Энергоснабжение промышленных предприятий
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ (ВолгГТУ)
КАФЕДРА ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Энергоснабжение промышленных
предприятий»
Камышин
2009
Содержание
1. Назначение, схема и принцип работы КЭС
2. Схема присоединения системы отопления с подмешивающим
насосом на перемычке. Достоинство и недостатки схемы
3. Назначение и основные понятия системы водоотведения
. Расчет бойлерной установки для теплоснабжения промышленных
предприятий
. Контрольные вопросы
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Назначение, схема и принцип действия КЭС
Конденсационная
электростанция (КЭС) - тепловая <#"520452.files/image001.gif">
Схема
КЭС на угле: 1 - градирня
<#"520452.files/image002.gif">
Рис.
1. Схема узла присоединения системы отопления с насосом на перемычке при
статическом давлении системы, превышающем давление в обратном трубопроводе
тепловой сети. FE - теплосчётчик, РР - регулятор расхода прямого действия, РН -
регулятор напора прямого действия, М - манометр, ТС - термометр сопротивления,
Т - термометр, Н - насос
Равномерность прогрева нагревательных приборов однотрубных отопительных
систем (отопительные приборы включены последовательно) достигается созданием
гидравлического режима, не допускающего значительного отклонения расхода воды в
системе от расчетного. Рекомендуемое для двухтрубных отопительных систем
использование избыточного напора на повышение коэффициента смешения элеватора в
однотрубных системах недопустимо, так как повышение расхода воды в однотрубной
системе сверх расчетного приводит к поэтажной тепловой разрегулировке.
Рис.
2. Схема узла насосного присоединения системы отопления со статическим
давлением, превышающем давление в подающем трубопроводе. FE - теплосчётчик, РР
- регулятор расхода прямого действия, РН - регулятор напора прямого действия,
РДН - регулятор давления непрямого действия, М - манометр, ТС - термометр
сопротивления, Т - термометр, Н - насос
Фактический
коэффициент смешения a определяется по показаниям термометров Т1, Т2 и Т3 (см.
рис. 1) на тепловом пункте по формуле:
(1)
Расход
сетевой воды через отопительную систему должен регулироваться таким образом,
чтобы температура воды после системы не превышала заданного значения.
Рис.
4. Схема узла присоединения системы отопления к тепловой сети с подмешивающим
насосом на обратном трубопроводе. FE - теплосчётчик, РН - регулятор напора
прямого действия, М - манометр, ТС - термометр сопротивления, Т - термометр
Это
достигается соответствующей настройкой регулятора расхода, при которой
обеспечивается заданный перепад давлений до и после системы, как это показано
на рис. 1. или до и после специальной дроссельной диафрагмы, установленной на
подающем или обратном трубопроводах.
В
случаях, когда на подающем трубопроводе теплового пункта установлен регулятор
давления расход воды через систему теплопотребления регулируется настройкой
указанных регуляторов на соответствующий перепад давлений в подающем и обратном
трубопроводах.
Температура
смешанной воды, поступающей в систему отопления, должна выдерживаться на
требуемом уровне в соответствии с температурой наружного воздуха при расчетном
расходе сетевой воды. Отклонение этой температуры от нормативной величины при
расчетных температуре и расходе сетевой воды свидетельствует о несоответствии
коэффициента смешения заданному значению.
При
заданном коэффициенте смешения α
температура смешанной воды T3 должна быть равна:
=(T1+ α
T2)/(1+ α), ° С (2)
где
T1 и T2 - температура воды соответственно в подающем и обратном трубопроводах,
°С.
При
элеваторных присоединениях величина коэффициента смешения зависит от размеров
камеры смешения (горловины) элеватора и диаметра выходного отверстия сопла.
Примерное
значение оптимального диаметра камеры смешения определяется формулой
, мм (3)
где
G1 - расчетный расход сетевой воды, т/ч;
-расчетный
коэффициент смешения, определяемый по формуле (1) путем подстановки значений
расчетных температур;- потери напора в системе отопления, м, при расчетном
расходе смешанной воды.
Диаметр
выходного сечения сопла элеватора при расчетном располагаемом напоре перед ним
с достаточной степенью точности может быть определен по формуле
, мм (4)
Диаметр
камеры смешения элеватора не должен превышать расчетной величины, определяемой
по формуле (3), так как завышенный диаметр приводит к резкому снижению к. п. д.
элеватора, вызывает необходимость в больших напорах перед элеватором и обычно
приводит к снижению коэффициента смешения.
Присоединение
систем отопления по схемам с насосным подмешиванием производится в следующих
случаях:
а)
с насосом на перемычке между обратным и подающим трубопроводами - при
недостаточном для работы элеватора располагаемом напоре на тепловом вводе и
давлении в подающем трубопроводе, превышающем статическое давление отопительной
системы не менее чем на 0,5-1,0 кгс/см2, но не выше допустимого для этой
системы предела;
б)
с насосом на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки между подающим
и обратным трубопроводами - при статическом давлении системы, равном или
превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети, или при
необходимости увеличения располагаемого напора;
в)
с насосом на обратном трубопроводе от системы отопления до (по ходу обратной
воды) подмешивающей перемычки- при давлении в обратном трубопроводе,
превышающем допустимый предел для данной системы.
3. Назначение и основные понятия системы водоотведения
Система водоотведения - это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для
отвода сточных вод от потребителя и их последующей доставки к очистным
системам. Водоотведение играет не меньшую роль в обеспечении необходимых
условий проживания, нежели водоснабжение. Для организации системы водоотведения
используют так называемые насосы грязной воды, а именно, дренажные насосы и
канализационные насосы.
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного
оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и
производственных зданий, обеспечивающих необходимый санитарно-гигиенические
условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят
из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и
удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а
также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.
Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также
вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные
предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п.
Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или
другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный
химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории
населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения
атмосферных осадков или поливки улиц.
В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются
на три основные категории: бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань,
прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а
также от бытовых помещений и промышленных предприятий); производственные (воды,
использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям,
предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на
поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и
талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и
дренажей).
В практике используется также понятие городские сточные воды, которые
представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые,
производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и
раздельно.
Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные
системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод
отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на
очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и
каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные
сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные
производственные сточные воды.
Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие
примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в
нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения
сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л
или г/куб. м. Состав сточных вод регулярно анализируется.
Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины ХПК
(общая концентрация органических веществ); БПК (концентрация органических
соединений, окисляемых биологическим путем); концентрация взвешенных веществ;
активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации;
концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Наиболее сложны
по составы сточные воды промышленных предприятий. На формирование
производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья,
технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные
изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др. Для разработки
рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования
сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока
промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов.
Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных
сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание
которых предопределяется технологическим регламентом производства и
номенклатурой применяемых веществ. Поскольку производственные сточные воды
представляют собой наибольшую опасность для водоемов, мы рассмотрим их более
подробно.
Производственные сточные воды делятся на две основные категории:
загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные производственные
сточные воды подразделяются на три группы.
. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия
металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности;
заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных
удобрений и др.).
. Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия
мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической,
химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др.).
. Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей,
нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности;
заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и
др.). Кроме вышеуказанных 3 групп загрязненных производственных сточных вод
имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых
тепловых загрязнений.
Производственные сточные воды могут различаться по концентрации
загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т.д.
Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах,
что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и
эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных
параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют
весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и
полупроизводственных условиях.
Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от
производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и
водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления -
это целесообразное количество воды, необходимого для производственного
процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или
передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды
на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при
проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем
водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку
рациональности использования воды на любом действующем предприятии.
В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило,
имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды
поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни,
охладительные пруды) , а затем возвращаются в систему оборотного
водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а
после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного
водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.
Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается
такими показателями, как количество использованной оборотной воды,
коэффициентом ее использования и процентом ее потерь. Для промышленных
предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды
потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды в систему.
Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения
населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе
утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли
народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения
производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем
водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки
существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации
их работы.
При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо
учитывать:
) требования к качеству воды, используемой в различных технологических
процессах;
) возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных
вод путем рационализации технологических процессов производства;
) возможность повторного использования производственных сточных вод в
системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства,
где допустимо применять воды более низкого качества;
) целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в
сточных водах;
) возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных
вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также
возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и
населенных пунктов;
) возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых
сточных вод;
) возможность и целесообразность использования бытовых и производственных
сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур;
) целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов
предприятия;
) самоочищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и
необходимую степень их очистки;
) целесообразность применения того или иного метода очистки.
При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений
на основании технико-экономических показателей принимается оптимальный вариант.
4. Расчет бойлерной установки для теплоснабжения промышленных
предприятий
Задание. Произвести тепловой расчет, подобрать тип и количество секций
пароводяного вертикального двухходового подогревателя для бойлерной установки
промышленного предприятия.
Исходные
данные: расход и параметры
нагреваемой воды для нужд промышленного предприятия составляют Gн=
70 т/ч, 
=8оС, 
=90оС. Горячий теплоноситель водяной пар с параметрами P=0,6
МПа.
Определяем
площадь живого сечения трубок подогревателя:
=
,
где:
-
скорость течения воды в трубах, величина которой принимается в пределах: =1,0 - 3,0 м/с.
По
табл. П-3 подбираем тип стандартного подогревателя по ближайшему значению
расчетной величины 
. Выбираем подогреватель №2, который имеет технические
характеристики:
· площадь
живого сечения трубок, 
;
· площадь
поверхности нагревателя, 
;
· диаметр
корпуса, 
;
· диаметр
подсоединительных патрубков, 
;
· общая длина
корпуса, 
;
· материал
трубок - латунь;
· диаметр
трубок 
;
· длина
трубок, 
;
· общее
количество, 
;
· приведенное
число в вертикальном ряду, 
;
· площадь
живого сечения межтрубного пространства, 
.
Определяем истинную скорость воды в трубках:
Гидродинамический
режим течения воды в трубках определяется следующим образом:
где:
- внутренний диаметр трубок, принимается по
техническим характеристикам стандартного подогревателя, как 
; 
;
-
толщина стенки трубки, принимается по техническим характеристикам
подогревателя, мм;
V
- коэффициент кинематической вязкости
воды, принимается по табл. П-1, как 
.
Находим
среднюю температуру нагреваемой воды в трубках:
Сравнивая
фактическое число Рейнольдса 
с
критериальным числом 
, устанавливаем, что в трубках режим течения воды
турбулентный, т.к. 51115
2320. Поэтому для определения коэффициента
теплоотдачи от стенки трубок к нагреваемому теплоносителю, протекающему внутри
трубок, используем следующую формулу:
Определим
среднюю температуру стенки трубок:
,
где:
- температура насыщения (кипения) воды, принимается
по табл. П-2, как 
Определим
температуру пленки конденсата:
Разность
температур насыщенного пара и стенки трубок:
Коэффициент
теплоотдачи от греющей среды (водяного пара) к стенкам трубок:
где:
Н - высота трубки, равная её длине Н=L, м.
Определяем
коэффициент теплоотдачи от греющей среды к нагреваемой:
,
где:
- толщина стенки трубы, принимается по техническим
характеристикам подогревателя, м;
-
коэффициент теплопроводности стенки трубы, для латуни 
;
-
толщина слоя накипи, 
;
-
коэффициент теплопроводности накипи, 
.
Теплопроизводительность
подогревателя:
,
где:
- теплоемкость воды, 
.
Изобразим
схему изменения температуры теплоносителей.
Рис.
2. Изменение температуры теплоносителей для пароводяного теплоносителя
Определяем
изменения температур в подогревателе:
Определяем
средний логарифмический температурный напор:
где:
- большая и меньшая величина разности температур
между греющей и нагреваемой средой, оС.
Определяем
поверхность нагрева:
Определяем
количество секций подогревателя для бойлерной установки:
5.
Контрольные вопросы
)
Дайте определение регенеративного теплообменника?
Регенеративными
называются теплообменники, в которых
одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени
омывается то горячим, то холодным теплоносителем. В период контакта стенки с
горячим теплоносителем она нагревается, а в период подачи холодной среды
охлаждается, нагревая среду за счет аккумулированной теплоты. К таким аппаратам
относятся воздухонагреватели газотурбинных установок, мартеновских и доменных
печей.
2)
Для чего в кожухотрубчатых теплообменниках устанавливают перегородки?
Трубное
и межтрубное пространство в аппаратах могут быть разделены перегородками на
несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и,
следовательно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для
вузов / Под ред. В.Я. Гиршфельда. - М: Энергоатомиздат, 1987. - 328 с.
2. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки
электростанций: Учебник для вузов / Д.П. Елизаров. - М.: Энергоиздат, 1982. -
264 с.
. Теплопреобразующие установки: Методические указания
к практическому занятию и выполнению семестрового задания по дисциплине
«Энергоснабжение»/Сост. А.А. Шеин, Е.П. Богдановф:Волгоград.гос.техн.ун-т. -
Волгоград, 2006. - 37 с.
. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергоснабжения промышленных
предприятий: Учеб. пособие для сред. проф. образования. - М.: МЭИ, 1975.
5. <http://www.aces.ru/problems/index>.
. А.З. Жук, Б.М.
Козлов, Научно-Технологический Центр Энергосберегающих процессов и установок
(НТЦ ЭПУ) ОИВТ РАН.