В качестве основного топлива в котельной используется природный газ, состав которого приведен в таблице 6.
Таблица 6.
Состав природного газа
| С Н4, % | С2 Н6, % | С3 Н8, % | С4 Н10, % | С5 Н12, % | N2, % | СО2, % |
| 78,2 | 4,4 | 2,2 | 0,7 | 0,2 | 14,2 | 0,1 |
Удельная теплота сгорания топлива равна:
q = 34,16 МДж/м3 = 9,49 Вт · ч/м3.
Плотность газа равна: ρ = 0,879 кг/с.
Расход газа определяется по формуле:
B = (Qу · n) / (q · ηк.а ), (5.31)
где ηк.а – коэффициент полезного действия котлоагрегата, %;
Qу – установленная мощность котлоагрегата, Вт;
n – количество котлов, шт.
B = (4370 · 4) / (9,49 · 0,92) = 2002 м3/ч.
Теоретически необходимый объём воздуха для сжигания газа определяется по формуле:
V0 = 0,0476· ∑(m + ( n/4))· Cm· Hn – O2, (5.32)
V0 = 0,0476· (2 · 78,2 + 3,5· 4,4 + 5 · 2,2 + 6,5 · 0,7 + 8 · 0,2) = 10,2 м3/ м3.
Фактический расход воздуха определяется по формуле:
Vв = V0· В· α · ((t + 273,15) / 273,15), (5.33)
где α – коэффициент избытка воздуха, α =1,05 [4].
Vв = 10,2· 2002 · 1,05 · ((28 + 273,15) / 273,15) = 23639,3 м3/ч.
Объём азота в продуктах сгорания определяется по формуле:
VN2 = В· (0,79· V0· α + (N2 /100)), (5.34)
VN2 = 2002 · (0,79·10,2· 1,05 + (14,2 /100)) = 16416,4 м3/ч.
Объём трехатомных газов в продуктах сгорания определяется по формуле:
VRO2 = 0,01· В· (СО2 + СО + Н2S +∑mСmHn(5.35)
VRO2 = 0,01· 2002 · (0,1· 78,2 + 2 · 4,4 + 3 · 2,2 + 4 · 0,7 + 5 · 0,2) = 1951,9 м3/ч.
Объём водяных паров в продуктах сгорания определяется по формуле:
VН2О = В · (Н2S + Н2 + ∑(n/2)СmHn +0,0161d) · 0,01+0,124·V0 · α, (5.36)
где d – влагосодержание газа, d = 10,4 [4].
VН2О = 2002 · (2· 78,2 + 3 · 4,4 + 5 · 2,2 + 6 · 0,2 + 0,0161 · 10,4) · 0,01+ + 0,124 · 10,2 · 1,05 = 6301,7 м3/ч.
Объём сухих продуктов сгорания определяется по формуле:
VС2 = VRO2 + VN2 + (α – 1) · V0 · В, (5.37)
VС2 = 1951,9 + 16416,4 + (1,05 – 1) · 10,2 · 2002 = 28578,5 м3/ч.
Объём продуктов сгорания определяется по формуле:
V2 = VС2 + VН2О, (5.38)
V2 = 28578,5 + 6301,7 = 34880,2 м3/ч.
5.5 Выбор основного и вспомогательного оборудования
Основное оборудование котельной – паровые котлы. В котельных промышленных предприятий с небольшим потреблением пара большое распространение получили котлы типа Е. Котел двух барабанный, с естественной циркуляцией, барабаны котла расположены по одной вертикальной оси, котельный пучок разделен двумя перегородками из жаропрочной стали, образующими газоходы. Топка имеет боковые и верхние экраны. Каждый котел оборудован одной горелкой, индивидуальным вентилятором и дымососом.
В проектируемой котельной, принимается к установке 4 котла Е 1‑9, с номинальной паропроизводительностью 1,81 кг/с, [2].
Вспомогательным оборудованием котельной является:
деаэратор;
сетевые, питательные, подпиточные насосы, насос исходной воды, конденсатный насос;
подогреватели исходной, химически очищенной, сетевой воды;
редукционно‑охладительная установка;
баковое хозяйство и трубопроводы.
Выбор деаэратора.
Деаэрация питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей, является обязательной для всех котельных. Деаэраторы предназначены для удаления из воды растворенных в ней неконденсирующихся газов. Присутствие в питательной и подпиточной воде кислорода и углекислоты приводят к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб, барабанов котлов и сетевых трубопроводов, что может привести к тяжелой аварии.В проектируемой котельной устанавливается два атмосферных деаэратора ДА‑1, с номинальной производительностью 1 т/ч, рабочим давлением 0,12 Мпа, температурой деаэрированной воды 104 0С, [2].
Сетевые насосы водо‑подогревательных установок выбираются по расчетному расходу сетевой воды и напору, который должен быть достаточным, чтобы покрывать все гидравлические сопротивления сети. Сетевые насосы, как правило, устанавливаются на обратной линии сетевой воды до ПСВ, и перекачивают воду с температурой до 70 0С. В проектируемой котельной устанавливается следующий сетевой насос, [3]:
тип ‑ 6К8;
подача – 140 м3/ч;
напор – 36 м;
мощность двигателя – 28 КВт.
Питательный насос должен обеспечивать необходимый расход питательной воды, при давлении соответствующему полному открытию рабочих предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Для питания паровых котлов устанавливается не менее двух насосов с независимыми приводами. Один из насосов должен иметь паровой привод. Производительность каждого питательного насоса должна быть не менее 110 % , максимальной паропроизводительности всех котлов, что составляет 8 т/ч.
Напор создаваемый насосом для перекачки конденсата в паровые котлы определяется по формуле:
Hн = 10 ∙ Pк + (10…20), (5.39)
где Pк – рабочее давление пара в котле, кг/см2;
10…20 – необходимый запас напора насоса, м; [1].
Hн = 10 ∙ 9 + 15 = 105 м.
Выбирается центробежный сетевой насос, [2]:
тип – ЦНСГ 13‑105;
подача – 13 м3/ч;
напор – 105 м;
мощность двигателя – 7,5 КВт.
Выбирается паровой насос, [3]:
тип – ПНП‑13;
подача – 13 м3/ч;
напор – 108 м.
Насос исходной воды:
тип – К8/18;
подача – 8м3/ч;
напор – 19 м;
мощность двигателя – 0,8 КВт.
Подпиточный насос:
тип – 1,5 К – 6б;
подача – 4 м3/ч;
напор – 12 м;
мощность двигателя – 0,5 КВт.
Во всех схемах промышленных котельных применяются подогреватели воды и другие теплообменники различного назначения. Подогрев воды в паровых котельных производится в паровых подогревателях.
Теплообменники выбираются по расчетной площади теплообмена, которая определяется по формуле:
F = G ∙ (iп – iк) / (t1‑ t2) ∙ К, (5.40)
где G – расход пара на подогреватель, т/ч;
t1, t2 – температура воды на входе и на выходе из подогревателя,0С;
К – коэффициент теплоотдачи, принимается равным 1500Вт/м2∙К.
Выбирается подогреватель исходной воды, [2]:
Тип ‑ ПП2‑24‑7‑IV;
Площадь поверхности нагрева, м2 – 24,4;
Диаметр корпуса, мм‑ 480;
Номинальный расход воды, т/ч‑41,7.
Выбирается подогреватель химически очищенной воды, [2]:
Тип ‑ ПП2‑17‑7‑IV;
Площадь поверхности нагрева, м2 – 17,2;
Диаметр корпуса, мм ‑ 426;
Номинальный расход воды, т/ч – 29,4.
Выбирается подогреватель сетевой воды, [2]:
Тип – ПСВ‑200‑7‑15;
Площадь поверхности нагрева, м2 – 200;
Избыточное рабочее давление в паровом пространстве, Мпа ‑ 0,7;
Избыточное рабочее давление в водяном пространстве, Мпа ‑ 1,5.
Для сбора и хранения конденсата устанавливается конденсатный бак , с запасом конденсата на 0,5‑1 ч.
Необходимая емкость бака определяется по формуле:
Vб = D ∙ n / γ, (5.41)
где D ‑ паропроизводительность котлов, кг/ч;
n ‑ количество котлов, шт;
γ‑вес конденсата при данной температуре, принимается равным
977,81 кг/м3 [4].
Vб = 6516 ∙ 4 / 977,81 =26,6 м3.
Исходя из расчётов, выбирается бак 10Е011 ёмкостью 26 м3. Бак сварен из 3‑мм листовой стали, снабжён крышкой с люком и водомерным стеклом.
Выбор дымососа и вентилятора.
Производительностью дымососа называют объем перемещаемых машиной продуктов сгорания в единицу времени. Необходимая расчетная производительность дымососа определяется с учетом условий всасывания, т.е. избыточного давления или разряжения, температуры перед машиной, и представляет собой действительный объем продуктов сгорания или воздуха, которые должен перемещать дымосос.
Расчетная производительность дымососа определяется по формуле:
Qд = (β1∙ V ∙ 101080) / hб, (5.42)
где β1 – коэффициент запаса по производительности, [6];
V – расход продуктов сгорания, м3/ч;
hб – барометрическое давление на месте установки, hб = 99600 Па.
Qд = (1,1∙ 8720 ∙ 101080) / 99600 = 9734,5 м3/ч.
Расчетное полное давление, которое должен создавать дымосос принимаем по [6].
Нр = 1,0 кПа.
По производительности и по напору принимается к установке дымосос
ДН – 8 с производительностью 10 ∙ 103 м3/ч, и напором 1,08 кПа, [6].
Вентилятор выбираем по расходу воздуха и по напору:
Qвн = 6597,3 м3/ч.
Нвн = 1,6 кПа.
Принимаем к установке вентилятор с производительностью 8 ∙ 103 м3/ч, и напором 1,72 кПа, [6].
5.6 учёт отпускаемой теплоты
Для учёта отпускаемой теплоты потребителям на нужды отопления и в виде пара устанавливается расходомеры серии РОСВ. Схема подключения показана на рис .