов на рассматриваемом участке, °С.





20

    Если условие самотяги не выполняется, то принимается уравновешенная тяга или работа газо-воздушного такта под надувом.

    Перепад полных давлений по газовому тракту ?pп подсчитывают по формуле:

?p
п
= p
"
+ ?p ± p
c
(5.3)



Т






    где pТ" - разряжение на выходе из топки, необходимое для предотвращения выбивания газов, принимается 200 Па;

    ?p- суммарное сопротивление газового тракта, Па; pc - суммарная самотяга газового тракта, Па.
Суммарное сопротивление газового тракта ?p определяется по формуле:

?p ???p
ka
???p
ш
???р
г
???рвых ???р
д.тр
, Па
(5.4)






дт




    где ?pka -сопротивление котлоагрегата, принимается по паспортным данным на котел 250 Па;

?pш ? сопротивление шибера, принимается равным 15 Па;


?рдтвых ? потери давления на выходе из дымовой трубы;


?рг ? сопротивление газоходов;


?рд.тр ? сопротивление трению дымовой трубы;


?p ? 250 ?15,0 ?10,7 ? 31,2 ? 205,84 ? 30,87 ? 0,11 ? 543, 2, Па


    Скорость газов газоходах от котла к обратному клапану 2-3 м/с, в сборном канале 3-4 м/с(при естественной тяге), 4-6 м/с (при искусственной тяге);

Скорость газов в дымовой трубе 4-10 м/с (при естественной тяге) и






21


д.тр
10-15 м/с (при искусственной тяге); Скорости в выходном сечении трубы не менее 4 м/с ( при естественной тяге) и 8-10 м/с

Диаметры газоходов определяются по формуле:

dг =

4 ?Vгх

=

4 ? 0,42

= 0,25, м.
(5.5)












? ??гх
3,14 ?8





где Vгх -расход дымовых газов, м3/с, ?гх - скорость газов в газоходе, м/с.

Vгх ? Вр ? (Vг ????V 0 ) ? ??ух ? 273?/ 273, м3 / с.
(5.6)


где Vг - объем продуктов сгорания на выходе из котла (из расчета теплового баланса), нм3/нм3;

В р -расчетный расход топлива идущего на горение, м3/с;

V 0 ? теоретическое количество воздуха, нм3/нм3; ?? - присос воздуха в газоходах.

V гх ? 0,013 ? (10,9 ? 9, 7) ? ?273 ? 160?/ 273 ? 0,42, м3 / с.

    Аэродинамическое сопротивление какого либо участка газо-воздушного тракта ?p складывается из аэродинамических сопротивлений на преодоление

сил трения ?р	и местных сопротивлений ?рм .


Сопротивление трения ?ртр рассчитывается по формуле:


?р

=
? ? l
?
? 2
? ?
=
0,02 ? 9
?
82
?1,34 = 30,87, Па
(5.7)

тр














dэ
2

0,25   2












     где • ?коэффициент сопротивления трению (для металлических труб и каналов • = 0,02);
€ ?длина канала, м;

y ?средняя плотность газа в канале, м3/кг; •э ?эквивалентный диаметр канала.



22

Потери на местные сопротивления определяются по формуле:

?pм
? ?? ?
?2
? ? ,Па
(5.8)


2








?pм = 4,8 ? 82 ?1,34 = 205,84, Па

2

Сопротивление трению дымовой трубы определяется по формуле:

?рд.тр
= 0,004 ?
wдт2
? p = 0,004 ?
82
? 0,84 = 0,11, Па
(5.10)


2

2










где wдт ? средняя скорость газов в дымовой трубе, м/с;
p - средняя плотность газа в трубе при средней температуре, кг/м3.




Сопротивление в газоходах ?рг рассчитывается по формуле:


?рг
?
? ? l
?
? 2
? ?
?
0,02 ? 5
?
82
? 0,84 ? 10, , Па
(5.11)


dэ

2


0,25

2



















? ?1,34?

273


? 0,84,кг / м3















273?160

















    При естественной тяге необходимо подсчитать среднюю температуру дымовых газов в дымовой трубе по формуле:

?

?

?
ДТ'
? ?ДТ"
?
160 ?136,6
? 148,3,?C

ДТ




2


2
























где ?ДТ' -температура газов на входе в дымовую трубу, ?C;

? ДТ" -температура газов на выходе из дымовой трубы, ?ДТ" :

? ДТ"  = ? ух ? ??Н ДТ  = 160 ? 2,6 ? 9 = 136,6,°С


где ?? -падение температуры по длине трубы:

?? =	2  = 2,6,°С

D








(5.12)








(5.13)





(5.14)



23

где	D = Вр ? Qнр  = 0,75

822

Потери давления на выходе из дымовой трубы ?рдтвых :

?pвых дт ? ?? ?
? 2
? ?
? 1,5?
82
? 0,65 ? 31,2,Па
(5.15)

2


2











?  ? 1,34 ?

273

? 0,65,кг / м3









273 ?148,3










    Принятую высоту дымовой трубы необходимо проверить на рассеивание оксидов азота.

Выбросы оксидов азота в пересчете на NO2  в единицу времени,

рассчитывается по формуле (5.2):

‚?„O = p ? нр ? К?„O ? …к ? …8 ? …( ? …), г / с.
(5.20)
где p ? расход топлива, м3/с;

нр ?низшая теплота сгорания топлива, МДж/м3;

         К?„O ? коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 МДж теплоты сожженного условного топлива, кг/МДж.

…к ?коэффициент, учитывающий конструкцию горелок;

…{ ? коэффициент, учитывающий температуру подаваемого на горение;

     …г ? коэффициент, учитывающий рециркуляцию газов через горелку на образование оксидов азота;
     …в ? коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;
‚?„O = 0,013 ? 37,01 ? 0,037 ? 1,6 ? 1,04 ? 1 ? 1 = 0,029, г / с.


























1


M NO
2



H min =
A ? F ? m ? n

? 3




?




,
(5.21)






? ?Т








дт
т
т

V
вых



ПДК
NO2

































24

где Ат- коэффициент, зависящий от стратификации атмосферы;

F – коэффициент, учитывающий характер выбрасываемых загрязнений;

    m, nт – безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газов из трубы;

     ?T - разность температур дымовых газов на выходе из трубы и окружающего воздуха, оС;

    ПДКNO2 – предельно допустимые концентрации окислов серы и азота в атмосфере, м3/м3.

    Коэффициент Ат для севера-западной, европейской части России, Урала, Среднего Поволжья принимается равным 160; коэффициент F при расчёте NO 2 принимается равным 1.
    

Коэффициент m оценивается по формуле:

m = ?0,67 + 0,1?  f + 0,34 ? 3  f ??1 = ?0,67 + 0,1? 1,46 + 0,34 ? 3 1,46 ??1 = 0,85,


f = 103 ??вых2 ? dвых ? ?H дг2 ? ?Т ??1 = 103 ? 82 ? 0,2592 ?135 = 1,46,




?Т = ?дг? ? tв
= 160 ? 25 = 135,°С ,
Значение коэффициента nт зависит от параметра Vм :










Vвых ? ?Т


0,34?135


Vм
= 0,65? 3


= 0,65? 3

= 1,2,


Hдт

9
















(5.22)


(5.23)

(5.24)





(5.24)


Предельно допустимые концентрации принимаются как максимальные:

для окислов азота – 0,085 мг/м3.



min



1

0,028


H
дт
=
160?1? 0,85?1,2 ?
3




?


= 3,9м.







?135








0,34


0,085




    Так как Hдтmin (3,9) ? Hдт (9,0) , принимаем стандартный типоразмер трубы Hдт (9,0)

25

6. Расчет тепловой схемы котельной

    Тепловая схема котельной представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединяемого линиями трубопроводов в соответствии с последовательностью движения рабочего тела в установке.
.......................