Загрузка данных

РАСЧЁТ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Содержание

1. Выбор котлов
2. Определение параметров работы котлов
3. Определение выработки теплоты в котельной
4. Подбор сетевых насосов
5. Подбор подпиточных насосов
6. Подбор теплообменников
7. Расчёт дымовой трубы
8. Расчёт газоходов и предохранительных взрывных клапанов
9. Подбор водоподготовительной установки
10. Расчёт вентиляции котельной
    10.1 Расчёт приточной вентиляции
    10.2 Расчёт вытяжной вентиляции
    Список используемых источников

---

1. ВЫБОР КОТЛОВ

Производим подбор котлов.

Расчётную тепловую мощность котельной определяют как сумму максимальных часовых нагрузок тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование, средних часовых нагрузок на горячее водоснабжение и нагрузок на технологические цели.

Тепловые нагрузки для расчёта и выбора оборудования котельной следует определять для обеспечения устойчивой работы при трёх режимах:
– максимального – при температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;
– среднего – при средней температуре наружного воздуха холодного месяца;
– минимального, летнего – при минимальной нагрузке горячего водоснабжения.

Число и производительность котлов, установленных в котельной, следует выбирать, обеспечивая:
– расчётную мощность котельной;
– стабильную работу котлов при минимально допустимой нагрузке в тёплый период года.

Из [2] принимаем:

При выходе из строя одного котла количество тепловой энергии, отпускаемой потребителям, следует обеспечить в размерах, указанных в таблице 1.

Таблица 1 – Допустимое снижение подачи тепла потребителю при выходе из строя одного котла

Расчётная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С Допустимое снижение подачи теплоты до, %
Минус 10 78
Минус 20 84
Минус 30 87
Минус 40 89
Минус 50 91

Определяем максимальную теплопроизводительность котельной установки по формуле:

Q_{к.у.}^{макс} = k \cdot (Q_{ов}^{макс} + Q_{гвс}),\ \text{МВт} \tag{1}

где:
Q_{ов}^{макс} – максимальный тепловой поток на отопление и вентиляцию, МВт (из исходных данных принимаем Q_{ов}^{макс} = 21 МВт);
Q_{гвс} – средний тепловой поток на ГВС, МВт (из исходных данных принимаем Q_{гвс} = 11 МВт);
k – коэффициент, учитывающий расход тепловой энергии на собственные нужды котельной, ед. (принимаем k = 1,15)

Q_{к.у.}^{макс} = 1,15 \cdot (21 + 11) = 36,8\ \text{МВт}

Определяем допустимое снижение отпуска тепловой энергии при выходе из строя одного из котлов по формуле:

Q_{к.у.}^{доп} = k \cdot \alpha \cdot (Q_{ов}^{макс} + Q_{гвс}),\ \text{МВт} \tag{2}

где:
\alpha – минимально допустимый коэффициент снижения отпуска тепловой энергии, ед.

Интерполируя данные таблицы 1, получаем для температуры наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 92% (–28 °С):

Q_{к.у.}^{доп} = 1,15 \cdot 0,864 \cdot 32 = 31,79\ \text{МВт}

Определяем теплопроизводительность котельной при минимально допустимой нагрузке в тёплый период года по формуле:

Q_{к.у.}^{лет} = 0,8 \cdot k \cdot Q_{гвс},\ \text{МВт} \tag{3}

где:
0,8 – коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на ГВС в летний период на 20% из-за повышения температуры исходной холодной воды.

Q_{к.у.}^{лет} = 0,8 \cdot 1,15 \cdot 11 = 10,12\ \text{МВт}

Ориентировочно определяем количество котлов в котельной:

Определяем минимальную теплопроизводительность одного котла по формуле:

Q_{к.а.} = Q_{к.у.} / Z,\ \text{МВт} \tag{4}

Q_{к.а.} = 36,8 / 5 = 7,36\ \text{МВт}

По значению Q_{к.а.} подбираем марку котла:

выбранным характеристикам удовлетворяет котёл Arcus IGNIS F8000.

Характеристики котла:

· Теплопроизводительность макс., МВт: 8
· Вместимость по воде, м³: 12,2
· Макс. рабочее давление, бар: 6
· К.П.Д. при макс. номинальной нагрузке, %: 93,4
· Гидравлическое сопротивление, кПа: 9,4
· Аэродинамическое сопротивление со стороны дымовых газов, Па: 1200
· Температура дымовых газов при номинальной нагрузке, °С: 160
· Расход воды через котёл, м³/ч: 275
· Габариты котла, мм:
  · длина: 6800
  · ширина: 2400
  · высота: 3200
· Газовый объём топки, м³: 7,41
· Масса котла, кг: 17 400

Уточняем количество котлов:
– Одновременная работа 5-х котлов теплопроизводительностью 8 МВт каждый обеспечивает необходимую максимальную теплопроизводительность котельной установки Q_{к.у.}^{макс}: (40 МВт ≥ 36,8 МВт)
– Работа 4-х котлов обеспечивает допустимое снижение отпуска тепловой энергии при выходе из строя одного из котлов Q_{к.у.}^{доп}: (32 МВт ≥ 31,79 МВт)
– Работа 2-х котлов обеспечивает теплопроизводительность котельной при минимально допустимой нагрузке в тёплый период года Q_{к.у.}^{лет}: (16 МВт ≥ 10,12 МВт)

5-х котлов достаточно для работы котельной в рассматриваемых условиях.

---

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ КОТЛОВ

Из [4] для газопровода Москва–Брянск выбираем:

Состав газа по объёму, %:

· метан: 93,89
· этан: 3,65
· пропан: 1,16
· изо-бутан: менее 0,1
· норм-бутан: менее 0,1
· изо-пентан: менее 0,1
· норм-пентан: менее 0,1
· гексаны + высшие углеводороды: менее 0,1
· диоксид углерода (СО₂): менее 0,1
· азот (N₂): менее 0,1
· кислород (О₂): менее 0,1
· водород (Н₂): менее 0,1
· гелий (Не): менее 0,1

Низшая теплота сгорания сухого газа, кДж/м³: 37 300
Плотность газа при нормальных условиях, кг/м³: 0,746
Влагосодержание газа, г/м³: 0,5–1,0 (принимаем d_г = 5 г/м³)

Определяем реакции горения предельных углеводородов, входящих в состав природного газа:

CH_4 + 2O_2 + 7,52N_2 = CO_2 + 2H_2O + 7,52N_2

C_2H_6 + 3,5O_2 + 13,16N_2 = 2CO_2 + 3H_2O + 13,16N_2

C_3H_8 + 5O_2 + 18,8N_2 = 3CO_2 + 4H_2O + 18,8N_2

C_4H_{10} + 6,5O_2 + 24,44N_2 = 4CO_2 + 5H_2O + 24,44N_2

C_5H_{12} + 8O_2 + 30,08N_2 = 5CO_2 + 6H_2O + 30,08N_2

Теоретический объём кислорода, необходимого для полного сгорания 1 м³ природного газа, определяем по формуле:

V_{O_2}^0 = 0,01 \cdot (2 \cdot CH_4 + 3,5 \cdot C_2H_6 + 5 \cdot C_3H_8 + 6,5 \cdot C_4H_{10} + 8 \cdot C_5H_{12}),\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{5}

где:
C_nH_{2n+2} – содержание предельного углеводорода в исходном газе, %.

V_{O_2}^0 = 0,01 \cdot (2 \cdot 93,89 + 3,5 \cdot 3,65 + 5 \cdot 1,16 + 6,5 \cdot 0,1 + 8 \cdot 0,1) = 2,078\ \text{м}^3/\text{м}^3

Теоретический объём воздуха, подаваемого на горение, м³/м³ определяем по формуле:

V^0 = V_{O_2}^0 + V_{N_2}^0,\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{6}

V_{N_2}^0 = 3,76 \cdot V_{O_2}^0

V^0 = 4,76 \cdot V_{O_2}^0

V^0 = 4,76 \cdot 2,078 = 9,891\ \text{м}^3/\text{м}^3

Объём СО₂ в продуктах сгорания определяем по формуле:

V_{CO_2}^0 = 0,01 \cdot (CO_2 + CH_4 + 2 \cdot C_2H_6 + 3 \cdot C_3H_8 + 4 \cdot C_4H_{10} + 5 \cdot C_5H_{12}),\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{7}

где:
CO₂ – процент содержания CO₂ в газе газопровода (из [4] принимаем CO₂ = 0,1).

V_{CO_2}^0 = 0,01 \cdot (0,1 + 93,89 + 2 \cdot 3,65 + 3 \cdot 1,16 + 4 \cdot 0,1 + 5 \cdot 0,1) = 1,057\ \text{м}^3/\text{м}^3

Теоретический объём водяных паров определяем по формуле:

V_{H_2O}^0 = 0,01 \cdot (2 \cdot CH_4 + 3 \cdot C_2H_6 + 4 \cdot C_3H_8 + 5 \cdot C_4H_{10} + 6 \cdot C_5H_{12} + 0,124 \cdot d_г),\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{8}

где:
d_г – влагосодержание газа (принимаем d_г = 5 г/м³).

V_{H_2O}^0 = 0,01 \cdot (2 \cdot 93,89 + 3 \cdot 3,65 + 4 \cdot 1,16 + 5 \cdot 0,1 + 6 \cdot 0,1 + 0,124 \cdot 5) = 2,051\ \text{м}^3/\text{м}^3

Объём N₂ в продуктах сгорания определяем по формуле:

V_{N_2}^0 = 0,79 \cdot V^0 + N_2/100,\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{9}

где:
N₂ – процент содержания азота в газе газопровода (из [4] принимаем N₂ = 0,1%).

V_{N_2}^0 = 0,79 \cdot 9,891 + 0,1/100 = 7,815\ \text{м}^3/\text{м}^3

Действительный объём продуктов сгорания определяем по формуле:

V_г = V_{CO_2}^0 + V_{H_2O}^0 + V_{N_2}^0 + (\alpha_{ух.г} - 1) \cdot V^0,\ \text{м}^3/\text{м}^3 \tag{10}

где:
\alpha_{ух.г} – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах. Принимаем \alpha_{ух.г} = 1,1.

V_г = 1,057 + 2,051 + 7,815 + (1,1 - 1) \cdot 9,891 = 11,91\ \text{м}^3/\text{м}^3

КПД «брутто» котлоагрегата принимаем по паспортным данным выбранного котла:

\eta_{к.а.}^{брутто} = 93,4\ \%

Расход топлива одним котлом при номинальной нагрузке определяем по формуле:

B_{к.а.} = \frac{Q_{к.а.}}{Q_р^р \cdot \eta_{к.а.}},\ \text{м}^3/\text{с} \tag{11}

где:
Q_{к.а.} = 8 МВт = 8000 кВт – номинальная теплопроизводительность котла;
Q_р^р = 37 300 кДж/м³ – низшая теплота сгорания газа;
\eta_{к.а.} = 0,934 – КПД котла.

B_{к.а.} = \frac{8000}{37300 \cdot 0,934} = 0,2296\ \text{м}^3/\text{с} = 826,6\ \text{м}^3/\text{ч}

Расход топлива котельной при номинальной нагрузке:

B_{ком} = Z \cdot B_{к.а.} = 5 \cdot 826,6 = 4133\ \text{м}^3/\text{ч} = 1,148\ \text{м}^3/\text{с} \tag{12}

---

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОТЫ В КОТЕЛЬНОЙ

Определяем расход теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС для трёх режимов работы котельной:
– максимального – при температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;
– среднего – при средней температуре наружного воздуха холодного месяца;
– минимального, летнего – при минимальной нагрузке горячего водоснабжения.

Для каждого из вышеперечисленных режимов расход теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС определяем по формуле:

Q_{к.у.} = Q_{ов} + Q_{гвс},\ \text{МВт} \tag{21}

где:
Q_{ов} – расход теплоты на отопление и вентиляцию, определяем по формуле:

Q_{ов} = Q_{ов}^{макс} \cdot \frac{t_{вн} - t_н}{t_{вн} - t_{но}},\ \text{МВт} \tag{22}

где:
Q_{ов}^{макс} – максимальный тепловой поток на отопление и вентиляцию, МВт (из исходных данных принимаем Q_{ов}^{макс} = 21 МВт);
t_{вн} – расчётная температура внутреннего воздуха в помещениях, °С (принимаем t_{вн} = 21 °С);
t_н – температура наружного воздуха, °С (из [1] принимаем для максимального режима t_н = –28 °С, для среднего режима t_н = –7,5 °С);
Q_{гвс} – расход теплоты на ГВС, МВт (принимаем из исходных данных Q_{гвс} = 11 МВт).

Для летнего режима расход теплоты на ГВС определяем по формуле:

Q_{гвс}^{лет} = 0,8 \cdot Q_{гвс},\ \text{МВт} \tag{23}

Максимальный режим:

Q_{ов} = 21 \cdot \frac{21 - (-28)}{21 - (-28)} = 21\ \text{МВт}

Q_{гвс} = 11\ \text{МВт}

Q_{к.у.} = 21 + 11 = 32,00\ \text{МВт}

Средний режим:

Q_{ов} = 21 \cdot \frac{21 - (-7,5)}{21 - (-28)} = 21 \cdot \frac{28,5}{49} = 12,21\ \text{МВт}

Q_{гвс} = 11\ \text{МВт}

Q_{к.у.} = 12,21 + 11 = 23,21\ \text{МВт}

Летний режим:

Q_{ов} = 0\ \text{МВт}

Q_{гвс}^{лет} = 0,8 \cdot 11 = 8,8\ \text{МВт}

Q_{к.у.} = 0 + 8,8 = 8,8\ \text{МВт}

Результат расчёта сводим в таблицу.

Таблица 2 – Определение расхода теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС при различных режимах эксплуатации котельной

Режим работы котельной Расход теплоты на отопление и вентиляцию Q_{ов}, МВт Расход теплоты на ГВС Q_{гвс}, МВт Суммарный Q_{к.у.}, МВт
Максимальный зимний 21,00 11,00 32,00
При средней температуре наиболее холодного месяца 12,21 11,00 23,21
Летний 0 8,80 8,80

Суммарную теплопроизводительность котельной определяем по формуле:

\Sigma Q_{к.у.} = Q_{к.у.} + Q_{пот.} + Q_{с.н.},\ \text{МВт} \tag{24}

где:
Q_{пот.} – потери теплоты в котельной, МВт (принимаем Q_{пот.} = 0,02 \cdot Q_{к.у.});
Q_{с.н.} – расход теплоты на собственные нужды котельной, МВт (принимаем Q_{с.н.} = 0,04 \cdot Q_{к.у.}).

Максимальный режим:

\Sigma Q_{к.у.} = 32 + 0,02 \cdot 32 + 0,04 \cdot 32 = 33,92\ \text{МВт}

Средний режим:

\Sigma Q_{к.у.} = 23,21 + 0,02 \cdot 23,21 + 0,04 \cdot 23,21 = 24,61\ \text{МВт}

Летний режим:

\Sigma Q_{к.у.} = 8,8 + 0,02 \cdot 8,8 + 0,04 \cdot 8,8 = 9,33\ \text{МВт}

Расход сетевой воды определяем по формуле:

\Sigma G = G_{ов} + k_3 \cdot G_{гвс},\ \text{т/ч} \tag{25}

где:
k_3 – коэффициент запаса, ед. (для котельной мощностью ≤ 100 МВт принимаем k_3 = 1,2);
G_{ов} – расход сетевой воды на отопление и вентиляцию, т/ч, определяем по формуле:

G_{ов} = \frac{3,6 \cdot Q_{ов}}{c \cdot (\tau_1 - \tau_2)},\ \text{т/ч} \tag{26}

где:
\tau_1, \tau_2 – температуры воды в подающем и обратном трубопроводах по температурному графику, °С (принимаем из [3] график 95/70 °С);
c – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°С) (принимаем c = 4,19 кДж/(кг·°С));
Q_{ов} – расход теплоты на отопление и вентиляцию, кВт (принимаем из табл. 2);

G_{гвс} – расход сетевой воды на ГВС, т/ч, определяем по формуле:

в отопительный период (закрытая система ГВС, сетевая вода охлаждается до 30 °С):

G_{гвс} = \frac{3,6 \cdot Q_{гвс}}{c \cdot (\tau_1 - 30)},\ \text{т/ч} \tag{27}

где:
Q_{гвс} – расход теплоты на ГВС, кВт (принимаем из табл. 2).

в летний период:

G_{гвс} = \frac{3,6 \cdot Q_{гвс}}{c \cdot (\tau_1'' - \tau_3'')},\ \text{т/ч} \tag{28}

где:
\tau_1'' – температура воды в точке излома температурного графика, °С (принимаем \tau_1'' = 70 °С);
\tau_3'' – температура воды после потребителей ГВС, °С (принимаем \tau_3'' = 30 °С).

Температурный график для t_{вн} = 21 °С:
– максимальный режим: \tau_1 = 95 °С, \tau_2 = 70 °С;
– средний режим (точка излома): \tau_1 = 70,0 °С, \tau_2 = 55,5 °С;
– летний режим: \tau_1'' = 70 °С, \tau_3'' = 30 °С.

Максимальный зимний режим:

G_{ов} = \frac{3,6 \cdot 21000}{4,19 \cdot (95 - 70)} = 721,7\ \text{т/ч}

G_{гвс} = \frac{3,6 \cdot 11000}{4,19 \cdot (95 - 30)} = 145,4\ \text{т/ч}

\Sigma G = 721,7 + 1,2 \cdot 145,4 = 896,2\ \text{т/ч}

Средний режим:

\tau_1 = 70,0\ ^\circ\text{C};\ \tau_2 = 55,5\ ^\circ\text{C}

G_{ов} = \frac{3,6 \cdot 12210}{4,19 \cdot (70,0 - 55,5)} = \frac{3,6 \cdot 12210}{4,19 \cdot 14,5} = 721,7\ \text{т/ч}

(расход на отопление постоянен при качественном регулировании)

G_{гвс} = \frac{3,6 \cdot 11000}{4,19 \cdot (70,0 - 30)} = 236,3\ \text{т/ч}

\Sigma G = 721,7 + 1,2 \cdot 236,3 = 1005,3\ \text{т/ч}

Летний режим:

\tau_1'' = 70\ ^\circ\text{C};\ \tau_3'' = 30\ ^\circ\text{C}

G_{ов} = 0\ \text{т/ч}

G_{гвс} = \frac{3,6 \cdot 8800}{4,19 \cdot (70 - 30)} = 189,0\ \text{т/ч}

\Sigma G = 0 + 1,2 \cdot 189,0 = 226,8\ \text{т/ч}

Расход подпиточной воды определяем по формуле:

G_{подп} = 0,0075 \cdot V_c,\ \text{т/ч} \tag{29}

где:
V_c – объём сетевой воды в системе теплоснабжения, м³, определяем по формуле:

V_c = q_c \cdot (Q_{ов} + Q_{гвс}),\ \text{м}^3 \tag{30}

где:
q_c – удельный объём воды в системе теплоснабжения, м³/МВт (принимаем q_c = 65 м³/МВт).

Максимальный зимний режим:

V_c = 65 \cdot (21 + 11) = 2080\ \text{м}^3

G_{подп} = 0,0075 \cdot 2080 = 15,60\ \text{т/ч}

Средний режим:

V_c = 65 \cdot (12,21 + 11) = 1508,9\ \text{м}^3

G_{подп} = 0,0075 \cdot 1508,9 = 11,32\ \text{т/ч}

Летний режим:

V_c = 65 \cdot (0 + 8,8) = 572\ \text{м}^3

G_{подп} = 0,0075 \cdot 572 = 4,29\ \text{т/ч}

Расход исходной воды, подаваемой в котельную, определяем по формуле:

G_{исх} = 1,1 \cdot G_{подп},\ \text{т/ч} \tag{31}

Максимальный зимний режим: G_{исх} = 1,1 \cdot 15,60 = 17,16\ \text{т/ч}

Средний режим: G_{исх} = 1,1 \cdot 11,32 = 12,45\ \text{т/ч}

Летний режим: G_{исх} = 1,1 \cdot 4,29 = 4,72\ \text{т/ч}

Результат расчёта сводим в таблицу.

Таблица 3 – Расходы теплоты и воды при различных режимах работы котельной

Режим работы котельной Суммарная теплопроизводительность \Sigma Q_{к.у.}, МВт Суммарный расход сетевой воды \Sigma G, т/ч Расход подпиточной воды G_{подп}, т/ч Расход исходной воды G_{исх}, т/ч
Максимальный зимний 33,92 896,2 15,60 17,16
Промежуточный (средний) 24,61 1005,3 11,32 12,45
Летний 9,33 226,8 4,29 4,72

---

4. ПОДБОР СЕТЕВЫХ НАСОСОВ

При выборе сетевых насосов принимаем их общее количество 3 штуки, при условии одновременной работы двух насосов и нахождения одного насоса в резерве.

Напор сетевого насоса определяем по формуле:

\Delta H_{с.н.} = \Delta H_{обр} + \Delta H_р + \Delta H_{под} + \Delta H_{кот},\ \text{м в.ст.} \tag{32}

где:
\Delta H_{обр} – потери напора в обратном трубопроводе теплосети, м в.ст. (принимаем \Delta H_{обр} = 5,04 м в.ст.);
\Delta H_р – располагаемый напор на вводе по ходу движения теплоносителя в здание, м в.ст. (принимаем \Delta H_р = 16 м в.ст.);
\Delta H_{под} – потери напора в подающем трубопроводе теплосети, м в.ст. (принимаем \Delta H_{под} = \Delta H_{обр} = 5,04 м в.ст.);
\Delta H_{кот} – потери напора в котельной, м в.ст. (принимаем \Delta H_{кот} = 6 м в.ст.).

\Delta H_{с.н.} = 5,04 + 16 + 5,04 + 6 = 32,08\ \text{м в.ст.}

Производительность сетевого насоса определяем по формуле:

G_{с.н.} = k_3 \cdot \Sigma G,\ \text{т/ч} \tag{33}

где:
\Sigma G – суммарный расход сетевой воды, т/ч (принимаем по табл. 3);
k_3 – коэффициент запаса, ед. (принимаем k_3 = 1,1).

Определяющим является средний режим:

G_{с.н.} = 1,1 \cdot 1005,3 = 1105,8\ \text{т/ч}

При 2 рабочих насосах производительность одного:

G_1 = 1105,8 / 2 = 552,9\ \text{м}^3/\text{ч}

В выбранных условиях требуемым параметрам работы сетевых насосов отвечает горизонтальный центробежный насос Д500-36 (2 рабочих + 1 резервный):

Характеристики насосного агрегата:

· Подача, м³/ч: 500
· Напор, м.в.ст.: 36
· Номинальная мощность, кВт: 75
· Частота вращения, об/мин: 1450
· Максимальное рабочее давление, бар: 16

Примечание: при Q = 553 м³/ч напор составляет около 33 м, что превышает требуемые 32,08 м; регулирование осуществляется частотным приводом или дросселированием.

---

5. ПОДБОР ПОДПИТОЧНЫХ НАСОСОВ

При выборе подпиточных насосов принимаем их общее количество 2 штуки, при условии одновременной работы одного насоса и нахождения одного насоса в резерве.

Напор подпиточного насоса H_{п.н.} определяем по уровню линии статического давления на пьезометрическом графике, м в.ст. (принимаем H_{п.н.} = 30,6 м в.ст.).

Производительность подпиточного насоса определяем по формуле:

G_{подп} = k_3 \cdot 0,0075 \cdot V_c,\ \text{т/ч} \tag{34}

где:
k_3 – коэффициент запаса, ед. (принимаем k_3 = 1,1);
V_c – объём сетевой воды в системе теплоснабжения, м³ (принимаем из формулы (30)).

Максимальный зимний режим:

G_{подп} = 1,1 \cdot 0,0075 \cdot 2080 = 17,16\ \text{т/ч}

Промежуточный режим:

G_{подп} = 1,1 \cdot 0,0075 \cdot 1508,9 = 12,45\ \text{т/ч}

Летний режим:

G_{подп} = 1,1 \cdot 0,0075 \cdot 572 = 4,72\ \text{т/ч}

В выбранных условиях требуемым параметрам работы подпиточных насосов отвечает насосный агрегат Wilo MVI 3204 (1 рабочий + 1 резервный):

Характеристики насосного агрегата:

· Расход, м³/ч: 17
· Напор, м.в.ст.: 32
· Номинальная мощность, кВт: 3,0
· Максимальное рабочее давление, бар: 16
· Диаметры патрубков (вход/выход), мм: 32/32

---

6. ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКОВ

При выборе водо-водяных теплообменников для горячего водоснабжения принимаем их общее количество 3 штуки, при условии одновременной работы двух ВВП и нахождения одного ВВП в резерве.

Тепловая нагрузка на один теплообменник (2 рабочих):

Q_{т.о.} = Q_{гвс} / 2 = 11 / 2 = 5,5\ \text{МВт}

Расход нагреваемой воды (ГВС) определяем по формуле:

G_{нагр} = \frac{3,6 \cdot Q_{т.о.}}{c \cdot (t_{нагр}'' - t_{нагр}')},\ \text{т/ч} \tag{35}

где:
t_{нагр}'' – температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника, °С (принимаем t_{нагр}'' = 60 °С);
t_{нагр}' – температура нагреваемой воды на входе в теплообменник, °С (принимаем t_{нагр}' = 5 °С).

G_{нагр} = \frac{3,6 \cdot 5500}{4,19 \cdot (60 - 5)} = 86,0\ \text{т/ч}

Расход греющей воды определяем по формуле:

G_{гр} = \frac{3,6 \cdot Q_{т.о.}}{c \cdot (t_{гр}' - t_{гр}'')},\ \text{т/ч} \tag{36}

где:
t_{гр}' – температура греющей воды на входе в теплообменник, °С (принимаем t_{гр}' = 110 °С);
t_{гр}'' – температура греющей воды на выходе из теплообменника, °С (принимаем t_{гр}'' = 70 °С).

G_{гр} = \frac{3,6 \cdot 5500}{4,19 \cdot (110 - 70)} = 118,1\ \text{т/ч}

Среднелогарифмический температурный напор:

\Delta t_{ср} = \frac{(t_{гр}' - t_{нагр}'') - (t_{гр}'' - t_{нагр}')}{\ln\frac{t_{гр}' - t_{нагр}''}{t_{гр}'' - t_{нагр}'}},\ ^\circ\text{C}

\Delta t_{ср} = \frac{(110 - 60) - (70 - 5)}{\ln\frac{110 - 60}{70 - 5}} = \frac{50 - 65}{\ln(50/65)} = 57,0\ ^\circ\text{C}

Требуемая площадь поверхности теплообмена при коэффициенте теплопередачи k = 4000 Вт/(м²·К):

F = \frac{Q_{т.о.}}{k \cdot \Delta t_{ср}} = \frac{5,5 \cdot 10^6}{4000 \cdot 57,0} = 24,1\ \text{м}^2

С запасом 20%:

F = 24,1 \cdot 1,2 = 28,9\ \text{м}^2

Принимаем 3 теплообменника Alfa Laval M20-MFM (2 рабочих + 1 резервный) с площадью поверхности ≈ 30 м² каждый.

---

7. РАСЧЁТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

Высоту дымовой трубы определяем из условия создания необходимой тяги и проверки на рассеивание выбросов. Принимаем минимально допустимую высоту H = 30 м с последующей проверкой рассеивания NOx и CO (расчёт рассеивания требует отдельных исходных данных и в объём данного проекта не входит).

Объёмный расход дымовых газов от пяти котлов определяем по формуле:

V_{у.г.} = B_{ком} \cdot V_г \cdot \frac{\theta_{ух.г} + 273}{273},\ \text{м}^3/\text{с} \tag{37}

где:
B_{ком} – расход топлива котельной при номинальной нагрузке, м³/с (из (12) принимаем B_{ком} = 1,148 м³/с);
V_г – действительный объём продуктов сгорания, м³/м³ (из (10) принимаем V_г = 11,91 м³/м³);
\theta_{ух.г} – температура уходящих газов, °С (из характеристик котла принимаем \theta_{ух.г} = 160 °С).

V_{у.г.} = 1,148 \cdot 11,91 \cdot \frac{160 + 273}{273} = 21,7\ \text{м}^3/\text{с} = 78 120\ \text{м}^3/\text{ч}

Диаметр устья дымовой трубы при скорости газов \omega = 10 м/с:

D = \sqrt{\frac{4 \cdot V_{у.г.}}{\pi \cdot \omega}} = \sqrt{\frac{4 \cdot 21,7}{3,14 \cdot 10}} = 1,66\ \text{м} \tag{38}

Принимаем диаметр устья D = 1,7 м.

Принимаем одну общую ферменную дымовую трубу диаметром 1,7 м, высотой 30 м.

Естественная тяга трубы высотой 30 м составляет около 116 Па, что недостаточно для преодоления аэродинамического сопротивления котла (1200 Па). Поэтому обязательна установка дымососов.

Подбор дымососов:

Требуемая производительность: Q = 78 120 м³/ч, напор P \approx 3,0 кПа.

Принимаем 2 дымососа ДН-17 (1 рабочий + 1 резервный):

· Производительность: 100 000 м³/ч
· Напор: 3,0 кПа
· Мощность: 160 кВт

Подбор дутьевых вентиляторов:

Расход воздуха на один котёл: Q \approx 9600 м³/ч, напор \approx 2,0 кПа.

Принимаем 5 вентиляторов ВДН-8 (по одному на котёл):

· Производительность: 17 000 м³/ч
· Напор: 2840 Па
· Мощность: 15 кВт

---

8. РАСЧЁТ ГАЗОХОДОВ И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ВЗРЫВНЫХ КЛАПАНОВ

Объёмный расход дымовых газов от одного котла определяем по формуле:

V_{у.г.} = B_{к.а.} \cdot V_г \cdot \frac{\theta_{ух.г} + 273}{273},\ \text{м}^3/\text{с} \tag{39}

где:
B_{к.а.} – расход топлива при номинальной нагрузке, м³/с (из (11) принимаем B_{к.а.} = 0,2296 м³/с);
V_г – действительный объём продуктов сгорания, м³/м³ (из (10) принимаем V_г = 11,91 м³/м³);
\theta_{ух.г} – температура уходящих газов, °С (из характеристик котла принимаем \theta_{ух.г} = 160 °С).

V_{у.г.} = 0,2296 \cdot 11,91 \cdot \frac{160 + 273}{273} = 4,34\ \text{м}^3/\text{с}

Площадь сечения газохода определяем по формуле:

F_г = \frac{V_{у.г.}}{\omega_{у.г.}} = \frac{\pi \cdot d^2}{4},\ \text{м}^2 \tag{40}

где:
\omega_{у.г.} – скорость уходящих газов, м/с (при естественной тяге принимаем \omega_{у.г.} = 10 м/с).

Диаметр сечения газохода определяем по формуле:

d = \sqrt{\frac{V_{у.г.} \cdot 4}{\pi \cdot \omega_{у.г.}}},\ \text{м} \tag{41}

d = \sqrt{\frac{4,34 \cdot 4}{3,14 \cdot 10}} = 0,743\ \text{м}

Принимаем диаметр газохода d = 0,75 м.

Площадь ПВК на газоходе определяем по формуле:

S_{пвк} = 0,05 \cdot V_{т+г},\ \text{м}^2 \tag{42}

где:
V_{т+г} – газовый объём топки и газоходов, м³;
0,05 – коэффициент перевода, м²/м³.

Газовый объём топки и газоходов определяем по формуле:

V_{т+г} = V_т + V_г,\ \text{м}^3 \tag{43}

где:
V_т – газовый объём топки котла, м³ (принимаем из характеристик котла V_т = 7,41 м³);
V_г – объём газохода, м³, определяем по формуле:

V_г = \frac{\pi \cdot d^2}{4} \cdot l_г,\ \text{м}^3 \tag{44}

где:
d – диаметр сечения газохода, м (принимаем из (41) d = 0,75 м);
l_г – длина газохода, м (принимаем l_г = 2,6 м).

V_г = \frac{3,14 \cdot 0,75^2}{4} \cdot 2,6 = 1,15\ \text{м}^3

V_{т+г} = 7,41 + 1,15 = 8,56\ \text{м}^3

S_{пвк} = 0,05 \cdot 8,56 = 0,428\ \text{м}^2

Диаметр мембраны ПВК определяем по формуле:

d_{пвк} = \sqrt{\frac{4 \cdot S_{пвк}}{\pi}},\ \text{м} \tag{45}

d_{пвк} = \sqrt{\frac{4 \cdot 0,428}{3,14}} = 0,74\ \text{м}

Принимаем диаметр мембраны ПВК равным диаметру газохода: d_{пвк} = 0,75 м.

---

9. ПОДБОР ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Водоподготовительную установку для монтажа оборудования проектируемой котельной подбираем по максимальному расходу исходной воды (из табл. 3 G_{исх} = 17,16 м³/ч).

Требуемым параметрам удовлетворяет водоподготовительная установка производства ОАО «Энергия–М» ВПУ-20.

Характеристика ВПУ-20:

· Производительность, м³/ч: 20
· Давление воды, МПа: 0,6
· Масса, кг: 1 500
· Габариты: длина × ширина × высота, мм: 2 500 × 1 200 × 3 300

---

10. РАСЧЁТ ВЕНТИЛЯЦИИ КОТЕЛЬНОЙ

10.1 РАСЧЁТ ПРИТОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Необходимое количество приточного воздуха определяем по формуле:

L_{прит} = L_{гор} + 3 \cdot V_{раб},\ \text{м}^3/\text{час} \tag{46}

где:
L_{гор} – расход воздуха на горение газа определяем по формуле:

L_{гор} = 1,1 \cdot B_{ком} \cdot \alpha \cdot V_{возд},\ \text{м}^3/\text{час} \tag{47}

где:
B_{ком} – расход газа котельной при номинальной нагрузке определяем по формуле:

B_{ком} = Z \cdot B_{к.а.},\ \text{м}^3/\text{час} \tag{48}

где:
B_{к.а.} – расход газа котлом при номинальной нагрузке, м³/час (из (11) принимаем B_{к.а.} = 826,6 м³/час);
Z – количество котлов, шт. (принимаем Z = 5);

B_{ком} = 5 \cdot 826,6 = 4133\ \text{м}^3/\text{час}

\alpha – коэффициент избытка воздуха, ед. (принимаем \alpha = 1,04);
V_{возд} – расход воздуха при сжигании природного газа, м³/м³ (из (6) принимаем V_{возд} = 9,891 м³/м³);
1,1 – коэффициент, учитывающий тепловое расширение нагретого воздуха внутри котельной, ед.

L_{гор} = 1,1 \cdot 4133 \cdot 1,04 \cdot 9,891 = 46 770\ \text{м}^3/\text{час}

V_{раб} – рабочий объём помещений котельной, определяем по формуле:

V_{раб} = V_{вн} - 1,05 \cdot \Sigma V_к,\ \text{м}^3 \tag{49}

где:
V_{вн} – внутренний объём помещений котельной, определяем по формуле:

V_{вн} = X_{п.к} \cdot Y_{п.к} \cdot Z_{п.к},\ \text{м}^3 \tag{50}

где:
X_{п.к}, Y_{п.к}, Z_{п.к} – длина, ширина, высота помещений котельной, м (принимаем X_{п.к} = 36, Y_{п.к} = 24, Z_{п.к} = 6);

V_{вн} = 36 \cdot 24 \cdot 6 = 5184\ \text{м}^3

1,05 – коэффициент, учитывающий объём, занимаемый трубопроводами и вспомогательным оборудованием, ед.

\Sigma V_к – суммарный объём котлов, определяем по формуле:

\Sigma V_к = X_к \cdot Y_к \cdot Z_к \cdot Z,\ \text{м}^3 \tag{51}

где:
X_к, Y_к, Z_к – длина, ширина, высота котла, м;
Z – количество котлов, шт.

\Sigma V_к = 6,8 \cdot 2,4 \cdot 3,2 \cdot 5 = 261,12\ \text{м}^3

V_{раб} = 5184 - 1,05 \cdot 261,12 = 4909,8\ \text{м}^3

L_{прит} = 46 770 + 3 \cdot 4909,8 = 61 499,4\ \text{м}^3/\text{час}

Площадь сечения приточных отверстий определяем по формуле:

F_{прит} = \frac{L_{прит}}{3600 \cdot W_в},\ \text{м}^2 \tag{52}

где:
W_в – скорость движения воздуха через приточные отверстия, м/с (принимаем W_в = 1,4 м/с).

F_{прит} = \frac{61 499,4}{3600 \cdot 1,4} = 12,2\ \text{м}^2

Необходимое количество жалюзийных решёток определяем по формуле:

n_{реш} = \frac{F_{прит}}{F_{реш}},\ \text{шт} \tag{53}

где:
F_{реш} – живое сечение решётки, определяем по формуле:

F_{реш} = l_{реш} \cdot h_{реш},\ \text{м}^2 \tag{54}

где:
l_{реш} – длина решётки, м (принимаем l_{реш} = 2,0 м);
h_{реш} – высота решётки, м (принимаем h_{реш} = 0,3 м).

F_{реш} = 2,0 \cdot 0,3 = 0,6\ \text{м}^2

n_{реш} = 12,2 / 0,6 = 20,3

Принимаем n_{реш} = 21 жалюзийную решётку типа WG-B-AL размером 2000 × 300 мм.

10.2 РАСЧЁТ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Объём воздуха, подлежащий удалению из помещения котельной, определяем по формуле:

L_{выт} = 3 \cdot V_{раб},\ \text{м}^3/\text{ч} \tag{55}

L_{выт} = 3 \cdot 4909,8 = 14 729,4\ \text{м}^3/\text{ч}

Площадь сечения вытяжных отверстий определяем по формуле:

F_{выт} = \frac{L_{выт}}{W_{выт} \cdot 3600},\ \text{м}^2 \tag{56}

где:
W_{выт} – скорость воздуха в дефлекторе, м/с (принимаем W_{выт} = 1,4 м/с).

F_{выт} = \frac{14 729,4}{1,4 \cdot 3600} = 2,92\ \text{м}^2

Необходимое количество дефлекторов определяем по формуле:

n_{деф} = \frac{F_{выт}}{f_{деф}},\ \text{шт.} \tag{57}

где:
f_{деф} – живое сечение дефлектора, м².

Для дефлектора ЦАГИ диаметром 600 мм:

n_{деф} = \frac{2,92}{3,14 \cdot 0,3^2} = 10,33

Принимаем n_{деф} = 11 дефлекторов ЦАГИ диаметром 600 мм.

---

Список использованных источников

1. СП 131.13330.2018 Строительная климатология.
2. СП 89.13330.2016. Котельные установки.
3. М. М. Апарцев. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения: Справочно-методическое пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 204 с., ил.
4. Р.И. Эстеркин. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1989. – 280 с., ил.