Курсовая работа: теплоснабжение от котельной

спец 2+.dwg

Содержание.docx

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК.
1 Расчёт тепловых нагрузок жилого района. График подачи теплоты5
2 Расчет расходов теплоты10
ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ИХ ПАРАМЕТРОВ
1. Выбор вида теплоносителей15
2. Выбор параметров теплоносителей.15
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.. .. .17
РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ
1 Расчет температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением .19
2 Расчет водяных эквивалентов рабочих сред при расчетном режиме . .23
3 Построение температурного графика . . .26
РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ.29
1 Расчет расхода воды . .29
2 Средневзвешанная температура возвращаемого теплоносителя .. . .30
3 Построение температурного графика .. . .30
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.
1. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ПО ПОТРЕБИТЕЛЯМ ТЕПЛОТЫ.. .32
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ.. .33
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОПРОВОДА.. 38
ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА. ВЫБОР СЕТЕВОГО И ПОДПИТОЧНОГО НАСОСОВ
1. Построение пьезометрического графика.42
2 Выбор сетевого и подпиточного насосов.43
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ. РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ.
1 Основные параметры сети49
2 Расчёт толщины изоляционного слоя50
3 Расчёт тепловых потерь.54
4 Расчёт толщины изоляционного слоя паропровода55
РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 58
1 Расчёт принципиальной тепловой схемы источника теплоснабжения..60
ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.
1. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.3. Выбор питательных насосов67
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
1. Пароводяной подогреватель71
2. Расчёт охладителя конденсата75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .. . 81

специф1.dwg

Термометр В90№10-5°-220-70
Гайка 2 М36 ГОСТ 15526-70
Гайка 2 М30 ГОСТ 15526-70
Шайба 36 ГОСТ 22355-77
Шайба 30 ГОСТ 22355-77
Б90°-260-120; СТ-4509А
КП-2068195.205-19-2015
Спецификация оборудования котельной
Редукционно-охладительная
Подогреватель сырой воды
Охладитель подпиточной воды
Подогреватель химически
Сепаратор непрерывной продувки
Подогреватель сетевой
Охладитель конденсата
Фильтр обратной воды
Охладитель продувочной воды
КП-2068195.205- -201
Подогреватель сетевой воды ПП1-108-7-IV
Крышка греющей камеры
Воздушник с вентилем

спец КОТЕЛ.dwg

Термометр В90№10-5°-220-70
Гайка 2 М36 ГОСТ 15526-70
Гайка 2 М30 ГОСТ 15526-70
Шайба 36 ГОСТ 22355-77
Шайба 30 ГОСТ 22355-77
Б90°-260-120; СТ-4509А
КП-2068195.205- -201
Спецификация оборудования котельной
Редукционно-охладительная
Подогреватель сырой воды
Охладитель подпиточной воды
Подогреватель химически
Сепаратор непрерывной продувки
Подогреватель сетевой
Охладитель конденсата
Фильтр обратной воды
Охладитель продувочной воды

ShAG+.dwg

паровой производственно-
отопительной котельной
КП 2068191.205-16-06
Температура пара 225
Производительнось 50 тч.
Параметры редуцированного
Поверхность нагрева 108 м
Производительнось 188 тч.
Поверхность нагрева 14
Напор 110 м вод. ст.
Производительность 320 м
Производительность 45 м
Производительность 100 тч
Вода химически очищенная
Трубопровод подающий тепловой сети
Трубопровод обратный тепловой сети
Трубопровд конденсата
Трубопровод конденсата
Расходомерная диафрагма
Условные обозначения:
Тепловая схема паровой
КП 2068195.205- 201
температура пара 225°
производительность 25тч
Редукционно- охладительная установка
Параметры редуцированного пара: давление 1
МПа температура 210°С
Охладитель продувочной воды
Подогреватель сырой воды
Охладитель подпиточной воды
Подогреватель химически очищеной воды
Сепаратор непрерывной продувки
Подогреватель сетевой
Поверхность нагрева 108 м²
производительность 188 тч
Охладитель конденсата
Поверхность нагрева 28
количествосекции - 4 сек.
Напор 140 м.вод.ст. подача 500 м³ч
Напор 35 м.вод.ст.подача 90 м³ч
Фильтр обратной воды
Производительность 100тч
Производительность 25 тч
Трубопровод конденсатный напорный

кр.docx

В нашей стране основная территория которой расположена в суровой климатической зоне большое значение имеет обеспечение потребителей тепловой энергией.
На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы отопление вентиляцию и горячее водоснабжение. В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий.
В систему теплоснабжения входит следующее оборудование
теплопотребляющие приборы и оборудование;
регулирующая сигнализирующая и регистрирующая аппаратура;
устройства автоматики.
Источники теплоты вырабатывают тепловую энергию требуемых параметров которая затем транспортируется по тепловым сетям к промышленному и жилищно-коммунальному сектору.
Тепловые потребители классифицируются по двум основным категориям:
а) потребление тепла для коммунально-бытовых нужд (для обеспечения комфортных условий труда и быта в жилых общественных и производственных помещениях);
б) потребление тепла для технологических нужд (для обеспечения выпуска промышленной или сельскохозяйственной продукции заданного качества).
В нашем проекте два объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и жилой район. Расходы теплоты промышленным предприятием нам заданы а величина теплопотребления для жилого района нуждается в определении.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК
Для определения величины годового запаса топлива в условных единицах необходимо знать величину расчётного годового потребления теплоты для обеспечения которого проектируется котельная.
Тепловое потребление состоит из расходов на отопление вентиляцию горячее водоснабжение (ГВС) и технологию. Они в свою очередь складываются из теплопотреблений отдельных объектов теплоснабжения и по характеру протекания во времени подразделяются на сезонные и круглогодичные. Сезонные нагрузки очень зависят от климатических условий (в нашем случае основным условием будет являться температура наружного воздуха). К сезонным относятся нагрузки отопления и вентиляции. Круглогодичные – фактически не зависят от климатических условий таковыми являются нагрузки ГВС и технологические.
Для расчёта нам потребуются климатологические сведения по городу-местоположению котельной (Санкт-Петербург) из [3] таблица 1:
Таблица 1.1 - Климатологические параметры расчётного города
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 092 (расчётная)
Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 10ºC (отопительного)
Средняя температура воздуха в период со средней суточной температурой воздуха ≤ 10ºC
1 Расчет тепловых нагрузок жилого района. График подачи теплоты
Ввиду недостаточного количества сведений об этих объектах теплоснабжения расчёт будем вести по нормативным укрупнённым формулам в порядке согласном с [2]. По окончании расчётов построим график зависимости тепловой нагрузки жилых районов от температуры наружного воздуха.
Расчет нагрузки на отопление
Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий:
где qo – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1м2 общей площади принимаемый по [1] приложение 2 Втм2. В нашем случае:
высота здания 5 и более этажей построено с учетом энергосберегающих технологий 2015 года.
Получаем qо = 44 Втм2 согласно [2].
F – площадь жилых зданий. F = Fжр = 194 700 м2;
k – коэффициент учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий принимаем k = 025;
Тогда максимальный тепловой поток на отопление для жилого района:
Расчет нагрузки на вентиляцию
Максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий:
гдеk2 – коэффициент учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий для зданий построенных после 2015 года k2 = 06;
Тогда максимальный тепловой поток на вентиляцию по жилому району:
Расчет нагрузки на горячее водоснабжение
Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий:
Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий:
где Nж – число жителей. Nжр=11 620 чел.
tз – температура холодной (водопроводной) воды для расчётного режима принимаем tз = 5ºC;
а – норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55 ºС на одного человека в сутки проживающего в здании с горячим водоснабжением. Принимаем как для жилых домов квартирного типа с централизованным горячим водоснабжением оборудованных душами и ваннами длиной от 15 до 17м в соответствии с приложением 3 а=105л(сут·чел);
b – норма расхода воды на горячее водоснабжение потребляемой в общественных зданиях при температуре 55 ºС в соответствии с [14] принимаем b = 25 л(сут·чел);
сср – средняя теплоёмкость воды в рассматриваемом интервале температур сср=419 кДж(кг·К);
– коэффициент учитывающий выстывание горячей воды в системах абонента;
tзх –температура холодной воды °С принимаем равной 5 °С.
Тогда тепловые нагрузки на ГВС:
Построение графика зависимости тепловой нагрузки жилого района от температуры наружного воздуха
На графике существуют две зоны: зимнего (отопительного) и летнего (неотапливаемого) периода характер тепловых нагрузок в которых принципиально различен. Граница между зонами находится на отметке в +10 °С.
В летний период присутствуют постоянные по величине нагрузки на ГВС:
где – температура холодной воды для летнего периода принимаем по [14] равной 15ºС.
– коэффициент учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду принимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 08 а для промышленных предприятий 1.
В зимний период присутствуют постоянная нагрузки – на ГВС и переменные (зависящие от температуры наружного воздуха) – на вентиляцию и отопление:
где – расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений принимаемая для жилых и общественных зданий равной 20ºС а для производственных 16ºС.
– текущая температура наружного воздуха;
– расчётная температура наружного воздуха для целей отопления. Ввиду используемых нами укрупнений эта температура совпадает с аналогичной для целей вентиляции то есть = -24ºС.
Теперь можно строить график тепловой нагрузки по жилым районам:
Рисунок 1.1 - График зависимости тепловых нагрузок жилого района
на отопление вентиляцию и ГВС и полной нагрузки от температуры наружного воздуха
– на отопление; 2 – на ГВС; 3 – вентиляцию; 4 – полная нагрузка
2 Определение тепловых нагрузок предприятия. График подачи теплоты.
У предприятия имеются 4 вида тепловых нагрузок. Распишем подробнее по режимным периодам.
Строим график тепловых нагрузок промышленного предприятия изображённый на рисунке 1.2:
Рисунок 1.2 - График зависимости тепловых нагрузок промышленного предприятия
на отопление вентиляцию технологию ГВС и полной нагрузки от температуры наружного воздуха
– на отопление; 2 – на ГВС; 3 – вентиляцию; 4 – технология; 5 – полная нагрузка
2 Расчет расходов теплоты
Годовой расход теплоты определяется по следующей формуле:
где – годовые потребления теплоты на цели отопления вентиляции горячего водоснабжения для жилых и общественных зданий а также для промышленного предприятия и технологии ГДжгод.
Произведем расчет годовых нагрузок для жилого района:
Годовая нагрузка на отопление для жилых и общественных зданий ГДжгод:
где nо – продолжительность отопительного периода в нашем случае nо = 232 сутки = 5568 ч;
- суммарное среднее потребление теплоты на отопление МВт. определяется по выражению
Определим годовую нагрузку на отопление
Определяем годовую нагрузку на вентиляцию:
где z – усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (при отсутствии данных принимается равным 16 ч) [1];
где - суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию жилого района МВт которое определяется по формуле:
Тогда по формуле (1.14):
Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:
где ny – расчетное число суток в году работы системы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток [1].
Произведем расчет годовых нагрузок для промышленного предприятия:
Годовой расход теплоты на отопление ГДжгод:
где zп – число часов работы промышленного предприятия в сутки примем zп =16 чсут;
– суммарное среднее потребление теплоты на отопление промышленным предприятием:
– расход теплоты на дежурное отопление определяется по формуле;
где – температура воздуха внутри помещения во время работы дежурного отопления °С; в соответствии с [1] принимается равной 7 °С тогда
Определяем годовой расход теплоты на отопление промышленного предприятия:
Годовой расход теплоты на вентиляцию:
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение:
Так как вода подается только на душевой разбор который работает в течении двух часов в смену то общее время использования: Т=4 часа.
Найдем суммарные годовые расходы теплоты.
Определяем суммарный годовой расход теплоты на отопление:
Определяем суммарный годовой расход теплоты на вентиляцию:
Определяем суммарный годовой расход теплоты на ГВС:
Годовой расход теплоты на технологию:
где zгод – годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки чгод принятое значение соответствует 2х-сменному режиму работы:
принимаем zгод = 5600 чгод;
Определяем суммарное годовое потребление теплоты:
Построение графика годового отпуска теплоты
Для построения графика Россандера (см. ниже) нам потребуются данные о длительности периодов с различными температурами в нашем (расчётном) городе от них зависит длительность работы системы теплоснабжения с различными нагрузками. Такие сведения предоставит [1].
На основе полученных годовых нагрузок жилого района и промышленного предприятия строим годовой график суммарного расхода теплоты.
Рисунок 1.4 - График Россандера
ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ И ИХ ПАРАМЕТРОВ
1 Выбор вида теплоносителей
Рабочие среды которые нагреваются или охлаждаются в процессе теплообмена называютсятеплоносителями. Интенсивность передачи теплоты от одного теплоносителя к другому устойчивость процесса нагревания кипения или охлаждения и конденсации а также надежность работы теплообменника зависят как от конструктивных особенностей аппарата так и от параметров физических и химических свойств теплоносителей. Физические и химические свойства теплоносителей часто предопределяют выбор типа и конструкцию теплообменника.
Важнейшими условиями от которых зависит выбор теплоносителя являются:
допускаемая температура нагревания или охлаждения теплоносителя и возможность ее регулирования;
упругость пара при принятой температуре и термическая устойчивость;
физические свойства влияющие на теплообмен;
токсичность и химическая активность;
доступность и стоимость;
безопасность при нагревании.
В каждом конкретном случае исходя из условий процесса нагревания или охлаждения среды и конструктивных особенностей аппарата необходимо обосновать выбор теплоносителя максимально удовлетворяющего предъявляемым к нему требованиям.
Насыщенный водяной парчасто применяется как греющая среда в стационарно установленных аппаратах различного назначения. Его можно транспортировать по трубопроводам на расстояние до нескольких сот метров. При нагревании паром в широких пределах и с достаточной степенью точности можно регулировать температурный режим путем изменения давления пара методом дросселирования без увлажнения или с увлажнением. Пар доступен нетоксичен относительно дешев особенно если в теплообменных аппаратах используется пар уже частично отработавший в каких-либо энергетических установках (в паровых турбинах молотах прессах поршневых двигателях).
В большинстве случаев конденсация пара в теплообменнике происходит при постоянном давлении постоянной температуре и высоком коэффициенте теплообмена что часто является решающим фактором при выборе теплоносителя.
В то же время с увеличением температуры нагрева необходимо повышать давление пара как греющей среды. Так например при температуре пара 300°С давление должно быть 90·105Па. С увеличением давления возрастает металлоемкость и стоимость теплообменника поэтому в промышленности и на предприятиях железнодорожного транспорта пар как теплоноситель применяется для нагревания других сред до умеренных температур 60–150 °С и сравнительно редко до 200 °С.
Горячая водакак греющий теплоноситель получила большое распространение в системах теплоснабжения а также для технологических потребителей предприятий железнодорожного транспорта и промышленности.
Вода доступна дешева не токсична может транспортироваться на далекие расстояния. В хорошо изолированных и соответствующим образом проложенных трубопроводах температура воды будет понижаться приблизительно на 1 °С при протяженности сети в 1 км. К достоинствам воды можно отнести и сравнительно высокий коэффициент теплообмена. К недостаткам воды по сравнению с паром можно отнести более сложную схему приготовления ее как теплоносителя и наличие целого ряда перекачивающих устройств (насосов); усложняется способ регулирования температурного режима теплообменного аппарата и выбор схемы движения теплоносителей устанавливаются более жесткие ограничения по начальной и конечной ее температуре.
Для надежной работы теплообменного аппарата и всего контура в который он включен необходимо чтобы в любой точке системы трубопроводов и теплообменника температура воды была ниже температуры ее кипения при давлении поддерживаемом в этом сечении. Это условие в настоящее время ограничивает возможность применения воды как теплоносителя только до температуры 150 °С с увеличением верхнего предела в будущем до 200 °С.
2 Выбор параметров теплоносителей
Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке.
В основном в отопительных системах используется вода которая является самым безопасным недорогим и экологичным теплоносителем. Причина этому – наибольшая теплоемкость среди жидкостей и не менее высокая плотность. Так один килограмм воды нагретой до 90ºС остывающий до температуры 70ºС способен выделить 20 ккал тепла.
Повышение расчетной температуры подаваемой воды (01) увеличивает расчетную разность температур в прямой и обратной магистрали и сокращает требуемый расход теплоносителя. Это позволяет уменьшить диаметры трубопроводов и сократить расходы электроэнергии на перекачку воды что подчеркивает экономическую целесообразность применения теплоносителя с повышенными параметрами в системах централизованного теплоснабжения. В итоге для системы теплоснабжения принят график
В водяных системах применяется горячая вода температурой до 100 °С перегретая вода – 100-200 °С. Вода температурой свыше 150 °С используется только технологическими потребителями для горячего водоснабжения температура воды по СНиП должна быть не выше 65 °С.
Параметры пара в системах пароснабжения определяются требующейся температурой в технологических процессах tт.п. Принимая минимальный необходимый перепад температур в технологическом аппарате определяем температуру греющего пара tгп по которой находят давление греющего пара у потребителя:
где Δtmin = 10 – 15 °C.
Давление пара на выходе источника с учетом принятых гидравлических потерь составит МПа:
где LАВ - длина сети от источника до промпредприятия равная 770 м
ΔP- удельные потери давления. Принимаем ΔP = 100 Па на 1 м паропровода.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Вид системытеплоснабженияопределяется видом теплоносителя.Системы тепловодоснабженияподразделяют на две группы: закрытые и открытые. В закрытых системах горячая вода циркулирующая в тепловой сети используется только в качестве греющей среды в открытых — ее частично или полностью разбирают потребители. Подача горячей воды к потребителю может осуществляться по одному двум или трем трубопроводам. Однотрубную подачу применяют при полном использовании горячей воды потребителем. Самой распространенной является двухтрубная подача состоящая из трубопровода по которому вода подается потребителю и обратного трубопровода по которому неиспользованная вода возвращается обратно. Трехтрубные а иногда четырехтрубные системы применяют там где рациональнее разделить подачу горячей воды на отопление водоснабжение технологические нужды и т. д. В таких системах обратная труба является общей.
Системы пароснабжения могут быть с возвратом конденсата и без него.
Потребители тепловой энергии могут подключаться непосредственно к тепловым сетям или через источники теплоснабжения или через тепловые пункты. Основным назначением тепловогопункта является прием и подготовка теплоносителя подача его потребителю а также возврат использованного теплоносителя в тепловую сеть. Преимуществом схемы подключения к тепловому пункту является возможность получать тепловую энергию сразу нескольким потребителям.
Для выполнения дальнейшие расчёты необходимо определиться с рядом параметров проектируемой тепловой сети а именно:
-метод регулирования тепловой нагрузки;
-схема присоединения абонентов;
-тип системы теплоснабжения.
Примем проектируемую тепловую сеть будет закрытого типа регулирование - центральное качественное по отопительной нагрузке.
Закрытый тип тепловой сети подразумевает отсутствие отбора сетевой воды абонентом то есть минимум двухтрубное исполнение сети (возврат сетевой воды) и независимое присоединение установок ГВС.
Как известно регулирование тепловой нагрузки возможно в различных точках тепловой сети (центральное групповое местное индивидуальное). Будем использовать только метод центрального регулирования.
Центральный качественный метод представляет собой регулирование отпуска теплоты за счёт 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 постоянством расхода теплоносителя. Качественное регулирование возможно не на всём промежутке температур отопительного периода это связано с условиями горячего водоснабжения. По [5] для закрытой системы теплоснабжения температура в местах водоразбора должна быть не менее 50 в связи с этим [1] требует температуру воды в подающем трубопроводе не менее 70 (резерв видимо учитывает падение температуры воды в местных коммуникациях и в теплообменнике ГВС).
Регулирование по отопительной нагрузке означает что температура воды в подающей линии тепловой сети соответствует графику качественного регулирования отопительной нагрузки и то что сеть у нас двухтрубная.
Зададим схему присоединения абонентов. Присоединение нагрузки ГВС независимое. Для отопления принимаем зависимую схему согласно рекомендациям [1]. Исходим при этом из двух простых соображений:
Зависимая схема дешевле и проще (в регулировании и в расчёте);
Наш температурный график (13070) 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 жёсткая гидравлическая связь сети с приборами являющаяся основным недостатком зависимой схемы работе нашей сети не помешает.
Все три вида нагрузки присоединяем к тепловой сети параллельно. То есть расход теплоносителя будет складываться из суммы его расходов на отдельные виды нагрузки. Всё необходимое для работы оборудование по возможности будем располагать в центральных тепловых пунктах (ЦТП). Что благоприятно скажется на уровне шума и упростит обслуживание установок. Принципиальная схема такого ЦТП приведена на рисунке3.1.
Рисунок 3.1 - Принципиальная схема ЦТП
– 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.
Рисунок 3.2 – Однотрубная паровая система с возвратом конденсата
– паровой котёл; 2 – РОУ; 3 – технологический потребитель; 4 – конденсатоотводчик; 5 – кондесатосборник; 6 – насос; 7 – обратный клапан; 8 – деаэратор
РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ
1 Расчёт температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением
В основе расчета температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением расчета закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха [3]:
где 0- безразмерная удельная тепловая нагрузка отопительной установки;
W0- водяной эквивалент cетевой воды ВтК;
- температура воды в подающей линии.
Для графического построения температурного графика качественного регулирования отпуска теплоты достаточно будет рассчитать нагрузки для температуры - tн = tнор = -24 оС:
- относительный расход теплоты на отопление
где Q0 - расход теплоты на отопление при текущей температуре наружного воздуха tн;
Q0 – расход теплоты на отопление при расчетной температуре наружного воздуха tнор МВт.
Зависимость нагрузки от температуры наружного воздуха носит практически линейный характер.
Внутренняя температура отапливаемых помещений при различных температурах наружного воздуха
Температурный перепад между горячей водой после смешения и обратной сетевой водой
Температурный перепад между отопительными приборами и окружающей средой
Температурный перепад между температурой сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе
При качественном регулировании отпуска теплоты и зависимой схеме подключения к тепловой сети температуры сетевой воды (теплоносителя) в подающем трубопроводе перед отопительной установкой - 01; в обратном трубопроводе после отопительной установки - 02; после смесительного насоса-элеватора перед отопительными приборами - 03 определяются по следующим уравнениям:
- температуры сетевой воды в подающем обратном и перед отопительными приборами
Приведем расчет температурного графика в диапазоне tн = 10 -24 оС:
В данном случае при всех температурах наружного воздуха ниже температуры tн.изл. =20 оС осуществляется качественное регулирование отопительной нагрузки и расход сетевой воды на отопление не изменяется. Полученные значения сведены в таблицу 4.1 температурные графики на рисунке 4.3.
Таблица 4.1 - Результаты расчётов регулирования отопительной нагрузки
– температура в прямой линии; 2 – темпераутра в обратной линии; 3 – температура после смесительного устройства
Рисунок 4.3 -Температурный график регулирования отпуска теплоты
При = 20 °C имеем 01= 700 °C то есть тот предел температуры который обусловлен требованиями к температуре воды в местах водоразбора иначе говоря – это координаты точки излома на температурном графике. При достижении этой точки становится невозможным качественно регулировать отпуск (центральным методом) поскольку нельзя далее понижать 01. При переходе на этот режим котельная начинает регулировать отпуск теплоты понижением расхода теплоносителя что нарушает работу элеватора. Этот недостаток ликвидируется включением циркуляционного насоса 10 (рисунок3.1) который поддерживает постоянство расхода воды в местной системе отопления. При этом в отопительной установке осуществляется качественное регулирование то есть температуры 02 и 03 имеют такие же значения как и при центральном качественном регулировании. В такой ситуации регулирование возможно осуществлять также элеватором с переменным диаметром сопла.
2 Расчёт водяных эквивалентов рабочих сред при расчетном режиме
Расчет водяного эквивалента воды на горячее водоснабжение Wгв кВтК
где - средняя нагрузка на горячее водоснабжение МВт;
- температура воды в подающем трубопроводе в точке излома
- температура воды в обратном трубопроводе в точке излома °С.
По графику рисунка 4.3:
Расчет водяного эквивалента водопроводной воды Wвв кВтК
где: - максимальная нагрузка на горячее водоснабжение МВт;
tг - температура горячей воды °C;
tх - температура холодной воды °C.
Рассчитываем средний температурный напор для подогревателя системы горячего водоснабжения.
Определяем параметры секционного водо-водяного подогревателя:
Задаемся произвольным значением температуры греющей воды на выходе из подогревателя системы горячего водоснабжения tгв = 265 °С.
Определяем значение водяного эквивалента сетевой воды для полученных температур
Вычислим значение Wгв при температуре наружного воздуха tнв = -24 °C.
Из совокупности водяных эквивалентов выбираем меньший и больший водяные эквиваленты
Безразмерная удельная тепловая нагрузка секционного подогревателя
Вычислим безразмерную удельную тепловую нагрузку при tн = -24 °C.
Фактическая тепловая нагрузка горячего водоснабжения кВт
Рассчитаем фактическую тепловую нагрузку горячего водоснабжения при tн = -24 °C.
Фактическая температура сетевой воды на выходе из подогревателя горячего водоснабжения °C.
Расчет при tн = -24 °C.
Таблица 4.2 - Результаты расчета физической температуры сетевой воды из подогревателя ГВС
Рисунок 4.4 – График качественного регулирования температуры воды на ГВС
по отопительной нагрузке от температур наружного воздуха
Рисунок 4.5 – График качественного регулирования расхода воды на бытовую нагрузку
3 ПОСТРОЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА.
Расчет ведем согласно указаниям представленным в [10]. Подрегулирование системы вентиляции рассчитаем для жилого района.
Расчет водяного эквивалента воздуха на вентиляцию Wвозд кДжкг*°С
где: - нагрузка на вентиляцию в жилом районе МВт;
tвр - расчетная температура воздуха в помещении tвр = 20 °С;
tнр- расчетная температура наружного воздуха в целях вентиляции
Расчет водяного эквивалента воды Wв кДжс*°С
Выбираем из полученных значений Wвозд и Wв меньшее
Средний температурный напор Δtв °C
Основной режимный коэффициент калорифера oc:
Безразмерный коэффициент α:
Расчет коэффициента α при tн = -24 °С
Коэффициент калорифера :
Для того чтобы определить отношение и затем рассчитать Wв необходимо решить уравнение (4.17). Решение данного уравнения производим методом последовательных приближений.
При tн = -24 °С уравнение будет иметь вид:
Решая данное уравнение методом последовательных приближений находим что отношение . Исходя из этого и зная чтоWвозд = 2932 кДжс*°С находим Wв.
Тепловая нагрузка на вентиляцию Qв кДжс
Расчет коэффициента Qв при tн = -24 °С
Фактическая температура воды после калорифера tв2 °C
Расчет температуры воды в2 при tн = -24 °С
Расчет при других температурах наружного воздуха ведется аналогично.
Результаты расчетов сведены в таблицу 4.3
Таблица 4.3 - Результаты определения фактической температуры воды
Рисунок 4.6 – График качественного регулирования расхода воды на вентиляцию
Рисунок 4.7 – График качественного регулирования температуры воды на вентиляцию
РАСЧЁТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
1 Расчет расхода воды
2 Средневзвешенная температура возвращаемого теплоносителя
Поток обратной сетевой воды образован смешением потоков после отопительной вентиляционной и ГВС установок. Температура этой смеси определяется по формуле смешения:
Средневзвешенная температура:
В следующей главе нас будут интересовать непосредственно расходы G поэтому в итоговую таблицу включим именно их а не эквиваленты.
Результаты расчётов сводим в таблицу 5.1
Таблица 5.1 – Исходные данные для построения графиков расхода и регулирования отпуска теплоты
Температуры наружного воздуха
3 Построение температурного графика
В качестве комментариев скажем что при температурах наружного воздуха
ниже 20 °C отопление и вентиляция регулируются центральным качественным а ГВС местным количественным способами. При tтек > 20 °C отопление регулируется количественно котельной и качественно ГТП вентиляция количественно на месте а ГВС центрально качественно. Местное количественное регулирование обеспечивают автоматические регуляторы 3.
Рисунок 4.8 – График расходов
Рисунок 4.9 – График регулирования отпуска теплоты
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Задачей данного раздела является:
а) определение диаметров трубопроводов;
б) определение падения давления (напоров);
в) определение давлений (напоров) в различных точках сети;
г) увязки всех точек системы при статическом и динамическом режимах в целях обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.
Диаметры труб прямого и обратного хода сетевой воды примем одинаковыми.
Расчёт ведём согласно с [1] [5] и [6].
Гидравлический расчёт проводим только для температуры в точке излома то есть при расчётной температуре наружного воздуха.
Диаметры труб прямого и обратного хода сетевой воды примем одинаковыми также как вязкость плотности воды и эквивалентную шероховатость. Такой шаг обеспечит одинаковое падение давления в подающем и обратном трубопроводах и следовательно упростит расчёт.
1 Расчет расхода воды по потребителям теплоты
Суммарный расчётный расход объекта:
гдеk – коэффициент запаса учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления принимаем по [10] k = 12:
– температуры воды в подающем и обратном трубопроводах первичного теплоносителя подогревателя ГВС в точке излома температурного графика (т.е. когда расход воды на ГВС максимален см. рис. 5.1) равны:
Расчётный расход воды на жилой район:
Расчётный расход воды на промышленное предприятие:
Суммарный расчётный расход теплосети:
2 Гидравлический расчет тепловой сети
Для начала напомним себе геометрию сети – рис. 7.1.
Где Rл – линейное удельное падение давления в трубопроводе примем Rл = 50-100 Пам;
lэкв – эквивалентная длина местных сопротивлений принимаем ориентировочно
Z1 Z2 – геометрические высоты источника и приёмника соответственно;
ρ– плотность воды примем ρ = 980 кгм3. Вода при расчёте принимается несжимаемой жидкостью;
g – ускорение свободного падения ρ = 981 мс2.
Промышленное предприятие:
Таким образом в качестве главной магистрали принимаем участок сети от источника теплоснабжения до промышленного предприятия.
Рисунок 7.1 - Схема тепловой сети
Расчет участка главной магистрали А-В
а) Задаемся величиной удельных потерь давления Rl =80 Пам [10].
б) Определяем ориентировочный внутренний диаметр трубопровода м:
где G – расход воды на участке кгс;
А – коэффициент равный 0117 м062кг019 [10];
в) По ГОСТ 10704-63* определяем стандартный ближайший диаметр для стальных электросварных труб:
- внутренний диаметр: 0394 м;
- наружный диаметр: 0402 м;
г) Рассчитываем среднюю скорость движение воды на участке мс:
д) Определяем критерий Рейнольдса и сравниваем его с предельным значением ;
где - кинематическая вязкость воды
При составляет = 0295 10-6 м2с
Значение приведённого коэффициента Рейнольдса:
Т.к. значение Re > Reпр то при определении коэффициента гидравлического трения величиной пренебрегаем.
е) Рассчитываем коэффициент гидравлического трения λ
ж) Потери давления на трение Па:
з) Потери давления на местные сопротивления Па:
где - сумма коэффициентов местных сопротивлений
е) Определяем потери давления на участке Па:
Аналогично рассчитываем участок главной магистрали В-ПП и результаты заносим в таблицу 7.1
1.4 Расчет ответвления В – ЖР1.
а) Определяем для ответвления величину удельного линейного падения давления
где – коэффициент линейных потерь напора в ответвлениях.
Средний коэффициент местных потерь для сети может быть определен по выражению
б) Определяем ориентировочный внутренний диаметр трубопровода по формуле (7.8) м:
в) По ГОСТ 10704-63* определяем стандартный ближайший диаметр:
- внутренний диаметр: 0315 м;
- наружный диаметр: 0325 м;
г) Рассчитываем среднюю скорость движение воды на участке по формуле (7.9) мс:
д) Определяем критерий Рейнольдса и сравниваем его с предельным значением :
е) Рассчитываем коэффициент гидравлического трения λ по формуле (7.11)
ж) Сравниваем действительную потерю давления с требуемой:
Неравенство выполняется поэтому устанавливаем диафрагму на ответвлении главной магистрали размеры которой определяются следующим образом:
Результаты гидравлического расчета сведём в таблицу 7.1
Таблица 7.1 – Результаты гидравлического расчета водяной сети.
Магистраль А – В – ПП
Продолжение таблицы 7.1
Потери давления на трение Па
Потери давления на местные сопротивления Па
Потери давления на участке Па
3. Гидравлический расчет паропровода.
Задачей данного раздела является расчет 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.
– Тепловая нагрузка на технологию
– Коэффициент возврата конденсата ;
– Температура возвращаемого конденсата ;
– Давление пара на источнике МПа.
– Давление и температура пара у потребителя соответственно МПа
Расход пара Dп кгс находят по выражению
где hг.п – энтальпия греющего пара h г.п = 681ккалкг = 2851 кДжкг (с учетом перегрева пара в 20 оС для исключения конденсации);
кв.к – коэффициент возврата конденсата;
tк – температура возвращаемого конденсата;
tх.в – температура холодной воды оС;
Qп.п – тепловая нагрузка по пару промышленного предприятия Qп.п =69МВт.
Р = 2397 -10= 1397 МПа.
Рассчитываем линейное падение давления на участке по формуле
α – коэффициент учитывающий местные сопротивления
Линейное падение давления найдем по формуле
Определяем предварительно средние значения абсолютного давления и температуры
где - падение температуры на участке 0С принимается 20С на 100 м длины паропровода.
По полученным МПа и 0С по табл. перегретого пара определяем кгм3.
Т.к. у нас получилось кгм3 то мы приводим значение и к стандартному:
Задаемся скоростью движения пара принимаем
Определяем значение диаметра:
Принимаем ближайшее стандартное значение 0023 м.
По полученному значению диаметра определяем эквивалентную длину местных сопротивлений по формуле
где К – коэффициент эквивалентной шероховатости паропровода [9];
сумма местных сопротивлений трубопроводов
где местное сопротивление задвижки
местное сопротивление сальникового компенсатора (ставится через каждые 100 м).
Рассчитываем приведенную длину участка
Уточняем падение давления и среднее давление паропровода
Рассчитываем потери теплоты на участке
где q – удельная нормируемая потеря теплоты паропроводов Втм по [6]
Уточняем значения падения температуры и средней температуры по формулам
где С – теплоемкость пара кДжкг·К.
По МПа и 0С уточняем значение средней плотности паракгм3.
Рассчитываем действительное удельное падение давления
Построение пьезометрического графика. Выбор сетевого и подпиточного насосов
1 Построение пьезометрического графика.
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: =15м.вод. ст. [10].
Давление в точке В обратного трубопровода:
Давление в обратном трубопроводе главной магистрали ПП:
Давление в прямом трубопроводе главной магистрали с учётом потерь давления в абонентской установке 20 м. вод. ст.:
В прямом трубопроводе главной магистрали в точке В:
Коллектор прямого трубопровода главной магистрали в точке А:
Прямой трубопровод на вводе в ЖР:
Обратного трубопровода на вводе в ПП:
К пьезометрическому напору на подающем коллекторе добавляются потери напора в теплоприготовительной установке .
Нагнетательный патрубок сетевого насоса:
График изображен на рисунке 8.1
Рисунок 8.1 – Пьезометрический график
2 Выбор сетевого и подпиточного 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:
Сетевые – обеспечивают движение воды в сетевых трубопроводах. Источник [10] требует наличия не менее двух сетевых насосов один из которых является резервным;
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.
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 тпу – потери напора в теплоприготовительной установке м;
под – потери напора в подающем трубопроводе м;
ΔНпод = ΔНА-В +ΔНВ-ПП=449+350 =799 м. вод. ст.;
обр – потери напора в обратном трубопроводе м;
ΔНобр = ΔНпод = 799 м. вод. ст.;
аб – потери напора у определяющего абонента м.
Тогда по формуле (8.1):
Подача сетевого насоса равна расчётному расходу сетевой воды
G = GПП + GЖР1 = 9882+10635= 20517 кгс=7386 м3ч.
В летний режим вода подается только на ГВС поэтому экономичнее для этого режима выбрать сетевой насос меньшей производительностью:
Gл = GлПП+ GлЖР1 =3912+3271=7183 кгс=2586 м3ч.
Согласно [10] количество сетевых насосов должно быть не менее двух один из которых резервный. По [14] выбираем три насоса типа СЭ-500-140 (2 рабочих один в резерве). В летний период работает один насос СЭ-500-140.
Характеристика насоса приведена в таблице 8.1
Таблица 8.1 – Основные технические характеристики сетевых насосов
Кавитационный запас
Частот вращения 1мин
Строим характеристику сети:
где S – сопротивление сети;
Задаваясь различными величинами подачи V строим характеристику сети значения заносим в таблицу 8.2.
Таблица 8.2 – Построение характеристики сети
Характеристика насоса подчиняется уравнению:
Характерные точки для построения характеристики насоса СЭ-500-140 приведены в таблице 8.3
Таблица 8.3 – Построение характеристики насоса
Выполним построения используя данные таблицы 8.2 8.3
Рисунок 8.2 – Совмещенная характеристика насоса и сети
– характеристика насоса СЭ-500-140; 2 – характеристика сети;
– характеристика параллельно работающих насосов
Точка пересечения: VД = 0275 м3с = 990 м3ч НД = 125 м. вод. ст.
Выбранный насос нам подходит поскольку VД>VР НД> НР
Регулирование будет осуществляться изменением числа оборотов так как в связи с этим уменьшается потребление энергии по сравнению с дроссельным регулированием.
Напор подпиточных насосов должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического давления т.е. быть равен полному статистическому напору сети:
ΔНП = PS =15м. вод. ст.
Подачу подпиточных насосов V3под м3ч (в закрытых системах теплоснабжения ее следует принимать равной расчетному расходу воды на компенсацию утечки из тепловой сети исходя из аварийной подпитки [10]) определяем по формуле
где Q – мощность системы теплоснабжения Q = 42 МВт;
– объем сети отнесенной к одному МВт нагрузки;
Тогда по формуле (8.4):
Выбираем 2 насоса К 9035 один из которых является резервным. В летний период работает один насос К 9035. Характеристики выбранных насосов:
Таблица 8.4 – Основные технические характеристики подпиточного насоса К 9035 [14]
Строим характеристику сети пользуясь формулой:
Задаваясь различными величинами подачи V строим характеристику сети значения заносим в таблицу 8.5.
Таблица 8.5 – Построение характеристики сети
Характеристика насосов подчиняется уравнению:
Характерные точки для построения характеристики насоса К 9035 приведены в таблице 8.6
Таблица 8.6 – Построение характеристики насоса
Выполним построения используя данные таблицы 8.5 8.6.
Рисунок 8.3 – Совмещенная характеристика сети и насосов.
– характеристика сети; 2 – характеристика насоса К 9035
Точка пересечения: VД = 0024 м3с = 864 м3ч НД = 35 м. вод. ст.
Выбранный насос нам подходит поскольку VД > VР НД > НР .
Тепловой расчет тепловой сети. Расчет теплоизоляционных конструкций и потерь теплоты в тепловых сетях.
В задачу теплового расчета входит:
– определение изменений температур теплоносителя в тепловых сетях в результате тепловых потерь
– проверка температуры наружной поверхности тепловой изоляции
– определение количества конденсата образующегося в паропроводах в результате потерь теплоты в окружающую среду.
1. Основные параметры сети
Прокладку теплопровода принимаем подземную в непроходных каналах. В качестве материала для тепловой изоляции выбираем маты минераловатные прошивные которые является теплогидроизолятором.
Для прокладки трубопроводов в непроходных каналах за расчетную температуру окружающей среды принимается температура грунта при величине заглубления верха теплоизоляционной конструкции трубопровода 2 м = 6 °C
Температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе принимаем средние.
Подающий трубопровод:
Обратный трубопровод:
Нормативные потери с погонного метра определяем по [6]:
Подземный в не проходных каналах
Тип грунта – примем влажный;
Выбираем изоляционный материал в зависимости от температурного графика:
Маты минераловатные прошивные ГОСТ 21880-86 марок:100 (для температур от -180-450 0С);
Коэффициент теплопроводности – = 006 Вт(м·ºС);
Плотность (сухая) – 102 кгм3;
2. Расчёт толщины изоляционного слоя
Проводим расчёт участка А-В
Задаемся предварительной толщиной изоляционного слоя исходя из минимальной толщины изоляционного материала и предельной толщины изоляции зависящей от наружного диаметра трубопровода и способа прокладки. Соотношение толщин изоляции подающего и обратного трубопроводов –
Задаемся предварительной толщиной изоляционного слоя подающего трубопровода [6]:
мм тогда обратного трубопровода: мм
Расчет толщины теплоизоляционного слоя производится по нормированной удельной плотности теплового потока через изолированную поверхность.
Определяем суммарное термическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционной конструкции:
где – температура теплоносителя ºС;
R – линейное термическое сопротивление теплопередаче (м·ºС)Вт;
– температура окружающей среды ºС;
qн – нормированная удельная плотность теплового потока Втм;
k – коэффициент учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоляционной кон- струкции в зависимости от района строительства и способа прокладки трубопровода.
Для подземной прокладки в непроходных каналах: k = 095 [6];
Расчетную температуру теплоносителя при температурном режиме водяных тепловых сетей
0 – 70 0С принимается температура
Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции теплопередаче зависит от способа прокладки и в общем случае состоит из следующих величин (м·К)Вт:
где Rв – сопротивление теплопередаче от теплоносителя к стенке трубы
Rтр – сопротивление стенки трубы;
Rг.и – сопротивление слоя гидроизоляции.
Rиз – сопротивление изоляционного слоя;
Rп.с – сопротивление покровного слоя
Rн – сопротивление теплопередаче к окружающей среде;
Rс.к – сопротивление теплопередаче от воздуха в канале к стенке канала
Rк – сопротивление стенки канала;
Rгр – сопротивление грунта.
Используем следующие допущения:
– при расчете толщины изоляции при прокладке в непроходимых каналах сумму термических сопротивлений (Rк + Rгр) заменяют на Rгр
– для воздушной прокладки отсутствуют Rс.к Rк и Rгр
– во всех случаях ввиду малости термических сопротивлений Rв Rтр Rг.и и Rп.с пренебрегают.
Таким образом получаем следующее уравнения:
- для подземной прокладки в непроходимых каналах:
R = Rиз + Rн + Rс.к. + Rгр(9.3)
- для воздушной прокладки:
Расчётные уравнения для термических сопротивлений на погонный метр:
где – наружный диаметр цилиндрического изолирующего слоя;
– внутренний диаметр слоя изолятора;
– теплопроводность изолятора = 006 Вт(м·ºС)
где – наружный диаметр заизолированного теплопровода;
– теплоотдача наружной стенки теплопровода воздуху определим по [6]
где – эквивалентный диаметр канала
– коэффициент теплопередаче от воздуха в канале к стенке канала
где: Н – глубина заложения теплопровода принимаем Н = 18 м;
– теплопроводность грунта для влажного глинистого грунта расчётный коэффициент теплопроводности = 2 Вт(м·ºС);
– соответственно ширина и высота непроходимого канала принимается по диаметру теплопровода [2] для участка И-ТК1
Из уравнения (9.3) находим термическое сопротивление изоляции:
Rиз = 0779-0067-0028-0114 = 057 (м·К)Вт
Расчетную толщину для жестких ячеистых материалов из неуплотняющихся материалов и пенопластов следует принимать ближайшую по соответствующим государственным стандартам и техническим условиям принимаем 40 мм.
Для изолируемых трубопроводов с положительными температурами рабочих сред толщина теплоизоляционного слоя должна быть проверена по допустимой температуре на поверхности изоляции [6]. Температура на поверхности тепловой изоляции трубопроводов расположенных за пределами рабочей или обслуживаемой зоны не должна превышать температурных пределов применения материалов покровного слоя но не выше tнп = 75 °С [3].
Определение действительной температуры на наружной поверхности изоляции осуществляется на основании решения уравнения плотности тепловых потоков: теплопроводности проходящего через слой изоляции трубопровода за счет разности температур (ср-tп) и конвективного уходящего с наружной поверхности трубопровода – (tп – tо):
Для найденного из уравнения (9.10) значения температуры на поверхности покровного слоя изоляции должно выполняться соотношение tп ≤ tнп. Указанное соотношение выполняется.
Аналогично рассчитываем толщину изоляцию для всех участков. Результаты расчетов сводим в таблицу 9.2
Таблица 9.2 – Результаты расчета толщины тепловой изоляции
В соответствии с технико-экономическими нормами а также для удобства монтажа и ремонта теплопровода принимаем что:
3 Расчёт тепловых потерь
Полученные в предыдущем параграфе значения толщины изоляции нуждаются в корректировке на соответствие индустриально производимым образцам.
Значения тепловых потерь тепловыми сетями через теплоизоляционные конструкции в общем виде зависят:
-от вида теплоизоляционной конструкции и примененных теплоизоляционных материалов;
-температурного режима;
-параметров окружающей среды;
-материальной характеристики тепловой сети.
Учет местных тепловых потерь в соответствии с [6] может быть выражен через ксум величина которого зависит от вида прокладки [6]:
где kсум – коэффициент учитывает потери теплоты через арматуру фланцы и опоры.
Для подземной канальной прокладки kм = 105;
Расчет действительной удельной линейной потери для действительных условий для подземной прокладки в непроходимых каналах группы трубопроводов (подающий и обратный) определяется следующим образом [9]:
где – температура воздуха канале
где – суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности канала и грунта.
После определения линейных потерь считаем полные:
Результаты расчетов всех участков сводим в таблицу 9.3
Таблица 9.3 – Результаты расчёта тепловых потерь.
4 Расчёт толщины изоляционного слоя паропровода
Нормативные потери с погонного метра определяем по [6]
Таблица 9.4 – Нормативные теплопотери
Задаемся предварительной толщиной изоляционного слоя: 70 мм.
Таким образом получаем следующее уравнение для надземной прокладки
– сопротивление изоляционной конструкции
В качестве изоляционного материала маты и вата из супертонкого стеклянного волокна (для температур до 400 0С) с = 006 Вт(м·ºС)
– сопротивление теплопередачи к окружающей среде
где – теплоотдача наружной стенки теплопровода воздуху [6]
Находим термическое сопротивление изоляции:
Rиз = 345– 0083 = 337 (м·К)Вт
Принимаем стандартную предельную толщину изоляции 240 мм.
Для данной толщины изоляции рассчитываем новые значения и и результаты сводим в таблицу 9.5
Расчет конденсатопровода:
Дальнейший расчет аналогичен расчету паропровода
Таблица 9.5 – Расчетные значение паропровода
Определим нормативные потери с погонного метра подающего паропровода:
Суммарные тепловые потери на участке:
Разработка и расчет тепловой схемы источника теплоснабжения.
Основной целью расчёта тепловой схемы источника теплоснабжения является выбор основного и вспомогательного оборудования. Принципиальная тепловая схема представлена на рисунке 10.1.
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.
Рисунок 10.1 – Принципиальная тепловая схема паровой производственно-отопительной котельной.
) Котел паровой 2) РОУ 3) Подогреватель сетевой 4) Охладитель конденсата 6) Сетевой насос 7) Насос питательный 8) Насос сырой воды 9) Насос подпиточный 10) Конденсатный насос 11) Деаэратор 12) Охладитель выпара 13) Охладитель продувочной воды 14) Подогреватель сырой воды 15) Охладитель подпиточной воды 16) Подогреватель химочищенной воды 17) Сепаратор непрерывной продувки 18) Бак конденсатный 19) Фильтр обратной воды
Таблица 10.1 Исходные данные для расчета тепловых схем котельной:
Значения величин при максимально-зимнем режиме
Расход пара на технологические нужды тч
Расход теплоты на нужды отопления МВт
Расход теплоты на вентиляцию МВт
Расход теплоты на ГВС МВт
Расчетная температура наружного воздуха 0С
Возврат конденсата технологическими потребителями
Энтальпия пара с параметрами на выходе из котла кДжкг ()
Энтальпия с параметрами после РОУ кДжкг
Температура питательной воды С
Энтальпия питательной воды кДжкг
Непрерывная продувка котлоагрегатов
Энтальпия котловой воды кДжкг
Степень сухости пара
Энтальпия пара на выходе из расширителя непрерывной продувки кДжкг
Температура подпиточной воды С
Энтальпия подпиточной воды кДжкг
Температура возвращаемого конденсата С
Энтальпия возвращаемого конденсата кДжкг
Температура воды после охладителя непрерывной продувки С
Температура сырой воды С
Температура химически очищенной воды перед охладителем деаэрированной воды С
1. Расчёт принципиальной тепловой схемы источника теплоснабжения.
При расчете тепловой схемы в нижеуказанной последовательности определяются:
Определяется расход пара на подогреватели сетевой воды
где расход воды на подогреватели сетевой воды
энтальпия редуцированного пара перед подогревателем сетевой воды;
КПД сетевого подогревателя его значение можно принимать равным 098.
где суммарная тепловая нагрузка потребителей системы теплоснабжения
Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию для режима наиболее холодного месяца
Расход пара на технологические нужды:
где тепловая нагрузка на технологию;
потери теплоты через изоляцию паропровода;
температура воды из источника зимой
температура конденсата возвращаемого с производства;
энтальпия редуцированного пара на паропроводе технологических потребителей после РОУ.
Определить расход свежего пара на подогреватели сетевой воды:
где энтальпия свежего пара;
энтальпия питательной воды;
расход греющего пара на подогреватель сетевой воды
Определить расход свежего пара на технологические нужды
Определить суммарный расход свежего пара внешними потребителями
Определить количество воды впрыскиваемой в РОУ2 перед сетевыми подогревателями
Количество воды впрыскиваемой в РОУ1 на паропроводе технологического потребителя
Определить 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) рекомендуется принимать от расхода пара внешними потребителями.
Расход пара на мазутное хозяйство
где учитывает долю расхода пара на мазутное хозяйство при отсутствии данных рекомендуется принимать его равным .
Расход пара на покрытие потерь в котельной
где коэффициент учитывающий расход пара на покрытие потерь в котельной рекомендуется принимать его равным .
Определить суммарный расход пара на собственные нужды
Суммарная производительность котельной
Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной
где доля конденсата возвращаемая внешними потребителями;
потери конденсата в цикле котельной установки рекомендуется принимать равным .
Определить расход химически очищенной воды
где коэффициент учитывающий потери воды в теплосети рекомендуется принимать равным .
Определить расход сырой воды
где коэффициент учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки рекомендуется принимать равным .
Определить количество воды поступающее с непрерывной продувкой в расширитель
где процент продувки при отсутствии данных рекомендуется принимать .
Количество пара получаемого в расширителе непрерывной продувки
где энтальпия котловой воды кДжкг;
энтальпия пара получаемого в расширителе непрерывной продувки кДжкг;
энтальпия воды получаемой в расширителе непрерывной продувки кДжкг;
степень сухости пара выходящего из расширителя непрерывной продувки рекомендуется принимать равной .
Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки
Определить температуру сырой воды после охладителя непрерывной продувки
где энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки принимается равной 210 кДжкг.
Расход пара на подогреватель сырой воды
где энтальпия сырой воды после подогревателя определяется для температуры воды принимаемой по температуре ;
энтальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки определяется по ;
энтальпия конденсата редуцированного пара определяется по температуре конденсата принимаемой равной 70 °С;
энтальпия редуцированного пара кДжкг.
Определить температуру 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 °С) снижением температуры воды в оборудовании химводоочистки и последующим ее подогревом в охладителе можно пренебречь;
температура деаэрированной (питательной) воды на входе в охладитель;
температура деаэрированной воды после охладителя принимается равной .
Расход пара на подогрев химически очищенной воды перед деаэратором
где энтальпия химически очищенной воды после подогревателя определяется по температуре равной температуре конденсата кДжкг;
энтальпия химически очищенной воды перед подогревателем определяется по температуре химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды () кДжкг.
Суммарное количество воды и пара поступающее в деаэратор за вычетом расхода греющего пара деаэратора
Определить среднюю температуру воды в деаэраторе
Определить расход греющего пара на деаэратор
Определить расход редуцированного пара на собственные нужды котельной
Определить расход свежего пара на собственные нужды котельной
Определяется действительная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды
Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной
Невязка получилась меньше расчет тепловой схемы считается законченным.
Результаты расчетов сводим в таблицу 10.2.
Таблица 10.2 Результаты расчета принципиальной тепловой схемы котельной.
Значение величин при
максимально-зимнем режиме
Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию
Расход воды на подогреватели сетевой воды тч
Расход пара на подогреватели сетевой воды тч
Расход свежего пара на подогреватели сетевой воды тч
Расход свежего пара на технологические нужды тч
Расход пара на собственные нужды котельной тч
Расход пара на покрытие потерь в котельной тч
Расход пара на мазутное хозяйство тч
Суммарный расход пара на собственные нужды тч
Суммарная паропроизводительность котельной тч
Расход химически очищенной воды тч
Расход сырой воды тч
Количество воды поступающее с непрерывной продувкой в расширитель тч
Количество пара получаемого в расширителе непрерывной продувки тч
Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки тч
Температура сырой воды после охладителя непрерывной продувки 0С
Расход пара на подогреватель сырой воды тч
Расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором тч
Температуру химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды. 0С
Средняя температура воды в деаэраторе 0С
Суммарное количество воды и пара поступающее в деаэратор т ч
Расход греющего пара на деаэратор тч
Расход свежего пара на собственные нужды тч
Расход редуцированного пара на собственные нужды котельной тч
Действительная паропроизводительность котельной с учетом расхода пара на собственные нужды. тч
Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью %
Выбор основного и вспомогательного оборудования.
1. Выбор основного оборудования
В результате расчета по рассчитанной суммарной паропроизводительности котельной к установке принимаются три котла Е-25-14-ГМ со следующими параметрами:
-паропроизводительность котла 25 тч;
-рабочее давление 14 МПа;
-температура пара 225 0С;
-энтальпия пара 2869 кДжкг;
-температура питательной воды 100 0С
Резервные котлы не устанавливаются.
Выбор деаэраторов в схемах котельных производится по их производительности:
Принимается один деаэратор ДА-10025 и один деаэратор ДА-258. Технические характеристики деаэраторов приведены в таблице 11.1.
Таблица 11.1 Технические характеристики деаэраторов
Наименование параметров
Номинальная производительность тч
Рабочее давление МПа
Температура деаэрированной воды С
Средний нагрев воды в деаэраторе С
Площадь поверхности охладителя выпара м2
Резервные деаэраторы не устанавливаются.
1.3. Выбор питательных насосов
Производительность питательных насосов определяется суммарным расходом воды в деаэраторе составляющим:
Напор развиваемый питательными насосами определяется по формуле м вод. ст.:
где - избыточное давление в барабане и в деаэраторе м вод. ст.;
сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления принимается:
давление создаваемое столбом вод равным по высоте расстоянию между осью
барабана котла и осью деаэратора Па
сопротивление водяного экономайзера принимается равным 180 000 Па
суммарное сопротивление питательных и всасывающих трубопроводов принимается равным 250000 Па
По полученным результатам выбирается два питательных насоса типа ПЭ-145-30 из которых один насос резервный.
Характеристики насосов приведены в таблице 11.2
Таблица 11.2 – Основные технические характеристики питательных насосов
Задаваясь различными величинами подачи V строим характеристику сети значения заносим в таблицу 11.3
Таблица 11.3 – Построение характеристики сети
Характерные точки для построения характеристики насоса приведены в таблице 11.4
Таблица 11.4 – Построение характеристики насоса
Выполним построения используя данные таблицы 11.4
Рисунок 10.3 – Совмещенная характеристика насоса и сети
– характеристика насоса ПЭ-145-30; 2 – характеристика сети
Точка пересечения: VД = 004 м3с = 144 м3ч НД = 290 м. вод. ст.
Выбранный насос нам подходит т.к. VД > VР НД > НР.
Регулирование будем осуществлять изменением частоты вращения так как в связи с этим уменьшается потребление энергии по сравнению с дроссельным регулированием.
Тепловой расчёт подогревателей сетевой воды
Целью данного расчета является определение площади поверхности нагрева и тепловой нагрузки аппарата при заданных конструктивных размерах.
Исходные данные для расчета:
- температура сетевой воды в подающем трубопроводе ;
- температура сетевой воды в обратном трубопроводе;
- расход сетевой воды
- температура возвращаемого конденсата
- теплоемкость воды ;
- температура и давление греющего пара
где Δtmin - минимальная разность температур принимается Δtmin=10 оС.
Тогда tг.п = 140 оС. Максимальное давление пара в пароводяных теплообменниках Рп = 07 МПа поэтому в расчете принимаем Рп = 06 МПа
1 Пароводяной подогреватель
Выбираем пароводяной подогреватель горизонтальный типа ПП1.
Составляем систему уравнений для определения расхода греющего пара.
Определяется расход греющего пара
Определяется температура конденсата на выходе из теплообменника
Определяется тепловая нагрузка пароводяного теплообменника
Температурный график:
Рассчитываем среднюю температурную разность по выражению
Средняя температура нагреваемой воды
Задаемся скоростью воды в трубках в пределах в=1-25 мс [15] и определяем сечение трубного пространства.
Скорость движения воды: в= 15 мс
Площадь сечения для прохода воды
Согласно ГОСТ 00302 м2 .
Для покрытия нагрузки требуется установление трех параллельно работающих трубок подогревателя ПП1 – 108 – 7 - IV.
Характеристика выбранного подогревателя:
- площадь поверхности нагрева: 108 м2;
- диаметр корпуса: 820 мм;
- длина трубок: 3000 мм;
- число трубок в пучке:792
Уточняем скорость в трубках:
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи в трубках:
Рассчитываем коэффициент теплопередачи при конденсации пара в межтрубном пространстве:
где – средняя температура стенки.
m – приведенное число трубок в вертикальном ряду
Средняя температура стенки определяется по выражению
Уточняем среднюю температуру стенки:
разница с ранее принятой > 3 оС пересчитываем с новым значением:
Определяем коэффициент теплопередачи подогревателя
где Rзагр – коэффициент учитывающий загрязнение принимаем Rзагр = 000005
ст – толщина стенки трубы ст = 0001 м
ст – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы для стали ст = 465 Втм2оС
Рассчитываем поверхность подогревателя
Количество подогревателей
Таким образом принимаем 4 подогревателя ПП1 –108 – 7 – IV [11] на 100% нагрузки.
Таблица 12.1 Технические характеристики пароводяного подогревателя ПП1-108-7-IV
Теплопризводительность Гкалч
Давление греющего пара МПа
Расход воды номинальный тч
Число ходов (по воде)
Площадь поверхности нагрева м2
Площадь сечения для прохода воды м2
Внутренний диаметр трубок мм
Наружный диаметр трубок
2 Расчёт охладителя конденсата
Предварительно выбираем охладитель конденсата типа ПВ.
Тепловая нагрузка охладителя определяется по формуле
Определяем средний температурный напор
Средняя температура конденсата
Средняя температура воды в подогревателе
Задаемся скоростью движения рабочих сред в трубном пространстве =1 25 мс (чтобы было турбулентное движение) и определяем сечение fтр для прохода воды:
где - плотность воды в трубках в зависимости от температуры воды.
Составляет: =9789 кгм3;
- скорость движения воды в трубках принимаем: = 14 мс.
По данному fтр из [11] принимаем ближайшее fтр =002325 м2
Уточняем скорость движения воды в трубном пространстве:
Проверяем удовлетворение движения среды в трубках турбулентному течению
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от воды к трубкам
Рассчитываем эквивалентный диаметр для межтрубного пространства:
Определяем скорость среды в межтрубном пространстве:
где - площадь сечения межтрубного пространства. Составляет: = 004464 м2;
- плотность конденсата. Составляет: = 9536кгм3.
Проверяем критерий Reмтр для межтрубного пространства
Рассчитывают коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве Вт(м2К):
Определяем коэффициент теплопередачи Вт(м2К):
где - коэффициент учитывающий загрязнение трубки составляет: = 095
- коэффициент эффективности теплообмена составляет:
Рассчитываем необходимую поверхность нагрева водоподогревателя:
Определяем количество секций в охладителе:
В результате расчета получилось что охладитель состоит из 5-ти секций. Как правило охладитель конденсата и подогреватель являются оборудованием блочного типа и подогреватель всегда идет с двумя секциями охладителей. Т.е. собрать охладитель с тремя секциями невозможно поэтому необходимо уточнить температуру конденсата на выходе из охладителя для 2-х секций.
В результате расчета получилось что для того чтобы у охладителя конденсата было четыре секции необходимо чтобы температура конденсата на выходе из охладителя была равна
Поверхность нагрева м2
Выбираем по 4 секции теплообменника типа ПВ – 325 x 4 – 10 – РГ – 2 – У3 на каждый подогреватель ПП1-108-7-IV
Разработанный проект системы теплоснабжения промышленного района позволяет обеспечить потребителей теплотой в заданном количестве и с требуемыми параметрами.
Для теплоснабжения промышленного района в котельной необходимо установить три котла типа Е-25-14-ГМ четыре сетевых подогревателя типа ПП1-108-7-IV каждый из которых оборудован четырьмя секциями выносных охладителей конденсата типа ПВ–325x4–10–РГ–2–У3.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов Е.Я. Соколов – 7-е изд. – М.: изд-во МЭИ 2001 – 472 с.
СП124.133330.2012. Тепловые сети. – М.: ЦИПТ Госстроя 2012 - 59с
СП131.13330.2012. Строительная климатология. – М.: 2012.
СП60.13330.2012. Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: 2012.- 64 с.
СП30.13330.2012. Внутренний водопровод и канализация зданий. 2012. – 56 с.
СП61.13330.2012. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. 2012.
СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов.
СП89.13330.2012. Котельные Установки. – М.: 20212- 48 с.
СН 41-104-2000. Проектирование автономных источников теплоносителя. – М.:ЦИИП Гострой России 2001-18 с.
Авдюнин Е.Г. Системы теплоснабжения промышленных предприятий: учебн. Пособие ч.1 Е.Г.Авдюнин Ю.Г.Ершов Н.К. Шарафутдинова – Иваново: ИГЭУ 2004. – 108 с.
Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию под ред. Н.К. Громова Е.П. Шубина- М.: Энергоатом издат 1988 -376 с.
Субботин В.И. Источники теплоснабжения и их режимы работы: учеб. пособие;изд. 2-е дополн. ГОУВПО «Ив. Гос. Энерг. Ун-т имени В.И.Ленина.». – Иваново 2010 – 400 с.
Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Энергоатом издат. 1985. - 232 с.
Васильев С. В. Арсенов В. Г. Ярунин С. Н. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Учебно-методическое пособие. – Иваново: ГОУВПО. Иван. Гос. Ун-т. 2007. – 168 с.
Субботин В. И. Калинин Н. В. Насосы в теплоэнергетике ГОУВПО «Иван. Госуд. Энерг.ун-т. имени В.И.Ленина». – Иваново 2007. – 148 с.
Новое теплообменное оборудование для промышленных энергоустановок и систем теплоснабжения Отраслевой каталог - М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ 1998 г.
ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования.
Краснощеков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд. перераб. - М.: Энергия 1980. - 288 с. ил.

подогреватель.dwg

Аппарат подлежит ведению Госгротехнадзора.
Изготовление и сварка по правилам устройства и
безопасности эксплуатации сосудов
работающих под давлением и
техническим требованиям ОСТ 26-291-71.
Сварка продольных и кольцевых швов приварки днища корпуса
по ГОСТ 8713-70 С2АФ
монтажные сварочные швы по ГОСТ
Аппарат по воде четырех ходовой.
Винты отжимные 0037 предназначены для фиксирования
трубной системы только при
транспортировке и монтаже
эксплуатации винты должны быть вывернуты и заменены
изготовленными из этих винтов.
до приварки трубопроводов
разделить под сварку по
МП-2892-62. В случае неприсоединения трубопроводов к
заглушки с последнего срезать и вваривать днище по
Число часов работы до первого отказа
Число часов гарантированной работы
КП 2068195.205- -201
Аппарат подлежит ведению Госгортехнадзора. 2. Изготовление и сварка по правилам устройства и безопасности эксплуатации сосудов
работающих под давлением и техническим требованиям ГОСТ 26-291-71. 3. Сварка продольных и кольцевых швов
приварки днища корпуса осуществляется по ГОСТ 8713-70 С2АФ
монтажные сварочные швы - по ГОСТ 16037-70. 4. Аппарат по воде четырехходовой. 5. Винты отжимные 0037
предназначены для фиксирования трубной системы только при транспортировке
при эксплуатации винты должны быть вывернуты и заменены пробками изготовленными из этих винтов. 6. При монтаже
заглушки с патрубков срезать
а кромки разделить под сварку по МП-2892-62. В случае не присоединения трубопроводов к патрубку
заглушки с последнего срезать и вварить днище по МП-2890-62. 7. Число часов работы до первого отказа 10000 часов 8. Число часов гарантированной работы 20000 часов
Технические требования
Технические характеристики
ГОСТ 5264-80-У8- 5(№1)
Условный проход присоединений
Давление греющего пара
Теплопроизводительность
Гидравлическое сопротивление
Расход воды номинальный