Установленная тепловая мощность котельной определение. Расчет тепловой схемы котельной, выбор типоразмера и количества котлов. Корректируем расчеты – дополнительные моменты

Котельные могут отличаться по поставленным перед ними задачам. Есть теплоисточники, которые направлены только на обеспечение теплом объектов, есть водогрейные, а есть смешанные, вырабатывающие одновременно тепло и горячую воду. Поскольку объекты, обслуживаемые котельной, могут быть разных размеров и потребления, то при строительстве следует особо тщательно подойти к расчету мощности.

Мощность котельной – сумма нагрузок

Чтобы верно определить какой мощности котел следует покупать, нужно учесть ряд параметров. Среди них характеристика подключаемого объекта, его нужды и потребность в резерве. Детально мощность котельной складывается из следующих величин:

• Обогрев помещений. Традиционно берется исходя из площади. Однако следует учитывать также тепловые потери и закладывать в расчет мощность на их компенсацию;
• Технологический запас. В этот пункт входит обогрев самой котельной. Для стабильной работы оборудования необходим определенный тепловой режим. Он указывается в паспорте к оборудованию;
• Горячее водоснабжение;
• Запас. Есть ли в планах увеличение отапливаемой площади;
• Прочие потребности. Планируется ли подключение к котельной хозяйственных построек, бассейнов и прочих помещений.

Зачастую при строительстве рекомендуют закладывать мощность котельной исходя из пропорции 10 кВт мощности на 100 метров квадратных. Однако на деле рассчитать пропорцию куда сложнее. Нужно учесть такие факторы, как «простои» оборудования в сезон непиковых нагрузок, возможные колебания потребления горячей воды, а также проверить насколько целесообразно компенсировать теплопотери здания мощностью котельной. Зачастую экономически выгоднее устранить их другими средствами. Исходя из вышесказанного, становится очевидно, что расчет мощности рациональнее доверять специалистам. Это поможет сохранить не только время, но и деньги.

Данная котельная предназначена для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения. По виду энергоносителя и схеме его подачи потребителю КУ относится к отпускающим пар с возвратом конденсата и горячую воду по закрытой схеме теплоснабжения.

Тепловая мощность КУ определяется суммой часовых расходов теплоты на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, максимально-часовых расходов теплоты на технологические цели и максимально-часовых расходов теплоты на горячее водоснабжение (при закрытых системах тепловых сетей).

Рабочая мощность КУ - суммарная мощность работающих котлоагрегатов при фактической нагрузке в данный период времени. Рабочая мощность определяется исходя из суммы тепловой нагрузки потребителей и тепловой энергии, используемой на собственные нужды котельной. В расчётах также учитываем потери теплоты в пароводяном цикле котельной установки и тепловых сетях.

Определение максимальной производительности котельной установки и количества установленных котлов

Q ку У = Q ov +Q гвс +Q tex +Q ch +ДQ ,Вт (1)

где Q ov , Q гвс, Qтех- расходы теплоты соответственно на отопление и вентиляцию, горячее водоснабжение и на технологические нужды, Вт (по заданию); Qch - расход теплоты на собственные нужды котельной установки, Вт; ДQ - потери в цикле котельной установки и в тепловых сетях (принимаем в размере 3% от суммарной тепловой мощности КУ).

Q гв = 1,5 МВт;

Q гвс = 4,17*(55-15)/(55-5)= 3,34 МВт

Расход теплоты на технологические нужды определяем по формуле:

Qtex =Дtex · (h ПАР -h ХВ), МВт (2)

где Д тех = 10 т/ч = 2,77 кг/с - расход пара на технологию (по заданию); h nap = 2,789 МДж/кг -энтальпия насыщенного пара при давлении 1,4 МПа; h XB = 20,93 кДж/кг = 0,021 МДж/кг - энтальпия холодной (исходной) воды.

Qtex = 2,77 · (2,789 - 0,021) = 7,68 МВт

Тепловая мощность, потребляемая КУ на собственные нужды, зависит от её типа и вида топлива, а также от типа системы теплоснабжения. Она расходуется на подогрев воды перед установкой для её химической очистки, деаэрацию воды, подогрев мазута, обдувку и очистку поверхностей нагрева и др. Принимаем в пределах 10-15 % от внешнего суммарного расхода теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды.

Q cн = 0,15*(4,17+3,34+7,68)= 2,27 МВт

ДQ = 0,03*15,19 = 0,45 МВт

Q ку У = 4,17+3,34+7,68+2,27 +0,45 =18 Вт

Тогда тепловая мощность КУ для трёх режимов работы котельной составит:

1) максимально-зимний:

Q ку м.з = 1,13(Q ОV + Q гвс + Q тex) ;МВт (3)

Q ку м.з = 1,13(4,17+3,34 +7,68) = 17,165 МВт

2) наиболее холодный месяц:

Q ку н.х.м = Q ку м.з *(18-t нв)/(18-t но) ,МВт (4)

Q ку н.х.м =17,165*(18+17)/(18+31)=11,78 МВт

где t но = -31°C - расчетная температура для проектирования отопления - наиболее холодной пятидневки (Коб = 0,92) ; t нв = - 17°С - расчётная температура для проектирования вентиляции - в холодный период года (параметры А) .

Выбор количества КА .

Предварительно количество КА для максимально зимнего периода можно определить по формуле:

Находим по формуле:

Q ка =2,7 (2,789-0,4187)+0,01 5 2,7 (0,826-0,4187)=6,6 МВт

ближайший КА ДКВр-6,5-13

При принятии окончательного решения о количестве КА необходимо выполнить условия:

• 1)количество КА должно быть не менее 2
• 2)в случае выхода из строя одного из котлов, оставшиеся в работе должны обеспечить тепловую мощность наиболее холодного месяца
• 3)необходимо предусмотреть возможность осуществления ремонта КА в летний период (как минимум один котел)

Количество КА для наиболее холодного периода: Q ку н.х.м / Q ка =11,78/6,6=1,78=2 КА

Количество КА для летнего периода:1,13(Q гвс + Qtex)/ Q ка =1,13(3,34+7,68)=1,88=2 КА.

3.3. Выбор типа и мощности котлов

Число работающих котельных агрегатов по режимам отопительного периода зависит от требуемой тепловой мощности котельной. Максимальная экономичность работы котельного агрегата достигается при номинальной нагрузке. Поэтому мощность и количество котлов нужно выбирать так, чтобы в различных режимах отопительного периода они имели нагрузки, близкие к номинальным .

Число котельных агрегатов, находящихся в работе, определяется по относительной величине допустимого снижения тепловой мощности котельной в режиме наиболее холодного месяца отопительного периода при выходе из строя одного из котельных агрегатов

, (3.5)

где – минимально допустимая мощность котельной в режиме наиболее холодного месяца; – максимальная (расчетная) тепловая мощность котельной, z – число котлов. Число устанавливаемых котлов определяется из условия , откуда

Резервные котлы устанавливают только при особых требованиях к надежности теплоснабжения. В паровых и водогрейных котельных, как правило, устанавливают 3–4 котла, что соответствует и . Следует устанавливать однотипные котлы одинаковой мощности.

3.4. Характеристики котельных агрегатов

Паровые котельные агрегаты по производительности разделяются на три группы – малой мощности (4…25 т/ч), средней мощности (35…75 т/ч), большой мощности (100…160 т/ч).

По давлению пара котельные агрегаты можно разделить на две группы – низкого давления (1,4…2,4 МПа), среднего давления 4,0 МПа.

К паровым котлам низкого давления и малой мощности относятся котлы ДКВР, КЕ, ДЕ. Паровые котлы вырабатывают насыщенный или слабо перегретый пар. Новые паровые котлы КЕ и ДЕ низкого давления имеют производительность 2,5…25 т/ч. Котлы серии КЕ предназначены для сжигания твердого топлива. Основные характеристики котлов серии КЕ приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Основные расчетные характеристики котлов КЕ-14С

Котлы серии КЕ могут устойчиво работать в диапазоне от 25 до 100 % номинальной мощности. Котлы серии ДЕ предназначены для сжигания жидкого и газообразного топлива. Основные характеристики котлов серии ДЕ приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Основные характеристики котлов серии ДЕ-14ГМ

Котлы серии ДЕ вырабатывают насыщенный (t =194 0 С) или слабо перегретый пар (t =225 0 С).

Водогрейные котельные агрегаты обеспечивают температурный график работы систем теплоснабжения 150/70 0 С. Выпускаются водогрейные котлы марок ПТВМ, КВ-ГМ, КВ-ТС, КВ-ТК. Обозначение ГМ означает газомазутный, ТС – твердое топливо со слоевым сжиганием, ТК – твердое топливо с камерным сжиганием. Водогрейные котлы подразделяются на три группы: малой мощности до 11,6 МВт (10 Гкал/ч), средней мощности 23,2 и 34,8 МВт (20 и 30 Гкал/ч), большой мощности 58, 116 и 209 МВт (50, 100 и 180 Гкал/ч). Основные характеристики котлов КВ-ГМ приведены в таблице 3.3 (первое число в графе температура газов – температура при сжигании газа, второе – при сжигании мазута).

Таблица 3.3

Основные характеристики котлов КВ-ГМ

Характеристика	КВ-ГМ-4	КВ-ГМ-6,5	КВ-ГМ-10	КВ-ГМ-20	КВ-ГМ-30	КВ-ГМ-50	КВ-ГМ-100
Мощность, МВт	4,6	7,5	11,6	23,2
Температура воды, 0 С	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70
Температура газов, 0 С	150/245	153/245	185/230	190/242	160/250	140/180	140/180

С целью уменьшения количества устанавливаемых котлов в пароводогрейной котельной созданы унифицированные пароводогрейные котлы, которые могут вырабатывать либо один вид теплоносителя – пар или горячую воду, либо два вида – и пар, и горячую воду. На основе котла ПТВМ-30 разработан котел КВП-30/8 производительностью 30 Гкал/ч по воде и 8 т/ч по пару. При работе в пароводогрейном режиме в котле формируются два самостоятельных контура – паровой и водогрейный. При различных включениях поверхностей нагрева может меняться тепло- и паропроизводительность при неизменной суммарной мощности котла. Недостатком пароводяных котлов является невозможность регулирования одновременно нагрузки и по пару, и по горячей воде. Как правило, регулируется работа котла по отпуску теплоты с водой. При этом паропроизводительность котла определяется его характеристикой. Возможно появление режимов с избытком или недостатком паропроизводительности. Для использования избытков пара на линии сетевой воды обязательна установка пароводяного теплообменника.

Цель расчета тепловой схемы котельной - определить потребную тепловую мощность (теплопроизводительность) котельной и подобрать тип, число и производительность котлов. Тепловой расчет позволяет также определить параметры и расходы пара и воды, подобрать типоразмеры и количество устанавливаемого в котельной оборудования и насосов, подобрать арматуру, средства автоматики и безопасности. Тепловой расчет котельной должен выполняться в соответствии со СНиП Н-35-76 «Котельные установки. Нормы проектирования» (с изменениями от 1998 и 2007 гг.). Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех характерных режимов: максимально-зимнего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку; наиболее холодного месяца - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц; летнего - при расчетной температуре наружного воздуха теплого периода. Указанные средние и расчетные температуры наружного воздуха принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами по строительной климатологии и геофизике и по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Ниже приводятся краткие указания по расчету для максимально-зимнего режима.

В тепловой схеме производственно-отопительной паровой котельной давление пара в котлах поддерживается равным давлению р, необходимому производственному потребителю (см. рис. 23.4). Этот пар - сухой насыщенный. Его энтальпию, температуру и энтальпию конденсата можно найти по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара . Пар давлением р ОТ, используемый для нагрева сетевой воды, воды системы горячего водоснабжения и воздуха в калориферах, получается дросселированием пара давлением р в редукционном клапане РК2. Поэтому его энтальпия не отличается от энтальпии пара до редукционного клапана. Энтальпию и температуру конденсата пара давлением р от следует определить по таблицам по этому давлению. Наконец, пар давлением 0,12 МПа, поступающий в деаэратор, частью образуется в расширителе непрерывной продувки, а частью получается дросселированием в редукционном клапане РК1. Поэтому в первом приближении следует принять его энтальпию равной среднеарифметическому значению энтальпий сухого насыщенного пара при давлениях р и 0,12 МПа. Энтальпия и температура конденсата пара давлением 0,12 МПа должны быть определены по таблицам по этому давлению.

Тепловая мощность котельной равна сумме тепловых мощностей технологических потребителей, отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, а также расхода теплоты на собственные нужды котельной.

Тепловая мощность технологических потребителей определяется по паспортным данным изготовителя или рассчитывается по фактическим данным о технологическом процессе. В ориентировочных расчетах можно использовать усредненные данные о нормах расхода теплоты.

В гл. 19 изложен порядок расчета тепловой мощности для различных потребителей. Максимальная (расчетная) тепловая мощность отопления производственных, жилых и административных помещений определяется в соответствии с объемами зданий, расчетными значениями температуры наружного воздуха и воздуха в каждом из зданий. Так же рассчитывается максимальная тепловая мощность вентиляции производственных зданий. Принудительная вентиляция в жилой застройке не предусматривается. После определения тепловой мощности каждого из потребителей рассчитывается расход пара на них.

Расчет расходов пара на внешние тепловые потребители выполняется по зависимостям (23.4)-(23.7), в которых обозначения тепловых мощностей потребителей соответствуют обозначениям, принятым в гл. 19. Тепловые мощности потребителей должны быть выражены в кВт.

Расход пара на технологические нужды, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата при давлении р , кДж/кг; Г| с - коэффициент сохранения теплоты в сетях.

Потери теплоты в сетях определяются в зависимости от способа прокладки, типа изоляции и длины трубопроводов (подробнее см. гл. 25). В предварительных расчетах можно принять Г| с = 0,85- 0,95.

Расход пара на отопление, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата, / п определяется по /? от; / к = = с в t 0K , кДж/кг; / ок - температура конденсата после ОК, °С.

Потери теплоты от теплообменников в окружающую среду можно принять равными 2% от передаваемой теплоты, Г| то = 0,98.

Расход пара на вентиляцию, кг/с:

р ОТ, кДж/кг.

Расход пара на горячее водоснабжение, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата соответственно, определяются по р от, кДж/кг.

Для определения номинальной паропроизводительности котельной необходимо рассчитать расход пара, отпускаемого внешним потребителям:

При подробных расчетах тепловой схемы определяются расход добавочной воды и доля продувки, расход пара на деаэратор, расход пара на разогрев мазута, на отопление котельной и другие нужды. При ориентировочных расчетах можно ограничиться оценкой расхода пара на собственные нужды котельной ~ 6% от расхода на внешних потребителей.

Тогда максимальная производительность котельной с учетом приближенного расхода пара на собственные нужды определяется как

где к сн = 1,06 - коэффициент затрат пара на собственные нужды котельной.

По величине, давлению р и топливу выбирается тип и количество котлов в котельной с номинальной паропроизводительностью 1Г ом из стандартного ряда. К установке в котельной рекомендуются, например, котлы типа КЕ и ДЕ Бийского котельного завода. Котлы КЕ предназначены для работы на различных видах твердого топлива, котлы ДЕ - для газа и мазута.

В котельной должно устанавливаться более одного котла. Суммарная производительность котлов должна быть больше или равна D™*. Рекомендуется устанавливать в котельной котлы одного типоразмера. Резервный котел предусматривается при расчетном числе котлов один или два. При расчетном числе котлов три и более резервный котел обычно не устанавливается.

При расчете тепловой схемы водогрейной котельной тепловая мощность внешних потребителей определяется, также как при расчете тепловой схемы паровой котельной. Затем определяется суммарная тепловая мощность котельной:

где Q K0T - тепловая мощность водогрейной котельной, МВт; к сн = = 1,06 - коэффициент расхода теплоты на собственные нужды котельной; Q BHi - тепловая мощность /-го потребителя теплоты, МВт.

По величине Q K0T подбирается типоразмер и число водогрейных котлов. Так же как в паровой котельной, число котлов должно быть не менее двух. Характеристики водогрейных котлов приведены в .