Документ: Проектирование автоматизированной газовой котельной для системы теплоснабжения Вологодского завода ЖБК и СД, страницы 16-20

Количество котлов, необходимых к установке, определяется исходя из тепловой нагрузки на систему отопления и горячего водоснабжения для максимально-зимнего периода. Согласно СНиП II-35-76 «Котельные установки», для нужд отопления и вентиляции требуется как минимум два котла, один из которых будет работать в среднеотопительный период, когда тепловая нагрузка значительно снижается, или, в случае аварии, может служить резервным.

Кроме того, при выборе следует останавливаться на котлах одной марки, обладающих максимальным КПД, а также требуемой температурой на выходе. При этом температура после котла должна быть больше или равна температуре в подающем трубопроводе в соответствии с расчетным температурным графиком. Наиболее рациональным является подбор котлов равной производительности.

Результаты подбора котлов показаны в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Сводные данные по характеристике котлоагрегатов

Показатель	1 котел	2 котел	Ед.изм.
Производительность/марка	ЗИОСАБ - М3500	ЗИОСАБ - М750	-
Мощность	3500	750	кВт
Количество	3	1	шт
Расход топлива	379,5	81,3	м3/ч
КПД котла	92	92	%
Давление по газу	-	-	кПа
Сопротивление газового тракта	950	700	Па
Сопротивление водяного тракта	2,5	2,5	кПа
Водяная емкость котла	4,3	0,91	м3
Длина камеры сгорания	3673	2260	мм
Габаритные размеры	4690х1970х2192	3120х1260х1475	мм

Так же подбираем один паровой котел. Паровой котел - это устройство, имеющее систему поверхностей нагрева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива.

Для подбора необходимо рассчитать требуемую паропроизводительность котла, которая находиться из уравнения (6.10).

(6.10)

Из расчетов паропроизводительность равна 3,98 т/ч. Исходя из этого подбираем котел.

Результаты подбора котлов показаны в таблице 6.7.

Таблица 6.7 - Сводные данные по характеристике котлоагрегата

Показатель	1 котел	Ед.изм.
Производительность/марка	ЗИОСАБ FR-25-4-16	-
Паропроизводительность	4	т/ч
Количество	1	шт
Расход топлива	721	м3/ч
КПД котла	90	%
Давление пара рабочее	1,4	МПа
Сопротивление газового тракта	1080	Па
Длина камеры сгорания	3410	мм
Габаритные размеры	4680x2750x2650	мм

График загрузки и переключения котлов является наглядным изображением величины производительности котлов при их совместной работе по общей выработке тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения.

Коэффициент загрузки, %, котла определяется по уравнению 6.11.

, (6.11)

где Zк - загрузка котлоагрегата, ;

Qк - теплопроизводительность котлоагрегата, кВт;

Nк - количество работающих котлоагрегатов, шт;

Qот - требуемая тепловая нагрузка при данной температуре, кВт.

Расчетные данные для построения графика переключения котлов показаны в таблице 6.8.

Таблица 6.8 - Расчетные данные для построения графика переключения работы водогрейных котлов

Температура наружного воздуха, °С	Требуемая тепловая нагрузка, кВт	Мощность 1 котла, кВт	Количество 1 котлов, шт	Мощность 2 котла, кВт	Количество 1 котлов, шт	Загрузка 1 котла, %	Загрузка 2 котла, %
1	2	3	4	5	6	7	8
-32	11097,8	3500	3	750	1	99	94
-31	10881,3	3500	3	750	1	97	94
-30	10664,8	3500	3	750	1	95	94
-29	10448,2	3500	3	750	1	93	94
-28	10231,7	3500	3	750	1	91	94
-27	10015,2	3500	3	750	1	89	94
-26	9798,7	3500	750	1	87	94
-25	9582,1	3500	3	750	1	85	94
-24	9365,6	3500	3	750	1	82	94
-23	9149,1	3500	3	750	1	80	94
-22	8932,6	3500	3	750	1	78	94
-21	8716,1	3500	3	750	1	76	94
-20	8499,5	3500	3	750	1	74	94
-19	8283,0	3500	3	750	1	72	94
-18	8066,5	3500	3	750	1	70	94
-17	7850,0	3500	3	750	1	68	94
-16	7633,4	3500	2	750	1	99	94
-15	7416,9	3500	2	750	1	96	94
-14	7200,4	3500	2	750	1	93	94
-13	6983,9	3500	2	750	1	90	94
-12	6767,3	3500	2	750	1	87	94
-11	6550,8	3500	2	750	1	84	94
-10	6334,3	3500	2	750	1	80	94
-9	6117,8	3500	2	750	1	77	94
-8	5901,2	3500	2	750	1	74	94
-7	5684,7	3500	2	750	1	71	94
-6	5468,2	3500	2	750	1	68	94
-5	5251,7	3500	2	750	1	65	94
-4	5035,2	3500	2	750	1	62	94
-3	4818,6	3500	2	750	1	59	94
-2	4602,1	3500	2	750	1	56	94
-1	4385,6	3500	2	750	1	53	94
0	4169,1	3500	1	750	1	99	94
1	3952,5	3500	1	750	1	93	94
2	3736,0	3500	1	750	1	87	94
3	3519,5	3500	1	750	1	80	94
4	3303,0	3500	1	750	1	74	94
5	3086,4	3500	1	750	1	68	94
6	2869,9	3500	1	750	1	62	94
7	2653,4	3500	1	750	1	56	94
8	2436,9	3500	1	750	1	49	94
9	2220,3	3500	1	750	1	43	94
10	2003,8	3500	1	750	1	37	94
11	563,7	3500	0	750	1	0	75
12	563,7	3500	0	750	1	0	75
13	563,7	3500	0	750	1	0	75
14	563,7	3500	0	750	1	0	75
15	563,7	3500	0	750	1	0	75
16	563,7	3500	0	750	1	0	75
17	563,7	3500	0	750	1	0	75
18	563,7	0	750	1	0	75
19	563,7	3500	0	750	1	0	75
20	563,7	3500	0	750	1	0	75
21	563,7	3500	0	750	1	0	75
22,3	563,7	3500	0	750	1	0	75

График переключения работы четырех водогрейных котлов разной производительности представлен на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 - График переключения работы четырех водогрейных котлов разной производительности ЗИОСАБ М-3500 и ЗИОСАБ М-750

6.3.2 Подбор горелочных устройств

Газовые горелки необходимы для подачи газа в дозированных количествах в зону сгорания и поддержания заданных тепловых характеристик во время горения. Устройства работают в автоматическом режиме. Основные элементы горелок: смеситель, горелочная насадка и стабилизирующее устройство.

На выбор горелки для котла влияют следующие факторы:

1. Мощность. Значение мощности горелки должно быть больше топочной мощности котла.

2. Тип регулирования мощности.

. Тип топлива.

. Давление газа перед горелкой и диаметр газовой арматуры.

Учитывая все факторы, подбираем одну горелку Ecoflam BLU 1000.1 PR мощностью до 875 кВт для котла ЗИОСАБ - М750 и три горелочных устройства Ecoflam BLU 4000.1 PR мощностью до 3900 кВт для котлов ЗИОСАБ - М3500. Характеристики горелочных устройств приведены в приложениях 11 и 12 в соответствии с данными [10].

6.3.3 Подбор ГРУ

Подбор осуществляется исходя из максимального и минимального давления газа на входе в котельную, давления подключения газа к горелкам и максимальный и минимальный расходы газа.

Устанавливаем газорегуляторную станцию ГСГО-02 с одной линией редуцирования на базе регулятора давления РДБК1-50 и байпасом, предназначенный для снижения давления природного газа, автоматического поддержания выходного давления в заданных пределах независимо от изменения входного давления и расхода газа, очистки его от механических примесей, блокировки подачи газа при критическом изменении заданных параметров давления и учета расхода газа.

Характеристики подобранных газорегуляторного пункта и регулятора давления газа в соответствии с данными [11] и [12] приведены в таблицах 6.9 и 6.10.

Таблица 6.9 - Характеристики газорегуляторного пункта ГСГО-02

Показатель	Давление		Ед. изм.
	минимальное	максимальное
1	2	3	4
Исходные данные
Давление на входе	0,1	0,6	МПа
Давление на выходе	5		кПа
Максимальный расход газа	1051		м3/ч
Минимальный расход газа	54		м3/ч
Технические характеристики
Тип ГРП	Газорегуляторная станция
Марка	ГСГО-02
Регулятор давления	РДБК1-50
Загрузка ГРП:
- при максимальном расходе	74,3	20,7	%
- при минимальном расходе	19,1	5,3	%
Габариты	1550 х 1900 х 760		мм
Масса	250		кг

Таблица 6.10 - Характеристики регулятора давления РДГ - 50Н

Показатель	Значение	Ед. изм.
1	2	3
Регулируемая среда	Природный газ по ГОСТ 5542-87
Диапазон входного давления	0,05 - 1,2	МПа
Диапазон настройки выходного давления	1 - 60	кПа
Диапазон настройки отключающего устройства:
- при понижении выходного давления	(0,15 - 0,5)Рвых	кПа
- при повышении выходного давления	(1,25 - 1,5)Рвых	кПа
Пропускная способность:
- при минимальном входном давлении Рmin = 0,1 МПа	600	м3/ч

- при максимальном входном давлении Рmax = 0,6 МПа	2150	м3/ч

Неравномерность регулирования	±10	%
Диаметр седла	35	мм
Диаметр присоединительного патрубка:
- вход	50	мм
- выход	50	мм
Строительная длина	365	мм
Вид соединения	Фланцевое по ГОСТ 12820 - 80
Габаритные размеры	230х412х278	мм
Масса	39	кг

6.3.4 Расчет тепловой схемы котельной

Принципиальная тепловая схема характеризует сущность основного технологического процесса преобразования энергии и использования в установке теплоты рабочего тела. Она представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединенного линиями трубопроводов рабочего тела в соответствии с последовательностью его движения в установке.

При этом каждая дуга потокового графа является вектором, определяющим направление потока, у которого есть собственная характеристика (семантические данные) - это расход и температура. Для дальнейших расчетов необходимо перейти от температурной характеристики теплоносителя к энергетической - в форме энтальпии.

Рисунок 6.3 -Расчетный граф для системы отопления

Очевидно, что напрямую использовать эту информацию для построения расчетной математической модели невозможно.

Поэтому необходимо заменить графическое отображение каждого элемента на их математическую запись. Точечный объект одновременно является узлом математического графа. Линейный объект одновременно является дугой математического графа, Отсюда следует, что в начале и конце такого линейного объекта обязательно должны находиться точечные объекты, являющиеся узлами.

Далее для каждого узлового элемента составляется материальный и энергетический балансы в соответствии с законами сохранения массы и энергии вида:

(6.11)

(6.12)

(6.13)

где Gвхiи Gвыхj - входящие и выходящие для данного узла материальные потоки соответственно (иначе, расход теплоносителя), м3/ч;

Евхiи Евыхj - входящие и выходящие для данного узла энергетические потоки соответственно (иначе, расход тепловой энергии), м3/ч;

i - энтальпия теплоносителя, ккал/кг.

При этом поток будет со знаком «+», если он является входящим, и с «-», если он - выходящий. Таким образом, для системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения будут следующие системы уравнений:

К1:- G12 = 0∙ i11 - G12∙ i12= - QКА1

К2:- G22 = 0∙ i21 - G22∙ i22= - Q КА2

К3:- G32 = 0∙ i31 - G32∙ i32= - Q КА3

К4:- G42 = 0∙ i41 - G42∙ i42= - Q КА4

Узел 1:- G15 - G13 = 0∙ i12 - G15∙ i15+ G13∙ i13 = 0

Узел 2:+ G14 - G11 = 0∙ i13- G14∙ i14 - G11∙ i11 = 0

Узел 3:- G25- G23 = 0∙ i22- G25∙ i25- G23∙ i23 = 0

Узел 4:+ G23 - G21 = 0∙ i24 + G23∙ i23 - G21∙ i21 = 0

Узел 5:- G35 - G33 = 0∙ i32 + G35∙ i35- G33∙ i33 = 0

Узел 6:+ G33 - G31 = 0∙ i34 + G33∙ i33 - G31∙ i31 = 0

Узел7:- G45 - G43 = 0∙ i42- G45∙ i45 - G43∙ i43 = 0

Узел8:+ G43 - G41 = 0∙ i44 - G43∙ i43 - G41∙ i41 = 0

Узел9:+ G25 - G3 = 0∙ i15+ G25∙ i25 - G3∙ i3 = 0

Узел10:- G24 - G14 = 0∙ i5 - G24∙ i24 - G14∙ i14 = 0

Узел11:+ G3 - G4 = 0∙ i35- G3∙ i3 - G4∙ i4 = 0

Узел12:- G34 - G5 = 0∙ i6 - G34∙ i34 - G5∙ i5 = 0

Узел13:+ G4 - G1 = 0∙ i45+ G4∙ i4 - G1∙ i1 = 0

Узел14:- G44 - G6 = 0∙ i2 - G44∙ i44 - G6∙ i6 = 0

ТО:х + G1 - Gг - G2 = 0х∙ iх + G1∙ i1 - Gг∙ iг - G2∙ i2 = 0

Далее преобразуем полученную систему уравнений в равностороннюю матрицу. Матричная запись будет выглядеть следующим образом:

Таблица 6.8 - Матрица А

G11	G12	G13	G14	G15	G21	G22	G23	G24	G25	G31	G32	G33	G34	G35	G41	G42	G43	G44	G45	G3	G4	G5	G6	G1
1	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
80	-115	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	80	-115	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	80	-115	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-1	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	80	-115	0	0	0	0	0	0	0	0
0	1	-1	0	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
-1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
-80	0	115	70	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	1	-1	0	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	-1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	-80	0	115	70	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-1	0	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-80	0	115	70	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-1	0	-1	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	0	1	1	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-80	0	115	70	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	0	0	0	0
0	0	0	-1	0	0	0	0	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	-1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	1	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	-1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-1	0	0	0	0	-1	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	115

Материал: Проектирование автоматизированной газовой котельной для системы теплоснабжения Вологодского завода ЖБК и СД