2Выбор вида теплоносителей и их параметров

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сек­тор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепло­вая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается тепло­электроцентралями, производственными и районными отопитель­ными котельными.

Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и са­мофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуата­ции производственных и отопительных котельных.

Пути и перспективы развития энергетики определены Энерге­тической программой, одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберега­ющих технологий, использование вторичных энергоресурсов, эко­номия топлива и энергии на собственные нужды.

Производственные и отопительные котельные должны обеспе­чить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально.спроектированной тепловой схемы котельной. Ведущими проектными институтами разработаны и совершенствуются рациональные тепловые схемы и типовые проекты производственных и отопительных котельных.

В нашей стране, несмотря на существующий экономический кризис, продолжают застраиваться новые районы (в первую очередь в Москве и вблизи Москвы), поэтому вопрос проектирования тепловых сетей остаётся актуальным и по сей день. Во многих регионах нашей Родины существуют большие проблемы с неплатежами, и поэтому промышленные котельные не выдерживают тепловой график, ввиду отсутствия средств на необходимое количество топлива. Поэтому необходимо проектировать тепловые сети и источники теплоснабжения так, чтобы они могли работать в нестандартных условиях.

Целью данного курсового проекта является получение навыков и ознакомление с методиками расчёта теплоснабжения потребителей, в частном случае - расчёта теплоснабжения двух жилых районов и промышленного предприятия от паровой котельной. Также поставлена цель ознакомиться с существующими государственными стандартами, и строительными нормами и правилами, касающимися теплоснабжения, ознакомление с типовым оборудованием тепловых сетей и котельных.

В данном курсовом проекте построены графики изменения подачи теплоты каждому объекту, определён годовой запас условного топлива для теплоснабжения. Произведён расчёт и построены температурные графики, а также графики расходов сетевой воды по объектам и в сумме. Произведён гидравлический расчёт тепловых сетей, построен пьезометрический график, выбраны насосы, сделан тепловой расчёт тепловых сетей, рассчитана толщина изоляционного покрытия. Определён расход, давление и температура пара, вырабатываемого на источнике теплоснабжения. Выбрано основное оборудование, рассчитан подогреватель сетевой воды.

1. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПОДАЧИ ТЕПЛОТЫ КАЖДОМУ ОБЪЕКТУ В ДИАПАЗОНЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР НАРУЖНОГО ВОЗДУХА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО ЗАПАСА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Первым этапом проектирования системы теплоснабжения является определение расходов и необходимых параметров теплоты для всех присоединенных к этой системе потребителей.

Годовое 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.

В нашем проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и жилой район. Расходы теплоты промышленным предприятием нам заданы, необходимо определить величину теплопотребления в жилых районах.

Для построения графиков изменения подачи теплоты объектам необходимо знать максимальные расчётные значения составляющих теплового потребления. В нашем случае указаны тепловые нагрузки для промышленного предприятия и расчёта не требуют. А для жилого района такой расчёт необходим. Расчёт будет производить согласно [1].

Согласно исходным данным город-местоположение котельной – Оренбург. Климатологические параметры расчетного города для холодного периода года принимаем по [2] и заносим их в Таблицу 1.1.

Согласно [1] при разработке схем теплоснабжения расчетные тепловые нагрузки определяются:

а) для намечаемых к строительству промышленных предприятий — по укрупненным нормам развития основного (профильного) производства или проектам аналогичных производств;

б) для намечаемых к застройке жилых районов — по укрупненным показателям плотности размещения тепловых нагрузок или по удельным тепловым характеристикам зданий и сооружений согласно генеральным планам застройки районов населенного пункта.

Расчётнуюнагрузкуна отопление жилых и общественных зданий определяем по следующему выражению, Вт

Q_o¢ = q_o×А(1+k₁), (1.1)

где q_o- удельный расчётный расход тепла на одного жителя, Вт/м²,

A – отапливаемая площадь;

k₁ – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным 0,25.

Для жилого района:

Высота зданий – 20 м, высота потолков ≈ 3м, этажность – 7 этажей. Здания возведены после 1985 года. Согласно СП 124.13330.2012 наше здание постройки до 1995 года, этажность равна 7, а температура -32°С, следовательно, получаем q_о = 83 Вт/м² для жилого района.

Q_o¢ = 83×380000^.(1+0,25) = 41,33МВт.

Расчётная нагрузка на вентиляцию:

Q_в¢ = k₁ ×k₂× А ×q_о, (1.2)

где k₂ – коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий;k₂= 0,6, так как зданиепостроено после 1985 года.

Для жилого района:

Q_в¢ = 0,25×0,6 ×380000 × 83=4,96МВт.

Для общественных зданий, расположенных в жилом районе, а также если для них неизвестны расходы воды, рекомендуется по [1]расчет расхода теплоты определять в целом по жилому району:

, Вт (3.3)

где коэффициент 1,2 учитывает выстываение горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения [3].

а – средненедельная норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55ºС 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 1,5 до 1,7 м, в соответствии с [3], а = 105 л/(сут·чел);

b – норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях, при температуре 55ºС, т.к. мы не располагаем более точными данными, по [3] рекомендуется принятьb = 25 л/(сут·чел);

t_з – температура холодной (водопроводной) воды. Т.к. отсутствуют данные о температуре холодной водопроводной воды, ее принимаем в отопительный периодt_з = 5ºC[1];

с_ср – средняя теплоёмкость воды в рассматриваемом интервале температур, с_ср = = 4 190 кДж/(кг·К)[4];

8,65МВт.

Для построения графиков изменения подачи теплоты, пользуюсь уравнениями для расчета текущих тепловых нагрузок:

для отопления:

(1.4)

Для вентиляции:

(1.5)

Для горячего водоснабжения:

Q_гвс = Q_гвс¢ (1.6)

Для технологии:

Q_т = Q_т¢ (1.7)

где Q_о¢, Q_в¢, Q_гвс¢_, Q_т¢ - расчётные нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологию, МВт;

t_в- температура воздуха внутри помещения, ^оС;

t_н–текущаятемпературанаружноговоздуха, ^оС.

Для жилых зданий t_в =20 С.

Зависимость тепловых нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии от температуры наружного воздуха в соответствии с уравнениями (1.4) и (1.5) имеют прямые линии, поэтому для определения и построения графиков для систем вентиляции и отопления объектов достаточно двух значений, а для систем горячего водоснабжения и технологии всего одного.

В соответствии с формулами (1.4) и (1.5) получаем:

Для жилого района:

МВт;

МВт;

Q_гвс(+8о_С) = Q_гвс¢ = 8,65 МВт.

Средний тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение жилых районов населенных пунктов в неотапливаемый период следует определять по формуле:

(1.8)

Для жилого района:

6,92 МВт.

Для характерных точек полученные данные о нагрузках сведем в таблицу.

Таблица 1.2 Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха

На основании выполненных расчётов строим графики изменения подачи теплоты объектам.

Дляжилого района график показан на рисунке1.1.

Нагрузка (Q) на: 1 – отопление жилого района; 2 – вентиляцию жилого района; 3 – ГВС жилого района (зимняя); 4 – ГВС первого жилого района (летняя); 5 – суммарный график.

Рисунок 1.1. – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в первом и втором жилых районах.

Выполним расчёт для построения графика изменения подачи теплоты для промышленного предприятия. По [2] для промышленного предприятия температура внутреннего воздуха t_в = 18 ^оС.

По заданию нам известно:

расчётная нагрузка на отопление Q_o = 15,0 МВт;

расчётная нагрузка на вентиляцию Q_в = 3,8 МВт;

расчётная нагрузка на горячее водоснабжение Q_гвс = 5,0 МВт;

расчётная нагрузка на технологию Q_т = 7,5 МВт.

В соответствии с формулами (1.4) и (1.5) получаем:

МВт;

МВт;

Q_гвс(+8о_С) = Q_гвс(ПП)¢ = 5 МВт.

Q_т(+8о_С) = Q_т(ПП)¢ = 7,5 МВт.

Значение летней нагрузки на горячее водоснабжение найдём по формуле (1.8):

МВт.

Все полученные данные о нагрузках в характерных точках сведем в таблицу.

Таблица 1.3 Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха для промышленного предприятия

На основании выполненных расчётов строю график изменения подачи теплоты промышленному предприятию, а также график изменения подачи теплоты котельной рисунок 1.2.

Тепловая нагрузка (Q) на: 1 – отопление; 2 – вентиляцию; 3 – ГВС (зимняя); 4 – ГВС (летняя); 5 – технологию.

Рисунок 1.2. – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в ПП.

Для построения графика суммарного теплопотребления и графика годового теплопотребления необходимо знать число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха. Такие сведения возьмем из [3]:

Таблица 1.4 Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха

Годовой расход топлива:

, (1.9)

где Q^год – суммарное годовое потребление теплоты, МДж/год;

Q_н^р – низшая теплота сгорания условного топлива, МДж/кг; Q_н^р = 29,3 МДж/кг;

h- КПД источника теплоснабжения; по [2] h= 0,9.

Суммарное годовое потребление теплоты:

Q^год = Q_о^год + Q_в^год + Q_гвс^год + Q_т^год , (1.10)

где Q_о^год, Q_в^год , Q_гвс^год , Q_т^год – годовые потребления теплоты на цели отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии, ГДж/год.

Q_о^год = n_от×Q_о^ср×86,4, (1.11)

где n_от – продолжительность отопительного периодасут/год, n_от = 195;

Q_о^ср - суммарное среднее потребление теплоты на отопление, МВт.

, МВт (1.12)

где t_н^ср – средняя температура воздуха за отопительный период, ^оС.

МВт;

Годовая нагрузка на отопление находится по формуле (1.11):

Q_о^год =195×21,38× 86,4= 360 210,24ГДж/год.

Годовой расход теплоты на отопление на промышленном предприятии, ГДж/год:

, (3.13)

где z_п.п – число часов работы промышленного предприятия в сутки, примемz_п.п=16 ч/сут;

МВт

Q_o^D – расход теплоты на дежурное отопление, МВт, определяется по формуле

, (3.14)

где t^д_в – температура воздуха внутри помещения во время работы дежурного отопления, ^оС; в соответствии с [4] принимается равной 5 ^оС.

Определяем годовой расход теплоты на отопление по (3.13)

Суммарный годовой расход теплоты на отопление жилых районов и промышленного предприятия:

Суммарное годовое потребление теплоты на вентиляцию по формуле

Q_в^год = Q_в^год + Q_в(ПП)^год, (1.15)

где Q_в^год, Q_в(ПП)^год - годовое потребление теплоты на вентиляцию жилого района и промышленного предприятия, МВт.

Годовая нагрузка на вентиляцию в жилом районе:

Q_в^год = n₀×z×Q_в^ср× 3.6, (1.16)

где Q_в^ср - суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию в жилом районе, МВт;

, МВт (1.17)

МВт

Тогда по формуле (1.14)

Q_в^год = 195×2,57× 3,6 ×16= 28 866,24 ГДж/год.

Годовая нагрузка на вентиляцию на промпредприятии:

, ГДж/год (1.18)

МВт

Тогда по формуле (1.18):

ГДж/год

Суммарное годовое потребление теплоты на вентиляцию по формуле (1.15)

Q_в^год = 28 866,24 + 25 103,52 = 53 969,76 ГДж/год

Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:

Q_гв^год = Q_{гв ж} ^год + Q_гвпп^год , (1.19)

где Q_{гв ж} ^год - годовой расход теплоты на ГВС в жилом микрорайоне,

Q_гвпп^год – годовой расход теплоты на ГВС промпредприятия.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых районов:

, (1.20)

где n_у = 350 – расчетное количество суток в году работы системы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток [1].

ГДж/год.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение промпредприятия:

,

ГДж/год.

Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:

Q_гв^год = 238407.84+137808 =376215.84ГДж/год.

Годовой расход теплоты на технологию:

Q_тех^год = 3,6 ∙ Q_т ∙ z_год = 3,6 ∙ 7,5 ∙ 5500= 148 500 ГДж/год. (1.21)

где z_год – годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки, ч/год, принятое значение соответствует 2^х-сменному режиму работы:

z_год = 5500 ч/год;

Суммарное годовое потребление теплоты:

Q^год = +53 969,76 +376 215,8 +148 500 =985 677,08 ГДж/год

Годовой расход топлива:

т/год.

Полученные результаты будут использованы при выборе и расчете источника теплоснабжения.

Рисунок 1.3. –График Россандера.

2Выбор вида теплоносителей и их параметров

2.1 ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника теплоты и вида тепловой нагрузки.

В нашем курсовом проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и жилой район.

Пользуясь рекомендациями [1], для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, систему теплоснабжения принимаем водяную. Это объясняется тем, что вода имеет ряд преимуществ по сравнению с паром, а именно:

а) более высокий КПД системы теплоснабжения вследствие отсутствия в абонентских установках потерь конденсата и пара, имеющих место в паровых системах;

б) повышенная аккумулирующая способность водяной системы.

Для промышленного предприятия в качестве единого теплоносителя для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения применяем пар.

2.2 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке.

Повышение расчетной температуры подаваемой воды (τ₀₁) увеличивает расчетную разность температур в прямой и обратной магистрали и сокращает требуемый расход теплоносителя. Так для температурного графика τ₀₁/τ₀₂=130/70 ^оС при подведении определенного количества теплоты потребуется транспортировать воды в 3,3 раза меньше, чем для графика τ₀₁/τ₀₂=95/70 ^оС. 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 водяных системах применяется горячая вода температурой до 100⁰С, перегретая вода – 100-200⁰С. Вода температурой свыше 150⁰С используется только технологическими потребителями для горячего водоснабжения, температура воды по СП должна быть не выше 65⁰С.

Параметры пара в системах пароснабжения определяются требующейся температурой в технологических процессах t_т.п. Принимая минимальный необходимый перепад температур в технологическом аппарате, определяем температуру греющего пара t_г.п, по которой находят давление греющего пара у потребителя:

t_г.п=t_т.п+ Δtmin = 215 +10 = 225^оС, (2.1)

где Δt_min=5-10^оС.

По t_г.п из термодинамических таблиц определяют давление пара Р_п , подаваемого в подогреватель, т.е. Р_п = 2,55МПа.

В целях исключения конденсации пара при транспорте его по паропроводам необходимо подавать пар с небольшим перегревом (10 – 20^оС).

Давление пара на выходе источника с учетом принятых гидравлических потерь составит, МПа:

, (2.2)

где - длина сети от источника до промпредприятия, м.

, МПа

а насыщения пара при давленииР_И=2,6 МПа составляет t_и=226⁰С.