Материал: Проектирование автоматизированной газовой котельной для системы теплоснабжения Вологодского завода ЖБК и СД
Таблица 6.9 - Матрица Б
|
Q |
|
0 |
|
-3010 |
|
0 |
|
-3010 |
|
0 |
|
-3010 |
|
0 |
|
-645 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
Таблица 6.10 - Обратная матрица А-1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
|||||||||||||||||||||||||
|
3,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,73 |
-0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,56 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
0,00 |
0,00 |
3,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
2,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,73 |
-0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,56 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
3,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,73 |
-0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,56 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
3,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,29 |
-0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,73 |
-0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,56 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
||||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
1,56 |
-0,02 |
-1,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
2,56 |
-0,02 |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
3,80 |
-0,04 |
3,80 |
-0,04 |
3,80 |
-0,04 |
3,80 |
-0,04 |
-0,80 |
3,80 |
-0,04 |
-0,80 |
3,80 |
-0,04 |
-0,80 |
3,80 |
-0,04 |
-0,80 |
3,80 |
-0,04 |
-0,80 |
1,00 |
-0,80 |
1,00 |
-0,80 |
1,00 |
|||||||||||||||||||||||||
|
2,80 |
-0,04 |
2,80 |
-0,04 |
2,80 |
-0,04 |
2,80 |
-0,04 |
-1,80 |
2,80 |
-0,04 |
-1,80 |
2,80 |
-0,04 |
-1,80 |
2,80 |
-0,04 |
-1,80 |
2,80 |
-0,04 |
-1,80 |
0,00 |
-1,80 |
0,00 |
-1,80 |
0,00 |
- новая матрица, элементы которой являются значениями
расходов теплоносителя в тепловой схеме котельной. Значения расходов воды
приведены в таблице 6.11.
Диаметры трубопроводов, мм, определяют по формуле:
(6.14)
где G - расход теплоносителя, м3/ч;
ω - скорость движения воды в трубах,
принимается равной 0,5 м/с.
Таблица 6.11 - Результаты расчета расходов воды и диаметров трубопроводов тепломеханической схемы котельной
|
Расход в контуре |
Значение |
Ед.изм |
Расчетный внутренний диаметр трубы dвн |
Ед.изм. |
Маркировка трубы Dн х d |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||||
|
G11 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|||||
|
G12 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|||||
|
G13 |
19,11 |
т/ч |
14 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G14 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G15 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G21 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|||||
|
G22 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|||||
|
G23 |
19,11 |
т/ч |
14 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G24 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G25 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|
G32 |
86,00 |
т/ч |
61 |
мм |
76х3 |
|||||
|
G33 |
19,11 |
т/ч |
14 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G34 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G35 |
66,89 |
т/ч |
47 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G41 |
18,43 |
т/ч |
13 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G42 |
18,43 |
т/ч |
13 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G43 |
4,10 |
т/ч |
3 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G44 |
14,33 |
т/ч |
10 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G45 |
14,33 |
т/ч |
10 |
мм |
57х3 |
|||||
|
G3 |
133,78 |
т/ч |
95 |
мм |
108х4 |
|||||
|
G4 |
200,67 |
т/ч |
142 |
мм |
159х4,5 |
|||||
|
G5 |
133,78 |
т/ч |
95 |
мм |
108х4 |
|||||
|
G6 |
200,67 |
т/ч |
142 |
мм |
159х4,5 |
|||||
|
G1 |
215,00 |
т/ч |
152 |
мм |
159х4,5 |
|||||
|
G2 |
215,00 |
т/ч |
152 |
мм |
159х4,5 |
|||||
|
Gх |
387,00 |
т/ч |
274 |
мм |
325х6 |
|||||
|
Gг |
387,00 |
т/ч |
274 |
мм |
325х6 |
Подбор диаметров осуществлен по [14] dmax=325х6, dmin=57х3.
6.3.5 Подбор теплообменника
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.
В различных отраслях промышленности, в энергетических установках применяется огромное количество разнообразных теплообменных аппаратов. Наиболее широкое распространение получили кожухотрубные теплообменники.
В зависимости от теплоносителя водоподготовительные установки делятся на водоводяные и пароводяные теплообменники. В выпускной квалификационной работе к установке принимаем водоводяные рекуперативные теплообменники, в которых теплопередача от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит через разделяющую их стенку трубы и в качестве теплоносителя используется горячая вода.
Для расчета необходимо знать нагрузку и температуры воды на входе и выходе из теплообменника как для греющей, так и для нагреваемой среды. Кроме того, принимаем запас по нагрузке равным 5% и потери давления равными 5 кПа. Подбор теплообменника осуществляем в программе PHE-Designer-4.08.5.1d [13]. Результаты подбора приведены в таблице 6.12.
Таблица 6.12 - Подбор теплообменного аппарата
|
Параметр |
Среда |
Ед. изм |
|
|
|
греющая |
нагреваемая |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Исходные данные |
|||
|
Нагрузка |
11098 |
кВт |
|
|
Температура воды на входе |
115 |
70 |
°С |
|
Температура воды на выходе |
75 |
95 |
°С |
|
Потери давления |
5 |
5 |
кПа |
|
Запас по нагрузке |
5 |
% |
|
|
Результаты расчета |
|||
|
Марка теплообменника |
FPDW 80-547-1-xx |
||
|
Запас по нагрузке |
5,3 |
% |
|
|
Площадь теплообменника |
436 |
м2 |
|
|
Масса |
4241,73 |
кг |
|
|
Расход среды |
238,464 |
382,392 |
т/ч |
|
Потери давления |
2 |
4,94 |
кПа |
|
Максимальная рабочая температура |
115 |
°С |
|
|
Объем воды |
655,2 |
655,2 |
л |
|
Габариты |
|||
|
Высота |
2199 |
мм |
|
|
Длина |
4110 |
мм |
|
|
Ширина |
710 |
мм |
|
6.3.6 Подбор расширительного бака
В системах теплоснабжения расширительные баки применяются для компенсации объема воды при изменении температуры.
Внутреннее пространство всех элементов заполнено водой. Объем воды в системе в процессе эксплуатации изменяется: при увеличении температуры увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. Изменение объема воды компенсирует расширительный бак.
Конструкция расширительных баков представляет собой цилиндрическую емкость, поделенную на две части мембраной: одна часть - для воды, вторая заполнена газом под давлением. При нагревании избыточный объем воды поступает в бак, сжимая газ, находящийся по другую сторону мембраны. При этом повышается давление как в баке, так и в системе в целом. При охлаждении вода из сосуда под давлением со стороны газа возвращается в систему теплоснабжения.
Расширительный бак присоединяется к обратному контуру, т.к. температура там самая низкая и нагрузка на мембрану будет минимальной.
Для подбора бака необходимы следующие исходные данные:
) общий объем воды в системе;
) максимальная рабочая температура воды;
) статическая высота (высота от места расположения бака до высшей точки системы);
) тепловая нагрузка контура.
Общий объем воды в системе определяется суммой всех элементов этой системы и находится по формуле (6.14):
ΣVсист. = VКА · nКА + Vто + Vтруб., м3, (6.14)
где VКА - водяная емкость котла, м3, определяется из характеристики котла;
nКА - количество котлов, шт;
Vто - объем воды в теплообменнике, м3, принимается исходя из расчета ТО;
Vтруб. - объем воды в трубопроводах, м3.
Максимальная рабочая температура воды определяется из характеристик теплообменного аппарата.
Статическая высота установки определяется по формуле (6.15):
Hст = 
, м, (6.15)
где Нст.нап - статический напор в системе, рассчитанный при подборе подпиточных насосов, кПа.
Расчет бака начинается с определения коэффициента расширения по формуле (6.16):
kрасш. = 0,012 ·
, (6.16)
где tmaxраб - максимальная рабочая температура воды, °С.
Объем расширения определяется как произведение объема воды в системе на коэффициент расширения, зависящий от максимальной температуры и находится по формуле (6.17):
Vрасш. = ΣVсист. · k, л, (6.17)
где ΣVсист. - общий объем воды в системе в литрах;
k - коэффициент расширения.
Предварительное давление в баке сжимает объем воды в камере и при понижении температуры воды в системе возвращает ее обратно в систему, а также защищает расширительный бак от переполнения. Рассчитывается оно по формуле (6.18):
Ргаза
= 
, бар, (6.18)
где Нст - статическая высота установки, м;
Нцн - напор циркуляционного насоса, м; принимается, исходя из результатов подбора данного насоса.
Максимальное рабочее давление в системе равно давлению срабатывания предохранительного клапана и зависит от статической высоты и максимальной рабочей температуры.
Т.к. статическая высота установки больше 10 м вод. ст., то максимальное рабочее давление рассчитывается по формуле (6.19):
Рmax =
+ 2, бар (6.19)
Коэффициент использования объема показывает, какая доля объема бака может применяться для приема объема расширения. Находится он по формуле (6.20):
kV = 
, (6.20)
где Рmax - максимальное рабочее давление в системе, бар;
Ргаза - предварительное давление в баке, бар.
Из соображений безопасности данный коэффициент не может превышать 50%.
Требуемый объем расширительного бака определяется отношением объема расширения к коэффициенту использования объема и находится по формуле (6.21):
Vтреб = 
, л, (6.21)
где Vрасш - объем расширения, л;
kV - коэффициент использования объема бака.
Результаты расчета и подбора расширительного бака приведены в таблице 6.13. Подбор осуществлен при помощи каталога [16].
Таблица 6.13 - Расчет и подбор расширительного бака
|
Показатель |
Значение |
Ед. изм. |
|
1 |
2 |
3 |
|
Исходные данные |
||
|
Водяная емкость котла |
4,3 |
м3 |
|
Количество котлов |
4 |
шт. |
|
Объем воды в теплообменнике |
0,655 |
м3 |
|
Объем воды в трубопроводе |
0,77 |
м3 |
|
Общий объем воды в системе |
14,33 |
м3 |
|
Максимальная рабочая температура воды |
115 |
°С |
|
Статическая высота |
15 |
м |
|
Тепловая нагрузка контура |
11098 |
кВт |
|
Расчетные данные |
||
|
Коэффициент расширения |
0,0764 |
- |
|
Объем расширения |
1095 |
л |
|
Предварительное давление газа |
2,29 |
бар |
|
Максимальное рабочее давление в системе |
3,5 |
бар |
|
Коэффициент использования объема |
0,269 |
- |
|
Требуемый объем бака |
4070 |
л |
|
Технические характеристики |
||
|
Марка |
Reflex G 5000 |
|
|
Номинальная емкость |
5000 |
л |
|
Габариты (диаметр и высота) |
1500 x 3588 |
мм |
|
Внутренний диаметр линии расширения |
65 |
мм |