Газоснабжение города и котельной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.  Выбор типа котлов и их количества

 

Отопительные котельные размещаются  в отдельно стоящих зданиях на территории предприятия и отделяются от ближайших жилых и общественных зданий озелененными санитарно-защитными зонами.

            Ввод газопровода осуществляется  непосредственно в помещение котельной. На вводе газопровода внутри здания устанавливается отключающее устройство в легкодоступном для его обслуживания месте.

Уточняем расход газа для промышленной котельной. Для этого определим число устанавливаемых котлов в котельной.

К установке принимаем котлы  ДЕ-16-14ГМ:

- изготовитель Бийский  котельный завод;

- поверхность нагрева F_к=202,13 м²;

- горелка ГМ-10;

- рабочее давление 0,002 МПа;

- тепловая мощность 10,41 МВт = 8,9151 Гкал/ч;

- КПД котла 0,93 %;

- температура уходящих газов  142 ^оС;

- объем уходящих газов 26221 м³/ч;

- коэффициент избытка воздуха  α=1,05.

Расход газа одним котлом , составляет

  ,

где - теплосъём с 1 м² поверхности нагрева котла, .

       η  – коэффициент полезного действия  котельной установки, зависящий  от организации процесса сжигания газа, т.е. от типа горелки.

  . 

Количество котлов в котельной:

 

Принимаем к установке 3 котла: 2 рабочих  и 1 резервный.

Схема подачи газа (обвязка) должна обеспечивать безопасную эксплуатацию агрегата. Обвязка  котла включает подводящий газопровод, регулирующую и запорную арматуру, продувочную свечу, необходимые измерительные приборы, а также запальные устройства и систему автоматики регулирования и безопасности горения. В качестве отключающих устройств рекомендуется принимать краны на газопроводах диаметром до 100 мм, а при диаметре более 100 мм – задвижки с клиновым затвором.

На ответвлении от газового коллектора к каждому агрегату устанавливается  главное отключающее устройство, а перед каждой горелкой – рабочее запорное устройство. Главное служит для регулирования производительности горелки и её отключение. За главным отключающим устройством располагается исполнительный механизм автоматики безопасности (клапан-отсекатель), который является защитно-регулирующим элементом в обвязке агрегата. Он обеспечивает прекращение подачи газа ко всем горелкам котла при недопустимом отклонении давления газа от заданного, погасании пламени, нарушении тяги.

К наиболее удалённому от ввода участку  газового коллектора присоединяется продувочный газопровод диаметром не менее 20 мм. Он используется для освобождения газопроводов от воздуха перед пуском агрегата и для вытеснения газа воздухом при консервации и длительной его остановке. Продувка осуществляется при закрытых рабочих отключающих устройствах.

Схемой  газопроводов должны быть предусмотрены присоединение запальной и установка КИП для измерения давления газа и воздуха перед горелками и разрежение в топке. В схему введено дополнительное отключающее (контрольное) устройство и трубопровод ‘безопасности’, подключаемый между рабочим и контрольным  устройством. Это повышает надёжность обслуживания агрегата. Когда агрегат не работает, все отключающие устройства закрыты. Газ, проникающий через возможные неплотности арматуры, не попадает в топку, а удаляется в атмосферу через трубопровод безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Подбор и  расчёт газовых горелок.

 

Горелки ГМ предназначены  для раздельного сжигания газа и  мазута. Они устанавливаются в топках водотрубных котлов типа ДЕ. Горелка состоит из газовой части и мазутной форсунки и представляет собой комбинированную конструкцию горелки с принудительной подачей воздуха и паромеханической форсунки. Совместное сжигание газа и мазута допустимо только кратковременно: при переходе с одного вида топлива на другой. Горелки изготавливают правого и левого вращения воздуха.

Газовая часть горелки  состоит из кольцевого коллектора прямоугольного сечения с одним рядом газовыпускных отверстий, через которые газ подают в закрученный поток воздуха после воздухонаправляющего устройства, включающего в себя лопаточный завихритель фурму. Форсуночный узел горелки состоит из основной форсунки, расположенной по оси горелки, и резервной, находящийся ниже под углом 6º к горизонтали. При необходимости ремонта основную форсунку отключают и демонтируют. Для обеспечения непрерывной работы котла предварительно устанавливают резервную форсунку, которую подключают к мазутной и паровой линии и разжигают её с помощью факела от основной форсунки. Допускается кратковременная эксплуатация резервной форсунки в период работы основной. В горелках ГМ применены паромеханические форсунки.

Воздух в горелку  подаётся по воздуховоду, который охватывает часть топки котла, тем самым  обеспечивается утилизация теплоты  за счёт снижения потерь её в окружающую среду.

В настоящее время  не существует теоретически обоснованной методики расчёта горелок, работающих на принудительно подающемся воздухе. Объясняется это не только трудностью комплексных расчётов процессов смешения горения и теплоотдачи, взаимно влияющих друг на друга, но и многообразие конструкций горелок, создающих сложность определения аэродинамических сопротивлений. По этой причине такие горелки, как правило, не рассчитывают, а подбирают по справочным данным заводов-изготовителей.

Вместе с тем в  практике встречается немало случаев, когда апробированные горелки не подходят по тепловой мощности, виду газа или его давлению. В этих случаях производятся упрощённые расчёты, связанные с установлением основных размеров горелок в зависимости от местных условий.

Расход воздуха для  сгорания газа, м³/ч,

V_B=V_Г×a₁×V_T,

где  V_Г – расчётный расход газа одной горелкой, м³/ч,

V_Г=1107 м³/ч;

V_T – теоретический расход воздуха для сгорания 1 м³ газа, м³/м³, V_T=9,95 м³/м³;

a₁ – коэффициент избытка воздуха, принимаемый в зависимости от совершенства смесительных устройств, a₁=1,05.

V_B=1107×1,05×9,95=11565,4 м³/ч.

Расчётная скорость вылета газовоздушной смеси из огневого канала (насадка) (для обеспечения  широкого регулирования тепловой мощности горелки) принимается в пределах от 15 до 25 м/с. Соответственно скорость воздуха, отнесённая к тому же сечению, будет на 10% меньше.

По указанным данным определяют площадь сечения огневого канала горелки и его диаметр

 

где f_D – площадь сечения огневого канала горелки, м²;

V_CM – объём газовоздушной смеси, м³/ч;

w_CM – скорость вылета газовоздушной смеси, м/с;

D – диаметр огневого канала, м.

 

Минимальная скорость вылета газовой струи или струй (при  многоструйном вылете газа), м/с

где w_В – скорость воздуха, отнесённая к цилиндрическому сечению огневого канала, м/с.

           

        

что соответствует принятым пределам.

         Давление воздуха и газа для создания принятой выходной скорости и преодоления гидравлических сопротивлений

       

       

где  ε – коэффициент  сопротивления канала воздушного потока, учитывающий сопротивления осевого лопаточного завихрителя: ε=2,0÷3,0;  ε₁ – то же, газового тракта, с учетом коэффициента расхода при вытекании газа через отверстия:  ε₁=1,8÷2,0. Остальные характеристики горелок принимаются по конструктивным соображениям. При этом следует ориентироваться на соотношения приведенных в таблицах размеров апробированных горелок.

 

 

 

 

 

Основные характеристики горелки
		Табл. 12.1
№ п.п.	Показатели	ГМ-10
1.	Номинальная тепловая мощность, кВт	12560 (12675)
2.	Номинальный расход природного газа, м3/ч	1270
3.	Номинальное давление:
	газа, кПа	20
	мазута, МПа	0,2
	воздуха, Па	1020 (1120)
4.	Коэффициент избытка  воздуха	1,05 (1,08)
5.	Коэффициент рабочего регулирования	5,5 (6,0)
6.	Длина факела на мазуте, м	5,4
7.	Число газовыпускных  отверстий n	16
8.	Размеры, мм:
	L	1023
	l	272
	l1	622
	l2	366
	l3	885
	DГ	102
	D	850
	D1	450
	D2	715
	d1	12,8
	d2	4,4
	d3	10,7
	d4	50,0
9.	Масса, кг	145
10.	Рекомендуемые котлы	ДЕ-16-14ГМ

 

Примечание: Характеристики горелки ГМ-10 приведены по результатам  государственных испытаний; в скобках указаны данные для мазута.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Гидравлический расчёт газопроводов котельной.

 

После того как решён  вопрос прокладки газопроводов к  котельной и выбрано место  для размещения газорегуляторной установки, составляется расчётная схема газопроводов и производится гидравлический расчёт.

К котлам поступает газ  среднего давления, диаметры газопроводов определяются с использованием методики расчёта систем газоснабжения высокого давления. Величина рабочего давления газа перед горелкой известна. Это давления является конечным (Р_К) для наиболее отдалённого участка в расчётной схеме (по направлению потока газа от ГРУ к котлу), позволяет определить величину в начале участка

Р_Н=Р_К+R_T×l_Э.

Диаметры газопроводов в котельной должны выбирать таким  образом, чтобы потери давления в них составляли не более 50-60% от расчётного номинального давления газа перед горелкой. Диаметры трубопроводов безопасности назначаются конструктивно.

Производим гидравлический расчёт газопроводов в котельной  для газоснабжения трёх котлов (один резервный) с расходом газа каждый из них V_К=1107 м³/ч, r₀=0,77 кг/м³. Производим расчёт и данные записываем в таблицу 13.1.

Длину расчётного участка 1-2 определяем с учётом внешних размеров котла и условий монтажа газопроводов, длины всех последующих участков принимаем также из плана и видов котельной.

Методика расчёта газопроводов уже рассматривалась в приведенных  выше примерах, поэтому в настоящем  расчёте целесообразно уточнить значение коэффициентов местных сопротивлений в системе и оценить результаты расчёта.

Потери давления в  местных сопротивлениях в данном случае определяем по суммарной величине соответствующих им коэффициентов.

Участок 1’–1:

четыре отвода гнутые  z=0,3×4=1,2

горелка     z=5

кран шаровой   z=2

заслонка    z=2

ПКН – 7,5 кПа (по паспортным данным)

Sz=10,2

Участок 2–1’:

три отвода гнутые   z=0,3×3=0,9

задвижка    z=0,3

переход    z=0,35

Sz=1,55

Участок 3–2: поворот    z=1,2

переход    z=0,35

Sz=1,55

Участок 4–3:

тройник на проход  z=1