Расчет теплоснабжения микрорайона города Кировска от котельной "Кировский рудник"

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК, ГИДРАВЛИКА, ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ, ТЕПЛОВАЯ СХЕМА, ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ, ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ, РЕКОНСТРУКЦИЯ КОТЕЛЬНОЙ В МИНИ-ТЭЦ, АВТОМАТИЗАЦИЯ КОТЛА, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ КОТЕЛЬНОЙ В МИНИ-ТЭЦ, БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

В данном дипломном проекте рассматривается теплоснабжение микрорайона г. Кировска от котельной.

Обоснована используемая система теплоснабжения от котельной, выбраны вид и параметры теплоносителей. Выбран метод регулирования тепловых нагрузок. Произведены гидравлический и тепловой расчёты тепловых сетей, рассчитаны потери в тепловых сетях.

На основании расчета тепловой схемы котельной произведен выбор основного и вспомогательного оборудования котельной. Рассмотрен вариант повышения энергетической эффективности котельной за счет установления турбоагрегатов вместо редукционной установки.

Определены концентрации вредных выбросов в приземном слое атмосферы. Построена кривая рассеивания вредных выбросов в приземном слое атмосферы.

Рассмотрены вопросы безопасности при производстве работ в помещении котельной.

Определены основные технико-экономические показатели котельной.

Графическая часть проекта представлена на семи листах.

СОДЕРЖАНИЕ

теплоснабжение гидравлический автоматизация котел

_{Введение}

_{1. Обоснование системы теплоснабжения}

_{2. Расчёт тепловых нагрузок}

_{2.1 Определение расчётных тепловых нагрузок}

_{2.2 Построение графика зависимости расхода теплоты от температуры наружного воздуха}

_{2.3 Построение графика годового потребления теплоты}

_{3. Выбор метода регулирование системы теплоснабжения}

_{3.1 Обозначение величин}

_{3.2 Расчет температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением}

_{3.3 Расчёт регулирования отпуска теплоты на горячее водоснабжение}

_{3.4 Расчет регулирования отпуска теплоты на вентиляцию}

_{3.5 Средневзвешенная температура возвращаемого теплоносителя}

_{3.6 Расчет расхода воды из тепловой сети}

_{4. Гидравлический расчёт тепловой сети}

_{4.1 Расчёт участков тепловой сети}

_{4.2 Построение пьезометрического графика тепловой сети}

_{5. Тепловой расчёт тепловой сети}

_{5.1 Расчёт изоляции}

_{5.2 Расчёт тепловых потерь}

_{6. Расчёт тепловой схемы источника теплоснабжения}

_{6.1 Расчёт тепловой схемы котельной}

_{7. Выбор основного и вспомогательного оборудования}

_{7.1 Выбор котлов}

_{7.2 Выбор деаэратора}

_{7.3 Выбор насосов}

_{7.3.1 Сетевые насосы}

_{7.3.2 Подпиточные насосы}

_{7.3.3 Питательные насосы}

_{7.3.4 Подкачивающие насосы}

_{8. Поверочный расчет подогревателей сетевой воды}

_{8.1 Тепловой расчет пароводяного подогревателя}

_{8.2 Расчет охладителя конденсата}

_{9. Разработка автоматизации котла ДЕ-25-14}

_{9.1 Техническая характеристика и описание объекта автоматизации}

_{9.2 Описание схемы автоматизации парового котла ДЕ-25-14}

_{9.3 Теплотехнический контроль}

_{9.4 Автоматическое регулирование}

_{9.5 Дистанционное управление}

_{9.6 Техническая сигнализация и защита}

_{10. Реконструкция котельной в мини ТЭЦ}

_{10.1 Перспективы внедрения когенерации}

_{10.2 Оборудование}

_{11. Экономическая эффективность реконструкции котельной в мини ТЭЦ}

_{11.1 Базовый режим}

_{11.2 Расчет себестоимости отпущенной тепловой энергии}

_{11.3 Установка турбоагрегата ТГ 0,5А/0,4 Р13/3,4}

_{11.4 Установка турбоагрегата ПВМ- 1000}

_{12. Безопасность и экологичность проекта}

_{12.1 Безопасность труда в котельной}

_{12.1.1 Анализ опасных и вредных факторов при обслуживании теплового оборудования котельной}

_{12.1.2 Разработка инженерных мероприятий по предотвращению воздействия опасных факторов}

_{12.1.2.1 Обеспечение пожаро- и взрывобезопасности}

_{12.1.2.2 Защита от термических ожогов}

_{12.1.2.3 Профилактика механических травм}

_{12.1.2.4 Обеспечение электробезопасности}

_{12.1.3 Защита от шума и вибраций}

_{12.2 Охрана окружающей среды}

_{12.2.1 Определение объемов продуктов сгорания}

_{12.2.2 Определение выбросов окислов серы и окислов азота}

_{12.2.3 Определение минимальной высоты дымовой трубы}

_{12.2.4 Расчет рассеивания приземных концентраций вредных выбросов. Построение кривой рассеивания}

_{Заключение}

_{Список литературы}

ВВЕДЕНИЕ

В 1929 году было создано предприятие «Апатит» на базе огромных по своим запасам месторождений апатит-нефелиновых руд хибинской группы, уникальных по своему минеральному составу. Открытое акционерное общество «Апатит» входит в число крупнейших мировых производителей фосфатного сырья для производства минеральных удобрений. Основной продукцией предприятия является апатитовый концентрат нескольких марок. В результате производства апатитового концентрата производится ряд продуктов, главным из которых является, широко используемый в промышленности, нефелиновый концентрат.

В состав ОАО «Апатит» входит более 20-ти структурных организаций и подразделений, в их числе четыре рудника с открытыми и подземными способами добычи руды, две апатит-нефелиновые фабрики, мощный железнодорожный и автотранспортный цеха, комплекс ремонтных и энергетических цехов и ряд других вспомогательных подразделений.

Для обеспечения бесперебойного снабжения рудников, фабрик и цехов паром и горячей водой был создан цех пароснабжения (ЦПС). В состав ЦПС входит котельная «Кировский рудник».

Котельная состоит из паровой части.

В котельной установлены четыре паровых котла ДЕ-25-1,4/225 и два котла ДЕ-25-1,4/194 пар от которых используется:

- для нагрева воздуха;

- для собственных нужд;

- для нагрева топлива на мазутном хозяйстве;

- для нагрева сетевой воды в аппаратах ПСВ.

Системы теплоснабжения являются важнейшими системами обеспечения жизнедеятельности человека. Основное их значение состоит в обеспечение потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров.

Надежная работа системы теплоснабжения, при строгом соблюдении необходимых параметров теплоснабжения, во многом определяется правильным выбором схем тепловых сетей и тепловых пунктов, конструкций применяемого оборудования.

Системы централизованного теплоснабжения характеризуются сочетанием трех основных звеньев: теплоисточника, тепловых сетей и местных систем теплоснабжения.

В данном случае источником теплоснабжения является паровая котельная. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной.

В данном проекте рассчитывается теплоснабжение микрорайона города Кировска от котельной «Кировский рудник».

1. ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества (т.е. теплоносителем требуемых параметров).

В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на централизованные и децентрализованные. В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприёмники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприёмников может осуществляться практически без промежуточного звена - тепловой сети. В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприёмники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передаётся по тепловым сетям.

Поскольку теплота от рассматриваемой в проекте котельной передаётся потребителям по тепловым сетям, система теплоснабжения является централизованной.

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:

· Групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий;

· Районное - теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);

· Городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов;

· Межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

Котельная микрорайона города Кировска снабжает теплотой один район, поэтому по степени централизации является районной.

Процесс централизованного теплоснабжения состоит из трёх последовательных операций:

1. Подготовки теплоносителя;

2. Транспортировки теплоносителя;

3. Использования теплоносителя.

Подготовка теплоносителя производится в специальных так называемых телоподготовительных установках в котельной. Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям, а используется в теплоприёмниках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения.

По виду теплоносителя системы централизованного теплоснабжения разделяются на водяные и паровые.

Поскольку в жилых и общественных зданиях в системах централизованного теплоснабжения с целью соблюдения санитарных норм необходимо принимать в качестве теплоносителя воду [1], то для удовлетворения нагрузок отопления и горячего водоснабжения рассматриваемого микрорайона в качестве теплоносителя принята вода.

При выборе параметров теплоносителей необходимо учитывать, что увеличение разности температур в подающей и обратной линиях приводит к сокращению требуемого расхода теплоносителя, однако верхний предел обусловлен надёжностью эксплуатации отопительных приборов, а также условием невскипания воды в них.

Согласно [1] минимальная температура теплоносителя в обратном трубопроводе при закрытой системе теплоснабжения составляет 70єС, в подающем же трубопроводе принимаем наибольшую допустимую температуру теплоносителя 115єС. Таким образом, для системы теплоснабжения микрорайона от паровой котельной принят температурный график єС.

Водяные системы теплоснабжения применяются двух типов: закрытые и открытые. В закрытых системах сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается. В открытых системах сетевая вода частично (редко полностью) разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.

Для рассматриваемой котельной принята закрытая система теплоснабжения - вода на горячее водоснабжение из сети не отбирается.

В зависимости от числа трубопроводов, используемых для теплоснабжения данной группы потребителей, водяные системы делятся на:

· Однотрубные;

· Двухтрубные;

· Трёхтрубные;

· Многотрубные.

Для теплоснабжения городов в большинстве случаев применяется двухтрубные водяные системы, в которых водяная сеть состоит из двух трубопроводов: подающего и обратного. По подающему трубопроводу горячая вода подводится от источника к абонентам, по обратному трубопроводу охлаждённая вода возвращается на источник.

Преимущественное применение в городах двухтрубных систем объясняется тем, что эти системы по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации.

Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется теплота примерно одного потенциала. Такие условия обычно имеют место в городах, где вся тепловая нагрузка (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение) может быть удовлетворена в основном теплотой низкого потенциала.

Таким образом, для теплоснабжения, рассматриваемого в проекте района, используется двухтрубная система.

В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима работы тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети.

На практике находят применение две принципиально различные схемы присоединения теплопотребляющих установок абонентов к тепловой сети: зависимая и независимая. По первой схеме присоединения вода из тепловой сети поступает непосредственно в приборы абонентской установки, по второй - проходит через теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в абонентской установке.

В закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабжения присоединяются к тепловой сети через водо-водяные подогреватели, т.е. по независимой схеме.

2. РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Одна из первоочередных задач при проектировании систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок. При этом наиболее существенным является определение нагрузок применительно к так называемому расчётному или максимальному режиму, при котором сумма расходов теплоты всеми потребителями достигает максимального значения. Возможность отпуска из системы теплоснабжения этого суммарного расхода с учётом несовпадения максимумов у отдельных потребителей и видов потребления должна обеспечиваться надлежащим выбором при проектировании основного и вспомогательного оборудования источников теплоты, а также пропускной способностью по теплоносителю и соответствующих ей диаметров трубопроводов.

2.1 Определение расчетных тепловых нагрузок

_{Расчётную часовую тепловую нагрузку на отопление отдельного здания определяем по укрупнённым показателям, МВт}

,МВт (2.1)

где - удельная отопительная характеристика здания, ;

- объем здания по наружному обмеру, м³;

- средняя внутренняя расчетная температура в здании, °С;

- наружная расчетная температура воздуха, °С.

Удельная характеристика тепловых потерь ,,зданий с наружным объемом более 3000 м³ может быть определена для расчетного режима °С по формуле

_(2.2)

_{Для пересчета на другую температуру, отличную от °С, может быть использовано выражение}

_(2.3)

_{Пример расчёта нагрузки на отопление для жилого дома ул. Комсомольская,13:}

_;

_;

_,МВт

_{Расчёт нагрузки на отопление других жилых домов и административно-общественных зданий проводится аналогично, результаты расчёта представлены в таблице 2.1.}

Расчетный расход теплоты на вентиляцию общественных зданий:

, Вт (2.4)

где - удельная вентиляционная характеристика здания, (принимается по проектам зданий), ;

Тогда расчетный расход теплоты на вентиляцию по району:

МВт;

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилого дома, МВт

, (2.5)

где - число жителей;

- норма расхода воды на одного жителя, =105 л/сут [1];

- температура холодной воды в зимний период, =4°С [3];

- теплоемкость воды, = 4,19 [5].

Пример расчёта нагрузки на горячее водоснабжение жилого дома ул. Комсомольская,13

МВт.

_{Расчёт нагрузки на горячее водоснабжение других жилых домов проводится аналогично, результаты расчёта представлены в таблице 2.1.}

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение административно-общественного здания, МВт

, (2.6)

где - норма расхода воды на одного жителя, принимается 5 л/сут [1];

Пример расчёта нагрузки на горячее водоснабжение почты:

МВт.

_{Расчёт нагрузки на горячее водоснабжение других административно-общественных зданий проводится аналогично, результаты расчёта представлены в таблице 2.1.}

_{Таблица 2.1 Результаты расчёта тепловых нагрузок на отопление и горячее водоснабжение жилых и административно-общественных зданий}

Объект	Нагрузка на отопление, МВт	Нагрузка на вентиляцию, МВт	Нагрузка на ГВС, МВт
ул.Комсомольская, №13 Почта ул.Комсомольская, №16 ул.Комсомольская, №14 ул.Комсомольская, №10 ул.Комсомольская, №9 ул.Комсомольская, №8 ул.Комсомольская, №4 Магазин "Овощи" ул.Комсомольская, №3 Ясли-сад №41 ул.Комсомольская, №2 ул.Комсомольская, №1 ул.Комсомольская, №5 ул.Комсомольская, №7 ул.Комсомольская, №7а ул.Кирова, №29 ул.Кирова, №31 ул.Кирова, №33 ул.Кирова, №45 ул.Кирова, №47 ул.Кирова, №49 ул.Кирова, №43 ул.Кирова, №37 ул.Кирова, №39 ул.Кирова, №51 ул.Кирова, №35 ул.Кирова, №41 ул.Кирова, №53 ул.Кирова, №55 ул.Кирова, №42 ул.Кирова, №50 ул.Кирова, №52 ул.Кирова, №54 ул.Кирова, №44 ул.Кирова, №46 Ателье "Силуэт" ул.Кирова, №6 ул.Кирова, №4 Пожарное депо ул.Кирова, №6а ул.Кирова, №4а ул.Кирова, №2 ул.Кирова, №1 ул.Кирова, №2а Спортивная база ул.Кирова, №3 ул.Кирова, №5 ул.Кирова, №11 ул.Кирова, №15 ул.Кирова, №12 ул.Кирова, №14 Музыкальная школа ул.Советская, №1 Ясли-сад №53 ул.Советская, №3 ул.Советская, №4 ул.Советская, №5 ул.Советская, №6 Дом-музей С.М.Кирова ул.Кирова, №17 ул.Кирова, №19 ул.Кирова, №21 ул.Кирова, №23 ул.Кирова, №24 ул.Кирова, №26 ДЮСШ ул.Кирова, №28 ул.Кирова, №30 ул.Кирова, №25 Магазин "Ромашка" ул.Кирова, №25а ул.Кирова, №34 ул.Кирова, №36 ул.Кирова, №38 Больница №2 Школа №2 Детский сад №4 Хоз.корпус больницы ИТОГО	0,257 0,013 0,325 0,253 0,339 0,393 0,380 0,284 0,022 0,604 0,073 0,183 0,183 0,275 0,340 0,075 0,195 0,194 0,195 0,136 0,136 0,135 0,194 0,194 0,192 0,143 0,195 0,219 0,214 0,194 0,271 0,183 0,206 0,271 0,317 0,184 0,058 0,191 0,200 0,029 0,120 0,143 0,210 0,197 0,197 0,292 0,278 0,203 0,192 0,206 0,209 0,044 0,097 0,136 0,102 0,113 0,198 0,134 0,195 0,052 0,286 0,192 0,310 0,176 0,270 0,267 0,089 0,122 0,460 0,270 0,019 0,273 0,302 0,133 0,237 0,328 0,276 0,135 0,037 15,95	0,002014303 0,019360973 0,028805038 0,0502	0,046897535 0,000207754 0,062160047 0,051060038 0,073537555 0,07992006 0,062437547 0,05272504 0,001543317 0,033577525 0,003858292 0,033300025 0,031635024 0,034410026 0,076035057 0,009712507 0,031357524 0,028860022 0,034965026 0,018315014 0,021645016 0,016372512 0,028860022 0,028305021 0,033577525 0,021090016 0,032190024 0,028305021 0,029137522 0,024975019 0,054390041 0,033855025 0,032467524 0,052170039 0,035520027 0,032745025 0,002056766 0,023587518 0,019147514 0,00156706 0,023587518 0,018315014 0,017205013 0,016372512 0,016372512 0,013800813 0,040792531 0,017205013 0,017760013 0,015262511 0,016095012 0,003607503 0,000730108 0,015262511 0,004006688 0,01359751 0,029415022 0,018592514 0,032745025 0,00014246 0,033577525 0,023865018 0,030525023 0,014152511 0,034687526 0,020535015 0,011931025 0,01332001 0,052170039 0,028860022 0,000222594 0,054945041 0,041902531 0,017760013 0,034965026 0,021903225 0,003454655 0,002671125 0,00058646 2,1

2.2 Построение графика зависимости тепловой нагрузки 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 + 8єС. График будем строить для суммарных нагрузок, поскольку наклон всех тепловых характеристик у обоих районов совершенно одинаков.

В летний период присутствуют постоянные по величине нагрузки на ГВС:

= ·, Вт (2.7)

где - температура холодной воды, для летнего периода, принимаем по [3], стр. 69, = 15єС.

- 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 0,8, а для промышленных предприятий 1.

Тогда ГВС: = 2,1 ··0,8 =1,31 МВт;

= = 3,14 МВт.

В зимний период присутствуют постоянная нагрузки - на ГВС и переменные (зависящие от температуры наружного воздуха) - на вентиляцию и отопление:

= 2,1 МВт (2.8)

= ·, Вт (2.9)

= ·, Вт (2.10)

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, принимаемая для жилых и общественных зданий равной 18єС.

- 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  =  = = -28єС, хотя на практике обычно ниже.

Тогда = · = 15,95· = 6,24 - 0,35·,МВт;

= · = 0,05· = 1,04 - 0,058·, МВт;

Таблица 2.2 Нагрузки по микрорайону

	8	2	0	-6	-12	-18	-22	-28
	3,46	5,54	6,24	8,32	10,4	12,48	13,87	15,95
	0,01090	0,01745	0,01963	0,02618	0,03272	0,03927	0,04363	0,05018
	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1
	5,578	7,665	8,361	10,447	12,534	14,621	16,013	18,1

Теперь можно строить график тепловой нагрузки по микрорайону:



_{Рисунок 2.1. График зависимости тепловых нагрузок микрорайона на отопление, вентиляцию и ГВС и полной нагрузки от температуры наружного воздуха.}

1 - суммарная тепловая нагрузка;

2 - тепловая нагрузка на отопление;

3 - тепловая нагрузка на горячее водоснабжение;

4 - тепловая нагрузка на вентиляцию.

2.3 Построение графика годового потребления 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 [4], приложение 3, стр. 435:

Таблица 2.3 Число часов за отопительный период с данной среднесуточной температурой наружного воздуха

, °С	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	8
Время стояния, ч	6	38	135	452	1117	2276	4002	6740

Расходы теплоты весьма наглядно изображаются в виде графиков в зависимости от температуры наружного воздуха и продолжительности.

_{Поскольку системы централизованного теплоснабжения имеют разнообразную тепловую нагрузку, причем одни из них являются сезонными, а другие - круглогодичными, то необходимо иметь годовой график суммарной нагрузки.}

_{Построение годового графика расхода теплоты производится по суммарному расходу теплоты потребителями в зависимости от температуры наружного воздуха.}

_{Годовой расход теплоты определяется по следующей формуле}

_{, (2.11)}

_{где, , ,- годовые потребления теплоты на цели отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии, ГДж/год.}

_{Годовой расход теплоты на отопление для жилых и общественных зданий, ГДж/год:}

_{, (2.12)}

_{где- продолжительность отопительного периода, в нашем случае = 280,8 суток = 6740 ч;}

_{- суммарное среднее потребление теплоты на отопление, МВт. определяется по выражению}

_{, МВт (2.13)}

_{Тогда МВт.}

_{Определим годовую нагрузку на отопление жилых и общественных зданий:}

ГДж/год.

_{Определяется годовая нагрузка на вентиляцию в жилых и общественных зданиях:}

_{, (2.14)}

_{где - 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}

_{, МВт (2.15)}

_МВт

_{Тогда по формуле (2.14)}

_{ГДж/год.}

_{Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых районов:}

_(2.16)

где - расчетное число суток в году работы системы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток [1].

_{ГДж/год.}

_{Годовой расход теплоты на технологию:}

, (2.17)

где z_год - годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки, ч/год, принятое значение соответствует круглосуточной работе z_год = 8400 ч/год;

_{ГДж/год.}

_{Суммарное годовое потребление теплоты:}

_{ГДж/год.}

Годовой расход топлива

, (2.18)

_{где - суммарное годовое потребление теплоты, МДж/год;}

_{- низшая теплота сгорания условного топлива, МДж/кг; = 29,3 МДж/кг;}

_{- КПД источника теплоснабжения; = 0,9;}

На основе полученных годовых нагрузок жилого района о промышленного предприятия строим годовой график суммарного расхода теплоты.

Рисунок 2.2 - Годовой график суммарного расхода теплоты потребителями

3. ВЫБОР МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Прежде чем проводить дальнейшие расчёты, необходимо определиться с рядом параметров проектируемой тепловой сети, таких как: метод регулирования тепловой нагрузки, схема присоединения абонентов, тип системы теплоснабжения и прочие. Часть этих параметров нам уже задана. А именно: проектируемая тепловая сеть будет закрытого типа, регулирование будет производиться центральное качественное по отопительной нагрузке. В целях получения базовых представлений об особенностях этих инженерных решений (то есть в учебных целях) обратимся к, подробному источнику информации [4]:

Закрытый тип тепловой сети подразумевает отсутствие отбора сетевой воды абонентом, то есть минимум двухтрубное исполнение сети (возврат сетевой воды) и независимое присоединение установок ГВС. Это, конечно, повышает капитальные затраты (на сооружение тепловой сети) и эксплуатационные затраты (усложнена схема абонентского ввода), но зато обеспечивает следующие преимущества:

1. Гидравлическая изолированность водопроводной воды от сетевой;

2. Упрощение санитарного контроля за качеством воды на ГВС, ввиду сокращённого пути прохождения;

3. Упрощения контроля герметичности теплофикационной системы.

Как известно, регулирование тепловой нагрузки возможно в различных точках тепловой сети (центральное, групповое, местное, индивидуальное). Нам задан только метод центрального регулирования. А для обеспечения высокоэффективного теплоснабжения необходимо регулировать отпуск как минимум на трёх уровнях, обязательно включающих индивидуальный. Однако таких подробностей в нашем проекте рассматриваться не будет.

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 50єС, в связи с этим [1] требует температуру воды в подающем трубопроводе не менее 70єС (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 будет двухтрубная. Решение о регулировании по отопительной нагрузке в данном случае несколько преждевременно, поскольку в проектируемой сети жилищно-коммунальная нагрузка составляет 75,9%, то есть, по рекомендации [1], регулирование должно проводится по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Теперь определимся со схемой присоединения абонентов. Независимое присоединение нагрузки ГВС уже задано. Для отопления принимаем зависимую схему согласно с рекомендациями [1]. Исходим при этом из двух простых соображений:

1. Зависимая схема дешевле и проще (в регулировании и в расчёте);

2. Наш температурный график (115/70) обуславливает максимальное давление воды в сети около 4 атмосфер, тогда как допустимое давление в самых распространённых в РФ отопительных приборах (чугунных радиаторах) 6 атмосфер. То есть 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 групповых тепловых пунктах (ГТП). Что благоприятно скажется на уровне шума и упростит обслуживание установок. Принципиальная схема такого ГТП приведена на рис. 2.1.

Рисунок 3.1 Принципиальная схема ГТП

1 - воздухораспределитель;

2- калорифер;

3 - регуляторы расхода (по давлению и температуре);

4 - воздухозаборник;

5 - воздушник;

6 - стояки водоразборных кранов;

7 - нагревательные приборы;

8 - элеватор;

9 - моделирующее устройство (импульс температуры наружного воздуха);

10 - регулируемый циркуляционный насос;

11 - циркуляционный насос;

12 - бак-аккумулятор;

13 - ЦБ вентилятор;

14 - обратный клапан;

15 - подогреватель ГВС.

Рисунок 3.2. Схема двух трубной паровой системы с возвратом конденсата:

1-котлоогрегат;

2- редукционная установка;

3- паропровод;

4- теплообменник;

5- конденсатоотводчик;

8- обратный клапан;

9- сборный бак конденсата;

10- напорный конденсатопровод.

3.1 Обозначение величин

Прежде чем начинать расчёт опишем величины в нём участвующие. Условимся, что параметр со штрихом (например: ) будет означать расчётное значение, то есть при расчётной температуре наружного воздуха = -28єС.

- текущая (любая) температура наружного воздуха;

- расчётная температура отапливаемых помещений. Поскольку самая высокая температура, требуемая в помещениях абонентов, это 18єС (жилые и общественные здания), то = 18єС. Это незначительно повысит нагрузку на отопление и значит тоже;

t₁, t₂ - температуры вторичного по отношению к сетевой воде теплоносителя;

- температура сетевой воды в подающем трубопроводе. В зоне качественного регулирования определяется температурой перед отопительными установками. Минимальный уровень, как уже было сказано 70єС;

, , , - температура сетевой воды после отопительных установок, после калориферов, после установок ГВС и в обратном трубопроводе соответственно;

- температура воды в стояке местной отопительной системы после смешения на вводе (после элеватора);

- средняя температура в отопительном приборе местной системы;

- эквивалент расхода (здесь - расход, - теплоёмкость (для воды ? 4,19 кДж/(кг·єС));

, - относительные тепловая нагрузка, эквивалент расхода;

3.2 Расчет 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: безразмерная удельная тепловая нагрузка отопительной установки;}

_{водяной эквивалент cетевой воды, Вт/К;}

_{температура воды в подающей линии, .}

_{Температура воды в подающей линии тепловой сети}

; (3.1)

_{где - относительная отопительная нагрузка при любой температуре наружного воздуха tн, ^оС.}

_{- расчетная разность температур в отопительных приборах, ^оС}

_{- расчетный перепад температур в тепловой сети, ^оС}

_{- расчетный перепад температур теплоносителя в отопительных приборах, ^оС}

Относительная отопительная нагрузка при любой температуре наружного воздуха

_,

_{где - текущая температура наружного воздуха - принимается равной -28; -22; -18; -12; -6;0; 2; 8 °C.}

_{Вычислим тепловую нагрузку при каждой из перечисленных температур. Полученные значения относительной тепловой нагрузки сведены в Таблицу 3.1.}

Расчетная разность температур в отопительных приборах

Расчетный перепад температур в тепловой сети

Расчетный перепад температур теплоносителя в отопительных приборах

^оС.

_{Тогда по формуле (4.1) получаем}

°C;

_{Аналогично производится расчёт температуры сетевой воды перед отопительной системой при остальных температурах наружного воздуха. Полученные значения сведены в Таблицу 2.3.}

_{Температура воды на выходе из отопительной системы}

; (3.2)

_°C;

_{Аналогично производится расчёт температуры воды на выходе из отопительной системы при остальных текущих температурах наружного воздуха. Полученные значения сведены в Таблицу 3.1.}

Температура воды после смесительного устройства (элеватора)

, (3.3)

_°C;

_{Аналогично производится расчёт температуры воды после смесительного устройства при остальных текущих температурах наружного воздуха. Полученные значения сведены в Таблицу 3.1, температурные графики на рисунке 3.5.}

При > регулирование отопительной нагрузки не осуществляется

Таблица 3.1 Результаты расчётов регулирования отопительной нагрузки

tтек, єС		, єС	, єС	, єС
-28	1	115	70	95
-22	0,869565217	103,9377075	64,80727267	86,54640311
-18	0,782608696	96,44937784	61,23198654	80,79720393
-12	0,652173913	85,0151635	55,66733742	71,97168524
-6	0,52173913	73,2850764	49,80681553	62,85029379
-4,4	0,486956522	70,09644677	48,18340329	60,35731634
0	0,391304348	61,16628047	43,55758482	53,34019351
2	0,347826087	57,01517153	41,36299762	50,05864979
6	0,260869565	48,49223471	36,75310428	43,27484341
8	0,217391304	44,09147836	34,30886966	39,74365227

При = -4,4 єС имеем = 70єС, то есть тот предел температуры, который обусловлен требованиями к температуре воды в местах водоразбора, иначе говоря - это координаты точки излома на температурном графике.

Рисунок.3.3 Температурный график регулирования отпуска теплоты

1-температура воды в подающем трубопроводе;

2-температура воды после смесительного устройства;

3-температура воды в обратном трубопроводе.

3.3 Расчет регулирования отпуска теплоты на горячее водоснабжение

_{Расчет водяного эквивалента воды на горячее водоснабжение , кВт/К}

_,

_{где: средняя нагрузка на горячее водоснабжение, ;}

_{температура воды в подающем трубопроводе в точке излома, .температура воды в обратном трубопроводе в точке излома, .}

_{По графику 48,2}

_(3.4)

_{Расчет водяного эквивалента водопроводной воды в кВт/К}

_{, (3.5)}

_{где: средняя нагрузка на горячее водоснабжение, ;}

_{температура горячей воды, ;}

_{температура холодной воды, .}

Расчетный средний температурный напор для подогревателя системы горячего водоснабжения

(3.6)

.

Определим параметр секционного водо-водяного подогревателя

_{, (3.7)}

_.

Задаемся произвольным значением температуры греющей воды на выходе из подогревателя системы горячего водоснабжения .

_{Значение водяного эквивалента сетевой воды для полученных температур}

_,

_{, (3.8)}

_{Вычислим значение при температуре наружного воздуха :}

_{Из совокупности водяных эквивалентов выбираем меньший и больший водяные эквиваленты}

_{Безразмерная удельная тепловая нагрузка секционного подогревателя}

_{, (3.9)}

_{Вычислим безразмерная удельную тепловую нагрузку при}

_{Фактическая тепловая нагрузка горячего водоснабжения, кВт.}

_(3.10)

_{Рассчитаем фактическую тепловую нагрузку горячего водоснабжения при}

_{Фактическая температура сетевой воды на выходе из подогревателя горячего водоснабжения,}

_{, (3.11)}

_{Расчет при}

_{Таблица 3.2. Результаты расчета физической температуры сетевой воды из подогревателя ГВС.}

	Wгв	Wб	Wм	е
-28	23,333	41,176	23,333	0,694	1797,262	37,975
-22	26,603	41,176	26,603	0,663	1956,856	41,443
-18	29,391	41,176	29,391	0,639	2084,535	44,077
-12	34,991	41,176	34,991	0,598	2321,198	48,663
-6	43,492	43,492	41,176	0,572	2615,464	54,863
-4,4	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109
-2	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109
0	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109
2	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109
6	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109
8	52,165	52,165	41,176	0,615	2811,206	61,109

На основании данных таблицы 3.2. строим график зависимости температуры сетевой воды от температуры наружного воздух

Рисунок 3.4 График температур сетевой воды на ГВС при закрытой системе теплоснабжения и параллельной схеме включения водо-водяных подогревателей ГВС на групповых или местных тепловых подстанциях.

1-температурный график подающего трубопровода;

2- фактическая температура сетевой воды на выходе из подогревателя горячего водоснабжения

Рисунок 3.5. График расхода сетевой воды на ГВС при закрытой системе теплоснабжения и параллельной схеме включения водо-водяных подогревателей ГВС на групповых или местных тепловых подстанциях.

3.4 Расчет регулирования отпуска теплоты на вентиляцию

Всё тот же методический источник - [4]. В принципе, здесь рассчитывается водо-воздушный теплообменник (калорифер), нагревающий наружный воздух до температуры в помещении, при этом мы вновь завышаем таковую для производственного помещения до 18єС, упрощая тем самым расчёт.

Эквивалент расхода сетевой воды на вентиляцию определяется решением следующей системы уравнений:

(3.12)

где Вт/К - эквивалент расхода первичного (греющего) теплоносителя, воды, при расчётной температуре наружного воздуха;

Вт/К - эквивалент расхода вторичного (нагреваемого) теплоносителя, воздуха, при расчётной температуре наружного воздуха;

= = 892,857 Вт/К - меньший из эквивалентов расхода;

t_В1, t_В2 - температуры нагреваемого теплоносителя на «горячем» (t_В1) и «холодном» (t_В2) концах. В нашем случае t_В1 = t_пом = 18єС, а t_В2 = t_тек;

W_П, W_В - текущие значения эквивалентов расхода первичного и вторичного теплоносителей. Поиском W_В мы и занимаемся, а = 1111 Вт/К ввиду того, что применяется качественное регулирование вентнагрузки;

- основной режимный коэффициент калорифера, примем его при температуре t_нр:

(3.13)

где  єС - среднеарифметический температурный напор в калорифере;

Тогда, по формуле 3.13:  ;

Температура сетевой воды после вентиляционной установки:

(3.14)

Таблица 3.3 Результаты расчётов регулирования нагрузки на вентиляцию

tтек, єС		, єС		WВ, Вт/К	, єС
-28	0,050	115	2,54	1090,876	69
-22	0,044	103,938	2,57	954,279	57,938
-18	0,040	96,449	2,59	863,214	50,449
-12	0,033	85,015	2,63	726,616	39,015
-6	0,027	73,285	2,67	590,019	27,285
-4,4	0,025	70	2,68	553,593	24
-2	0,023	70	2,93	498,954	24
0	0,021	70	3,18	453,421	24
2	0,019	70	3,50	407,889	24
6	0,015	70	4,42	316,824	24
8	0,012	70	5,14	271,291	24

Рисунок 3.6 График температур воды при комбинированном регулировании вентиляционной нагрузки

1-температурный график подающего трубопровода;

2-температура сетевой воды после вентиляционной нагрузки.

Рисунок 3.7 График расхода воды при комбинированном регулировании вентиляционной нагрузки

3.5 Средневзвешенная температура возвращаемого теплоносителя

Поток обратной сетевой воды образован смешением потоков после отопительной, вентиляционной и ГВС установок. Температура этой смеси определяется по формуле смешения:

(3.15)

В следующей главе нас будут интересовать непосредственно расходы, G, поэтому в итоговую таблицу включим именно их, а не эквиваленты (связь между расходом и его эквивалентом приведена в параграфе 2.1).

_{Таблица 3.4 Результаты расчёта температурного графика тепловой сети}

tтек, єС	, єС	, єС	, єС	, єС	, єС	GО, кг/с	GВ, кг/с	GГ, кг/с	GУ, кг/с	, єС
-28	115	70	95	69,7	37,975	84,392	0,266	7,576	92,233	67,367
-22	103,938	64,807	86,546	57,938	41,443	84,392	0,267	8,223	92,881	62,719
-18	96,449	61,232	80,797	50,449	44,077	84,392	0,268	8,736	93,396	59,596
-12	85,015	55,667	71,972	39,015	48,663	84,392	0,271	9,677	94,340	54,901
-6	73,285	49,807	62,850	27,285	54,863	84,392	0,275	10,915	95,582	50,319
-4,4	70	48,183	60,357	24	61,109	84,765	0,278	11,316	96,359	49,632
-2	70	48,183	60,357	24	61,109	75,683	0,250	11,316	87,250	49,790
0	70	48,183	60,357	24	61,109	68,114	0,228	11,316	79,659	49,951
2	70	48,183	60,357	24	61,109	60,546	0,205	11,316	72,067	50,144
6	70	48,183	60,357	24	61,109	45,410	0,159	11,316	56,885	50,687
8	70	48,183	60,357	24	61,109	37,841	0,136	11,316	49,294	51,084

На основании данных таблиц 3.1; 3.2; 3.3; 3.4 строим графики зависимости температур воды от температуры наружного воздуха.



Рисунок 3.8. Суммарный график температур в зависимости от температур наружного воздуха

1-температура сетевой воды в подающем трубопроводе;

2- температура сетевой воды после смесительного устройства;

3- температура сетевой воды на выходе из подогревателя ГВС;

4- температура сетевой воды на выходе из калорифера;

5- температура сетевой воды в обратном трубопроводе;

6- температура смешанных потоков в обратном трубопроводе после отопительной, вентиляционной и ГВС нагрузок.

3.6 Расчет расхода воды из тепловой сети

Для определения расхода воды из тепловой сети и построения графика расхода необходимо задаться температурами наружного воздуха из заданного интервала температур и рассчитать по формулам нужные расходы, занести все полученные данные в таблицу и затем по ней построить графики. Как пример рассчитаем расходы для температуры наружного воздуха ?С.

Расходы сетевой воды на отопление и вентиляцию:

(3.16)

(3.17)

Расход сетевой воды на ГВС:

(3.18)

Суммарный расход сетевой воды в системах теплоснабжения определяется по формуле для закрытой системой теплоснабжения.

_{Таблица 3.5. Расходы воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение.}

tтек, єС	GО, кг/с	GВ, кг/с	GГ, кг/с	GУ, кг/с
-26	84,392	0,266	7,576	92,233
-22	84,392	0,267	8,223	92,881
-18	84,392	0,268	8,736	93,396
-12	84,392	0,271	9,677	94,340
-6	84,392	0,275	10,915	95,582
-4,4	84,765	0,278	11,316	96,359
-2	75,683	0,250	11,316	87,250
0	68,114	0,228	11,316	79,659
2	60,546	0,205	11,316	72,067
6	45,410	0,159	11,316	56,885
8	37,841	0,136	11,316	49,294



Рисунок 3.9. График изменения суммарных расходов теплоносителя для различных видов тепловой нагрузки

_{- суммарный расход воды, кг/с;}

_{- расход воды на отопление;}

_{- расход воды на вентиляцию;}

_{- расход воды на ГВС.}

_{4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ}

Гидравлический расчёт тепловых сетей является необходимым этапом их проектирования. В задачу гидравлического расчёта входит:

· определение по заданным расходам теплоносителя внутренних диаметров трубопроводов;

· определение падений давления, которое является исходным для последующего определения требуемых напоров перекачивающих сетевых насосов, а также для разработки гидравлических режимов;

· определение давлений в различных точках сети;

· увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах в целях обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Для проведения гидравлического расчёта необходимо задаться схемой сетей, исходя при этом из следующих основных условий: надёжности теплоснабжения, быстрой ликвидации возможных неполадок и аварий, безопасности работы обслуживающего персонала, наименьшей длины тепловой сети и минимального объёма работ по её сооружению. Исходя из всех этих условий, для тепловой сети котельной принята тупиковая древовидная схема.