Методика расчета тепловых схем котельных с водогрейными котлами

Методика расчета тепловых схем котельных с водогрейными котлами

Исходные данные для расчета схе­мы должны быть сведены в таблицу с обязательным заполнением све­дений для всех режимов уста­новки и в том числе максимального, в наиболее холодный месяц, средне­го зимнего, в переходный период и летнего. Знание этих нагрузок по­зволяет правильно выбрать обору­дование. Особенно сильное влияние на оборудование котельной с водо­грейными агрегатами оказывает система горячего водоснабжения — закрытая или открытая. При расче­те тепловой схемы с водогрейными котлами основной задачей является определение расхода воды через агрегат и соответствие этого полу­ченного расхода величине, установ­ленной заводом-изготовителем и за­писанной в технический паспорт. Объясняется это тем, что надежное охлаждение всех поверхностей на­грева водогрейных котлоагрегатов может иметь место лишь при спе­циально выбираемых гидродинами­ческих режимах. Поскольку в тепловых сетях принято осущест­влять качественное регулирование, при котором расход воды постоя­нен, а изменяется лишь ее темпе­ратура, является обязательным вы­яснение расхода воды через котель­ные агрегаты и при летнем режиме, когда расход тепла наименьший.

Температура воды, поступающей и возвращающейся из тепловых сетей, t₁ и t₂, позволяет найти энтальпии воды и определить ее расход.

Следует учитывать, что при за­крытой системе горячего водо­снабжения подогрев воды у потре­бителя можно осуществлять за счет использования тепла воды, прошед­шей системы отопления и вентиля­ции, т. е. при последовательном включении теплообменников отопле­ния, вентиляции и горячего водо­снабжения, при смешанном и при параллельном их присоединении. В первом случае растет расход воды на рециркуляцию ее в котельных и водогрейных котлах, во втором и третьем — количество греющей воды в теплообменниках горячего водо­снабжения переменно. В настоящее время наиболее часто встречается последовательное системе отопле­ния и вентиляции и смешанное включение теплообменников для горячего водоснабжения потребите­лей. Количество воды, которое необ­ходимо нагреть в котельных агрега­тах для нужд отопления и вентиля­ции, составит:

G_о.в = Q_о.в/((i₁-i₂)h_т.с), кг/с,                                                  (1)

где i₁ и i₂ — энтальпия воды после и перед котельной установкой, Дж/кг; h_т.с — коэффициент, учиты­вающий потери тепла в тепловых сетях.

При последовательном включе­нии теплообменников для горячего водоснабжения температура воды за теплообменниками для макси­мального зимнего и среднего наибо­лее холодного месяца может быть найдена из выражения

, ^оС,                                                           (2)

где t^’’_о.в — температура воды за системой отопления и вентиляции; °С; t^’’_т.с — температура воды в об­ратной линии тепловых сетей, °С; G_г.в — расход воды у потребителя горячего водоснабжения, кг/с; i_г.в и i^’’_с.в — энтальпии горячей и холод­ной воды за и перед теплообменни­ком горячего водоснабжения, рав­ные обычно соответственно 55 и 5 зимой и 15 летом, Дж/кг; с – теплоемкость воды, Дж/кг^.К.

Для других режимов может быть использован для определения t^’’_т.с график, приведенный на рис. 2-6. Величина расхода воды потре­бителем горячего водоснабжения

G^потр_г.в = Q_г.в/(i_г.в-i’_с.в), кг/с.                                                           (3)

Количество же воды из тепловых сетей, проходящее через теплооб­менники горячего водоснабжения, в этом случае равно расходу воды на отопление и вентиляцию G_о.в и расходу воды в подающей магистра­ли G. При параллельном включении теплообменников для горячего водо­снабжения системе отопления и вен­тиляции количество воды, идущей в теплообменники из подающей ма­гистрали тепловых сетей, будет:

G_г.в = Q_г.в/((i₁-i₂)h_под), кг/с,                                          (4)

и расход воды в подающей магист­рали тепловых сетей

G = G_o.в+G_г.в, кг/с.                                                           (5)

Потери воды в закрытой системе теплоснабжения, как отмечалось ра­нее, составляют до 0,5% объема во­ды в тепловых сетях и в системе потребителей или 1,5—2,0% часово­го расхода, что позволяет найти их величину.

Эти потери равны:

DG = K_т.сG, кг/с,                                                           (6)

где K_т.с=0,015—0,02.

Кроме того, при работе на мазу­те часть тепла, полученного в котлоагрегатах, расходуется на подо­грев мазута, что требует дополни­тельного расхода воды. Количество тепла для подогрева мазута можно найти с помощью уравнения

Q_м.х = ВС_м(t_2м-t_1м)/h_под, Вт,                                                           (7)

где В — часовой расход мазу­та при соответствующем режиме, кг/с; С_м — теплоемкость мазута, Дж/(кг°С); t_2м и t_1м —темпера­туры мазута за и перед подогрева­телями, °С.

Расход воды на подогрев мазу­та, которая должна получить тепло в котлоагретатах,

G_м.х = Q_м.х/(i₁-i’₂), кг/с,                                                           (8)

где i’₂ — энтальпия воды после по­догревателей мазута, Дж/кг.

Кроме перечисленных расходов тепла и потерь в тепловых сетях, в самой котельной имеются безвоз­вратные расходы воды: на обмывку поверхностей нагрева котлоагрегатов, на уплотнение и охлаждение подшипников насосов и дымососов, на охлаждение приборов на котлах и др. Эти расходы воды вместе с расходом воды на собственные нужды химводоочистки могут со­ставлять до 25—30% количества  подпиточной воды тепловых сетей DG. Их можно учесть повышением величины К_т.с до 0,02—0,025. Сохраняя единообразие способа расчета, примем, что количество воды, которое должна подго­товить химводоочистка, составит:

G_XBO = DG_т.с + DG_с.н = К_т.сG + К_с.нG + G_м.х, кг/с,                                                           (9)

где К_с.н = 0,004—0,005.

Попутно отметим, что при откры­той системе горячего водоснабжения количество воды, идущее на подпит­ку тепловых сетей, заметно возрас­тет и может достигать 20% расхода воды через тепловые сети. Следова­тельно, и количество воды, которое необходимо подготовить на химводоочистке, три открытой системе го­рячего водоснабжения возрастет в несколько раз по сравнению с за­крытой. Так как подогрев сырой во­ды осуществляется до поступления в химводоочистку, количество подо­греваемой воды составит:

D_с.в =(1,1-1,25)G_XBO, кг/с.                                                          (10)

Количество тепла, необходимое для подогрева сырой воды, опреде­ляется ее конечной энтальпией i^’’_с.в и начальной i^’_с.в, расходом воды G_с.в и к.п.д. теплообменника h_под=0,98,т. е.

Q_с.в = G_с.в(i^’’_с.в-i^’_с.в)/h_под, Вт,                                                          (11)

или приближенно

Q_с.в = 1,02G_с.в(i^’’_с.в-i^’_с.в), Вт.

Количество тепла, найденное с помощью формулы (11), может быть передано сырой воде путем подвода горячей воды, вышедшей из котлоагрегата, к теплообменнику сырой воды. Однако при этом вели­чина разности температур между греющей и нагреваемой средой тем­пературного напора будет большой, а расход греющей среды мал, что не экономично. Поэтому сырую воду чаще греют теплоносителем более низкопотенциальным: водой, после того как она отдала часть тепла в подогревателе химически очищен­ной воде 25, что показано на рис. 2-9.

Количество горячей воды, требу­ющейся для подогрева сырой воды и получаемой из предвключенного те­плообменника 25, составит:

G₁ = Q_с.в/(i^’₁-i^’₂), кг/с.                                                          (12)

где i^’₁ — энтальпия воды после предвключенного тепло­обменника 25, Дж/кг; i^’₂ — энтальпия воды за теплообменником сырой воды 24, Дж/кг.

Химически очищенная вода из аппаратов химводоочистки 33 идет в следующий подогреватель, где ее температура повышается до величины, требующейся для вскипания в ваку­умном деаэраторе, т. е. примерно до 72—75 ^оС. Однако в аппаратах химводоочистки идет и охлаждение воды, которое составляет около 1—2°С и тем меньше, чем ниже подогрев воды. Для подо­грева химически очищенной воды могут быть применены разные схе­мы: на рис. 2-9 подогрев осуществ­ляется за счет горячей воды, отби­раемой из котлоагрегатов, и охлаж­дения выпара. Иногда химочищенная вода сначала подогревается за счет охлаждения подпиточной воды, прошедшей деаэратор, а затем гре­ется водой из котлоагрегатов.

Возможны и другие схемы, отли­чающиеся от рассмотренных и на­правленные на уменьшение поверх­ности нагрева теплообменников или сокращение расхода воды из котло­агрегатов. Расчет же тепловой схе­мы принципиальных отличий от из­лагаемого ниже иметь не будет при любом числе и способе включения теплообменников, что обычно осуще­ствляют по выполнении технико-экономических расчетов, подтверж­дающих целесообразность выбран­ной схемы. Количество тепла, необходимое для подогрева химиче­ски очищенной воды до энтальпии ее, соответствующей давлению в де­аэраторе, составит: