Показатель
|
Жилой район
|
Промышленное предприятие
|
Всего Ж.Р.+П.П.
|
|
41,325
|
15
|
56,325
|
|
4,959
|
3,8
|
8,759
|
|
7,773
|
5
|
12,773
|
|
0,000
|
7,5
|
7,5
|
Всего
|
54,057
|
31,3
|
85,357
|
1.4
Годовой запас условного топлива
Считается по следующей формуле:
где - низшая рабочая теплота сгорания условного
топлива, .
з - КПД источника теплоснабжения, з=0,9.
Тогда:
2.
Выбор вида теплоносителей и их параметров
Так как выбор вида и параметров теплоносителей должен
производиться на основании технико-экономических расчетов, которые в данном
курсовом проекте не производятся, то зададимся ими, самостоятельно исходя и
придерживаясь требований и рекомендаций соответствующей справочной литературы.
.1
Выбор видов теплоносителей
В соответствии со СНиП 14.02 - 2007 в системах центрального
теплоснабжения для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых,
общественных и производственных зданий в качестве теплоносителя следует, как
правило, применять воду.
Применение для промышленных предприятий в качестве единого
теплоносителя пара для технологических процессов, отопления вентиляции и
горячего водоснабжения допускается при технико-экономическом обосновании.
Расчеты показывают, что сравнительная экономичность парового
и водяного теплоносителя зависят от дальности подачи теплоты. В большинстве
случаев при одноступенчатой схеме подогрева воды на ТЭЦ водяная система
оказывается экономичнее паровой, если дальность подачи теплоты превышает
2,0-2,5 км.
При центральном теплоснабжении от котельных сравнительная
эффективность паровых систем увеличивается, так как в этом случае падение
давления пара в трубопроводах не вызывает уменьшения выработки энергии по
теплофикационному циклу; при водяных же системах затраты энергии на перекачку
теплоносителя существуют независимо от выбора схемы теплоснабжения.
Исходя из перечисленных выше соображений, примем следующие
виды теплоносителей:
· для технологических процессов - пар;
· для систем отопления и вентиляции
промпредприятия - горячая вода;
· для жилищно-коммунальных услуг - горячая
вода.
2.2
Выбор параметров теплоносителей
Серьезное значение имеет правильный выбор параметров
теплоносителя. Выбор расчетных температур теплоносителя в водяных системах
теплоснабжения является сложным вопросом, в значительной мере определяющим
экономичность использования всех основных элементов системы (источников,
тепловых сетей и приемников теплоты).
Действительно, повышение расчетной температуры подаваемой
воды (ф01) увеличивает расчетную разность температур в прямой и
обратной магистрали и сокращает требуемый расход теплоносителя. Так для
температурного графика при подведении определенного количества теплоты
потребуется транспортировать воды в 3,3 раза меньше, а при в 5,2 раза меньше, чем
для графика Это позволяет уменьшить диаметр трубопровода и
сократить расходы электроэнергии на перекачку воды, что подчеркивает
экономическую целесообразность применения теплоносителя с повышенными
параметрами в системах центрального теплоснабжения.
Выбор оптимального значения расчетных температур для сетевой
воды в централизованных системах теплоснабжения с источником ТЭЦ является
комплексной технико-экономической задачей, при решении которой должны
учитываться следующие основные факторы:
· Изменения в расходе топлива, связанные с
изменением выработки на ТЭЦ электроэнергии по теплофикационному циклу.
· Изменения максимального расхода теплоты от
котельной ТЭЦ.
· Изменения затрат по тепловым сетям и
расхода электроэнергии на перекачку воды.
· Изменения затрат по теплоиспользующим
аппаратам.
При теплоснабжении от котельных рационально выбирать высокие
параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспорта теплоты по
сети и использования ее в абонентских установках [соколов е я]. В качестве
расчетного температурного графика примем 130/70.
Параметры пара на источнике принимаем с учетом потерь
давления и температуры при транспортировке:
· Давление пара
· Температура перегретого пара .
3.
Выбор системы теплоснабжения
Основное значение любой системы теплоснабжения состоит в
обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества.
При выборе системы теплоснабжения учитываются технические и
экономические показатели по всем элементам: источники теплоты, сети,
абонентским установкам.
В данном курсовом проекте необходимо выбрать систему
теплоснабжения для промышленного предприятия и жилого района. Наиболее
рациональным является выбор централизованной системы теплоснабжения, т.к. с
уменьшением числа источников теплоснабжения, повышается экономичность выработки
теплоты и снижаются начальные затраты и расходы по эксплуатации источников
теплоснабжения.
В качестве источника централизованного теплоснабжения
принимаем производственно отопительную котельную, обеспечивающую теплотой
промышленное предприятие и жилой район. Выбор связан с тем, что применение
экономически более выгодно источника теплоты - теплоэлектроцентрали невозможно
ввиду небольших тепловых и электрических нагрузок. Котельная будет покрывать
нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилого района и промышленного
предприятия, кроме того, она будет отпускать пар на технологические нужды
предприятия.
В зависимости от числа трубопроводов, используемых для
теплоснабжения данной группы потребителей, водяные системы делятся на одно-,
двух-, трех- и многотрубные. В данном курсовом проекте выбираем двухтрубную
водяную систему, в которой тепловая сеть состоит из трубопроводов: подающего и
обратного. По подающему трубопроводу горячая вода подводится от станции к
абонентам, по обратному трубопроводу охлажденная вода возвращается к котельной.
Эти системы по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных вложений и
дешевле в эксплуатации.
Водяные системы теплоснабжения применяются: закрытые и
открытые. Выбираем закрытую систему теплоснабжения, в ней сетевая вода
используется только в качестве теплоносителя, но из сети не отбирается.
Преимущество закрытой системы - гидравлическая изолированность водопроводной
воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в
тепловой сети. Обеспечивается стабильное качество горячей воды, поступающей в
установки горячего водоснабжения, такое же как качество водопроводной воды.
В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и
режима тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой
сети. Присоединение нагрузки ГВС - независимое. Для отопления принимаем
зависимую схему присоединения отопительных установок с элеваторным смещением.
Основными преимуществами элеватора как смесительного устройства являются
простота и надежность работы. В условиях эксплуатации элеватора не требует
постоянного обслуживания. Достоинства закрытой схемы - это простота и
дешевизна, и при этом может быть получен несколько больший перепад температур
сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температур воды
уменьшает расход теплоносителя в сети, что может привести к снижению диаметров
сети и экономии на начальной стоимости тепловой сети и на эксплуатационных
расходах.
Все, два вида нагрузки присоединяем к тепловой сети. То есть
расход теплоносителя будет складываться из суммы его расходов на отдельные виды
нагрузки. Все необходимое для работы оборудование, по возможности, будем
располагать в групповых тепловых пунктах (ГТП). Что благоприятно
скажется на уровне шума и упростит обслуживание установок. Принципиальная схема
такого ГТП приведена на рис. 3.1.
Рисунок 3.1 Принципиальная схема ГТП: 1 - воздухораспределитель; 2
-
калорифер; 3 - регуляторы расхода (по давлению и температуре); 4 - воздухозаборник; 5 - воздушник; 6 - стояки водоразборных
кранов; 7 - нагревательные приборы; 8 - элеватор; 9 - моделирующее устройство
(импульс температуры наружного воздуха); 10 - регулируемый
циркуляционный насос; 11 - циркуляционный насос; 12 - бак-аккумулятор; 13 - ЦБ вентилятор; 14 - обратный клапан; 15 - подогреватель ГВС.
Для теплоснабжения промышленного предприятия принимаем
паровую централизованную схему, она должна включать в себя систему сбора и
возврата конденсата.
Паровую систему предусматриваем однотрубную с возвратом
конденсата. Пар по паровой сети транспортируется к тепловым потребителям.
Конденсат возвращается от потребителя в котельную по конденсатопроводу. На
случай аварийной ситуации предусматриваем резервную подачу пара в сеть через
редукционно - охладительную установку. Сбор конденсатора от теплоприемников и
возврата его к источнику теплоты имеют важное значение для надежности работы
котельной установки и для экономии теплоты и общей экономичности системы
теплоснабжения в целом. Систему сбора и возврата конденсата принимаем закрытую.
Технологические потребители к паровым системам теплоснабжения
присоединяются непосредственно; системы горячего водоснабжения и отопления
присоединяются либо через пароводяной подогреватель, либо через струйный
подогреватель.
4.
Выбор метода регулирования. расчет и построение температурного графика
Этот раздел предусматривает определение графика изменения
температур в подающем и обратном трубопроводах в зависимости от температур
наружного воздуха.
Исходные данные для расчета:
1. температура
теплоносителя в подающем трубопроводе, °С. Принято
2. температура
теплоносителя в обратном трубопроводе, °С. Принято
3. температура после
абонентского ввода по [1], °С. Для зависимых систем
4. температура воздуха
внутри помещения по [2],°С. Принимаю расчетную температуру внутри помещения .
5. расчетная температура
наружного воздуха в целях отопления по [2],°С. Для города Оренбург .
4.1
Метод регулирования тепловой нагрузки
Как известно, регулирование тепловой нагрузки возможно в
различных точках тепловой сети (центральное, групповое, местное,
индивидуальное). Для обеспечения высокоэффективного теплоснабжения необходимо
регулировать отпуск как минимум на трех уровнях, обязательно включая
индивидуальный. Однако таких подробностей в нашем проекте рассматриваться не
будут. Примем в качестве метода регулирования центральный качественный метод
регулирования.
Центральный качественный метод представляет собой
регулирования отпуска теплоты за счет изменения температуры теплоносителя на
входе в систему (при неизменном расходе теплоносителя) и может обеспечить более
стабильный тепловой режим, нежели количественный метод. Однако при этом возрастает
потребление электроэнергии на питание насосов, связанное с постоянным расходом
теплоносителя. Качественное регулирование возможно не на всем промежутке
температур отопительного периода, это связано с условиями горячего
водоснабжения. По [9] для закрытой системы теплоснабжения температура в местах
водозабора должна быть не менее 50°С, в связи с этим [3] требует температуру
воды в подающем трубопроводе не менее 70°С (резерв, видимо, учитывает падение
температуры воды в местных коммуникациях и в теплообменнике ГВС). В проекте
примем температуры воды в местах водозабора .
Теперь определимся со схемой присоединения абонентов.
Независимое присоединение нагрузки ГВС уже принято, так как выбран закрытый тип
системы теплоснабжения. Для отопления принимаем зависимую схему согласно с
рекомендациями [3]. Исходим при этом из следующих соображений:
. Зависимая схема дешевле и проще (в регулировании и
расчете);
. Наш температурный график (130/70) обуславливает
максимальное давление воды в сети около 4 атмосфер, тогда как допустимое
давление в самых распространённых в РФ отопительных приборах (чугунных
радиаторах) 6 атмосфер. То есть жесткая гидравлическая связь сети с приборами,
являющаяся основным недостатком зависимой схемы, работе нашей сети не помешает.
4.2
Регулирование отпуска тепла. Построение температурного графика
В основу центрального качественного регулирования положен
закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха [3].
Для расчета температур в отопительных системах с зависимым
присоединением следует использовать следующие выражения:
а) температура сетевой воды перед отопительной системой
tо1 = tвр + Dt/o `Qo0,8+ (d t/o - q/о /2)`Qo, (4.1)
где d t/o - расчетный перепад
температур в тепловой сети;
d t/o = t/o -t/o2; (4.2)
б) температура воды на выходе из отопительной системы
tо2 = tвр + Dt/o `Qo0,8- q/о /2`Qo. (4.3)
в) температура воды после смесительного устройства
(элеватора)
tо3 = tвр + Dt/o `Qo0,8 +q/0 /2`Qo, (4.4)
где Dt/o - расчетная разность
температур в отопительных приборах, оС;
Dt/o = 0,5 (t/о3 - t/о2) - tвр; (4.5)
q/0 - расчетный перепад температур теплоносителя в
отопительных приборах; q/0 = t/о3 + t/о2;
Qo - относительная тепловая
нагрузка; `Qo = Qo /Q/o.
По уравнениям (4.1), (4.3), (4.4) для текущих температур
наружного воздуха в диапазоне 8 (или10) £ tн £ tнр (пять, шесть значений)
определяются температуры воды tо1, tо2, tо3 и строится температурный
график t
= f (tн) (рис. 4.1).
График температур (рис. 4.1) в подающем трубопроводе тепловой
сети имеет вид ломаной линии (температура наружного воздуха в точке излома tн = tнти).
Таблица 4.1 Данные для построения графика температур.
tн, 0С
|
8
|
0
|
-10
|
-20
|
-30
|
-31
|
Q0отн, МВт
|
0.1633
|
0.3673
|
0.5714
|
0.7755
|
0.9796
|
1
|
ф01, 0C
|
70
|
70
|
86.365
|
107.47
|
127.98
|
130
|
ф02, 0C
|
45
|
45
|
52.079
|
60.936
|
69.2
|
70
|
ф03, 0C
|
55
|
55
|
66.365
|
80.323
|
93.69
|
95
|
Рис.4.1. Температурный график регулирования отпуска теплоты
4.3
Подрегулирование системы горячего водоснабжения
Для того чтобы выполнить подрегулирование системы горячего
водоснабжения необходимо определить следующие параметры (методика расчета взята
в соответствии с [3]).
Расчет водяного эквивалента воды на горячее водоснабжение , кВт/К:
,
где - средняя нагрузка на горячее водоснабжение,
- температура воды в подающем трубопроводе в
точке излома (по рис. )
- температура воды в обратном трубопроводе в
точке излома (по рис. )
Расчет водяного эквивалента водопроводной воды, кВт/К:
,
где - максимальная нагрузка на горячее
водоснабжение,
- температура горячей воды,
- температура холодной воды,
Расчетный средний температурный напор для подогревателя
системы горячего водоснабжения:
Параметр секционного водоводяного подогревателя:
Задаемся произвольным значением температуры греющей воды на
выходе из подогревателя системы горячего водоснабжения .
Расчет следующих величин ведем при , тогда
Значение водяного эквивалента сетевой воды для полученных
температур , МДж/с·:
Из совокупности водяных эквивалентов выбираем меньший и больший
водяные эквиваленты. Сравниваем и . , следовательно
Рассчитываем безразмерную удельную тепловую нагрузку
секционного подогревателя:
Рассчитываем фактическую тепловую нагрузку горячего
водоснабжения:
Определяем фактическую температуру сетевой воды на выходе из
подогревателя горячего водоснабжения:
Определяем расход сетевой воды на подогреватель горячего
водоснабжения:
Табл.4.2. Результаты определения фактической температуры
горячей воды
Параметры
|
Температура наружного воздуха
|
|
-31
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
8
|
|
33.17
|
33.35
|
33.46
|
33.49
|
33.43
|
33.28
|
33.05
|
32.73
|
32.31
|
|
0.806
|
0.79
|
0.77
|
0.75
|
0.72
|
0.69
|
0.65
|
0.59
|
0.43
|
|
11410
|
11410
|
11420
|
11440
|
11480
|
11550
|
11680
|
11910
|
12890
|
|
23.31
|
25.7
|
28.68
|
32.47
|
37.49
|
44.45
|
54.76
|
71.72
|
147.12
|
Рис.4.2. График фактической температуры горячей воды.
4.4
Расчет расхода воды из тепловой сети на вентиляцию и температуры воды после
систем вентиляции
Расчет водяного эквивалента воздуха на вентиляцию :
Расчет водяного эквивалента воды , :
Выбираем из полученных значений и меньшее. .
Средний температурный напор:
Основной режимный коэффициент калорифера :
Безразмерный коэффициент б (расчет произведем при ):
Коэффициент калорифера в:
Решаем уравнение относительно отношения :
,следовательно
Находим расход сетевой воды через калорифер:
Рассчитываем текущую тепловую нагрузку на вентиляцию (расчет
произведем при ):
Температура сетевой воды после калорифера:
Таблица 4.3. Результат определения фактической температуры
воды
Расчетный параметр
|
Температуры наружного воздуха,
|
|
-31
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
8
|
|
103,57
|
95,89
|
88,2
|
80,51
|
72,81
|
65,12
|
57,41
|
49,71
|
37,42
|
Рис. 4.3. Температура воды на выходе из системы вентиляции
5.
Построение графиков расходов сетевой воды по объектам и в сумме
Для построения графиков расходов сетевой воды в сетях по
объектам находим численные значения расходов сетевой воды, идущей в систему
отопления, вентиляции и ГВС для каждого объекта. Определение этих расходов
будем осуществлять по известной тепловой нагрузке и температурам сетевой воды.
Определяем расходы сетевой воды для жилого района
Расчет всех параметров ведем при .
Расход сетевой воды, поступающей в систему отопления:
Расход сетевой воды, поступающей в систему вентиляции:
Расход сетевой воды, поступающей в систему ГВС:
Аналогично расчет ведется при других температурах.
Для промышленного предприятия расчет ведется аналогично.
Результаты расчета для всех районов сведены в таблицы.
Табл. 5.1. Расходы сетевой воды на жилой район
Расчетные параметры
|
Температуры наружного воздуха,
|
|
-31
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
8
|
|
25,01
|
22,74
|
20,46
|
18,19
|
15,92
|
13,64
|
11,37
|
9,1
|
5,46
|
|
74,62
|
74,62
|
74,62
|
74,62
|
74,62
|
74,62
|
74,62
|
65,92
|
60,14
|
|
3
|
2,73
|
2,46
|
2,18
|
1,91
|
1,64
|
1,36
|
1,04
|
0,66
|
|
8,36
|
8,08
|
7,88
|
7,56
|
7,3
|
7,11
|
6,90
|
6,44
|
6,05
|
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
4,73
|
|
9,96
|
10,75
|
11,69
|
12,83
|
14,22
|
15,99
|
18,23
|
21,43
|
29,94
|
Рис. 5.1. График зависимости сетевой воды для жилого района.
Табл. 5.2. Расходы сетевой воды на промышленное предприятие
Расчетные параметры
|
Температуры наружного воздуха,
|
|
-31
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
8
|
|
23
|
20,91
|
18,82
|
16,73
|
14,64
|
12,54
|
10,46
|
8,36
|
5,02
|
|
68,62
|
68,62
|
68,62
|
68,62
|
68,62
|
68,62
|
68,62
|
65,3
|
59,14
|
|
5,8
|
5,27
|
4,75
|
4,22
|
3,69
|
3,16
|
2,64
|
2,11
|
1,27
|
|
16,44
|
15,98
|
15,2
|
14,56
|
13,77
|
13
|
12,27
|
11,65
|
10,7
|
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
|
13,68
|
14,77
|
16,07
|
17,63
|
19,55
|
21,97
|
25,13
|
29,45
|
41,14
|
Табл.5.3. Суммарный расход сетевой воды
Расчетные параметры
|
Температуры наружного воздуха,
|
|
-31
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
8
|
|
143,24
|
143,24
|
143,24
|
143,24
|
143,24
|
143,24
|
143,24
|
131,22
|
119,28
|
|
24,8
|
24,06
|
23,08
|
22,12
|
21,07
|
20,11
|
19,17
|
18,09
|
16,75
|
|
23,64
|
25,52
|
27,76
|
30,46
|
33,77
|
37,96
|
43,36
|
50,88
|
71,08
|
6.
Гидравлический расчёт тепловой сети. построение пьезометрического графика
6.1
Гидравлический расчет водяной тепловой сети
Расчет всех параметров ведем при .
Расчётный расход воды на жилой район:
где - коэффициент запаса учитывает долю среднего
расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления,
принимаем по [1] .
Расчётный расход воды на промышленное предприятие:
Суммарный расчётный расход теплосети:
6.2
Гидравлический расчет разветвленных тепловых сетей
Исходными данными для расчета являются: схема тепловой сети,
параметры теплоносителя на источнике и у абонентов, расчетные расходы воды по
отдельным участкам, длины участков тепловой сети.
Расстояние от источника теплоснабжения до жилого района
согласно заданию составляет 4800 м. Предварительно выбираем главную магистраль
как наиболее удаленную. В нашем случае это будет направление до наиболее
удаленного потребителя, т.е. Источник (А) - (В) - жилой район (С).
Расчет участка главной магистрали А - В
а) Задаемся величиной удельных потерь давления Па/м [1].
б) Определяем ориентировочный внутренний диаметр
трубопровода, мм:
где - коэффициент равный 0,117 [1]
в) По 10704-91 определяем стандартный ближайший диаметр для
стальных электросварных труб:
внутренний диаметр: ;
наружный диаметр: ;
толщина стенки: .
г) Рассчитываем среднюю скорость движение воды на участке,
м/с:
д) Определяем критерий Рейнольдса и сравниваем его с
предельным значением:
где - кинематическая вязкость воды, = 0,296 ∙ 10-6
м2/с
Т.к. значение Re > Reпр, то при определении коэффициента гидравлического
трения величиной пренебрегаем.
е) Рассчитываем коэффициент гидравлического трения л. Для
водяных сетей по [1]:
ж) Уточняем величину линейной потери давления, Па/м:
з) Определяем эквивалентную длину участка трубопровода, м:
По [3] находим в зависимости от диаметра
участка
для задвижки (установленной вначале и в конце участка):
для сальникового компенсатора (установленного через каждые
100 м - 32 шт.):
и) Определяем потери давления на участке, Па:
Расчет участка В - С производим аналогично.
Расчет ответвления В - ПП
а) Определяем для ответвления величину удельного линейного
падения давления:
где - коэффициент линейных потерь напора в
ответвлениях,
б) Определяем ориентировочный внутренний диаметр
трубопровода, мм:
в) По 10704-91 определяем стандартный ближайший диаметр для
стальных электросварных труб:
внутренний диаметр: ;
наружный диаметр: ;
толщина стенки: .
г) Рассчитываем среднюю скорость движение воды на участке,
м/с:
д) Определяем критерий Рейнольдса и сравниваем его с
предельным значением:
где - кинематическая вязкость воды, = 0,296 ∙ 10-6
м2/с
Т.к. значение Re < Reпр, то при определении коэффициента гидравлического
трения величиной непренебрегаем.
е) Рассчитываем коэффициент гидравлического трения л. Для
водяных сетей по [1]:
ж) Уточняем величину линейной потери давления, Па/м:
з) Определяем эквивалентную длину участка трубопровода, м:
По [3] находим в зависимости от диаметра
участка
для задвижки (установленной вначале и в конце участка):
для сальникового компенсатора (установленного через каждые
100 м - 18 шт.):
и) Определяем потери давления на участке, Па:
Табл. 6.1. Результаты гидравлического расчета водяной
тепловой сети
Величины
|
Единицы
|
А-В
|
В-С
|
В-ПП
|
|
кг/с
|
|
|
|
|
м
|
3400
|
1300
|
2000
|
|
мм
|
466
|
359
|
359
|
|
м/с
|
1,87
|
1,58
|
1,57
|
|
-
|
0,02
|
0,022
|
0,022
|
|
Па/м
|
71,37
|
72,74
|
|
|
м
|
163,12
|
45,66
|
|
|
Па
|
|
62680
|
|
Расчет дроссельных шайб на ответвлениях тепловой
сети
В начале участка В-ПП устанавливаем диафрагму, которая
понижает давление напор в сети:
где - небаланс перепада напора в ответвлении, м.вод.ст.
- плотность воды,
- ускорение свободного падения, .
Диаметр
отверстия диафрагмы определяется по следующей формуле, мм:
6.3
Построение пьезометрического графика
Основные требования к пьезометрическому режиму сети по
условиям надёжной работы можно свести к следующим:
1. Давление в сети не должно превышать допустимых
давлений в элементах оборудования сети. Приведём величины допустимых давлений
для элементов, которые нам потребуются:
– чугунные радиаторы - 60
м. вод. ст.;
– пароводяные
теплообменники - 1,4 МПа = 145,6 м. вод. ст.;
– арматура и трубопроводы -
1,6 МПа = 166,4 м. вод. ст.;
2. Необходимо обеспечивать избыточное давление во всех
элементах системы теплоснабжения для защиты от подсосов воздуха и кавитации
насосов. Примем запас давления 5 м. вод. ст.
3. Необходимо обеспечивать невскипание сетевой воды при
гидродинамическом режиме наличием избыточного давления. Значит в подающем
трубопроводе давление должно быть следующим:
Рпод > Рнас(tнас) = 476 101 Па = 49,5227 м. вод. ст. Примем 50 м. вод. ст.
Гидростатический режим
Построение начинаем с гидростатического режима, когда
циркуляции нет и система заполнена водой с температурой не выше 100єС.
Самая высокая точка системы - это отопительные установки
жилого района, имеющие высоту: Нc = Zc + hзд = 1,5 + 15 = 16,5 м. Возьмём запас 7,5 м. вод.
ст. во избежание подсосов воздуха в систему и кавитации насосов. Тогда полный
статический напор сети РS = 25 м. вод. ст.
Самой низкой точкой системы являются отопительные установки
промышленного предприятия (оно подключено через общий коллектор), их
геометрическая высота составляет 1,5 м. На них будет действовать напор в 23,5
м. вод. ст., но это безопасно для отопительных установок ПП, поскольку
допустимая по условиям прочности величина составляет 60 м. вод. ст. (чугунные
радиаторы).
Гидродинамический режим
1. Построение пьезометрического графика начинаем с
определения напора в коллекторе обратного трубопровода на источнике системы
теплоснабжения.
Эта точка определяется из условия обеспечения избыточного
напора и минимального напора во всасывающем патрубке сетевого насоса. Величина
напора находится в пределах 5…25 м.вод.ст. Принимаем: = 5 м. вод. ст. [1].
Полный статический напор сети принимаем равным 60 м.вод.ст., что не нарушает
статический режим работы тепловой сети.
2. Давление в точке
В: м. вод. ст.
3. Давление в обратном трубопроводе на абонентских вводах
в жилой район:
м. вод. ст.
4. Давление в прямом трубопроводе на абонентских вводах
в жилые районы с учётом потерь давления в абонентской установке, 25 м. вод. ст.:
м. вод. ст.
5. В прямом трубопроводе в точке В:
м.вод.ст.
6. Коллектор прямого трубопровода в точке
А: м.вод.ст.
7. Нагнетательный патрубок сетевого насоса:
м.вод.ст.
Здесь - потери в сетевых подогревателях.
8. Прямой трубопровод на вводе в ПП:
м.вод.ст.
9. Обратного трубопровода на вводе в ПП:
м.вод.ст.
Рис. 6.1. Пьезометрический график.
6.4
Выбор насосов
Для выбора насосов необходимо знать напор Нн,
который должен создавать насос, и его подачу Vн при данном напоре.
Выбранная нами схема подключения абонентов и подогрева воды
предусматривает выбор насосов следующего назначения:
1. Сетевые - обеспечивают движение воды в сетевых
трубопроводах. Источник [1] требует наличия не менее двух сетевых насосов, один
из которых является резервным;
2. Подпиточные - компенсируют утечки воды в сети. Для
закрытой сети их число также должно быть не менее двух, при одном резервном;
. Циркуляционные - создают циркуляцию воды в локальных
водяных системах. Требования к их количеству аналогичны предыдущим.
Выбор сетевого насоса
Напор сетевых насосов следует принимать равным разности
напоров на нагнетательном и всасывающем патрубках сетевого насоса при суммарных
расчетных расходах воды. По пьезометрическому графику напор сетевого насоса
будет равен:
где - потери напора в теплоприготовительной
установке,
- потери напора в подающем трубопроводе,
- потери напора в обратном трубопроводе,
- потери напора у определяющего абонента,
Подача сетевого насоса равна расчётному расходу сетевой воды:
Согласно [1] количество сетевых насосов должно быть не менее
двух, один из которых резервный. По [3] выбираем два насоса типа СЭ-1250-140-11
включенных параллельно, (один резервный, один рабочих).
Таблица 6.2. Основные технические характеристики сетевого
насоса СЭ-1250-140-11
Тип насоса
|
V, м3/ч
|
H, м. вод. ст.
|
Кавитационный запас, м
|
Частот вращения, 1/мин
|
, м вод. ст.
|
,
|
СЭ-1250-140-11
|
1250
|
140
|
7,5
|
1500
|
169,8
|
246
|
Строим характеристику сети:
где - сопротивление сети,
Задаваясь различными величинами подачи V, строим характеристику
сети:
Табл.6.3. Построение характеристики сети
V, т/ч
|
0
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
700
|
800
|
900
|
1000
|
1100
|
1200
|
1300
|
Hс, м.в.ст.
|
0
|
0,83
|
3,36
|
7,56
|
13,44
|
21
|
30,24
|
41,16
|
53,76
|
68,04
|
84
|
101,64
|
120,96
|
141,96
|
Строим характеристику насоса:
Задаваясь различными величинами подачи V, строим характеристику
насоса:
Таблица 6.4. Построение характеристики насоса
V, т/ч
|
0
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
700
|
800
|
900
|
1000
|
1100
|
1200
|
1300
|
Hн, м.в.ст.
|
169
|
169,610
|
169,04
|
168,09
|
166,76
|
165,05
|
162,96
|
160,49
|
157,64
|
154,42
|
150,81
|
146,82
|
142,46
|
169
|
Рис. 6.2. Совмещенная характеристика сети и насоса
Параметры точки пересечения: Условие выполняется, значит насос выбран
правильно.
Выбор подпиточного насоса
Напор подпиточных насосов должен определяться из условий
поддержания в водяных тепловых сетях статического давления, т.е. быть равен
полному статистическому напору сети: Нc=
Подача подпиточного насоса должна обеспечивать восполнение
потерь в тепловой сети. Согласно [1], расчетный расход воды для подпитки
закрытых систем теплоснабжения следует принимать равным 0,75% фактического
объема воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним системах
отопления и вентиляции зданий. Кроме того должна предусматриваться
дополнительная аварийная подпитка химически необработанной недеаэрированной
водой, расход которой принимается равным 2% от объема воды в трубопроводах
тепловых сетей и присоединенных к ним системах отопления и вентиляции зданий.
Подачу подпиточных насосов V3под, м3/ч,
определяем по формуле:
где - мощность системы теплоснабжения,
- объем сети, отнесенной к одному МВт нагрузки.
Выбираем 3 насоса КМ 90/85, один из которых является
резервным.
Табл.6.5. Основные технические характеристики подпиточного
насоса КМ 90/85
Насос
|
Подача, м3/ч
|
Напор, м. вод. ст.
|
Кавитационный запас, м. вод. ст.
|
КПД не менее,%
|
Частота, об/мин
|
КМ 90/85
|
90
|
85
|
5,5
|
65
|
2900
|
Строим характеристику сети:
Откуда:
Задаваясь различными величинами подачи V, строим характеристику
сети:
Таблица 6.6. Построение характеристики сети
V, т/ч
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
90
|
100
|
110
|
120
|
130
|
Hс, м.в.ст.
|
0
|
0,77
|
3,08
|
6,93
|
12,32
|
19,59
|
27,72
|
37,73
|
49,28
|
62,37
|
77
|
93,17
|
110,88
|
130,13
|
Строим характеристику насоса:
Задаваясь различными величинами подачи V, строим характеристику
насоса:
Табл.6.7. Построение характеристики насоса
V, т/ч
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
90
|
100
|
110
|
120
|
130
|
Hс, м.в.ст.
|
88
|
87,7
|
86,15
|
85,34
|
84,67
|
83,22
|
82,48
|
81,8
|
80,99
|
79,87
|
78,6
|
77,43
|
76,66
|
75,5
|
Рис. 6.3. Совмещенная характеристика сети и насоса.
Параметры точки пересечения: Условие выполняется, значит насос выбран
правильно.
7.
Гидравлический расчет паропровода
Задачей данного раздела является гидравлический и тепловой
расчеты паропровода. Как уже отмечалось, технологические тепловые нагрузки
промышленного предприятия полностью покрываются паром. Гидравлический расчёт
паропровода и его тепловой расчёт составляют единое целое.
Исходными данными при гидравлическом расчете паровых сетей
являются параметры пара у потребителя и на источнике системы теплоснабжения.
Исходные данные:
Тепловая нагрузка на технологию
Коэффициент возврата конденсата ;
Температура возвращаемого конденсата ;
Давление и температура пара у потребителя, соответственно , .
Давление и температура пара на источнике, соответственно , .
Расход пара Dп, кг/с, находят по выражению:
где . - энтальпия греющего пара, =2815 кДж/кг;
- коэффициент возврата конденсата, =0,8;
- температура возвращаемого конденсата;
- температура холодной воды, оС;
- тепловая нагрузка по пару промышленного
предприятия, =13 МВт.
Перепад давления:
Рассчитываем линейное падение давления на участке по формуле:
где - длина участка, 3300 м
- коэффициент, учитывающий местные сопротивления,
Определяем предварительно средние значения абсолютного
давления и температуры:
где - падение температуры на участке, 0С,
принимается 20С на 100 м длины паропровода,
По полученным и определяем .
Определяем произведение
Определяем диаметр трубы, мм:
По полученному значению диаметра определяем эквивалентную
длину местных сопротивлений:
- для задвижки (установленной вначале и в конце участка):;
- для сальникового компенсатора (установленного через каждые
100м): 10.
Рассчитываем приведенную длину участка:
Уточняем падение давления и среднее давление паропровода:
Рассчитываем потери теплоты на участке:
где - удельная нормируемая потеря теплоты
паропровода, Вт/м, по [7] q=101,2 Вт/м.
Уточняем значения падения температуры и средней температуры
по формулам:
где - теплоемкость пара, =1,94кДж/кг·К.
По и уточняем значение
средней плотности пара
Рассчитываем действительное удельное падение давления:
8.
Расчёт тепловой схемы источника теплоснабжения. Выбор основного и
вспомогательного оборудования
Основной целью расчёта тепловой схемы источника
теплоснабжения является выбор основного и вспомогательного оборудования.
Принципиальная тепловая схема представлена на рисунке 8.1.
Расчет тепловой схемы котельной с паровыми котлами
выполняется для трех режимов: максимально зимнего, наиболее холодного зимнего и
летнего. В данной курсовой работе будет произведён расчёт для
максимально-зимнего режима работы.
Рис. 8.1. Принципиальная тепловая схема паровой
производственно-отопительной котельной.
1 - паровой котел; 2 - расширитель
непрерывкой продувки; 3 - насос сырой воды; 4 - барботер; 5 - охладитель
непрерывной продувки; 6 - подогреватель сырой воды; 7 - химводоочистка; 8 -
питательный насос; 9 - подпиточный насос; 10 - охладитель подпиточной воды; 11
- сетевой насос; 12 - охладитель конденсата; 13 - сетевой подогреватель; 14 -
подогреватель химически очищенной воды; 15 - охладитель выпара; 16 -
атмосферный деаэратор; 17 - редукционно-охладительная установка (РОУ)
Табл.8.1. Таблица исходных данных
Физическая величина
|
Обозначение
|
Значения величин при максимально-зимнем режиме
|
Расход пара на технологические нужды, т/ч ,
|
|
11
|
Расход теплоты на нужды отопления, МВт
|
|
15
|
Расход теплоты на вентиляцию, МВт
|
|
3,8
|
Расход теплоты на ГВС, МВт
|
|
5
|
Расчетная температура наружного воздуха, 0С
|
|
-31
|
Возврат конденсата технологическими
потребителями
|
|
0,8
|
Энтальпия пара с параметрами на выходе из
котла, кДж/кг ,
|
|
2815
|
Энтальпия с параметрами после РОУ, кДж/кг
|
|
2715
|
Температура питательной воды, °С
|
|
104
|
Энтальпия питательной воды, кДж/кг
|
|
437
|
Непрерывная продувка котлоагрегатов
|
,%
|
3
|
Энтальпия котловой воды, кДж/кг
|
|
830
|
Степень сухости пара
|
Х
|
0,98
|
Энтальпия пара на выходе из расширителя
непрерывной продувки, кДж/кг
|
|
2691
|
Температура подпиточной воды, °С
|
|
70
|
Энтальпия подпиточной воды, кДж/кг
|
|
294
|
Температура возвращаемого конденсата, °С
|
|
80
|
Энтальпия возвращаемого конденсата, кДж/кг
|
|
335
|
Температура воды после охладителя непрерывной
продувки, °С
|
|
50
|
Температура сырой воды, °С
|
|
5
|
Температура химически очищенной воды перед
охладителем деаэрированной воды, °С
|
|
20
|
Расчёт принципиальной тепловой схемы источника теплоснабжения
При расчете тепловой схемы в нижеуказанной
последовательности определяются:
1. Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и
вентиляцию для режима наиболее холодного месяца:
. Расход воды на подогреватели сетевой
воды:
. Расход пара на подогреватели сетевой
воды:
. Расход редуцированного пара внешними потребителями:
. Суммарный расход свежего пара внешними
потребителями:
где
. Количество впрыскиваемой воды:
7. Расход пара на собственные нужды котельной:
где - коэффициент, учитывающий долю расхода пара на
собственные нужды котельной (подогрев сырой и химически очищенной воды, расход
на деаэратор), принимаем .
. Расход пара на покрытие потерь в котельной:
где - коэффициент, учитывающий долю расхода пара на
покрытие потерь в котельной, рекомендуется принимать равным 2 ¸ 3%.
. Суммарный расход пара на собственные нужды:
. Суммарная паропроизводительность котельной:
11. Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и
внутри котельной:
12. Расход химически очищенной воды:
где - коэффициент, учитывающий потери воды в
теплосети, рекомендуется принимать равным 2%.
. Расход сырой воды:
где - коэффициент,
учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки,
рекомендуется принимать равным 1,25%.
. Количество воды, поступающей в
расширитель с непрерывной продувкой:
. Количество пара, получаемого в
расширителе непрерывной продувки:
. Количество воды на выходе из расширителя
непрерывной продувки:
. Температура сырой воды после охладителя
непрерывной продувки:
. Расход пара на подогреватель сырой воды:
где - энтальпия конденсата
редуцированного пара, определяется по температуре конденсата, принимаемой
равной 70 ¸ 85о С.
19. Температура химически очищенной воды
после охладителя деаэрированной воды:
где - температура химически
очищенной воды на входе в охладитель деаэрированной воды (в процессе химической
очистки воды ее температура снижается примерно на 2 оС); снижением
температуры воды в оборудовании химводоочистки и последующим ее подогревом в
охладителе можно пренебречь
- температура
деаэрированной воды после охладителя, принимается равной 70 оС.
. Расход пара на подогрев химически
очищенной воды в подогревателе перед деаэратором:
. Суммарное количество воды и пара,
поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора:
. Средняя температура воды в деаэраторе:
. Расход греющего пара на деаэратор:
. Расход редуцированного пара на
собственные нужды котельной:
. Расход свежего пара на собственные нужды
котельной:
. Действительная паропроизводительность
котельной с учетом расхода на собственные нужды и потери пара в котельной:
27. Невязка с предварительно принятой
паропроизводительностью котельной:
Расчет тепловой схемы следует уточнить, так как невязка
превышает допустимые 3%. Для этого определяются:
уточненный расход редуцированного пара с учетом
действительного расхода на собственные нужды:
уточненный расход свежего пара с учетом действительного
расхода на собственные нужды:
уточненное количество воды, впрыскиваемой в
редуционно-охладительную установку:
уточненная суммарная
паропроизводительность котельной:
Табл. 8.2 Результаты расчета принципиальной тепловой
схемы котельной.
Физическая величина
|
Обозначение
|
Значение величин при расчетном
|
|
|
максимально-зимнем режиме
|
Коэффициент снижения расхода теплоты на
отопление и вентиляцию
|
|
0,92
|
Расход воды на подогреватели сетевой воды, т/ч
|
|
|
Расход пара на подогреватели сетевой воды, т/ч
|
|
84,32
|
Расход редуцированного пара внешними
потребителями, т/ч
|
|
84,32
|
Количество впрыскиваемой воды, т/ч
|
|
3,55
|
Расход пара на собственные нужды, т/ч
|
|
9,12
|
Расход пара на покрытие потерь в котельной, т/ч
|
|
2,48
|
Суммарный расход пара на собственные нужды, т/ч
|
|
11,6
|
Суммарная паропроизводительность котельной, т/ч
|
|
103,37
|
Потери конденсата у внешних потребителей и
внутри котельной, т/ч
|
|
5,3
|
Расход химически-очищенной воды, т/ч
|
|
14,04
|
Расход сырой воды, т/ч
|
|
17,55
|
Количество воды поступающей в расширитель с
непрерывной продувкой, т/ч
|
|
3,1
|
Количество пара, получаемого в расширителе
непрерывной продувки, т/ч
|
|
0,55
|
Количество воды на выходе из расширителя
непрерывной продувки, т/ч
|
|
2,55
|
Температура сырой воды после охладителя
непрерывной продувки, 0С
|
|
12,6
|
Расход пара на подогрев сырой воды, т/ч
|
|
0,13
|
Температура химически очищенной воды после
охладителя деаэрированной воды, 0С
|
|
47,87
|
Расход пара на подогрев химически очищенной
воды в подогревателе перед деаэратором, т/ч
|
|
1,39
|
Суммарное количество воды и пара поступающее в
деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора, т/ч
|
|
109,23
|
Средняя температура воды в деаэраторе, 0С
|
|
87,07
|
Расход греющего пара на деаэратор, т/ч
|
|
3,53
|
Расход редуцированного пара на собственные
нужды, т/ч
|
|
5,05
|
Расход свежего пара на собственные нужды, т/ч
|
|
4,84
|
Действительная паропроизводительность котельной
с учетом расхода на собственные нужды и потери тепла в котельной, т/ч
|
|
91,83
|
Невязка с предварительно принятой
паропроизводительностью,%
|
|
12,57
|
Уточненный расход воды на РОУ, т/ч
|
|
3,22
|
Уточненная суммарная паропроизводительность
котельной, т/ч
|
|
99,5
|
9.
Выбор основного оборудования
9.1
Выбор паровых котлов
Паровые котлы выбираются по рассчитанной ранее суммарной
паропроизводительности котельной. Принимается шесть паровых котла Е-25-14ГМ.
Выбранные котлы покрывают расчетную тепловую нагрузку потребителей, в летний
период в работе остается два котла. Характеристики котлов приведены в таблице
9.1.
Табл.9.1. Технические характеристики парового котла Е-25-14ГМ
Абсолютное давление пара, МПа
|
Температура пара, °С
|
Энтальпия пара, кДж/кг
|
Температура питательной воды, °С
|
Номинальная паропроизводительность, т/ч (кг/с)
|
2,4
|
225
|
2820,43
|
104
|
25 (6,94)
|
9.2
Выбор деаэраторов
Выбор деаэраторов в схемах котельных производится по их
производительности:
Принимается два деаэратора ДА-100/25. Технические
характеристики деаэраторов приведены в таблице 9.2.
Табл.9.2. Технические характеристики деаэратора ДА-100/25
Номинальная производительность, т/ч
|
100
|
Рабочее давление, МПа
|
0,12
|
Температура деаэрированной воды, °С
|
104,25
|
Средний нагрев воды в деаэраторе, °С
|
10-50
|
Пробное гидравлическое давление, МПа
|
0,3
|
Максимальное давление при работе
предохранительного устройства, МПа
|
0,17
|
Площадь поверхности охладителя выпара, м2
|
8
|
9.3
Выбор питательных насосов
Производительность питательных насосов определяется суммарным
расходом в деаэраторе составляющим:
Напор, развиваемый питательными насосами, определяется по
формуле, МПа:
,
где - коэффициент запаса;
- избыточное давление в
барабане котла, ;
- запас давления на
открытие предохранительных клапанов, принимается равным 5% номинального
давления в барабане котла, ;
- сопротивление водяного
экономайзера, при отсутствии данных принимается равным 0,2 МПа;
- сопротивление
регенеративных подогревателей высокого давления, при отсутствии данных
принимается равным 0,08 МПа;
- сопротивление
питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления
автоматических регуляторов питания котла, при отсутствии данных принимается
равным 0,2 МПа;
- сопротивление
всасывающих трубопроводов, при отсутствии данных принимается равным 0,1 МПа;
- давление, создаваемое
столбом вод, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью
деаэратора, ;
- давление в деаэраторе,
По полученным результатам выбирается два питательных насоса
типа ПЭ-150-53, из которых один резервный.
Заключение
В результате расчета курсовой работы приходилось обращаться к
справочной литературе и принимать инженерные решения. Ниже приведены самые
основные:
1. Получены величины полной тепловой нагрузки
котельной.
2. Построен график Россандера.
. Найдено годовое потребление теплоты: Qгод=и определён годовой запас
условного топлива.
. Произведён расчёт регулирования отпуска теплоты из
котельной, результатом которого стало построение температурного графика
регулирования.
. Определены расходы воды в любой момент отопительного
периода.
. Произведён гидравлический расчёт сети, в ходе
которого были приняты к прокладке стальные трубопроводы и сальниковые
компенсаторы. Определены диаметры трубопроводов.
. Построен пьезометрический график и сеть проверена на
работоспособность в статическом и гидравлическом режимах. Попутно выбраны
сетевые (2 шт. СЭ-1250-140-11), подпиточные (2 шт. КМ 90/85) насосы.
. Рассчитана тепловая схема котельной в максимально
зимнем режиме и по результатам расчёта:
– выбрано 6 котлов
Е-25-14ГМ;
– выбраны два деаэратора
ДА-100/25;
– выбраны два питательных
насоса ПЭ-150-53.
Список
литературы
1. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. - М.: ЦИПТ
Госстроя, 2003.
2. СП 41-101-95. Проектирование тепловых
пунктов / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1996.
. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые
сети: учеб. для вузов / Е.Я. Соколов - 7-е изд., стереот. - М.: Издательство
МЭИ, 2001. - 472 с.: ил.
. Васильев С.В., Арсенов В.Г.
Энергоснабжение: учеб.- метод. пособие/ ГОУВПО “Ивановский государственный
энергетический университет имени В.И. Ленина”. - Иваново, 2008. - 112 с.
. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и
кондиционирование / Госстрой России. - М.: ГП ЦПП, 2004.
. СНиП 23-01- 99*. Строительная
климатология / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003
. СНиП 2.04.01- 85*. Внутренний водопровод
и канализация зданий / Госстрой России. - М.: ЦИПТ, 1996.
. ГОСТ ССБТ 12.1.005- 88. Общие
санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны/ - М.: ИПК Изд-во
стандартов, 1989.
. ГОСТ МГС 30494. Здания жилые и
общественные. Параметры микроклимата в помещениях.- М.: Госстрой России, 1999.