Выбор и описание тепловой схемы котельной

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

Тепловыми схемами водогрейных котельных называют совокупность оборудования и устройств, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, отражающих технологические процессы обработки и нагрева воды. Схемы выполняют с помощью условных обозначений в соответствии с принятыми стандартами. На тепловых схемах показывают основное и вспомогательное оборудование, объединяемое линиями трубопроводов для транспортировки теплоносителей. Буквенно-цифровые обозначения трубопроводов при изображении их на схеме принимают по ГОСТ 21.205-93, ГОСТ 21.206-93 и по ГОСТ 21.606-95, указывают на полках линий-выносок или над линией трубопровода, либо - в разрывах линий труб.

При разработке и расчете тепловых схем котельных с водогрейными котлами необходимо учитывать особенность их конструкции и эксплуатации. Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться, относительно установленного заводом-изготовителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, должны быть не менее 60^оС, малосернистых топлив не менее 70^оС, и высокосернистых топлив не менее 110^оС. Для повышения температуры воды на входе в котел устанавливается рециркуляционный насос.

В котельных с водогрейными котлами часто устанавливают вакуумные деаэраторы. Однако они требуют тщательного надзора при эксплуатации, поэтому предпочтительнее устанавливать деаэратор атмосферного типа.

По заданию дана тепловая схема котельной с водогрейными котлами и деаэратором атмосферного типа (рис.1.1.) и тепловая схема котельной с водогрейными котлами и вакуумным деаэратором (рис.1.2.)

Водяная тепловая сеть делится на закрытую и открытую. В закрытой системе горячая вода циркулирует в тепловой сети и из нее не отбирается. К потребителю поступает водопроводная вода (обычно недеаэрированная), нагретая в водо-водяных теплообменниках. Поэтому приходится принимать меры для повышения антикоррозионной стойкости местных установок горячего водоснабжения. Кроме того, к недостаткам таких систем относится сложность эксплуатации оборудования горячего водоснабжения.

В открытой системе вода, циркулирующая в тепловой сети, используется как теплоноситель и частично или полностью отбирается из сети для горячего водоснабжения и технологических целей. Поэтому для компенсации расходов воды на горячее водоснабжение приходится усложнять оборудование водоподготовительных установок и подпиточных устройств. Усложняется также санитарный контроль за системой теплоснабжения и контроль ее герметичности.

На рисунке Рис. изображена принципиальная тепловая схема котельной, работающей на закрытую тепловую сеть.

Тепловую схему водогрейной котельной условно можно разделить на две части. В первой (правой) части схемы обеспечивается подача сетевой воды через котел 1 и ее нагрев. Выполнение температурного графика тепловой сети осуществляется за счет подмешивания обратной сетевой воды в подающей (прямой) трубопровода. Вторая часть схемы (левая) предназначена для подготовки подпиточной сетевой воды. Подготовка заключается в химическом обессоливании исходной сырой воды в водоподготовительной установке 5, в ее нагреве до температуры близкой к температуре кипения в теплообменных аппаратах 9 и 8 и в термической деаэрации в деаэраторе 10. Назначение деаэрации (дегазации) – удаление из воды коррозионно активных газов кислорода О₂ и двуокиси углерода СО₂.

Вода из обратной линии трубопровода тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. На всас сетевого насоса подпиточным насосом 6 подается подогретая вода, компенсирующая утечки теплоносителей в тепловых сетях, а также расход воды на горячее водоснабжение при открытой схеме теплоснабжения. К насосам подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой воды 4.

Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 12, перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимального зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов 2, минуя котлы, подают в количестве G_nep по линии перепуска в подающую магистраль. Здесь обратная вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавляемая в трубы химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8, 9, 11 и освобождается от растворенных газов в деаэраторе 10. Для подпитки тепловых сетей из бака 7 подпиточный насос 6 подает воду в обратную линию теплотрассы. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.

Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей будут одинаковы. Для обеспечения требуемой расчетной температуры воды в тепловых сетях к выходящей из котлов воде подмешивается вода из обратного трубопровода. Для этого между подающим и обратным трубопроводами монтируют линию перепуска воды.

Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы стальных водогрейных котлов, отличающимся от режима тепловых сетей. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем изменения температуры воды на выходе из котлов.

Для уменьшения наружной коррозии труб водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Рекомендуются следующие минимально допустимые температуры воды на входе в котлы: при работе на природном газе - 60°С; при работе на малосернистом мазуте - 70°С; при работе на высокосернистом мазуте - 110°С.

В связи с тем, что температура воды в обратных линиях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, в тепловых схемах водогрейных котельных предусматривают рециркуляционные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных карт котельных агрегатов.

Во многих случаях водяные тепловые сети проектируют для работы по отопительному температурному графику, приведенному в [4]. Расчет показывает, что максимальный расход воды, поступающей из котлов в тепловые сети, имеет место при режиме, соответствующем точке излома графика температур сетевой воды. Такой режим осуществляют при температуре наружного воздуха, которой соответствует наиболее низкая температура воды в подающей линии. Эту температуру поддерживают постоянной даже при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха.

Обозначения к схеме:

В3 – водопроводная вода (сырая);

В6 - химочищенная вода;

В30 – деаэрированная вода;

Т30 – подпиточная вода теплосети;

Т6 – охлажденная в теплообменниках вода на подпитку теплосети;

Т4 – греющая котловая вода на рециркуляцию.

G_пер

хозяйство

Мазутное

Сырая вода

Обратная линия

Подающая линия

t_вк1

Т4

Т5

Т6

Т30

В6

G_к

τ ₂

t_вк1

t_вк2

t_вк1

t_cв

G_рец

τ ₁

t_вк1

Рис. 2.1. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

1 – водогрейный котел; 2 – сетевой насос; 3 – насос сырой воды; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводо- очистка; 6 – подпиточный насос; 7 – бак деаэрированной воды; 8 – охладитель деаэрированной воды; 9 - подогреватель химически очищенной воды; 10 – деаэратор; 11 – охладитель выпара; 12 – рециркуляционный насос.

G_пер

хозяйство

Мазутное

Сырая вода

Обратная линия

Подающая линия

t_вк1

Т4

Т5

Т6

Т30

В6

G_к

τ ₂

t_вк1

t_вк2

t_вк1

t_cв

G_рец

τ ₁

t_вк1

Рис.2.2. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

1 – водогрейный котел; 2 – сетевой насос; 3 – насос сырой воды; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводо- очистка; 6 – подпиточный насос; 7 – бак деаэрированной воды; 8 – подогреватель химически очищенной воды; 9 – вакуумный деаэратор; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – бак эжекторной установки; 13 – насос, создающий рабочее давление в эжекторе; 14 – рециркуляционный насос.

Исходными данными для расчетов тепловых схем котельных со стальными водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения служат расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь в котельной, сетях и расхода теплоты на собственные нужды котельной. Соотношение отопительно-вентиляционных нагрузок и нагрузок горячего водоснабжения уточняется в зависимости от местных условий работы потребителей.

Так как по тепловым сетям одновременно подается теплота на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, для удовлетворения тепловой нагрузки горячего водоснабжения необходимо внести коррективы в отопительный график температур воды. Температура нагреваемой воды на выходе из водоподогревателя горячего водоснабжения должна быть не ниже 60^оС, поэтому минимальная температура сетевой воды в подающей магистрали принимается равной 70^оС для закрытых систем теплоснабжения. Для этого отопительный график срезается на уровне 70^оС, полученный график температур воды в тепловой сети называется отопительно-бытовым. Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графика, обозначается t_н.изл.Точка излома делит его на две части с различными режимами регулирования: в диапазоне температур наружного воздуха от t_н.изл. до t_нор осуществляется центральное качественное регулирование отпуска теплоты, в диапазоне 8^оС - t_н.изл. – местное подрегулирование.

При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке водоподогреватели горячего водоснабжения присоединяются к тепловым сетям в зависимости от отношения максимальной тепловой нагрузки горячего водоснабжения Q_max к расчетной отопительной нагрузке Q_o _max и типа регуляторов по следующим схемам:

– при по одноступенчатой схеме;

– при по двухступенчатым схемам.

В системах теплоснабжения с жилищно-коммунальной нагрузкой более 65% от суммарной тепловой нагрузки и отношении Q_max/Q_o_._max˃ 0, 15 принимают центральное качественное регулирование отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Практика эксплуатации отопительных котельных показывает, что среднечасовой за сутки расход теплоты на горячее водоснабжение составляет около 20 % полной теплопроизводительности котельной. Тепловые потери в наружных тепловых сетях рекомендуется принимать в размере до 3 % общего расхода теплоты. Максимальные часовые расчетные расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной с водогрейными котлами при закрытой системе теплоснабжения можно принять в размере до 3 % установленной теплопроизводительности всех котлов.

Суммарный расход воды в подающей линии тепловых сетей на выходе из котельной определяется исходя из температурного режима работы тепловых сетей и, кроме того, зависит от утечки воды через неплотности в соединениях труб. Для закрытых систем теплоснабжения утечка из теплотрасс не должна превышать 0, 25 % объема воды в трубах тепловых сетей.

Согласно [5] при отсутствии данных по фактическим объемам воды допускается принимать его равным 65 м³на 1 МВт расчетной тепловой нагрузки при закрытой системе

теплоснабжения, 70 м³на 1 МВт – при открытой системе и 30 м³ на 1 МВт средней нагрузки – для отдельных сетей горячего водоснабжения.

В закрытых системах теплоснабжения на источниках теплоты мощностью 100 МВт и более следует предусматривать установку баков запаса химически обработанной и деаэрированной подпиточной воды вместимостью 3 % объема воды в системе теплоснабжения. Иногда для предварительного определения количества утекающей из закрытой системы сетевой воды эту величину принимают в пределах до 2 % расхода воды в подающей линии.

На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования котельной составляется полная развернутая тепловая схема с несколькими водогрейными котлами. Для каждой технологической части котельной обычно составляются раздельные развернутые схемы, т. е. для оборудования собственно котельной, системы химводоочистки и мазутного хозяйства.

Пример расчета водогрейной котельной

Перед началом выполнения расчета тепловой схемы водогрейной котельной необходимы исходные данные: месторасположение котельной, максимальные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (ГВС) жилых и общественных знаний. Исходные данные для курсовой работы принимаются по последней цифре зачетной книжки (студенческого билета) из таблицы, представленной в приложении 1.

Используя методику [2], рассмотрим алгоритм расчета тепловой схемы водогрейной котельной с деаэратором атмосферного типа, работающую на закрытую систему теплоснабжения потребителей с двухступенчатой последовательной схемой подогрева воды на горячее водоснабжение у абонентов, изображенной на рисункеРис. 2.2.

Котельная предназначена для теплоснабжения жилых и общественных зданий на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В качестве примера рассмотрим котельную, которая расположена в г.Ярославль и работает на газе (резервное топливо-малосернистый мазут).

Расход теплоты:

- максимальный на отопление 45 МВт;

- максимальный на вентиляцию 11 МВт;

- средний на горячее водоснабжение 16 МВт.

Расчет в соответствии с [10] ведется для трех режимов:

- максимально-зимнего;

- наиболее холодного месяца;

- летнего.

Тепловые сети работают по температурному графику 150/70^оС. Температура сырой водысоставляет: 5^оС – зимой и 15^оС – летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при давлении 0, 12 МПа.

Расчет тепловой схемы котельной базируется на решении уравнений материального и теплового баланса, составляемых для каждого элемента схемы. Увязка этих уравнений производится в конце расчета в зависимости от принятой схемы котельной. При расхождении предварительно принятых в расчете величин с полученными в результате расчета более чем на 3%, расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные значения. При расхождении, меньшем 3%, расчет считается оконченным. После расчета тепловой схемы необходимо выбрать число устанавливаемых котлов.

Рис. 2.2. Закрытая система теплоснабжения с двухступенчатой

последовательной схемой подключения подогревателей ГВС

Далее производится выбор и расчет остального вспомогательного оборудования (деаэраторов, насосов, теплообменников). Выполняется тепловой и гидравлический расчеты водоподогревательной установки системы теплоснабжения.

Таблица 2.1. Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения

Наименование	Обо-зна- че- ние	Обоснование	Значение величины при характерных режимах работы котельной
макси- мально-зимнем	наиболее холодного месяца	лет- нем
Место расположения котельной	-	Задано	г. Ярославль
Максимальные расходы теплоты (с учетом потерь и расхода на мазутное хозяйство), МВт: - на отопление жилых и общественных зданий; - на вентиляцию общественных зданий; - на горячее водоснабжение	Q_o Q_в	Задано Задано Задано		- -	- -

Продолжение табл. 2.1

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒