Проект автономной системы теплоснабжения молочного завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проект автономной системы теплоснабжения молочного завода



Введение

Энергосбережение и повышение энергоэффективности промышленных предприятий являются одним из направлений модернизации экономики Российской Федерации и повышения конкурентоспособности отечественной продукции.

Предприятия мясной и молочной промышленности относятся к энергоемким производствам. Доля энергозатрат в издержках производства мясных и молочных продуктов без учета стоимости сырья достаточно велика и в связи с ростом стоимости топлива и электроэнергии имеет устойчивую тенденцию к дальнейшему росту. В связи с этим актуальной является проблема

создания новых и модернизации существующих систем теплоснабжения (СТ) мясокомбинатов и молочных заводов с целью повышения их энергоэффективности и надежности обеспечения предприятий теплоноси-телями с регламентируемыми технологическими требованиями параметрами.

Целью данной работы является разработка системы теплоснабжения молочного завода, которая включает в себя источник теплоснабжения- паровую котельную, а также отопление и вентиляцию зданий в составе предприятия, горячее водоснабжение , систему сбора конденсата и возврата его в котельную, а также технико-экономический анализ принятых решений, разра-ботка мероприятий по энергоэффективности разработанной системы теплоснабжения.

В качестве теплоносителей на предприятиях отрасли применяется влажный насыщенный водяной пар, горячая и перегретая вода, горячий воздух и продукты создания топлива. Выбор теплоносителей определяется технологическими требованиями при термообработке сырья биологического происхождения, конструктивными особенностями теплоиспользующего оборудования и технико-экономическими соображениями.

Теплоносители характеризуются термодинамическими параметрами (дав-лением, температурой, плотностью, энтальпией) и теплофизическими свойствами (теплоемкостью, динамической и кинематической вязкостью, температуропроводностью, теплопроводностью и др.), которые определяют интенсивность теплообмена и, соответственно, производительность оборудования и скорость тепловой обработки продукции. Энергетический потенциал теплоносителей определяется их давлением, температурой, теплотой фазового перехода в процессах кипения или конденсации. Кроме того, при выборе теплоносителя учитываются возможность аккумулирования теплоты, скорость его движения, возможность транспортирования на значительные расстояния и коррозионная активность.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют водяной пар и горячая вода.



1. Исходные данные

1.Место расположения предприятия- г. Обнинск

2. Производственная мощность по выработке основных видов продукции :

· цельно и кисломолочная продукция 150 т/см

· масло животное 2,4 т/см

· сыры -

· сухое молоко 1,8 т/см

· консервы 2,6туб /см

3. Характеристика теплоснабжения предприятия :

отпуск теплоты сторонним потребителям : Хлебзавод

· пара 104 т/см

· горячей воды -

· возврат конденсата 46%

· температура конденсата 76°С

4. Условия работы котельной:

· вид топлива- газ природный

· резерв установленной мощности 22%

· температура питательной воды 95°С

· расстояние до теплопункта

производственного корпуса 240 м

5. Вид теплоизоляционного материала- самостоятельно

6. Спецзадание : 1) Схема автономного теплоснабжения предприятия

2) Схема реперных точек системы теплоснабжения.



2. Расчет тепловых нагрузок и подбор теплогенераторов пара и горячей воды

2.1 Обоснование типоразмера предприятия

2.1.1 Применительно к молочным заводам определяющий типоразмер характеризуется суммарным за смену количеством перерабатываемого сырья Пс с базисной жирностью 3,6 %, необходимого для выпуска заданного ассорти мента продукции.

Величина Пс определяется по формуле:

, т/смену.

Нормы расхода молока на выработку продукции Ni

приведены в приложении 2 «Учебного пособия».

· Для цельно-и кисломолочной продукции ( индекс 1) :

П₁=150 т/см ; N₁=0,9 ( значение выбираем среднее по приложению 2-ряженка (из значений- молоко цельное, кефир , йогурт, простокваша, ряженка)

· Для масла животного ( индекс 2):

П₂=2,4 т/см ; N₂=21,85( значение выбираем среднее по приложению 2-масло любительское (из различных видов сливочного масла)

· Для сухого молока ( индекс 4):

П₄=1,8 т/см ; N₄=9,85( значение выбираем среднее по приложению 2 из сухого молока между цельным и обезжиренным)

· Для консервов -сгущенного молока(индекс 5)

П₅=2,6 туб/см ; N₅=0,983( значение выбираем максимальное по приложению 2 из сгущенного молока - молоко сгущенное с сахаром).

Общая производительность по перерабатываемому сырью составляет:

П_с=150*0,9 +2,4*21,85+1,8*9,85+2,6*0,983=207,73 т молока в смену.

2.2 Обоснование параметров вырабатываемого пара

В качестве основного теплоносителя автономной системы теплоснабжения (СТ) молочного завода принимаем влажный насыщенный водяной пар. Максимальное давление пара составляет 1,0 МПа , Т=179°С. Пар вырабатывается в паровых котлах типа ДЕ, работающих на природном газ.

Степень сухости пара, вырабатываемого в котлах, не превышает 0,95, хотя обычно, по экспериментальным данным, существенно ниже. При проектировании тепловой схемы по данному заданию принимаем степень сухости пара в пределах от 0,85 до 0,95.

2.3 Параметры теплоносителей в реперных точках автономной СТ

Под реперными понимаются узловые точки тепловой схемы, в которых определяются параметры теплоносителей, необходимые для выполнения теп- ловых расчетов отдельных структурных элементов СТ.

Схема реперных точек системы теплоснабжения представлена на рис.1.

Условные обозначения к схеме ( рис.1)

1 - котельная установка;

2 - распределительный паровой коллектор;

3 - водоподогреватель системы отопления;

4 - водоподогреватель системы горячего водоснабжения;

5 - редукционные устройства;

6 - смесительные теплоиспользующие аппараты;

7 - рекуперативные теплоиспользующие аппараты;

8 - утилизационный теплообменник;

9 - конденсатный бак

А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О - реперные точки;

Пт, Пс, Пг, По - паропроводы в технологические цеха, сторонним потребителям, в системы горячего водоснабжения и водяного отопления;

Вх, Вг, Впр, Вобр, Вп, Вкон - водопроводы холодной и горячей воды системы горячего водоснабжения, прямой и обратной воды отопления, питательной воды и конденсата

2. Параметры теплоносителей в реперных точках системы теплоснабжения молочного завода сведены в таблицу1.

рис 1.Схема реперных точек системы теплоснабжения

Параметры теплоносителей в реперных точках системы теплоснабжения молочного завода
Таблица 1
Реперные точки	Характеристика реперных точек	Давление, МПа	Степень сухости пара	Энтальпия пара, кДж/кг	Темпера-тура, °С	Энтальпия конденсата (пароконден ной смеси) , кДж/кг	Энтальпия воды, кДж/кг
1	2	3	4	5	6	7	8
А	Распределительный паровой коллектор в котельной	1,0	0,9	2575	179
Б	Подающие паропроводы в водоподогреватели	1,0	0,9	2575	179
В	Паропровод на входе в производственный корпус	0,972	0,882	2467	173,988
-	Паропровод сторонним потребителям
Г1	Паропровод в паровом узле цеха производства молока и кисломолочных продуктов	0,5	0,867	2403	151,1
Г2	Паропровод в тепловом узле цеха выработки масла	0,5	0,867	2403	151,1
Г4	Паропровод в тепловом узле цеха производства сухого молока	0,6	0,867	2410	151,1
Г5	Паропровод в тепловом узле цеха производства консервов	0,5	0,867	2403	151,1
1	2	3	4	5	6	7	8
D1	Конденсатопровод в тепловом узле цеха производства молока и кисломолочных продуктов	0,45	0,1		135,99	619,5
D2	Конденсатопровод в тепловом узле цеха выработки масла	0,45	0,1		135,99	619,5
D4	Конденсатопровод в тепловом узле цеха произ-водства сухого молока	0,45	0,1		135,99	619,5
D5	Конденсатопровод в тепловом узле цеха производства консервов	0,45	0,1		135,99	619,5
Е	Конденсатопровод после утилизационного теплообменника	0,4212			70	507,18
Ж	Конденсатопровод после водоподогревателя системы отопления	0,9			174,5	942
З	Конденсатопровод после водоподогревателя системы горячего водоснабжения	0,9			174,5	942
И	Конденсатопровод от сторонних теплопотребителей	0,3			76	383,4
К	Трубопровод питательной воды	0,3			95		409
1	2	3	4	5	6	7	8
Л	Трубопровод прямой воды отопления	-			68		-
М	Трубопровод обратной воды отопления	-			60		-
Н	Трубопровод холодной воды	-			10		-
О	Трубопровод горячей воды	-			70		-

2.3.1.Расход теплоты на выработку отдельных видов продукции

определяется по формуле: Q_i=q_i*П_i , ГДж/ смену,

где : П_i -выработка отдельных видов продукции, т/смену

(для консервов - туб/смену);

q_i- удельные расходы теплоты на выработку отдельных видов продукции для соответствующего типоразмера предприятия, ГДж/т (для консервов ГДж/туб) -значения выбираем из приложения 4 «Учебного пособия» для Пс=200 т/смену-см. п.2.1

· Для цельно-и кисломолочной продукции ( индекс 1) :

П₁=150 т/смену ; q₁=0,48

Q₁=q_1*П₁ =150*0,48=72 ГДж/ смену .

· Для масла животного ( индекс 2):

П₂=2,4 т/смену ; q₂=16,3

Q₂=q_2*П₂ =2,4*16,3=39,12 ГДж/ смену .

· Для сухого молока ( индекс 4):

П₄=1,8 т/смену ; q ₄=40

Q₄=q_4*П₄ =1,8*40=72 ГДж/ смену .

· Для консервов -сгущенного молока(индекс 5)

П₅=2,6 туб/смену ; q ₅=6,5

Q₅=q_5*П₅ =2,6*6,5=16,90 ГДж/ смену .

Результаты расч?тов расходов теплоты на технологические нужды сведем в таблицу 2, где h^r и h^д находим по приложению1«Учебного пособия» для Р=500 кПа и Р=600 кПа,процент глухого пара б_ГП находим по приложению 6 «Учебного пособия» по вырабатываемой продукции и давлению пара , кПа.

Результаты расч?тов расходов теплоты на технологические нужды
Таблица 2
Виды продукции	П т(туб)/смену	q ГДж/т(туб)	Q ГДж/смену	РГ, кПа	Xr	hr, МДж/кг	РД, кПа	Xд	hд, МДж/кг	бГП,%	Д, т/смену
цельно-и кисломолочная продукция	150	0,48	72	500	0,867	2,403	450	0,1	0,6195	60	35,45
масло животное	2,4	16,3	39,12	500	0,867	2,403	450	0,1	0,6195	60	19,258
сухое молоко	1,8	40	72	600	0,867	2,410	450	0,1	0,6195	70	36,43
консервы	2,6	6,5	16,9	500	0,867	2,403	450	0,1	0,6195	60	8,32
Ненормируемое потребление теплоты			26,43								13,142
Всего			226,45								112,6



2.3.2 Общий расход теплоты на технологические нужды находится по формуле:

Q_ТН = (1+ш_тн/100) * , ГДж/смену,

где - ш_тн коэффициент, учитывающий расход теплоты на выработку продук-ции, для которой отсутствуют нормативы удельного расхода теплоты, %.

Значение ш_тн для молочных заводов рассчитывается по формуле :

ш_тн= 18,2-0,024 П_с , %,

где П_с - расход сырья на выработку заданного ассортимента продукции, т/смену.

ш_тн= 18,2-0,024 *207,73=13,2144 %.

Тогда имеем :

Q_ТН = (1+ш_тн/100) *( 72+39,12+72+16,9)=

=226,45 ГДж/смену.

2.3.3 Расход пара на выработку отдельных видов продукции Дi находится из уравнения :

Q_i=Д_i*[б_ГПi*(h_Гi -h_Дi)+(1- б_ГПi)* h_Гi]*10^-3, ГДж/смену, отсюда следует

Д_i= *10³ т/смену.

где :-доля глухого пара в его общем потреблении при выработке отдель- ных видов продукции (приложение 6);

-энтальпии пара, подаваемого в технологические цеха, кДж/кг

(табл.1);

- энтальпии пароконденсатной смеси после рекуперативных

паропотребляющих аппаратов, кДж/кг(табл.1).

· Для цельно-и кисломолочной продукции ( индекс 1) :

Q₁=72 ГДж/смену ; h^r₁=2,403 МДж/кг ; h^д₁=0,6195 МДж/кг ;0,6

Д₁= *10³

Д₁= *10³ =35,45 т/смену

· Для масла животного ( индекс 2):

Q₂=39,12 ГДж/смену ; h^r₂=2,403 МДж/кг ;

h^д₂=0,6195МДж/кг ;0,6

Д₂= *10³

Д₂= *10³ =19,258 т/смену

· Для сухого молока ( индекс 4):

Q₄=72 ГДж/смену ; h^r₄=2,410 МДж/кг ;

h^д₄=0,6195МДж/кг ;0,7

Д₄= *10³

Д₄= *10³ =36,43 т/смену

· Для консервов -сгущенного молока(индекс 5)

Q₅=16,9 ГДж/смену ; h^r₅=2,403 МДж/кг ;

h^д₅=0,6195 МДж/кг ;0,6

Д₅= *10³

Д₅= *10³ =8,32 т/смену

2.3.4 Общий расход пара на технологические нужды определяется по

формуле:

Д_ТН = (1+ш_тн/100) * , т/смену, где ш_тн= 13,2144%.

Тогда имеем :

Д_ТН = (1+ш_тн/100) *( 35,45+19,258+36,43+8,32)=

=112,6 т/см

2.4 Расходы теплоты и пара на нужды отопления

При выполнении данной работы принимается условие, что инфраструктура предприятия включает: производственный корпус, административно-бытовой корпус и корпус, в котором размещены вспомогательные цеха. Расход теплоты на отопление здания котельного цеха и ЦТП включается в собственные нужды котельной и в балансе расхода теплоты на отопительные нужды предприятия не учитывается.

2.4.1. Объем по наружному периметру производственного корпуса для молочного завода составляет :

=(12+0,085П_с*10³

То есть V_ПК= (12+0,085*207,73 )*10³=(12+17,657)* 10³ =29657 м³.

2.4.1.1 Объем административного бытового корпуса молочного завода

V_АБК составляет 15 - 18% от объема производственного корпуса.

V_АБК=0,18* V_ПК=0,18*29657=5338,26 м³

Объем вспомогательного корпуса V_ВК составляет 25 - 30% от объема производственного корпуса.

V_ВК=0,3* V_ПК=0,3*29657=8897,1 м³

2.4.3 По приложению 10 находятся (ближайший- Тула):

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период года t_н , равная для Обнинска -3,8°С.

- средняя температура наружного воздуха для самой холодной пятидневки года t*, равная для Обнинска -28°С.

2.4.4 Температуру воздуха в отапливаемых зданиях t_в принимаем равной +20°С.

2.4.5 Удельные отопительные характеристики отапливаемых зданий определяются по формулам:

- для средней температуры наружного воздуха за отопительный период года:

(1,3+0,01), Вт/(м³*К)

- для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пятидневку года:

(1,3+0,01), Вт/(м³*К)

Примем эмпирический коэффициент в=2,2- для железобетонных стен.

Рассчитаем и для всех зданий предприятия:

· Производственный корпус:

(1,3+0,01))=

=2,2 *29657^-0,167*(1,3+0,01*(-3,8)) = 0,4973 Вт/(м³*К)

(1,3+0,01)=

2,2*29657^-0,167*(1,3+0,01*(-28))= 0,402 Вт/(м³*К)

· Административно- бытовой корпус :

(1,3+0,01))=

2,2 *5338,26^-0,167*(1,3+0,01*(-3,8)) = 0,6622 Вт/(м³*К)

(1,3+0,01)=

2,2*5338,26^-0,167*(1,3+0,01*(-28))= 0,5352 Вт/(м³*К)

_· спомогательный корпус:

(1,3+0,01))=

2,2 *8897,1 ^-0,167*(1,3+0,01*(-3,8)) = 0,6081 Вт/(м³*К)

(1,3+0,01)=

2,2*8897,1 ^-0,167*(1,3+0,01*(-28))= 0,4915 Вт/(м³*К)

2.4.6. Расход теплоты на отопление зданий определяется по уравнениям:

- для средней температуры наружного воздуха за отопительный период года:

*V_зд(t_В-)*ф*10^-9, ГДж/смену

-для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пяти- дневку года:

Q^**V_зд(t_В-t_н)*ф*10^-9, ГДж/смену,

где ф- продолжительность 8-часовой рабочей смены, с.

ф=60*60*8=28800 с

Рассчитаем и Q^*для всех зданий предприятия:

· Производственный корпус:

*V_зд(t_В-)*ф*10^-9=

=0,4973 *29657*(20-(-3,8)*28800*10^-9= 10,1091 ГДж/смену

Q^**V_зд(t_В-t_н)*ф*10^-9=

=0,402 *29657*(20-(-28)*28800*10^-9 = 16,4811 ГДж/смену

· Административно- бытовой корпус :

*V_зд(t_В-)*ф*10^-9=

=0,6622 *5338,26 *(20-(-3,8)*28800*10^-9=2,423 ГДж/смену

Q^**V_зд(t_В-t_н)*ф*10^-9=

=0,5352 *5338,26 *(20-(-28)*28800*10^-9=3,9495 ГДж/смену

_· спомогательный корпус:

*V_зд(t_В-)*ф*10^-9=

=0,6081 *8897,1 *(20-(-3,8)*28800*10^-9= 3,7084 ГДж /смену

Q^**V_зд(t_В-t_н)*ф*10^-9=

=0,4915 *8897,1 *(20-(-28)*28800*10^-9=6,0451 ГДж/смену

2.4.7 Общезаводские расходы теплоты на отопительные нужды составляют:

- для средней температуры наружного воздуха:

, ГДж/смену;

10,1091 +2,423 +3,7084=16,2405 ГДж/смену;

-для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пяти- дневку года:

Q^* , ГДж/смену;

Q^*16,4811+3,9495+6,0451=26,4757ГДж/смену.

2.4.8 Расход пара на подогрев циркуляционной воды системы отопления находятся из уравнений:

- для средней температуры наружного воздуха за отопительный период года:

=*(h^Б -h^Ж)*10^-3/з_П, ГДж/смену,

где:

з_П=0,92…0,95- коэффициент полезного использования теплоты пара в водоподогре вателях

h^Б=2575 кДж/кг- энтальпия пара в реперной точке Б

( вход пара в водоводяные подогреватели)

h^Ж=942 кДж/кг- энтальпия пара в реперной точке Ж :

( выход конденсата от водоводяных подогревателей).

Отсюда :

(h^Б h^Ж

=16,2405*0,92*1000/(2575-942)= 9,1495 т/смену

- для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пятидневку года:

Q^*Д^**(h^Б -h^Ж)*10^-3/з_П, ГДж/смену.

Отсюда :

Д^*( Q^* (h^Б h^Ж

=26,4757*0,92*1000/(2575-942)= 14,9158 т/смену

Результаты расчетов представляются в табл. 3.

Расход теплоты на нужды отопления Таблица 3
Здания	м3	Вт/(м3*К)	q*ОТ, Вт/(м3*К)	н , °С	t*, °С	tВ1, °С	ГДж/смену	Q* ГДж/смену	т/смену	Д*ОТ, т/смену
производственный корпус	29657	0,4973	0,402	-3,8	-28	+20	10,1091	16,4811
административно- бытовой корпус	5338	0,6622	0,5352	-3,8	-28	+20	2,423	3,9495
вспомогательный корпус	8897	0,6081	0,4915	-3,8	-28	+20	3,784	6,0451
Всего							16,2405	26,4757	9,1495	14,9158
	Расход теплоты на нужды вентиляции Таблица 4
Здания	VПКв м3	qВ Вт/(м3*К)	tВ1, °С	н , °С	Г, ГДж/кг	Д, ГДж/кг	ГДж/смену	т/смену	t*, °С	Qв*, ГДж/смену	Д*, т/смену
производственный корпус	22243	0,7	+20	-3,8	2467	763	10,672	7,08	-28	21,094	11,814

2.5 Расходы теплоты и пара на вентиляционные нужды

Расчет производится на два температурных режима: для средней температуры наружного воздуха за отопительный период года и для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пятидневку года.

Вентиляцию предусматривают в производственных цехах, суммарный внутренний объем которых V_ПК^в составляет 60 - 80% от объема производст-венного корпуса по наружному периметру V_ПК. Вентиляция помещений административно-бытового корпуса и корпуса вспомогательных цехов не предусматривается.

V_ПК^в=0,75* V_ПК=0,75*29657=22243 м³

2.5.1 Расход теплоты на вентиляцию производственных цехов для температурного режима, соответствующего средней температуре наружного воздуха, находится по уравнению:

* V_ПК^в*( t_В-)*ф*10^-9, ГДж/смену ,

где= 0,68-0,72 , Вт/(м³*К)- удельная вентиляционная характеристика

здания см. приложение 9 для типоразмера П_с=200 т/смену.

Примем = 0,7 Вт/(м³*К )

=0,7*22243*(20-(-3,8)* 28800*10^-9=10,672 ГДж/смену.

2.5.6 Максимальный расход теплоты на вентиляцию имеет место при средней температуре наружного воздуха за самую холодную пятидневку года. Он определяется по формуле:

Q^*_В=ш_В** V_ПК^в(t_В - t^*_Н) ф*10^-9, ГДж/смену ,

где ш_В- коэффициент, учитывающий изменение удельной вентиляционной характеристики здания при снижении температуры наружного воздуха (ш_В=0,95…0,98). Примем ш_В=0,98.

Q^*_В=0,98*0,7*22243*(20-(-28)* 28800*10^-9=21,094 ГДж/смену.

2.5.3 Расход пара на подогрев воздуха на нужды вентиляции в паровых калориферах определяется:

- для средней температуры наружного воздуха за отопительный период года:

=*(-)*10^-3 , ГДж/смену,

где =2405 кДж/кг(табл. 1) -средневзвешенное значение энтальпии пара, поступающего в производственные цеха предприятия, среднее из точек Г₁…Г₅

=619,5 кДж/кг -средневзвешенное значение энтальпии пароконденсатной смеси, возвращаемой из производственных цехов (табл. 1)

Отсюда :

(

=14,16 *10³/(2405-619,5)=7,08 т/смену.

- для средней температуры наружного воздуха за самую холодную пятидневку года:

Q^*_В= Д^*_В* ( 10^-3, ГДж/смену. Отсюда:

Д^*_В* = (Q^*_В* (

=21,094*10³/(2405-619,5)=11,814 т/смену.

2.5.4 Результаты расчетов расходов теплоты на вентиляцию представляются в табл. 4.

2.6 Расходы теплоты и пара на нужды горячего водоснабжения

Расход горячей воды определяется для условий работы технологических цехов при полной загрузке оборудования в сезон переработке сырья.

2.6.1 Расходы горячей воды на выработку отдельных видов продукции рассчитываются по формуле:

=W_i*П_i , м³/смену,

где W_i- удельные расходы горячей воды на выработку продукции, м³/т

(для консервов - м³/т). Значение W_i см. приложение 7-для П_с=200 т/смену

· Для цельно-и кисломолочной продукции ( индекс 1) :

П₁=150 т/смену; W₁ =0,35…0,38 м³/т. Примем W₁ =0,38 м³/т.

=0,38*150=57 м³/смену .

· Для масла животного ( индекс 2):

П₂=2,4 т/смену ; W₂ =4,4…4,7 м³/т. Примем W₂ =4,5 м³/т

=4,5*2,4=10, 8 м³/смену .

· Для сухого молока ( индекс 4):

П₄=1,8 т/смену ; W₄ =1,6…1,8 м³/т. Примем W₄ =1,8 м³/т

=1,8*1,8=3,24 м³/смену .

· Для консервов -сгущенного молока(индекс 5)

П₅=2,6 туб/смену ; W₅ =5,5…5,9 м³/туб. Примем W₅ =5,6 м³/туб

=5,6*2,6=14,56 м³/смену

2.6.2 Расход горячей воды на коммунально-бытовые нужды определяется по формуле:

=м³/смену,

где -доля расхода горячей воды на коммунально-бытовые нужды от ее нормируемого расхода на выработку продукции, %

(приложение 7).

-для типоразмера 200 т/смену составляет 16…19%.

Принимаем =18%.

=(18/100)*(57 +10, 8+3,24+14,56)=15,4 м³/смену.

2.6.3 Общий расход горячей воды составляет:

=101 м³/смену.

2.6.4 Расход теплоты на нагрев воды в пароводяных подогревателях (при автономном теплоснабжении) определяется по формуле:

Q_ГВ=**С_р*(t_о- t_н)*10^-6, ГДж/смену,

где :С_р - теплоемкость воды при постоянном давлении при температуре, равной полусумме температур горячей t_о и холодной воды t_н, кДж/(кг*К)-приложение 26.

t_о=70°С ; t_н=10°С > (t_о+ t_н)/2=40°С> С_р=4,178 кДж/(кг*К)

- плотность воды при этой же температуре, кг/м³ (приложение 26).

= 992,2 кг/м³

Q_ГВ=101*992,2 *4,178 *(70- 10)*10^-6=25,121ГДж/смену.

2.6.5 Расход пара на нагрев воды в пароводяных подогревателях Д_ГВ находится из уравнения:



Q_ГВ=*(h^Б -h^Ж)*10^-3/з_П, ГДж/смену

где:

з=0,92…0,95- коэффициент полезного использования теплоты пара в водоподогре вателях

h^Б=2575 кДж/кг- энтальпия пара в реперной точке Б

( вход пара в водоводяные подогреватели)

h^Ж=942 кДж/кг- энтальпия пара в реперной точке Ж :

( выход конденсата от водоводяных подогревателей).

Д_ГВ= ( Q (h^Б h^Ж25,121*0,92*1000/(2575-942)=

=14,153 т/смену теплогенератор пар вода конденсат

2.6.6 Результаты расчетов расходов теплоты и пара на нужды горячего водоснабжения представляются в табл. 5.

2.7 Тепловой баланс системы теплоснабжения (СТ)

Тепловой баланс предприятия характеризует распределение теплоэнергии на различные нужды.

Нормативный тепловой баланс составляем в расчете на рабочую смену для максимальных объемов переработки животноводческого сырья.

Максимальные объемы переработки сырья на молочных заводах соответствуют лактационному периоду у дойных коров, который приходится на май - октябрь. Таким образом, именно октябрь является наиболее обоснованным периодом для составления нормативного теплового баланса. Тем более что в октябре включаются в работу системы отопления и подогрева приточного воздуха на нужды вентиляции при температуре наружного воздуха, близкой к средней за отопительный период года.

Различают тепловой баланс потребления теплоэнергии на производственные и объективно обусловленные ими вспомогательные нужды и тепловой баланс выработки теплоэнергии, включающий дополнительно отпуск теплоты сторонним предприятиям и расход теплоты на собственные нужды теплоцеха (котельной, ЦТП и топливного хозяйства).

2.7.1 Баланс потребления теплоэнергии представляется суммой:

Q_пот.= Q_ТН + Q_ГВ + _ОТ+ _В ^, ГДж/ смену

Q_пот.= 226,45+25,121+16,2405+10,672=278,484 ГДж/ смену

2.7.1.1 Аналогичный вид имеет баланс потребления пара:

Д_пот.= Д_ТН + Д_ГВ + _ОТ+_В ^, ГДж/ смену

Д_пот.= 112,6+14,153+9,1495+7,08=142,983 т/ смену

Расход теплоты на нужды горячего водоснабжения Таблица 5
Виды продукции	П т(туб)/смену	W м3/т(туб)	шГВ,%	V, м3/cмену	tХВ( tМ), °С	tГВ( tМ), °С	hБ, кДж/кг	hЗ, кДж/кг	Q, ГДж/смену	Д, т/смену
цельно-и кисломолочная продукция	150	0,38		57	10	70	2575	942
масло животное	2,4	4,5		10,8
сухое молоко	1,8	1,8		3,24
консервы	2,6	5,6		14,56
Ненормируемый расход горячей воды			18	15,4
Всего				101					25,121	14,153
Структура сменного теплового баланса
							Таблица 6
Составляющие теплового баланса	Технологиче-ские нужды	Горячее водо- снабжение	Отопление	Вентиляция	Сторонние потребители	Собственные нужды котельной	Всего
1	2	3	4	5	6	7	8
Расход теплоты, ГДж/смену	226,45	25,121	16,2405	10,672	249,46	10,56	538,50
Расход пара, т/смену	112,6	14,153	9,1495	7,08	104	4,94	251,92
Доля в выработке теплоэнергии, %	42,06	4,66	3,02	1,98	46,28	2	100
Доля в выработке пара , %	44,68	5,61	3,63	2,81	41,27	2	100

2.7.2 Баланс выработки теплоэнергии характеризуется уравнением:

Q_выр.= Q_ТН + Q_ГВ + _ОТ+ _В + Q_СТ+ Q_СН ^, ГДж/ смену.

Q_СТ- отпуск теплоты сторонним потребителям.

Q_СТ= Дст*(h_A-_B3*h_И)*10^-3 ГДж/смену;

где Дст- отпуск пара сторонним предприятиям ,определяемый по данным приборного учета, Дст=104 т/см;

_B3-доля конденсата, возвращаемого сторонними потребителями по данным приборного учета, _B3=46%

h_A= 2575 кДж/кг; h_И= 383,4 кДж/кг (табл.1);

Q_СТ= 104*(2575-0,46*383,4)*10^-3 =249,46 ГДж/смену;

Q_СН- расход теплоэнергии на собственные нужды теплоцеха, составляет для котельных,работающих на газе- до 2% от общей выработки теплоэнергии.

Q_выр.=1,02*( 226,45 + 25,121+16,2405 +10,672 + 249,46)=538,50 ГДж/смену

Q_СН=0,02*538,5=10,56 ГДж/смену

Баланс выработки пара характеризуется уравнением:

Д_пот.= Д_ТН + Д_ГВ + _ОТ+ _В + Д_СТ=246,98 ^, т/ смену

Д_СН -расход пара на собственные нужды котельной составляет для котельных,работающих на газе- до 2% от общей выработки

Д_выр.= 1,02 *Д_пот. =251,92 т/смену

Д_СН= Д_выр.- Д_пот =251,92 -246,98= 4,94т/смену

2.7.2.1 Структурные параметры баланса выработки теплоэнергии представляют собой отношения соответствующих составляющих баланса к общей выработке тепловой энергии или пара:

б_ТН=(Q_ТН/ Q_выр)*100%=(226,45 /538,47)*100=42,06%

б_ГВ=(Q_ГВ/ Q_выр)*100%=(25,121/538,47)*100= 4,66%

б_ОТ=(_ОТ / Q_выр)*100%=(16,2405/538,47)*100= 3,02%

б _В=(_В / Q_выр)*100%=(10,672/538,47)*100= 1,98%

б_СТ =(Q_СТ / Q_выр)*100%=(249,46/538,47)*100=46,28%

Аналогично определяются структурные параметры материального баланса вырабатываемого пара.

2.8 Графики тепловых нагрузок

В рамках выполняемой работы определяющими являются сменные графики теплопотребления, для которых характерны наличие отопительно-вентиляционной нагрузки и максимального потребления теплоты на техно-логические нужды.

Сменные графики тепловых нагрузок необходимы для обоснования максимальной выработки пара и подбора паровых котлов и водоподо-гревателей, определения производительности теплотехнического оборудования системы химической очистки питательной воды, расчета утилизационных теплообменников для пароконденсатной смеси, подбора питательных насосов.

Для расчета водоподогревателей системы горячего водоснабжения и подбора баков-аккумулятора горячей воды необходим сменный график потребления горячей воды, а для подбора типа и количества паровых котлов - аналогичный график потребления пара.

2.8.1 Часовые расходы горячей воды определяются по формуле:

= , м³/ч,

где - коэффициенты неравномерности графика расхода горячей воды .

Для каждого часового интервала выберем среднее значение по приложению 11.

интервал	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
	0,55	0,65	0,9	0,91	0,8	0,75	1	0,9

=0,55+0,65+0,9+0,91+0,8+0,75+1+0,9=6,46

=101 м³/смену ( таблица 5)

Результаты расчетов представляются в виде графика, рис. 1,

и сводятся в табл. 7.

Таблица 7. Часовые расходы горячей воды, м3/ч

Сменный расход, м3/смену	Часовые интервалы
	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
101	8,60	10,16	14,07	14,23	12,51	11,73	15,635	14,07

Рис.1. Сменный график потребления горячей воды.

2.8.2 Часовые расходы пара на технологические нужды рассчитываются по

формуле :

= , т/ч,

где - коэффициенты неравномерности потребления пара на технологические нужды ( приложение 11)

Для каждого часового интервала выберем среднее значение

интервал	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
	0,65	0,85	1	0,9	0,75	0,82	0,84	0,8

=0,65+0,85+1+0,9+0,75+0,82+0,84+0,8=6,61

=112,6 т/смену

( таблица 6)

2.8.3 Часовые расходы пара на выработку горячей воды рассчитываются по формуле :

= , т/час,

=14,153 т/смену ( таблица 6)

2.8.4 Часовые расходы пара на нужды отопления определяются для условия их стабильности в течение смены:

=Д_от/8, т/час.

2.8.5 Аналогично определяются часовые расходы пара на нужды вентиляции:

= Д_В/8 , т/час.

2.8.6 Часовые расходы пара на собственные нужды теплоцеха определя- ются по уравнению :

=в_СН*(+++), т/час

где в_СН=2,0% -котельные на газе.

2.8.7 Часовые расходы пара сторонними потребителями рассчитываются по

формуле :

= , т/ч,

где - коэффициенты неравномерности потребления пара сторонними потребителями ( приложение 11)

Для каждого часового интервала выберем среднее значение

интервал	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
	0,65	0,75	0,9	1	0,85	0,8	0,87	0,83

=0,65+0,75+0,9+1+0,85+0,8 +0,87+0,83=6,65

=104 т/смену ( таблица 6)

2.8.8 Общие часовые расходы пара, соответствующие необходимой вы- работке, пара в котельной, определяются суммой:

=+++ , т/час

2.8.9 Результаты расчетов представляются в виде графика, рис. 2, и сводятся в табл. 8.

Таблица 8 Часовые расходы пара, т/ч

Потребители	Сменный расход, т/смену	Часовые интервалы
		8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
Технологиче-ские аппараты	112,6	11,07	14,48	17,03	15,33	12,78	13,97	14,31	13,63
Система горячего водоснабже-ния	14,153	1,20	1,42	1,97	2,00	1,76	1,65	2,19	1,97
Система отопления	9,1495	1,144	1,144	1,144	1,144	1,144	1,144	1,144	1,144
Система вентиляции	7,08	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89
Сторонние потребители	104	10,17	11,73	14,08	15,64	13,29	12,51	13,92	12,98
Собственные нужды котельной	4,94	0,49	0,59	0,73	0,7	0,59	0,6	0,65	0,61
Всего:	251,92	24,97	30,26	35,85	35,71	30,45	30,77	31,10	31,23

2.8.10 Максимальная часовая нагрузка по потреблению пара приходится на часовой интервал между 10 и 11 часами и составляет

Д^ч(мах) = 35,85 т/час.

В этом интервале процент потребления составляет :

-технологические нужды : (17,03/35,85)*100% =47,5%;

-горячее водоснабжение : (1,97/35,85)*100% =5,49%;

-отопление : (1,144/35,85)*100% =3,19%;

-вентиляция : (0,89/35,85)*100% =2,48%;

-сторонние потребители: (14,08/35,85)*100% =39,27%;

-собственные нужды

котельной : (0,73/35,85)*100% =2,03%.

2.9 Подбор паровых котлов

Тип и количество паровых котлов подбираются по максимальному часовому расходу пара.

С учетом резерва 22% , указанного в задании на проектирование, определим суммарную установленную паропроизводительность котлов.



Рис.2. Сменный график потребления пара.

технологические нужды

горячее водоснабжение

отопление

вентиляция

сторонние потребители

собственные нужды котельной

2.9.1 Резерв установленной тепловой мощности котлов находится по формуле:

R_Д= [(Д_уст.- Д^ч(мах))/ Д^ч(мах) ]*100%,

где : Д_уст. -суммарная установленная паропроизводительность котельной, т/ч.

Отсюда следует :

Д_уст= (R_Д* Д^ч(мах)/100%)+ Д^ч(мах)

R_Д=22% Д^ч(мах)= 35,85/ч

Д _уст= 22* 35,85/100% + 35,85= 43,74 т/ч.

Предварительно , согласно Приложению 12 выберем 2 варианта установки паровых котлов , работающих на газе :

· Вариант 1 : 3 котла ДЕ-10-14ГМ и 1 котел ДЕ-16-14ГМ

Д _уст= 3*10+16=46 т/ч

· Вариант 2: 4 котла ДЕ-6,5-14ГМ и 2 котла ДЕ-10-14ГМ :

Д _уст= 4*6,5+2*10=46 т/ч

2.9.2 Для определения предпочтительного решения по подбору

паровых котлов рассчитаем для каждого из вариантов суммарный индекс относительных капитальных затрат Ксум .

(Данные см. Приложение 15).

Расчетная формула :

К_сум= К₁* )

Вариант 1 :

· Первый котел : ДЕ-16-14ГМ > К₁=0,67

последующие котлы : ДЕ-10-14ГМ > К_i=1,07 ;

К_сум= 0,67*16+3*1,07*10=40,93

Вариант 2 :

· Первый котел : ДЕ-10-14ГМ > К₁=0,81

последующие котлы : ДЕ-6,5-14ГМ > К_i=1,37

ДЕ-10-14ГМ > К_i=1,07

К_сум= 0,81*10+1,07*10+4*1,37*6,5=54,42

Вывод: В соответствии с наименьшими суммарным индексом относительных капитальных затрат на строительство котельной

принимаем 1 вариант :

3 котла ДЕ-10-14ГМ и 1 котел ДЕ-16-14ГМ Д_уст=46 т/ч

Примечание :

Так как котлы ДЕ вырабатывают пар с номинальным давлением

1,4 МПа, а давление в реперной точке А распределительного парового коллектора составляет 1 МПа, то перед входом пара в распределительный коллектор предусматривается редукционная установка РУ14/10 ( блочной комплектации , завод- изготовитель ОАО« Бийский котельный завод»)

2.10 Расчет и подбор паровых подогревателей системы отопления

Пароводяные подогреватели подбираются по поверхности нагрева.

При подборе водоподогревателей учитываем следущее:

- количество установленных теплообменников должно быть не менее 2;

-суммарная тепловая мощность водоподогревателей должна обеспечивать резерв теплопроизводительности не менее чем на 20 - 30 %;

-установленная тепловая мощность должна обеспечивать возможность вывода из эксплуатационного режима любого из водоподогревателей для его ремонта.

2.10.1 Максимальная мощность водоподогревателей отопления рассчитывается для температурного режима, соответствующего самой холодной пятидневке года :

N^*_ОТ=Q^*_ОТ *10⁶/(8*3600), кВт=26,4757*10⁶/(8*3600)=919,3 кВт

2.10.2.Температуры прямой t_л и обратной t_м в соответствии с табл.1

составляют : t_л=68°С ; t_м=60°С.

2.10.3Температура пара и пароконденсатной смеси в соответствии с табл.1 составляют : t_Б=179°С ; t_Ж=174,5°С.

2.10.4. Средняя разность температур между греющим паром и циркуляционной водой t_ср определяется в зависимости от t_Б/ t_М.

t_Б=179-60=119 °С; t_М=179-68=111°С;

t_Б/ t_М=119/111=1,072<1,7

Следовательно, t_ср=( t_Б+ t_М)/2=115°С.

Для наглядности приведем температурный график водоподогревателя (рис.3)

Рис.3. Температурный график водоподогревателей системы водяного отопления: P - давление пара, МПа; t_н - температура насыщения пара, єС; t_пр и t_обр - соответственно температуры прямой и обратной воды отопления, єС; Дt' и Дt" - соответственно разности температур теплообменивающихся сред на входе и выходе из аппарата, єС; Дt_б и Дt_м - соответственно большая и меньшая разности температур теплообменивающихся сред,єС; F - площадь поверхности теплообмена, мІ

2.10.5 Коэффициент теплопередачи пароводяных подогревателей К_ОТ принимается равным 1800 - 2200 Вт/(м²/К).Примем К_ОТ=2000 Вт/(м²/К).

2.10.6 Суммарная требуемая площадь поверхности нагрева водоподогревателей рассчитывается по формуле:

F_ОТ= N^*_ОТ /К_ОТ* t_ср=919 300 /(2000*115)=4,0 м²