Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27
Аннотация
Пояснительная записка содержит 90 страниц, в том числе 8 рисунков, 35 таблиц, 21 источник. Графическая часть выполнена на 7 листах формата А1. В данном проекте рассматриваются основные вопросы, связанные с расчетом и проектированием новой трассы внутристанционных коллекторов на территории Орской ТЭЦ-1. В проекте приведены основные теоретические сведения, необходимые для расчета. Производится тепловой, гидравлический расчет, определен диаметр трубопроводов трассы, выбор изоляционного слоя. Рассмотрен узел деаэрации для подпитки теплосети. Произведен выбор деаэраторов и расчет эжекторов к ним. Осуществлен выбор теплообменного аппарата, тепловой расчет охладителя выпара, выполненного из собственных материалов ОТЭЦ-1. В электрической части произведен выбор насосов для системы подпитки и кабелей к ним. Положительный результат проекта показывает технико-экономический расчет. Монтаж новых трубопроводов необходимого диаметра обеспечивает надежную и качественную работу системы, возможность снизить тепловые и гидравлические потери, срок службы трассы до первой технической диагностики составляет 30 лет. Содержание
Введение 1 Характеристика объекта проектирования 1.1 Сведения о предприятии 1.2 Описание технологического процесса предприятия 1.3 Характеристика системы энергообеспечения предприятия 1.4 Характеристика объекта проектирования 1.5 Постановка задачи проектирования 1.6 Назначение, перечень основных узлов и принцип работы оборудования 2 Проектирование системы внутристанционных коллекторов 2.1 Гидравлический расчет тепловой сети 2.2 Тепловой расчет теплосети 3 Тепловой расчет проектируемой схемы теплосети 4 Гидравлический расчет теплосети 4.1 Гидравлический расчет трубопроводов теплосети 4.2 Проектируемая схема теплоснабжения 5 Реконструкция деаэрационной установки 5.1 Деаэрационная установка ДСА-300 5.2 Деаэратор АВАКС 5.2.1 Устройство и принцип работы 5.2.2 Проектирование схемы 5.2.3 Расчет теплообменного аппарата 5.3 Охладитель выпара 5.4 Водоструйные эжекторы 6 Электрическая часть установки насосов 7 Установка частотно-регулируемых приводов на сетевые насосы 7.1 Исходные данные 7.2 Назначение системы 7.3 Конструкция и принцип действия 8 Безопасность жизнедеятельности 8.1 Меры безопасности при эксплуатации тепловых сетей 8.2 Меры безопасности при эксплуатации теплового оборудования 8.3 Меры безопасности при гидравлическом испытании тепловой сети 8.4 Потенциально опасные и вредные производственные факторы 8.5 Воздействие опасных и вредных производственных факторов 8.6 Защита от опасных и вредных производственных факторов 8.7 Расчет общего искусственного освещения 9 Технико- экономическое обоснование 9.1 Определение суммы капитальных вложений деаэрационную установку 9.2 Расчет стоимости электроэнергии и теплоэнергии 9.3 Рентабельность и прибыль проекта 9.4 Эффективность и срок окупаемости проекта 9.5 Технико- экономический расчет при проектировании системы теплоснабжения Заключение Список использованных источников Введение
Система теплоснабжения представляет собой совокупность трубопроводов, установок и устройств для производства, распределения и использования тепловой энергии, гидравлически связанных между собой подающими и обратными трубопроводами сетевой воды. Надежность работы тепловых сетей и экономичность передачи тепла — основные вопросы транспортирования тепла. Тепловые сети — сооружения дорогие и металлоемкие; при рациональном выполнении тепловых сетей можно сэкономить много средств и металла. Первоочередной задачей проектирования тепловых сетей является выбор трассы. При решении этого вопроса необходимо стремиться прежде всего к обеспечению надежной и бесперебойной работы сетей, их минимальной протяженности, минимального объема строительно-монтажных работ, удобства производства этих работ . С ростом города и промышленности растет и теплопотребление. Основной предпосылкой рациональной прокладки трубопроводов является проложение трубопроводов с учетом возможности дальнейшего их расширения. Долговечность тепловых сетей обеспечивается отсутствием коррозии с внешней и внутренней стороны труб. Соблюдение этих условий достигается не только правильным проектированием и выполнением сооружения, но также надлежащей эксплуатацией, поддерживанием соответствующих режимов, организацией контроля и профилактических мероприятий. Внешняя коррозия труб предотвращается высококачественной термоизоляцией. В защите от внутренней коррозии прежде всего следует заботиться об удалении кислорода из подпиточной воды. Содержание кислорода в воде не должно превышать 0,1 мг/л. Наличие кислорода ведет к быстрому разрушению системы. Удаление кислорода из воды осуществляется при помощи термических деаэраторов и новых вихревых деаэраторов АВАКС, работающих при температуре 60-80 0
С, оптимальной с точки зрения затрат на поддержание вакуума и температурного режима теплосети. В процессе эксплуатации необходимо стремиться к достижению высоких экономических показателей теплоснабжения: к сокращению расхода топлива при выработке тепла, к уменьшению теплопотерь и расхода энергии на передачу тепла потребителям. Расходы энергии на перекачку связаны с удельными расходами теплоносителя и расчетными параметрами сети. Чем меньше удельные потери давления в трубах, тем меньше расход энергии на перекачку. Чтобы обеспечить большую точность измерений, определение гидравлических потерь производят при возможно максимальных расходах теплоносителей. В водяных системах теплоснабжения основное теплофикационное оборудование ТЭЦ состоит из пароводяных подогревателей, сетевых насосов, установок для подготовки подпиточной воды, включающих водоподготовку, деаэрационные устройства, аккумуляторы горячей воды и подпиточные насосы. В совокупности это оборудование носит название подогревательной установки. Пароводяной подогреватель – основной элемент подогревательной установки – представляет собой поверхностный рекуперативный аппарат кожухотрубчатого типа. Он предназначен для подогрева сетевой воды, необходимой для нужд отопления и горячего водоснабжения, за счёт использования теплоты пара низкого давления, поступающего из отбора турбины. В связи с истощением топливных ресурсов и ростом цен на них возникает проблема экономичного использования топлива. Эта проблема частично решается за счёт применения современного, более совершенного оборудования. В частности, при замене кожухотрубчатых подогревателей сетевой воды на пластинчатые, сокращается потребление пара подогревательной установкой, а, следовательно, снижается расход топлива на производство пара при одинаковых значениях его параметров. Пластинчатый теплообменный аппарат – это аппарат поверхностного типа, теплопередающая поверхность которого образована из тонких штампованных гофрированных пластин. Пластинчатые теплообменные аппараты обладают рядом преимуществ по сравнению с кожухотрубчатыми. Это: 1) компактность; 2) меньшие затраты на монтаж оборудования; 3) манёвренность; 4) стойкость к циклическим нагрузкам, вибрации; 5) визуальный контроль состояния теплообменной поверхности; 6) минимальные потери тепла в окружающую среду; 7) малая скорость возникновения отложений, возможность восстановления поверхности, механической очистки. Необходимо также неуклонно повышать производительность труда путем внедрения новой техники, передовых методов труда, изучать новые конструкции изоляции, рационализации и изобретательства. Внедрение нового- это культура теплоэнергетики. Без культуры нет прогресса и будущего теплоэнергетики. 1 Характеристика объекта проектирования
Орская ТЭЦ-1 введена в эксплуатацию 19 ноября 1938 года, это одно из важнейших предприятий в жизнеобеспечении города. Вся вырабатываемая ТЭЦ-1 тепловая и электрическая энергия направляется на удовлетворение потребностей в электроснабжении, отоплении и горячем водоснабжении г.Орска, покрытии паровых нагрузок промышленных предприятий правобережной части города. В настоящее время установленная мощность составляет: - электрическая– 245 МВт; - тепловая– 1349 Гкал/час. На ТЭЦ-1 установлено пять энергетических котлов, четыре турбогенератора и четыре водогрейных котла. Основным видом топлива для энергетических и водогрейного котлов является природный газ. Резервным топливом энергетических и водогрейных котлов служит мазут.Потребителями тепловой энергии в паре являются крупнейшие предприятия города – ОНОС, ЮУМЗ, ОФБТ “Ника”, ЗЖБИ, ЗАО “Городская промышленная компания”, в горячей воде – ОПТС, ЮУМЗ, ОТУ, Орский машиностроительный завод, ОЗЛМК, ОНХМ-2. Водоснабжение станции осуществляется от береговой насосной, расположенной на реке Урал. Техническая вода, необходимая для технологических нужд станции, подается насосами по двум промышленным водоводам диаметром 700 мм. 1.2 Описание технологического процесса предприятия
Целью технологического процесса ТЭЦ является производство перегретого пара, горячей воды и электроэнергии. Основой процесса является сгорание топлива с превращением химически связанной энергии в тепловую. В котле вода нагревается до температуры кипения, испаряется и превращается в пар, который затем перегревается. Перегретый пар с T=550-560о
С и Р=140 ата из котла по трубопроводам подается в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую валу турбины и соединенному с ней ротору генератора. После прохождения турбины пар конденсируется и собирается в конденсаторе, из которого откачивается конденсатным насосом (КЭН) и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он подогревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота, для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной водой, питательным насосом (ПЭН) прокачивается через подогреватели высокого давления (ПВД) и подается в котел. Такой способ означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки. 1.3 Характеристики системы энергообеспечения предприятия
Начальной точкой теплоснабжения ТЭЦ является ее котлотурбинный цех, из которого горячая вода для теплоснабжения поступает на теплопункты, в которых установлены коммерческие узлы учета, в том числе и для собственных нужд. После теплопунктов горячая вода идет на теплоснабжение производственных и административных зданий предприятия. Трубопровод, подающий горячую воду, называется прямым, а трубопровод, по которому вода возвращается обратно в котлотурбинный цех, называется обратным. Из обратного трубопровода коллекторных сетевая вода поступает в бойлеры через конденсационные насосы. В бойлерах сетевая вода нагревается питательной водой из отборов турбин. Из бойлеров сетевая вода через насосы поступает в подающий трубопровод коллекторных. Из коллекторов питательной воды вода попадает в котлы, затем в турбины. С турбин- отборы на производство (на другие предприятия, на бойлеры, на мазутное хозяйство, чтобы подогревать мазут, на подогреватели душевой). С конденсатора отработанный пар турбины поступает в деаэраторы, где освобождается от кислорода, далее насосами прокачивается в котлы. 1.4 Характеристика объекта проектирования
Объектом проектирования являются внутристанционные коллекторы, подающие сетевую воду на теплопункты от бойлерных установок турбин №9, 10, 11 и водогрейных котлов №3 и №4. Температурный график 150/70 0
С. Прокладка трубопроводов наземная на высоких и низких опорах, частично подземная в непроходных каналах. Тепловая изоляция трубопроводов выполнена минеральной ватой с покрытием асбоцементной штукатуркой по металлической сетке, а при воздушной прокладке с металлическим кожухом. Компенсация температурных удлинений осуществляется «П» – образными компенсаторами и за счет углов поворота трассы. Срок эксплуатации трубопроводов тепловой сети более 35 лет. Подпитка теплосети осуществляется с ХВО-3. Химически очищенная вода подается на деаэраторы ДСА-300 производительностью 300 т/ч. Насосами НПТС №5 и №6 подается в обратный коллектор сетевой воды. 1.5 Постановка задачи проектирования
Основной задачей является реконструкция существующей схемы теплоснабжения. Схема выполнена с использованием трубопровода диаметром 530, 630, 920 и 1020 мм, смонтированных более 35 лет назад. В настоящее время существующая схема теплоснабжения устарела, из-за возможного увеличения расхода теплоносителя на 30% диаметр трубопровода меньше требуемого значения, что приводит к большим гидравлическим потерям, особенно в смешивающем коллекторе Ду 530. С применением новой изоляции снижаем тепловые потери. При замене труб приходим к сокращению затрат на ремонт трассы и техническую диагностику тепловой сети. В связи с выше перечисленными недостатками возникла необходимость модернизации или постройки новой магистрали. В данном проекте рассматривается вариант монтажа новой схемы теплоснабжения, установка узла деаэрации, выбор вспомогательного оборудования. 1.6 Назначение, перечень основных узлов и принцип работы оборудования
Основные характеристики водогрейных котлов представлены в таблице 1. Таблица 1 – Характеристики водогрейных котлов Водогрейный котел типа ПТВМ - 180 ст. № 3, прямоточный, башенного типа, теплопроизводительностью 180 Гкал/час находится в эксплуатации с 1979 года. Котел работает только в основном режиме, на газообразном топливе. Котел оборудован 20 газомазутными горелками, расположенными в 2 яруса по 10 горелок на каждой из боковых стен. Теплопроизводительность котла регулируется изменением количества работающих горелок при постоянном расходе сетевой воды на котел. Рециркуляция дымовых газов отсутствует. Водогрейный котел типа КВГМ -180 - 150 -2 ст. № 4 - прямоточный, Т-образной сомкнутой компоновки, газомазутный, в эксплуатации находится с 1982 года. Котел работает только в основном режиме и на газовом топливе. Котел оборудован 6 вихревыми газомазутными горелками, расположенными симметрично на боковых стенах треугольником с вершиной вверх. Теплопроизводительность котла регулируется изменением подачи газа и воздуха на горелки. Таблица 2- Бойлерные установки ОТЭЦ-1 По характеру тепловой нагрузки подогреватели подразделяются на основные и пиковые. Пар на основной бойлер поступает из отбора турбины с давлением 1,2 ата, а на пиковый бойлер – с давлением 10-16 ата. Каждый подогреватель представляет собой пароводяной вертикальный теплообменный аппарат с цельносварным корпусом. Трубный пучок состоит из прямых трубок диаметром 19 мм, выполненными из латуни марки Л-68, развальцованных с обеих сторон в трубных досках.. Для жёсткости и прочности трубная система заключена в стальной каркас с перегородками. Перегородки направляют поток пара для лучшего омывания трубного пучка и являются промежуточными опорами для труб, предотвращая их вибрации. В месте выхода струи греющего пара на трубный пучок устанавливается пароотбойный лист для защиты трубок от динамического удара потока пара и распределения пара в межтрубном пространстве. Для получения больших скоростей воды подогреватели выполнены двухходовыми. Ходы образуются перегородкой в нижней камере. Перегородка делит трубный пучок на две части по числу ходов. Сетевая вода через входной патрубок подаётся в одну из половин верхней водяной камеры, проходит половину трубок и поступает в нижнюю часть. По другой половине трубок вода поднимается вверх во вторую половину верхней водяной камеры, откуда через патрубок отвода сетевой воды поступает в сборный коллектор горячей воды. По ходу своего движения вода нагревается паром. Пар в свою очередь конденсируется и отводится через отверстие в днище. Для продувки парового пространства для удаления воздуха в нижней части корпуса имеются дренажные отверстия. Сетевые насосы типа № 8, № 9 предназначены для обеспечения необходимого давления сетевой воды на всасе сетевых насосов № 21, № 22, которые в свою очередь установлены после сетевых подогревателей и обеспечивают циркуляцию сетевой воды в системе теплоснабжения. Таблица 3- Технические характеристики сетевых насосов типа КРНА-400/700/64М бойлерной установки турбины № 9. Таблица 4. Технические характеристики сетевых насосов типа 10НМКх2 бойлерной установки турбины № 9. 2 Проектирование системы внутристанционных коллекторов
2.1 Гидравлический расчет тепловой сети
Задачи гидравлического расчета. Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. В задачу гидравлического расчета входит: а) определение диаметров трубопроводов; б) определение падения давления (напора). Результаты гидравлического расчета дают исходный материал для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети; Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема тепловой сети, указаны размещение станции и потребителей и расчетные нагрузки. Порядок гидравлического расчета. При гидравлическом расчете трубопроводов обычно задан расход теплоносителя. Требуется определить диаметр трубопровода. 2.2 Тепловой расчет теплосети
Расчет теплопотерь позволяет правильно подойти к выбору тепловой изоляции, определить температуру и теплосодержание теплоносителя у потребителей. При неправильном выборе изоляции тепловые потери могут оказаться недопустимо большими и значительно увеличивающими стоимость транспортирования тепла. Основными требованиями, предъявляемыми к тепловым материалам и конструкциям, являются: а) низкий объемный вес (не превышающий 600 кг/м3
) в сочетании с низким коэффициентом теплопроводности (до 0,1 ккал/м ч °С); б) достаточная механическая прочность; в) температуроустойчивость; г) низкое водопоглощение; д) малая гигроскопичность. При выборе теплоизоляционных материалов и конструкций отдают предпочтение материалам малодефицитным, экономичным, надежным в эксплуатации. Все теплоизоляционные конструкции, как правило, состоят из основного изоляционного слоя, крепежных элементов, покровного (защитного) и отделочного слоя. Покровный слой придает изоляции правильную форму, защищает ее от внешних механических повреждений и атмосферных осадков. В качестве защитного покрытия применяют оцинкованную сталь или алюминиевые листы толщиной 0,7-1 мм. 3 Тепловой расчет проектируемой схемы теплосети
В качестве тепловой изоляции используем минераловатные маты марки 150. Толщина теплоизоляционной конструкции 100мм. Общая формула для определения теплопотерь теплопроводом, ∆Q, ккал/ч, имеет следующий вид: где t1
- средняя температура теплоносителя, град.; t0
- температура окружающей среды, град.; ∑R- сумма термических сопротивлений на пути потока тепла от теплоносителя до окружающей среды, м час град/ккал; l - длина теплопровода, м; β- коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла неизолированными частями, арматурой и фасонными частями в долях от потерь труб. Следует различать граничные, или поверхностные, термические сопротивления, возникающие на поверхности твердого тела, соприкасающейся с воздухом, и внутренние термические сопротивления, возникающие внутри твердого тела. Граничные термические сопротивления Rп
, м*час*град/ккал, определяются по формуле: где α- коэффициент теплоотдачи от твердой поверхности к воздуху, ккал/м2
час град; гп
— радиус поверхности, м. Внутренние термические сопротивления, Rв
, м*час*град/ккал, определяются по формуле: где λ- коэффициент теплопроводности изоляции, ккал/м час град; при изолировании минераловатными матами принимается λ=0,08 Вт/м °С. rн
и rв
- наружный и внутренний радиусы твердого тела, м. Ввиду относительно малых значений термических сопротивлений стенки металлической трубы и пограничного сопротивления на внутренней поверхности теплопровода указанными сопротивлениями в практических расчетах можно пренебречь. Потери тепла при надземных прокладках для трубы с однослойной изоляцией согласно указанному определятся так: где α- коэффициент теплоотдачи для воздуха, ккал/м2
*час*град, определяемый по следующей приближенной формуле: где tп
—температура поверхности изоляции, определяемая по формуле: w — скорость воздуха около изоляции в м/сек. Бойлерная установка т.а.9 –общий коллектор Задаваясь температурой поверхности изоляции 500
С,находим α: Потери тепла теплопроводом: Проверим температуру поверхности изоляции по формуле: Пересчитаем значение α: Тогда Расчет остальных участков трубопроводов аналогичен. Результаты сведены в таблицу 5: Таблица 5- Тепловые потери участков трубопроводов Потери теплоты в проектируемой схеме за максимально холодные сутки -310
С равны 1053,2* 103
ккал/час. 4 Гидравлический расчет теплосети
По данным таблиц отпуска тепла на каждого потребителя составляем таблицу расходов и теплоты горячей воды на три теплопункта. По годовым графикам потребления вычисляем максимальный расход горячей воды в месяц. Для ТП- 1 Gмакс
=2780408 тн/мес=3737,1 тн/час. Для ТП-2 Gмакс
= 857077 тн/мес = 1152тн/час. Для ТП-3 Gмакс
=1811849 тн/мес=2435,3 тн/час. 4.1 Гидравлический расчёт существующих трубопроводов теплосети
Исходные данные для гидравлического расчёта трубопроводов представлены в таблице 7. Бойлерная установка т.а.9 –общий коллектор: Линейное падение давления в трубопроводе сетевой воды Таблица 7 - Характеристика существующих трубопроводов Тип трубопровода 1,020 0,920 189,5 8 189,5 8 0,530 0,630 194 192 194 192 где Местное падение давления в трубопроводе подвода сетевой воды где где Местные сопротивления: Общее падение давления в трубопроводе подвода сетевой воды Потеря напора сетевой воды в трубопроводах подвода сетевой воды Трубопровод отвода воды: Удельное падение давления определяется по формуле (4.2): Линейное падение давления в трубопроводе отвода сетевой воды определяется по формуле (4.1): Местные сопротивления : Местное падение давления определяется по формуле (4.3): Общее падение давления в трубопроводе отвода сетевой воды определяется по формуле (4.5): Потеря напора сетевой воды в трубопроводах отвода сетевой воды определяется по формуле (4.6): Общее падение давления в трубопроводах: Потери напора в трубопроводах: Расчет остальных участков трубопроводов аналогичен. Результаты сведены в таблице 8: Общее падение давления в коллекторах теплосети: Потери напора в трубопроводах теплосети: 4.2 Гидравлический расчет проектируемой схемы теплоснабжения
С учетом коэффициента развития города на 30% увеличивается расход теплоносителя по теплопунктам: Для ТП- 1 Gмакс
=4858,23 тн/час. Для ТП-2 Gмакс
= 1497,6тн/час. Для ТП-3 Gмакс
=3165,9 тн/час. Диаметр трубопроводов определяется по формуле: где d- диаметр трубы сетевой воды, м; h- потеря давления на 1 м длины трубы, зависит от расхода воды, определяемая по номограмме для гидравлического расчета трубопроводов, мм. вод. ст.; γ- удельный вес теплоносителя, кг/м3
. Бойлерная установка т.а.9 –общий коллектор: Расчет диаметров других участков трубопроводов приведен в таблице 9. Бойлерная установка т.а.9 –общий коллектор: Линейное падение давления в трубопроводе сетевой воды где Местное падение давления в трубопроводе подвода сетевой воды где где Таблица 9- Проектируемые диаметры трубопроводов Тип трубопровода 194 192 194 192 Местные сопротивления: Общее падение давления в трубопроводе подвода сетевой воды Потеря напора сетевой воды в трубопроводах подвода сетевой воды Трубопровод отвода воды: Удельное падение давления определяется по формуле: Линейное падение давления в трубопроводе отвода сетевой воды определяется по формуле: Местные сопротивления : Местное падение давления определяется по формуле: Общее падение давления в трубопроводе отвода сетевой воды определяется по формуле: Потеря напора сетевой воды в трубопроводах отвода сетевой воды определяется по формуле: Общее падение давления в трубопроводах: Потери напора в трубопроводах: Расчет остальных участков трубопроводов аналогичен. Результаты сведены в таблице 10. Общее падение давления в коллекторах теплосети: Потери напора в трубопроводах теплосети: 5 Реконструкция деаэрационной установки
5.1 Деаэрационная установка ДСА-300
Для восполнения потерь сетевой воды в теплосети включена система подпитки, состоящая из деаэраторов типа ДСА-300, производительностью 300 т/ч, насосов подпитки №5 и №6, включенных параллельно, системы задвижек и трубопроводов, гидравлически связывающих систему теплоснабжения. Пар на деаэрацию поступает из теплофикационного отбора турбины 1,2 ата с температурой 104 0
С. Химически очищенная вода подается с ХВО-3 с температурой 300
С. Исходные данные: Таблица 11- Технические характеристики насоса подпитки теплосети №5 типа 8к-12 Таблица 12- Технические характеристики насоса подпитки теплосети №6 типа 8к-12 Схема работы деаэратора. Термический струйный деаэратор на рисунке 1 является смешивающим подогревателем и выполняется в виде вертикальной цилиндрической колонки 1, установленной на резервуаре (баке) питательной воды 2. Вода, поданная насосом в верхнюю часть колонки 1, стекает через отверстия в тарелках 3, раздробляясь при этом на мелкие капли. Навстречу падающей воде движется греющий пар. Высоту колонки и путь воды рассчитывают так, чтобы на этом пути вся вода была подогрета до температуры насыщения (кипения). При кипении воды из нее выделяются растворенные в ней газы, которые с небольшим количеством пара (выпар) отводятся через штуцер 4 в верхней части колонки. Обычно выпар составляет 2 кг на 1 т деаэрирированной воды. Вода в атмосферных деаэраторах подогревается до 104 0
С температура кипения при давлении 0,12МПа ( 1,2 кгс/см2
). Вода с такой температурой поступает в питательный насос. Чтобы горячая вода при входе в питательный насос не вскипала, и насос мог надежно подавать в котел горячую воду высокой температуры, давление воды перед насосом должно быть больше того давления, при котором происходит образование пара при данной температуре В связи с этим деаэраторы устанавливаются на сравнительно большой высоте над питательными насосами – не ниже 14 м при температуре воды 160 0
С и еще выше при более высокой температуре воды. 1- цилиндрическая колонка; 2- резервуар; 3- тарелки; 4- штуцер; 5- водоуказательное стекло; 6- устройство автоматического регулирования подачи пара; 7- предохранительный клапан; 8- устройство автоматического регулирования подачи воды. Рисунок 1- Схема атмосферного смешивающего деаэратора Емкость питательных баков основных деаэраторов составляет 5 – 20-минутный запас для работы станции при максимальной нагрузке. Деаэраторы являются важнейшим элементом оборудования электростанции и снабжаются устройствами для автоматического регулирования подачи пара 6 и воды 8, водоуказательными стеклами 5, сниженными указателями уровня, устройствами сигнализации нижнего уровня воды в аккумуляторном баке, предохранительными клапанами 7, устанавливаемыми на баках, регуляторами перелива, монометрами для измерения давления в деаэраторной колонке и самопишущими кислородомерами, показывающими содержание кислорода в воде при выходе из деаэратора. 5.1.1 Исходные данные: Таблица 13- Расход химически очищенной воды на подпитку по месяцам. По данным таблицы видно, что максимальный расход приходится на сентябрь и составляет 210 т/ч. Таблица 14- Общие данные Номинальное давление в деаэраторе р, ат Таблица 15-Характеристика потоков воды и пара: Продолжение таблицы 15 5.1.2 Тепловой расчет деаэратора Тепловой баланс деаэрационной установки составляется для определения полного расхода пара, подводимого к деаэратору. В зависимости от тепловой схемы энергоустановки в деаэратор вводится то или иное количество потоков воды и пара. Тепловые балансы должны рассматриваться для режимов работы деаэратора, указанных в технических заданиях на проектирование. В случае избытка тепла в деаэраторе (отрицательный расход пара) техническое задание на проектирование деаэратора подлежит уточнению, в ходе которого должны быть дополнительно проанализированы и проверены условия работы деаэратора в тепловой схеме установки. В общем виде уравнение теплового баланса деаэратора запишется как равенство потоков тепла, введенных в деаэратор и вышедших из него Q1
+Q2
+Q3
+Q4
=Q5
+Q6
+Q7
+Q8
, (5.1) где Q1
– тепло, внесенное с основным потоком греющего пара, ккал/ч; Q2
– тепло, внесенное с некипящими потоками воды, ккал/ч; Q3
- тепло, внесенное с кипящими потоками воды, ккал/ч; Q4
- тепло, внесенное с прочими потоками воды, ккал/ч; Q5
– тепло, отведенное с деаэрированной водой, ккал/ч; Q6
– тепло выпара, ккал/ч; Q7
– потеря тепла деаэратором в окружающую среду, ккал/ч; Q8
– тепло пара, отбираемого из деаэратора, ккал/ч. Уравнение теплового баланса деаэратора как смешивающего теплообменного аппарата имеет вид: где Dп
- расход нагревающего пара, т/ч; η- коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду; принимаем в первом приближении η= 0,98; Gптс
- общий расход воды на подпитку, т/ч; tптс
- температура нагреваемой воды на выходе из деаэратора,0
С; tхов
- температура нагреваемой воды на входе в деаэратор, 0
С. Определим расход греющего пара в первом приближении: Расход химически очищенной воды на деаэратор: Gхов
=Gптс
- Dп
=210- 25,97=184,03 т/ч. Тепло, подведенное с химически обработанной водой, Qхов,
: Qхов
= Gхов
Тепло, внесенное с холодными потоками воды Q2
, Гкал/ч: Q2
= Qхол
= 5,52 Гкал/ч. Количество выпара Dвып
принимаем из соотношения 1,5-2 кг на1 тонну деаэрированной воды по рекомендации руководящих указаний по проектированию термических деаэрационных установок. При производительности колонки 300 т/ч количество выпара составит 0,600 кг/ч. Тепло, отведенное с выпаром, Qвып
, Гкал/ч: Qвып
= Dвып где Qвып
= 0,600 Тепло, отведенное с деаэрированной водой, Qд
, Гкал/ч : Qд
= G где G- количество деаэрированной воды ( производительность деаэратора), т/ч ; Qд
= 300 Количесво тепла, потребное на нагрев воды в деаэраторе, ∆Q, Гкал/ч: ∆Q= Qд
- Qхол
= 31,32 - 5,52= 25,8 Гкал/ч. Расход тепла на деаэратор ∑Q, Гкал/ч: ∑Q= ∆Q + Qвып
= 25,8+0,384=26,184 Гкал/ч. Уточненное значение расхода пара на деаэратор, Dп
,т/ч: 5.2 Деаэратор АВАКС
Деаэратор «АВАКС» - вавкуумно-атмостферный кавитационно струйный предназначен для удаления из воды растворенных в ней газов, применяется в системах водопользования теплоэнергетических установок и теплоснабжения. В этих деаэраторах используется принцип вихревой центробежной интенсификации массообмена. Вода подается в деаэратор, приобретая сильное вращательное движение. При этом действие центробежных сил на периферии выше, чем в середине вихря, из-за чего в центре образуется область пониженного давления, куда Архимедова сила выталкивает из жидкости пузырьки выделяющегося газа. Чем глубже вакуум, тем ниже температура кипения. Обычно вакуумные деаэраторы работают при температуре 60-800
С, оптимальной с точки зрения затрат на поддержания вакуума и температурного режима. Вакуумно-атмосферные деаэраторы типа АВАКС имеют следующие основные особенности: 1) Деаэрация производится без подвода греющего пара. 2) АВАКС производит деаэрацию воды при t = (60 – 95 ) ºС
. 3) Давление деаэрированной воды на выходе из деаэратора превышает атмосферное, несмотря на то, что выпар удаляется эжектором. 4) В традиционных деаэраторах осуществляется только термическая струйная и барботажная деаэрация. В вакуумно-атмосферных деаэраторах АВАКС кроме термической деаэрации использованы процессы дросселирования, кавитации, турбулентной диффузии, центробежной сепарации, что позволило увеличить скорость деаэрации ориентировочно в 300 раз. Это дало возможность уменьшить объем деаэратора в 250 раз, рабочую массу в 30 раз (масса АВАКС 30-40 кг.). 5) Малые габариты деаэратора обуславливают высокую точность его изготовления и сборки в заводских условиях, обеспечивают возможность полного контроля и управления деаэрацией, гарантируют получение стабильно высоких (О 2
< 20 мкг/дм3
) результатов деаэрации. 6) Затраты на монтаж деаэратора АВАКС ориентировочно в 100 раз меньше, чем для других вакуумных деаэраторов, так как не требуется монтаж вышки и прокладки внешних коммуникаций. 7) Запуск деаэратора АВАКС и вывод его на рабочий режим осуществляется в течение двух минут. 8) Не требуется регистрация деаэратора АВАКС в органах Госэнергонадзора и Госгортехнадзора. 9) Конструкция вакуумного деаэратора АВАКС настолько совершенна и проста, что его эксплуатация сведена только к его пуску и выключению. 1) Деаэратор АВАКС в сборе с ответными фланцами1 шт. 2) Эжектор типа «ЭВ» в сборе с ответными фланцами1 шт. 3) Кран шаровой Ду 25 в комплекте со штуцерами 1 шт. 4) Стекло смотровое Ф
32 мм 1 шт. 5) Шланг соединительный Ф
32 мм 1 комп. 6) Хомут Ф
50 мм4 шт. 5.2.1 Устройство и принцип работы Принципиальная схема деаэратора «АВАКС» приведена на рисунке 2. Деаэратор состоит из следующих основных частей: завихрителя 1; корпуса 2; обтекателя 3. Поток воды, поступающий под давлением в деаэратор, раскручивается завихрителем до определенных скоростей. Раскрученный поток за счет центробежных сил прижимается к стенкам корпуса, образуя вакуумную полость, в которой происходит испарения воды и выделение растворенного газа. Парогазовая смесь (выпар) удаляется из деаэратора с помощью эжектора через газоотводящую трубку. Продеаэрированная вода проходит обтекатель и уходит на слив. 1- центробежный завихритель; 2- корпус; 3- обтекатель Рисунок 2- Принципиальная схема деаэратора АВАКС Проектируемая схема деаэрации подпиточной воды представлена на рисунке 3. Вода на деаэрацию поступает с ХВО-3 с температурой 300
С. Перед подачей в деаэрационную установку необходим подогрев воды до 600
С в теплообменном аппарате. Давление на входе деаэратора должно быть 3,5 кгс/см2
. Для поддержания этого давления устанавливаем насос подачи недеаэрированной воды. Выход деаэрированной воды осуществляем трубопроводом Ду 70 и Ду 100 в существующий корпус деаэрационного бака от колонки ДС-300. Рисунок 3- Проектируемая схема деаэрации Выпар из трубки деаэратора засасывается потоком рабочей воды в эжекторе типа ЭВ, предлагаемого в поставке от Кинешимского машиностроительного завода. Подача рабочей воды на эжектор осуществляется насосом К100-65-200. Пароводяная смесь попадает в общий коллектор Ду 150 и в охладитель выпара, находящийся на нулевой отметке. 5.2.2 Проектирование схемы Принимаем к установке шесть деаэраторов трех типов: Таблица 16 – Выбор деаэраторов Деаэраторы устанавливаем на металлической площадке, сваренной над баком-аккумулятором. Стойки над баком-аккумулятором свариваем из двух швеллеров №16 при вертикальной нагрузке до 3 тонн, скрепленных перьями вовнутрь. Швеллеры скрепляем пластинами из листа №6(6мм). Сечение стойки-250 мм(расстояние между полочками). Через каждые 0,5 м навариваем накладки из листа №6 размером 220×150мм. Высота стоек 4м, пролет между стойками при уклоне 0,0002 до 8,5м. Деаэраторы устанавливаются на горизонтальном участке трубопровода. В целях обеспечения удобства обслуживания деаэраторов и монтажа эжектора и емкостного оборудования расстояние между горизонтальной осью деаэратора и нулевой отметкой (пола) рекомендуется принять 1,5…2 метра. Таблица 17– Характеристика насоса К100-65-200. 5.2.3 Расчет теплообменного аппарата Таблица 18- Исходные данные: 1) Тепловая мощность подогревателя где G – количество подогреваемой воды с – теплоёмкость воды, с=4,19 кДж/(кгК), 2) Часовой расход обогревающего пара, D, кг/ч, находится из уравнения теплового баланса где 3) Соотношение числа ходов греющего пара и нагреваемой воды где Принимаем тип пластины 0,5 Пр, для этого типа пластины Рисунок 4-Принципиальная схема пластинчатого теплообменного аппарата Таблица 19- Технические показатели пластины Принимаем Плотность воды определяется по средней температуре воды Принимаем 4) Общее живое сечение каналов в пакете 5) Скорость воды 6) Скорость пара 7) Эквивалентный расход потока по пару 8) Эквивалентный расход потока по воде 9) Число ступеней подогрева где где Принимаем 1 ход в теплообменнике (симметричная компоновка). 10) Принимаем температуру конденсата 70˚С 11) Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке пластины где Для вертикальной стенки при конденсации пара на ней критерий Нуссельта определяется: где здесь здесь здесь 12) Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к воде где А – коэффициент пластины, А=0,492. 13) Коэффициент теплопередачи 14) Тепловой поток 15) Площадь нагрева 16) Действительная поверхность нагрева всего подогревателя 17) Количество пластин при площади поверхности одной пластины fпл
=0,5м2
18) Выбор теплообменного аппарата Принимаем к установке пластинчатый теплообменный аппарат фирмы «APV» разборный с резиновыми прокладками типа N50 с поверхностью нагрева пластины 0,5м2
. Материал пластин AISI 304, материал прокладок EPDM. Масса установки не более 460 кг. Гидравлический расчёт пластинчатого теплообменника 1) Потери давления для нагреваемой воды где Б – коэффициент, зависящий от типа пластины, Б = 3,0 , /4,с.50/ 2) Потеря давления в пластинчатом теплообменнике, ∆Рс
, Па , /2, с.275/: где здесь здесь с – эксплуатационный коэффициент, учитывающий загрязнения пластин, а также их деформацию вследствие разности давлений в теплообменивающихся средах; а – постоянная величина, зависящая от типа пластины, а=15; Re – число Рейнольдса, зависящее от режима потока теплоносителя. здесь 5.3
Охладитель выпара
Охладитель выпара предназначается для конденсации пара, содержащегося в выпаре, с целью сохранения конденсата этого пара. В качестве охлаждающей среды следует применять рабочую техническую воду, имеющую среднегодовую температуру 100
С. Конденсат из охладителя выпара подается на всас насоса подачи рабочей воды на эжекторы, а перелив сливается в сборные баки нижних точек. Обязательным элементом деаэрационной установки является охладитель выпара, который является групповым (один охладитель выпара на группу деаэраторов), поверхностного (трубчатого) типа. Таблица 20- Исходные данные: Объем выпара движется в межтрубном пространстве, а рабочая вода- по охлаждающим трубкам диаметром 17/19 мм. Материал трубок латунь Л68. Корпус охладителя выполнен из стальной трубы диаметром 1020×10 мм. 5.3.1 Тепловой расчет Уравнение теплового баланса охладителя выпара (без учета потери тепла в окружающую среду и при энтальпии выпара, равной энтальпии насыщенного пара): где Dвып
—расход (кг/ч);
iвып
— энтальпия насыщенного пара, содержащегося в выпаре перед охладителем при давлении в деаэраторе ккал/кг
; Gв
— расход охлаждающей воды, кг/ч;
i
2
,
i
1
— энтальпия воды при выходе из аппарата и входе в него, ккал/кг;
G
к
— расход конденсата пара из выпара, кг/ч;
i
к
— энтальпия конденсата, ккал/кг.
Поскольку относительное содержание воздуха в выпаре незначительно, можно принять: Отсюда при отсутствии переохлаждения конденсата пара из выпара расход охлаждающей воды, Gв
, кг/ч: где Поверхность охладителя выпара трубчатого типа, Fох
, м2
, определяется по формуле: где ∆t
— среднелогарифмическая разность температур, °С; k
— коэффициент теплопередачи, ккал/м2
*ч*град;
b
— коэффициент запаса. Значение коэффициента bвыбирается в зависимости от материала трубок , в том числе для латуни b = l,2-l,3. Среднелогарифмическая разность температур, ∆t,0
С, находится из выражения: где t
01
,
t
02
— температуры охлаждающей воды дои после охладителя выпара, °С; t
н
— температура выпара, принимаемая равной температуре насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе, °С. Коэффициент теплопередачи, k, ккал/м2
*ч*град,
определяется по формуле : где δ — толщина стенки трубок, м;
λ — коэффициент теплопроводности металла трубок, ккал/м*ч*град;
Значения Таблица 21- Коэффициенты теплоотдачи 1 10 1 10 99,5 99,5 99,9 99,9 7 000 6 000 5 000 4 000 Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к охлаждающей воде, αв
, ккал/м2
* ч* град,
рекомендуется определять из выражения: где z
— множитель, зависящий от температуры охлаждающей воды; d
— внутренний диаметр трубки, м.
Таблица 22-Значения z
для воды на линии насыщения Скорость охлаждающей воды в трубках выбирается в зависимости от материала трубок и допустимой потери давления. При латунных трубках рекомендуется принимать Число трубок в охладителе выпара, n: где Длина трубок охладителя выпара, Шаг между трубками,m, мм: 5.3.2 Гидравлический расчет В объем гидравлического расчета входит определение диаметров трубопроводов и сопротивления движению воды в охладителе с .прилегающими к нему трубопроводами. Диаметр трубопровода выпара dвып
, м: где Скорость выпара принимается в деаэраторах атмосферного давления 50—60 м/сек
. Диаметр трубопровода охлаждающей воды и присоединительных штуцеров рассчитывается по скорости воды, принимаемой равной 1,0—2 м/сек.
Сопротивление движению воды в охладителе складывается из суммы местных сопротивлений входа и выхода (присоединительных штуцеров), поворотов (число ходов) итрения на прямых участках труб. Местные сопротивления, ∆рм
, Па, определяются по формуле: где Сопротивление трения,∆ртр
, Па, определяется по формуле: где l
— длина прямых участков трубы, м;
d
— диаметр трубопровода или эквивалентный диаметр, м;
Коэффициент сопротивления трения технически гладких труб, λ: где Re — число Рейнольдса потока воды в трубе. Общее сопротивление аппарата, ∆р, Па, определяется как сумма его составляющих: 5.4
Водоструйные эжекторы для деаэраторов
Водоструйный эжектор получил широкое распространение благодаря ряду преимуществ: а) дешевый; б) простой; в) нетребовательный в эксплуатации аппарат. G1
t1
1 – сопло; 2 – камера смешения; 3 – диффузор; 4 – горловина смешения; 5- смесительный конус. Рисунок 5 – Принципиальная схема водоструйного эжектора Водоструйный эжектор на рисунке 5 состоит из камеры смешения 2, имеющей форму цилиндра (или конфузора), диффузора 3, сопла 1 и предкамеры 5, соединяющей камеру смешения с входными патрубками и соплом. Водоструйный эжектор работает так: рабочая вода, проходя по соплу с температурой t1
в количестве G1
, приобретает при выходе из него значительную скорость; давление ее при этом снижается до величины, меньшей, чем в патрубке подмешиваемой смеси. Парогазовая смесь с температурой t2
в количестве G2
подсасывается выходящей из сопла струей рабочей воды и смешивается с ней. Скорость смешанного потока воды выравнивается по сечению в камере смешения до температуры t3
в количестве G3.
В диффузоре вследствие роста сечений скорость смешанного потока падает, а давление растет до более высокого, чем р2
. Отношение (5.25) носит название коэффициента смешения. Он представляет собой отношение веса подмешиваемой смеси к весу рабочей воды. Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла, создается зона пониженного давления, благодаря чему парогазовая смесь перемещается из деаэратора в камеру всасывания. В горловине струя смешанной воды, двигаясь с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще с высокой скоростью. Обладает значительным запасом кинетической энергии. В диффузоре при постепенном увеличении площади поперечного сечения кинетическая энергия преобразуется в потенциальную: по его длине гидродинамическое давление падает, а гидростатическое – нарастает. За счет разницы гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания эжектора создается давление циркуляции воды в системе. Работа эжектора зависит от качества его исполнения: а) должна обеспечиваться точная центровка относительно оси эжектора; б) сварка эжектора должна проводиться в кондукторе; в) необходим специальный фасонный фланец, зажимающий сопло эжектора, что предотвращает переток рабочей воды помимо сопла; г) необходимо следить за формой выходной части сопла и входной части камеры смешения; д) сопло и камера должны быть отшлифованы. В процессе эксплуатации необходим постоянный контроль за чистотой проточной части и при необходимости производить его чистку. В комплект поставки эжектора входит: - Эжектор в сборе с ответными фланцами ..…1 шт. - Комплект технической и товаросопроводительной документации: а) Паспорт, включающий техническое описание и инструкцию по эксплуатации …1 экз. б) Габаритные чертежи эжектора ……………...1 экз. в) Паспорт или другая документация на поставляемые с эжектором комплектующие изделия ………………...по 1 экз. 5.4.1 Устройство и принцип работы эжекторов типа ЭВ Эжектор типа ЭВ на рисунке 6 состоит из корпуса 1, вставки 2 и камеры смешения 3. Рабочая вода поступает в верхнюю камеру эжектора, откуда поступает на вставку имеющую определенное количество отверстий (сопел) соответствующего диаметра. Проходя через сопла поток рабочей воды образует струи воды в количестве, соответствующем количеству сопел. Струя воды в камере смешения захватывает парогазовую смесь и, смешиваясь с ней, уносит ее в отводящий трубопровод. 5.4.2 Расчет эжекторов
|