Проектирование отопительной котельной для теплоснабжения п. Шеркалы Тюменской области

 

3.8 Сводная таблица теплового расчета котла и расчетная невязка теплового баланса

 

Таблица 18.

Тепловой баланс котла

Величина	Обозначение	Единица	Результат
Располагаемая теплота топлива	Qрр	кДж/м3	36764,6
Температура уходящих газов	uух	°С	160
Потери теплоты с уходящими газами	q2	%	6,99
КПД	h	%	90,6
Расход топлива на котел	Вр	м3/с	1,047
Топка
Теплота, вносимая воздухом	Qв	кДж/м3	20,7
Полезное тепловыделение	Qт	кДж/м3	36601,47
Температура газов на выходе из топки	u¢¢т	°С	1090
Энтальпия газов на выходе из топки	I¢¢т	кДж/м3	20768,49
Тепловосприятие	Qл	кДж/м3	16211,2
Конвективный пучок
Температура газов на входе	u¢	°С	1090
Температура газов на выходе	u¢¢	°С	160
Энтальпия газов на входе	I¢	кДж/м3	21152,67
Энтальпия газов на выходе	I¢¢	кДж/м3	2705,5
Тепловосприятие	Q	кДж/м3	18392,8

 

Невязка теплового баланса  составила 1,8 %, расчет считаем верным.

 

 

4. Выбор оборудования

 

 Таким образом, на основании расчетов тепловой схемы котельной предусматривается установка четырех водогрейных котлов КВ-ГМ-30-150. Для каждого котла устанавливается: дымосос Д-13,5x2, n = 750 об/мин с электродвигателем мощностью 55 кВт; дутьевой вентилятор ВД-15,5, n = 750 об/мин с электродвигателем мощностью 55 кВт.

Сетевые насосы водогрейных  котлов являются ответственными элементами тепловых схем. Сетевые насосы выбирают по расходу сетевой воды G, т/ч. В котельной с водогрейными котлами и подогревателями сетевой воды должно быть установлено не менее двух сетевых насосов. Определив по расчету G_max = 358,8 кг/с = 1291,6 т/ч.

Выбираю в качестве сетевых  насосов три центробежных насоса WILLO-IL 150/320-37/4 (два рабочих, один резервный). Для покрытия летней нагрузки G_rвс = 128,6 кг/с = 462,9 т/ч устанавливаем дополнительно два рабочих и один резервный центробежные насосы WILLO-IL 150/300-30/4.

Сетевые насосы устанавливаются  на обратной линии тепловых сетей, где  температура сетевой воды не превышает 70°С.

Рециркуляционные насосы устанавливают для повышения температуры воды на входе в котел путем подмешивания горячей воды из прямой линии теплосетей. Подача рециркуляционных насосов определена при расчете тепловой схемы. G_peu = 67,2 кг/с. Выбираем два насоса (один резервный) WILLO-IL 100/5-21 BF.

Для восполнения утечек воды устанавливают подпиточные насосы. Количество воды для покрытия утечек из закрытых теплофикационных систем принимают равным 0,5% от объема воды в трубопроводах системы, а подача подпиточного насоса выбирается вдвое больше для возможности аварийной подпитки сетей. Выбираем два насоса (один резервный) MVI 410/PN 16 3.

Для подачи воды от источника  водоснабжения котельной -водопровода  жилого района - в систему водоподготовки, устанавливают сетевые насосы. Подача этих насосов определяется максимальной потребностью в химически очищенной воде и расхода ее на собственные нужды химводоочистки. G_св = 5,55 кг/с. Выбираю два насоса (один резервный) WILLO-IL-E 80/9-48 BF R1.

Для обеспечения надежной работы котельной со стальными водогрейными котлами обязательно удаление из воды растворенных в ней коррозионно-активных газов - кислорода и свободной углекислоты. Расход деаэрированной воды равен 4,62 кг/с = 16,6 т/ч.

Выбираем вакуумный  деаэратор: ДВ-18, производительностью 18 т/ч.

Для создания вакуума  и удаления газов из деаэратора используют вакуумные насосы. Выбираем ВК-25 с подачей 4-50 м³/мин. Один рабочий и один резервный.

Подогреватели исходной и химочищенной воды:

Выбираем два водоводяных  теплообменника ПВ-Z-l 1 с поверхностью нагрева 5,89 м и ПВ-Z-IO с поверхностью нагрева 6,9 м .

 

5. Охрана окружающей среды

 

 В настоящее время с увеличением мощностей промышленных объектов, концентрацией жилых и общественных зданий вопросы охраны окружающей среды приобретают исключительное значение.

 

5.1 Вещества, загрязняющие окружающую среду

 

 Основным источником образования вредных веществ при работе котельной являются котлоагрегаты. При горении газа в атмосферу поступают следующие вредные вещества:

• окись углерода;
• окислы азота;
• сернистый ангидрид;

 

5.2 Мероприятия по охране окружающей среды

 

 При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО₂, Н₂О, NO₂) в атмосферу поступают загрязняющие вещества в твердом состоянии (зола и сажа), а также токсичные газообразные вещества – серный и сернистый ангидрид (SO₂, SO₃). Все продукты неполного сгорания являются вредными (CO, CH₄, C₂H₆).

 Окислы азота вредно воздействуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьезных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют ухудшению видимости.

 Окислы азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха, и содержатся в продуктах сгорания всех топлив. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под воздействием высоких температур в топке. В результате реакции в топочной камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота NO₂ за счет доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе.

 В воде NO практически не растворяется. Очистка продуктов сгорания от NO и других окислов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Вследствие этого, усилия направлены в основном на снижение образования окислов азота в топках котлов.

 Радикальным способом снижения образования окислов азота является организация двухстадийного сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых горелочных устройств. Поэтому в первичную зону горения подается 50-70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха поступает во вторую зону, т.е. происходит дожигание продуктов неполного сгорания.

 Снижение температуры подогрева воздуха и уменьшение избытка воздуха в топке тоже уменьшает образование окислов азота, как за счет снижения температурного уровня в топке, так и за счет уменьшения концентрации свободного кислорода.

 Защита воздушного бассейна от загрязнений регламентируется предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов. Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе является критерием санитарной оценки среды.

 Под предельно допустимой концентрацией следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

 ПДК атмосферных загрязнений устанавливается в двух показателях: максимально-разовая и среднесуточная.

 Для двуокиси азота (NO₂) - основного загрязняющего вещества при работе котельной на природном газе, предельно допустимая максимально-разовая концентрация равна 0,085 мг/м³, среднесуточная - 0,04 мг/м³.

 При одновременном совместном присутствии в выбросах веществ однонаправленного вредного действия их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1.

  ,

где:

С₁, С₂, С₃, С_n - фактические концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³.

 ПДК₁, ПДК₂, ПДК₃, ПДК_n - предельно допустимая концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³.

 Любые газы подлежат рассеиванию в атмосфере, даже если они не токсичны. Основным методом снижения концентрации выбросов на уровне земли является рассеивание их через высокие дымовые трубы. Из дымовых труб поток газов выбрасывается в высокие слои атмосферы, перемешивается с воздухом, за счет чего концентрация вредных веществ на уровне дыхания снижается до нормативного значения.

 Основным фактором, влияющим на рассеивание токсичных веществ, является ветер.

 Таким образом, предусмотренный проектом комплекс мероприятий по охране атмосферного воздуха включает:

• применение в качестве основного топлива природного газа - более экологически чистого вида топлива;
• установка достаточно высоких дымовых труб (расчет приведен ниже);
• котлоагрегаты оснащены приборами, регулирующими количество воздуха и процесс горения, что дает возможность контролировать процесс горения топлива;

 

 

 

5.3 Расчет концентрации загрязняющего вещества (NO₂)

 

Расход топлива на четыре котла для зимнего режима:

  м³/с.

Выброс окислов азота:

  , г/с (14)

где:

  - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход окислов азота качества сжигаемого топлива и способа шлакоудаления;

  - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку;

  - степень рециркуляции инертных газов в процентах расхода дутьевого воздуха;

  - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок;

 k - коэффициент, характеризующий выход окислов азота на 1 т сожженного условного топлива, кг/т.

Для водогрейных котлов:

, кг/т (15)

где:

 Q_н и Q_ф - номинальная и фактическая теплопроизводительности котла, Гкал/ч.

  кг/т.

  г/с. (16)

Объем продуктов сгорания при нормальных условиях для одного котла:

 м³/ м³.

Приведенный объем:

  , м³/ м³ (17)

  .

Объемный расход выбрасываемых  газов для четырех котлов:

  , м³/с (18)

  .

Концентрация окислов азота:

   (19)

  .

 

5.4 Расчет высоты дымовой трубы

 

Задаемся скоростью газов на выходе из трубы:

.

Диаметр трубы:

, м (20)

.

Принимаю диаметр D_o = 2,1 м, тогда скорость газов:

, м/с (21)

.

Принимаю параметр A = 160, параметр F = 3.

Задаю высоту трубы  м, тогда:

, (22)

;

.

, (23)

;

, (24)

.

Расчетная минимальная  высота дымовой трубы:

, м (25)

 м.

Задаю высоту трубы  м, тогда:

,

;

.

,

;

,

.

Расчетная минимальная высота дымовой трубы:

, м

 м.

Определяем графическим  способом минимальную высоту дымовой  трубы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5 Расчет высоты дымовой  трубы

Минимальная высота дымовой  трубы Н = 44 м.

Принимаю высоту дымовой трубы Н = 45 м, тогда:

,

;

.

,

;

,

.

 

, мг/м³ 

 мг/м³;

Так как тепловая нагрузка для летнего режима составляет 20% от тепловой нагрузки зимнего режима,  рассчитанная для зимнего режима высота дымовой трубы будет обеспечивать допустимую концентрацию выбросов и при летнем режиме.