Большая энциклопедия нефти и газа. Расчет тепловой схемы котельной, выбор типоразмера и количества котлов

Блочно-модульные котельные - это мобильные котельные установки, предназначенные для обеспечения теплом и горячей водой объектов как жилых, так и производственных назначений. Все оборудование размещено в одном или нескольких блоках, которые потом стыкуются между собой, устойчиво к пожарам и перепадам температуры. Перед тем как остановиться на данном типе энергоснабжения, необходимо правильно провести расчёт мощности котельной.

Блочно-модульные котельные разделяются по виду используемого топлива и могут быть твердотопливными, газовыми, жидко-топливными и комбинированными.

Для комфортного проживания дома, в офисе или на производстве в холодное время года нужно озаботиться хорошей и надёжной системой отопления для здания или помещения. Для правильного расчёта тепловой мощности котельной нужно обратить внимание на несколько факторов и параметров здания.

Здания проектируются таким образом, чтобы минимизировать теплопотери. Но с учётом своевременного износа или технологических нарушений в процессе строительства здание может иметь уязвимые места, через которые тепло будет уходить. Для учёта этого параметра в общем расчёте мощности блочно-модульной котельной нужно либо избавиться от теплопотерь, либо включить их в расчёт.

Для устранения теплопотерь нужно провести специальное исследование, например, с помощью тепловизора. Он покажет все места, через которые утекает тепло, и нуждающиеся в утеплении или заделке. Если же решено было не устранять теплопотери, то при расчёте мощности блочно-модульной котельной нужно накинуть на получившуюся мощность процентов 10 для покрытия теплопотерь. Также при расчете необходимо учитывать степень утепленности здания и количество и размер окон и больших ворот. Если имеются большие ворота для заезда фур, например, добавляется около 30 % мощности для покрытия теплопотерь.

Расчёт по площади

Самым простым способом узнать необходимое потребление тепла считается расчёт мощности котельной по площади здания. С годами специалисты уже рассчитали стандартные константы для некоторых параметров теплообмена внутри помещения. Так, в среднем для отопления 10 квадратов площади нужно потратить 1 кВт тепловой энергии. Эти цифры будут актуальны для зданий построенных с соблюдением технологий по теплопотерям и высотой потолка не более 2,7 м. Теперь исходя из общей площади здания можно получить необходимую мощность котельной.

Расчёт по объёму

Более точным, нежели предыдущий метод вычисления мощности, считается расчёт мощности котельной по объёму здания. Здесь можно учесть сразу и высоту потолков. Согласно СНиПам, на отопление 1 кубометра в кирпичном здании приходится затратить в среднем 34 Вт. В нашей фирме мы пользуемся различными формулами для расчета необходимой тепловой мощности, учитывающие степень утепленности здания и его месторасположение, а также необходимую температуру внутри здания.

Что ещё необходимо учесть при расчёте?

Для полного расчёта мощности блочно модельной котельной необходимо будет учесть ещё несколько важных факторов. Один из них - это горячее водоснабжение. Для его расчёта необходимо учесть сколько воды будет ежедневно потребляться всеми членами семьи или производством. Таким образом зная количество потребляемой воды, необходимой температуры и учитывая время года, можно рассчитать правильную мощность котельной. В основном принято добавлять к полученной цифре около 20% на нагрев воды.

Очень важным параметром является размещение отапливаемого объекта. Для применения географических данных при расчёте, нужно обратиться к СНиПам, в которых можно обнаружить карту средних температур для летнего и зимнего периодов. В зависимости от размещения нужно применить соответствующий коэффициент. Например, для средней полосы России актуальна цифра 1. А вот северная часть страны имеет уже коэффициент 1,5-2. Так, получив некую цифру при проведении прошлых исследований нужно произвести умножение полученной мощности на коэффициент, в результате станет известна конечная мощность для текущего региона.

Теперь, перед тем, как рассчитать мощность котельной для конкретного дома нужно собрать как можно больше данных. Имеется дом в Сыктывкарской обл., построенный из кирпича, по технологии и соблюдены все меры по избежанию теплопотерь, площадью 100 кв. м. и высотой потолков 3 м. Таким образом полный объем здания составит 300 метров в кубе. Так как дом кирпичный, нужно умножить эту цифру на 34 Вт. Получается 10,2 кВт.

С учётом северного региона, частых ветров и короткого лета, полученную мощность нужно умножить на 2. Теперь получается уже 20,4 кВт нужно затратить для комфортного проживания или работы. При этом необходимо учесть, что какая-то часть мощности пойдёт на нагревание воды, а это как минимум 20%. Но для запаса лучше взять 25% и умножить на текущую необходимую мощность. В результате чего получится цифра 25,5. Но для надёжной и стабильной работы котельной установки нужно ещё взять запас в 10 процентов для того, чтобы ей не приходилось работать на износ в постоянном режиме. Итого получается 28 кВт.

Вот таким не хитрым образом получилась необходимая для отопления и нагрева воды мощность и теперь можно смело выбирать блочно-модульные котельные, мощность которых соответствует полученной цифре в расчётах.

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.

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 .

Проект и монтаж котельной 320 кВт для коттеджа Проект котельной загородного дома Модернизация котельной: проект автоматизации и диспетчеризации

Свод правил по проектированию и строительству СП 41-104-2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения» указывает 1:

Расчетная производительность котельной определяется суммой расходов тепла на отопление и вентиляцию при максимальном режиме (максимальные тепловые нагрузки) и тепловых нагрузок на горячее водоснабжение при среднем режиме.

То есть тепловая мощность котельной складывается из максимальных расходов тепла на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и среднего расхода тепла на общие нужды.

На основании этого указания из свода правил проектирования автономных источников теплоснабжения был разработан онлайн-калькулятор, который позволяет рассчитать тепловую мощность котельной.

Расчет тепловой мощности котельной

Для расчета мощности котельной требуется указать общую площадь дома в квадратных метрах, количество проживающих в доме человек и средний расход тепла на прочие нужды.

Расчетные показатели	Мощность
Максимальный расход тепла на отопление	Вт
Максимальный расход тепла на вентиляцию	Вт
Средний расход тепла на прочие нужды (СПА, бассейн и т. п.)	Вт
Максимальный расход тепла на горячее водоснабжение	Вт
Мощность котельной без запаса 6	кВт
Мощность котельной с 15 % запасом 7	кВт

Примечания

1 Свод правил (СП) - документ по стандартизации, утвержденный федеральным органом исполнительной власти России или Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом» и содержащий правила и общие принципы в отношении процессов в целях обеспечения соблюдения требований технических регламентов.

2 Указывается суммарная площадь всех отапливаемых помещений в квадратных метрах, при этом высота помещений принимается в среднем значении, лежащем в пределах 2,7-3,5 метра.

3 Указывается общее количество постоянно проживающих в доме человек. Используется для расчета расхода тепла на горячее водоснабжение.

4 В данной строке указывается суммарная мощность дополнительных потребителей энергии в ваттах (Вт). К ним могут относиться СПА, бассейн, вентиляция бассейна т. п. Эти данные следует уточнить у соответствующих специалистов. При отсутствии дополнительных потребителей тепла строка не заполняется.

5 Если в данной строке нет отметки, то максимальный расход тепла на центральную вентиляцию рассчитывается, исходя из принятых норм расчета. Эти расчетные данные представляются в качестве справки и требуют уточнения при проектировании. Можно рекомендовать учитывать максимальный расход тепла на общую вентиляцию и в случае её отсутствия, к примеру, для компенсации теплопотерь системой отопления при проветривании или при недостаточной герметичности конструкции здания, однако решение о необходимости учета тепловых нагрузок на нагрев воздуха в системе вентиляции остается за пользователем.

7 Рекомендованная мощность с запасом для котлов (теплогенераторов), которая обеспечивает оптимальную работу котлов без полной нагрузки, что продлевает срок их эксплуатации. Решение о необходимости применения запаса мощности остается за пользователем или проектировщиком.

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.