Расчет системы теплоснабжения промышленного предприятия в городе Санкт-Петербурге

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной работе спроектирована система теплоснабжения предприятия в городе Санкт Петербурге. Его условная производительность 6 тонн. При этом ожидаемая себестоимость теплоты на уровне 58,9руб /ГДж , а себестоимость выработанного пара 141,9руб /т. Так же в данной системе предусмотрен отпуск постороннему потребителю пара в размере 12 тонн в смену.

В системе использованы три котла ДЕ-6,5-14 ГМ производительностью 6,5 т/ч, три экономайзера ЭП2-236, дымососы ДН-9 производительностью , также три, дутьевые вентиляторы три штуки ВДН-8 производительностью , фильтры для очистки воды две штуки, деаэратор ДА-25, водоподогреватели для системы отопления ПП-I-2I-2-IIдве штуки, водоподогреватели для систем горячего водоснабженияПП-I-32-7-IУ, 2 штуки аккумуляторные баки для горячей и конденсата соответственно Т40.09.00.000СБТип1 и Т40.05.00.000СБТип 1, насосы для систем отопления, горячего водоснабжения и конденсата КМ45/30а, КМ20/30, КМ20/18, КМ8/18 и Кс-20-50.



1. Принципиальная технологическая схема изготовления пива



Производство пива

Исходные данные:

Вид продукта: пиво

Отпуск продукции: 6 т/сут

Наружный объем основного здания: 72000 м³

Наружный объем вспомогательного здания: 6000 м³

Количество работников в смену: 42 человека

Отпуск теплоты сторонним потребителям:

Пар: 12 т/см

Горячая вода: -

Возврат конденсата: 55%

Отопление водяное:

Температура прямой воды: 100

Температура обратной воды: 70

Город: Санкт-Петербург

Топливо: газ

Величина продувки: 6 %

Основные потребители теплоты и холода изготовления пива, возможные энергоносители и системы для их получения

Таблица

Потребители теплоты	Температура процесса, ?С	Энергоноситель	Параметры энергоносителя	Система для получения
1. Приготовление затора	70-90	пар	0,3 МПа	Котельная
2. Кипячение сусла с хмелем	70-90	пар	0,2 МПа	Котельная
3. Осветление, охлаждение аэрированние сусла	10-15	R22	-3 ?С	Холодильная установка
4. Сбраживание пивного сусла	3-7	R22	-3 ?С	Холодильная установка
5. Подготовка тары	80-100	пар	120 ?С	Котельная
6. Хранение	5	R22	(+3…+8) ?С	Холодильная установка

Составление теплового баланса предприятия

Q=Q_тн+Q_гв+ Q_от+ Q_вен+ Q_ст+ Q_сн

Определим расход пара на технические нужды D_тн, т/см;

D_тн=+Dн

Где D_i- расход пара на выработку отдельных видов энергоёмкой продукции, т/см

D_н - расход пара на производство остальных видов менее энергоёмкой продукции, тыс. дал/см

D_i= d_i*П_i

Т.к. Dн=0, то

D_т.н= d_i*П_i=7*2000=14 т/см

Где,

d_i- расходы пара на выработку отдельных видов продукции

d_i=7 кг/дал

П_i- проектная мощность по выработке отдельных видов продукции, т/см.

П_i=П/3=6/3=2 тыс. дал/см

Определим расход теплоты на технические нужды Q_тн, кДж/см



Q_тн= +Qн

Где

Q_i- расход теплоты на выработку нормируемых видов энергоёмкой продукции, ГДж/см

Q_н - расход теплоты на производство ненормированных видовпродукции, ГДж/см

Q_i= q_i*П_i

Т.к. Qн=0, то

Q_т.н= q_i*П_i=15533*2000=31 ГДж/см

Где,

q_i- удельные расходы теплоты на выработку отдельных видов продукции, ГДж/см

q_i=d_i[Е_i*(h₁-h_пкс)+h₁(1-Е_i)*10^-3

q_i=7*[0,6*(2709-818)+2709(1-0,6)*10^-3=15,533 ГДж/см

где:

E_i - доля «глухого» пара, в его общем потреблении при выработке отдельных видов продукции, Е_i=0,60

h_пкс= h_пкс`+r_пксx_пкс=604,7+2134,3*0,1=818,2 кДж/кг

h_пкс -энтальпия пароконденсатной смеси отдельных видов продукции кДж/кг

h_пкс` - энтальпия кипящей воды при давлении P_пкс для отдельных видов продукции, кДж/кг

h_пкс`=604,7кДж/кг

r_пкс- теплота парообразования при давлении P_пкс для отдельных видов продукции, кДж/кг

r_пкс=2134,3 кДж/кг

x_пкс- степень сухости пароконденсантной смеси для отдельных видов продукции

x_пкс=0,1

P_кпс=0,4 МПа

h₁=h₁`+r_ix_i=830,1+1957,9*0,96=2709,6 кДж/кг

h₁` -энтальпия кипящей воды при давлении P_i кДж/кг

h₁`=830,1кДж/кг

r_i- теплота парообразования при давлении P_i , кДж/кг

r_пкс=1957,9 кДж/кг

x_пкс- степень сухости парa

x_пкс=0,96

3.4 Определим расход горячей воды V_гв, м³/см

V_гв=7,5+0,324*П_i+0,002*f_пол+0,08*n_cm+V_cт

V_гв=7,5+0,324*2000+0,002*15600+0,08*42=690,06 , м³/см

f_пол - общая площадь пола в здании

f_пол=V_зд/H=78000/5=15600 м²

n_cm-число человек в смене

V_cт- отпуск воды сторонним потребителям

V_cт=0

Определим расход пара на нагрев воды на пароводяных подогревателях системы горячего водоснабжения D_гв т/см

D_гв=*10^-3

D_гв=*10^-3=85,6 т/см



с-теплоемкость воды, кДж/(кг*К)

с=4,2 кДж/(кг*К)

-плотность воды, кг/м³

- КПД теплоты в водонагревателях (0,92…0,96)

h₇ - энтальпия конденсата, возвращающегося из пароводяных подогревателей, кДж/кг

h₇ =с*t_к^гв=4,19*100=419 кДж/кг

t_к^гв-температура конденсата (температура горячей воды +25…35)

- температуры горячей и холодной воды соответственно

Определим расход теплоты на нагрев воды для нужд горячего водоснабжения Q_гв, ГДж/см

Q_гв=D_гв*(h₁-h₇)*10^-3

Q_гв=85,6*(2709-420)*10^-3=196 ГДж/см

Определим расход теплоты на отопление каждого здания и сооружений предприятия для средней за отопительный сезон температуры наружного воздуха Q_от, ГДж/см

Q_от=q_от*V_здi*(t_вн-t_н)]* ф_см*10^-9

Q_от=0,4*78000*(18-(-2,2))]*28800*10^-9=18,2 ГДж/см

q_от- отопительные характеристики отдельного здания

V_здi- объем здания

t_н - температура воздуха в отапливаемых помещениях

t_вн- средняя температура наружного воздуха за сезон

ф_см- продолжительность смены

Определить максимальный расход теплоты на отопление каждого из зданий и сооружений для самой холодной пятидневки года Q_от^`, ГДж/см



Q`<sub>от</sub>=q`_от*V_здi*(t_вн-t_н`)]* ф_см*10^-3

Q`_от=0,5*78000*(18-(-25))]* 28800*10^-9=48,3 ГДж/см

q`_от- отопительные характеристики отдельного здания для самой холодной пятидневки года

q`<sub>от</sub>=q<sub>от</sub>[1+0,01(t`_н-t_н)]=0,5 Вт/(м³К)

q`_от= 0,4*[1+0,01(-25-18)]=0,5 Вт/(м³К)

t`_н - средняя температура наружного воздухадля самой холодной пятидневки года

Определим расход пара на нужды отопления для средней за отопительный период температуры наружного воздуха D

D_от=

D_от==8,4 т/см

h₈ =с*t_к^от=4,19*110=462 кДж/кг

h₈ - энтальпия конденсата возвращаемого на пароводяных подогревателей системы водяного отопления, КДж/кг

3.10 Определим расход теплоты на вентиляцию для средней за отопительный период температуры наружного воздуха Q_вен, ГДж/см

Q_вен=q`_вен*V_здi*(t_вен-t_н)]* ф_см*10^-9

Q_вен=0,6*0,4*78000*(11-(-2,2))]* 28800*10^-9=4,7 ГДж/см

q_вен-вентиляционные характеристики здания для средней за отопительные период температуры

V_здi- объем вентилируемых помещений здания (0,35…0,45 от общего объема)

Определим расход пара на нужды вентиляции D_вент /см

D_вен=

D_вен==2 т/см

h₉-энтальпия конденсата, возвращаемого из калориферов системы вентиляции, кДж/кг

h₉=с*t_к^к=4,19*90=378 кДж/кг

Определить расход теплоты на отпуск сторонним потребителям Q_cт ГДж/см

Q_cт=D_cт*(h₁-?_в3*h₁₀)*10^-3=30,3 ГДж/см

Q_cт=12*(2709-0,55*378)*10^-3=30 ГДж/см

H₁₀ =с*t_к^от=4,19*90=378 кДж/кг

D_cт- отпуск пара сторонним потребителям, т/см

?_в3- доля возвращаемого сторонними потребителями конденсата

h₁₀ - энтальпия возвращаемого конденсата

Определим расход теплоты и пара на собственные нужды котельной и топливного хозяйства

D_сн=вcн*(D_тн+D_гв+ D_от+ D_вен+ D_ст)

D_сн=0,02*(14+ 85,6+8,4+2+12)=2,44 т/см

Q_сн=вcн*(Q_тн+ Q_гв+ Q_от+ Q_вен+ Q_ст)

Q_сн=0,02*(31+196+18,2+4,7+30)=5,5 ГДж/см



Вcн - доля теплоты расходуемой на собственные нужды котельной и топливного хозяйства (для газа, равна 0,02…0,025)

Коэффициенты неравномерности сменных графиков тепловых нагрузок

Таблица

тепловые нагрузки	Часовые интервалы
	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
потребление пара на технические нужды	0,7	0,9	1,0	0,9	0,8	0,8	0,8	0,8	6,7
потребление горячей воды	0,6	0,7	0,9	0,9	0,8	0,8	1,0	0,9	6,6
Отпуск пара на сторону	0,6	0,8	1,0	0,9	0,8	0,8	0,9	0,9	6,7

Определим расход горячей воды по предприятию, м³/ч

V_гв=

V_гв==62,7 м³/ч

Таблица. Расход горячей воды м³/ч

потребитель	сменный расход, м3/см	часовой интервал
		8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
предприятие	690,06	62,7	73,2	94,1	94,1	83,6	83,6	104,5	94,1

Определим расход пара на технологические нужды предприятия

D^ч_тн=

D^ч_тн= =1,5т/ч

Определим расход пара на выработку горячей воды, т/ч



D^ч_гв=

D^ч_гв= =8,8т/ч

Определим расход пара на нужды отопления и вентиляции, принимая их равномерными в течении смены т/ч

D^ч_от=

D^ч_от= =1,05 т/ч

D^ч_вен=

D^ч_вен= =0,25 т/ч

Определим расход пара, отпускаемого сторонним предприятиям, тыс дал/ч

D^ч_ст=

D^ч_ст= =1,1 т/ч

Расход пара на собственные нужды котельной и топливного хозяйства

D_сн=вcн*(D_тн+ D_гв+ D_от+ D_вен+ D_ст)

D_сн=0,02*(1,5+ 8,8+1,05+0,25+1,1)=2,44 т /см

Таблица. Расход пара,т/ч

потребитель	сменный расход, тыс.дал/см	часовой интервал
		8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
технологические аппараты	14	1,5	1,9	2,1	1,9	1,7	1,7	1,7	1,7
система горячего водоснабжения	85,6	8,8	10,3	13,2	13,2	11,7	11,7	14,7	13,2
система отопления	8,4	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05
система вентиляции	2	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
сторонние предприятия	12	1,1	1,4	1,8	1,6	1,4	1,4	1,6	1,6
собственные нужды котельной и топливного хозяйства	2,44	0,25	0,3	0,37	0,36	0,32	0,32	0,39	0,36
всего	124,44	12,95	15,2	18,77	18,36	16,42	16,42	19,7	18,16

Определим расход конденсата от технических паропотребляющих аппаратов, тыс дал/см

D^ч_к=

D^ч_к= =0,9 т/ч

Выход конденсата от теплообменников систем горячего водоснабжения, отопления и вентиляции принимаем равным расходу пара на эти нужды, тыс дал/сут

D^чi_к(гв)=D^чi_гв

D^чi_r(oт)=D^чi_от

D^чi_к(вен) =D^чi_вен

Определим массу конденсата, возвращаемого от сторонний потребителей тыс дал/ч



D^чi_к(cт) =D^чi_ст *?_в3

D^чi_к(cт) =12*0,55=6,6

Таблица. Выход конденсата, т/ч

Источник	сменный расход, тыс. дал/см	часовой интервал
		8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
технологические аппараты	8,4	0,9	1,14	1,26	1,14	1,02	1,02	1,02	1,02
система горячего водоснабжения	96,8	8,8	10,3	13,2	13,2	11,7	11,7	14,7	13,2
система отопления	8,4	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05
система вентиляции	2	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
сторонние предприятия	6,6	0,605	0,77	0,99	0,88	0,77	0,77	0.88	0,88
всего	122	11,61	13,51	16,75	16,52	14,79	14,79	17,9	16,4

Подбор паровых котлов

Используя график нагрузки, по максимальному часовому потреблению пара произведем подбор необходимого количества и типов котлов. Следует учитывать, что суммарная производительность котлов должна иметь резерв, обеспечивая максимальное часовое потребление пара. Для обеспечения предприятия паром при его реконструкции котельная должна, кроме того, иметь резерв по пару до 15...20 % ее номинальной производительности с учетом возможной остановки любого из котлов для ремонта в летний период года. Если максимальное потребление паре превышает 4 т в час, следует устанавливать котлы серии ДЕ или КЕ.

При максимальном потреблении пара, не превышающем 4 тонн в час, рекомендуется подбирать котлы типа Е-1/9.

В котельной рекомендуется устанавливать котлы одного типоразмера. Допускается, в порядке исключения, установка одного котла меньшего типоразмера. Общее количество устанавливаемых котлов, как правило, не должно превышать 5 единиц.

Таблица

Тип	ДЕ-6,5-14ГМ
Количество	3
Номинальная производительность	6,5 т/ч
Номинальное давление	1,4 МПа
КПД	91 %

Расчет и подбор вспомогательного оборудования котельной

Вспомогательное оборудование котельной обеспечивает безопасность и надежность работы котельных агрегатов, стабильность заданных параметров и режимов эксплуатации системы теплоснабжения предприятия.

Экономайзеры

Экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды за счет охлаждения дымовых газов, выходящих из котлоагрегата. Для котлоагрегатов типа ДЕ и КЕ целесообразно применять некипящие чугунные ребристые экономайзеры системы ВТИ. Их подбирают по расчетной поверхности нагрева для режима работы котлоагрегатов, соответствующего их номинальной производительности .

Поверхность нагрева экономайзера, кВт:

где - тепловая мощность, кВт;

- коэффициент теплопередачи (18…22), кВт/(мК)

- энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, равная энтальпии деаэрированной воды , кДж/кг (соответствует температуре )

кДж/кг

- энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера, кДж/кг (принимается при температуре , которая на 25...30 °С ниже температуры кипения вода при давлении в барабане котла ).

кДж/кг

Дt_ср===100,89

=t`_г-t₁₄=326-165=161

=t``_г-t₁₁=162-104=58

м

Выбираем блочный чугунный экономайзер типа ЭП2-236 с м²n=3

В практике проектирования котельных установок отдельные типоразмеры экономайзеров сопрягаются с соответствующими типоразмерами котлоагрегатов.

Дутьевые вентиляторы

Дутьевые вентиляторы предназначены для подачи в топку холодного воздуха, забираемого из верхней зоны помещения котельной. Их подбор производится по требуемой производительности и напору.

Производительность вентилятора , м/ч



где - коэффициент запаса производительности (примем равным 1,1);

- коэффициент избытка воздуха в топке, для камерных топок при сжигании газа и мазута составляет 1,1…1,2.

- теоретический расход воздуха для сжигания выбранного вида топлива при нормальных условиях, рассчитывается в соответствии с составом топлива.

- расчетный расход топлива, м³/ч;

- температура холодного воздуха, °С (принимаем равной 30…35 °С).

°С, ,

h₁= 2709,6 кДж/кг, h₁`=830,1кДж/кг, h₁₁= 435,8 кДж/кг,в_пр=6%, %,Q_н^бр=37430 кДж/м³

В_р==438,4 м³/ч

м/кг

м/кг

Требуемый расчетный напор дутьевого вентилятора определяем по формуле, кПа



где - коэффициент запаса напора;

- полное сопротивление воздушного тракта при номинальных режимах эксплуатации котлоагрегата.

, кПа

кПа

Выбираем дутьевой вентилятор маркой ВДН-8 с м/ч ,кПа. n=3

Подбор дымососов

Дымососы служат для создания разрежения в топке и перемещения продуктов сгорания топлива по газовому тракту. Их подбирают аналогично дутьевым вентиляторам.

Производительность дымососа , м/ч

м/ч

где - объем продуктов сгорания топлива при нормальных условиях, м/кг

м/кг



здесь - объем продуктов сгорания топлива при нормальных условиях и при коэффициенте избытка воздуха, равном 1, м/кг, рассчитывается в соответствии с составом топлива.

- коэффициент избытка воздуха в дымовых газах перед дымовой трубой (при сжигании твердого топлива можно принять равным 1,5...1,6, а природного газа и мазута 1,35...1,45);

- температура уходящих газов, равная температуре дымовых газов после экономайзера, °С.

Коэффициент запаса производительности можно принять равным 1,05.

м/кг, где:

м/кг

м/кг

м/кг

Необходимый напор дымососа , кПа

где - общее сопротивление газового тракта, кПа.

Коэффициент запаса напора можно принять равным 1,1.

кПа

кПа

Выбираем дымосос типа ДН-9 с м/ч и кПа.



Система химподготовки

Для химической обработки воды целесообразно применять двухступенчатое умягчение, обеспечивающее остаточную жесткость воды для котлов типа ДЕ и КЕ, не превышающую 0,02 мг-экв/кг.

Устанавливается не менее двух натрий-катионитовых фильтров для каждой ступени (один - резервный).

В целях взаимозаменяемости установленного оборудования целесообразно для обеих ступеней умягчения применять фильтры одинаковой конструкции и одного типоразмера.

Компоновочная схема системы химводоподготовки должна предусматривать возможность отключения любого фильтра для регенерации и ремонта, а также переключения с первой ступени на вторую.

Максимальный часовой расход химически очищенной воды для подпитки котлов , т/ч

где - коэффициент запаса производительности (примем равным 1,1...1,2);

- расход продувочной воды, т/ч,

, т/ч, т/ч

т/ч

здесь - доля продувки, %;

- масса возвращаемого конденсата, т/ч.

т/ч

Диаметр фильтров, м



где - скорость фильтрации воды, м/с (примем равной 0,007 м/с)

- количество работающих фильтров каждой ступени.

, кг/м

м

Выбираем два фильтра ВПУ-3 с диаметром м и площадью м

Деаэраторы

Деаэраторы предназначены для удаления из питательное воды растворенных газов с целью предохранения тепловых сетей и поверхности нагрева котлоагрегата от коррозии.

Для водотрубных котлов с чугунными экономайзерами содержание кислорода в воде не должно превышать 0,1 мг/кг. Наиболее надежен термический способ удаления газов из воды. В этом случае используются деаэраторы атмосферного или вакуумного типа. Количество деаэраторов в котельной не должно превышать 2...3 единиц, причем они могут быть установлены вне помещения котельной. При установке их на открытом воздухе должна предусматриваться гидро- и теплоизоляция. В схеме компоновки оборудования котельной необходимо предусматривать возможность отключения любого деаэратора для ремонта и ревизии.

Максимальный расход питательной воды , т/ч



т/ч, т/ч

т/ч

Выбираем деаэратор типа ДА-25 с т/ч.

Расход пара на деаэрацию воды, т/ч:

где - энтальпия воды, поступающей в деаэратор, кДж/кг; принимается при, температуре °С:

здесь - температура холодной воды, 20 °С,

- температура конденсата, °С (принимаем равной 50... 70 °С),

т/ч, °С, °С

°С

кДж/кг

- энтальпия воды после деаэратора, кДж/кг (примем при температуре , соответствующей температуре кипения воды при рабочем давлении в деаэраторе);

°С

кДж/кг

- потери пара с выпаром, т/ч (принимаем равными 0,005).

т/ч

т/ч

Расчет теплопроводов

Расчет наружных тепловых сетей заключается в определении диаметров теплопроводов (паропровода и трубопровода горячей воды в производственный корпус, конденсатопровода, паропровода и конденсатопровода сторонних потребителей), толщины слоев тепловой изоляции, удельных потерь теплоты. Эти расчеты основываются на максимальных часовых расходах теплоносителей.

Внутренний диаметр трубопровода определяем по формуле, м

где - расход теплоносителя, протекающего по трубопроводу, м/с;

- допускаемые скорости теплоносителей, м/с (для влажного насыщенного пара 30...40, воды 2...2,5, конденсата 1...1,5).

Для пара

Секундный объемный расход влажного насыщенного пара определим по формуле, м/с

где - удельный объем влажного насыщенного пара, м/кг;

- максимальный секундный расход пара на технологические нужды, кг/с.

м/кг, , м/с

м/кг

м/с

Тогда

м

По расчетному значению подбираем ближайший больший диаметр теплопроводов.

Нам подходит теплопровод со следующими параметрами:

м, м, м.

Для горячей воды

м/с

м

По расчетному значению подбираем ближайший больший диаметр теплопроводов. Нам подходит теплопровод со следующими параметрами:

м, м, м.

Для конденсата

м/с

м

По расчетному значению подбираем ближайший больший диаметр теплопроводов.

Нам подходит теплопровод со следующими параметрами:

м, м, м.

5Толщина теплоизоляционного слоя наружных теплосетей определяем из уравнения:

где - наружный диаметр трубопровода, м;

- коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, Вт/(м К);

- соответственно температуры теплоносителя, поверхности изоляционного слоя и окружающего воздуха, °С;

- коэффициент теплоотдачи от изолированного теплопровода к окружающему воздуху, Вт/(мК).

Температура поверхности изолированных теплопроводов не должна превышать 35...45 °С. Расчет толщины теплоизоляционного слоя производится по температуре наружного воздуха в самую холодную пятидневку года. Коэффициент теплоотдачи от поверхности изолированного теплопровода к окружающему воздуху рассчитывается по эмпирической формуле, Вт/(м К):



°С, °С, тогда

Вт/(м К)

Для пара

Т. к. °С, то нам подойдут как теплоизоляционные материалы полуцилиндры из минеральной ваты. Они имеют следующие характеристики:

если =0,4, то =1,35;

То есть , а отсюда

м

По расчетному значению принимается ближайшая в большую сторону, кратная 0,005м толщина слоя тепловой изоляции.

Примем толщину изоляции м

Для горячей воды

Т. к. °С, то нам подойдет как теплоизоляционный материал войлок отеплительный. Он имеет следующие характеристики:

кг/м, Вт/(м К), °С



То есть , а отсюда

м

Примем толщину изоляции м

Для конденсата

Т. к. °С, то нам подойдет как теплоизоляционный материал войлок отеплительный. Он имеет следующие характеристики:

кг/м, Вт/(м К), °С

То есть , а отсюда

м

Примем толщину изоляции м

Удельные потери теплоты наружными теплопроводами определяются по формуле, Вт/м:

где - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы, Вт/(мК) (определяется по известным методам теории теплопередачи);

- коэффициент теплопроводности трубопровода, Вт/(м К).

Вт/(м К)



Для пара

Вт/(мК)

Для горячей воды

Вт/(мК)

Для конденсата

Вт/(мК)

Снижение энтальпии для каждого из теплоносителей при их транспортировке по наружным теплосетям определяем по формуле, кДж/кг:

где - протяженность теплосети между котельной и производственным корпусом, м (в расчетах примем равной 100…200м);

- максимальный расход теплоносителя, кг/с.

м

Для пара

кДж/кг

Степень увлажнения пара, обусловленная потерями теплоты в окружающую среду, определяем по формуле, %:

где - теплота парообразования при давлении , кДж/кг.

кДж/кг

%

Для горячей воды

кДж/кг

Снижение температуры воды (конденсата) определим по формуле, °С:

°С



Для конденсата

кДж/кг

°С

Расчет и подбор водоподогревателей

Исходными данными для расчета водоподогревателей являются; максимальный часовой расход горячей воды в сезон массовой переработки сырья , максимальный расход теплоты на отопительные нужды в период самой холодной пятидневки года , температуры холодной и горячей воды в системе горячего водоснабжения и прямой и обратной воды в системе отопления, давление и энтальпия пара и температура конденсата при автономном теплоснабжении от собственной котельной.

Определим суммарную поверхность нагрева пароводяных подогревателей для системы отопления , используя уравнение, кВт:

где - суммарная тепловая мощность водоподогревателей, кВт;

- средняя разность между температурами греющего пара и нагреваемой водой, °С.

- коэффициент теплопередачи принимаем равным 1,6…2,0 кВт/(мК)

кВт/(мК) Предварительно принимаем максимальное разрешенное давление в аппарате МПа.



°С, °С, °С.

°С

Т. к. , то

°С

кВт

Тогда м

Для обеспечения резерва производительности м

Из условия необходимости 2 водоподогревателей м

Выбираем два водоподогревателя типа ПП-I-2I-2-II с м²

6.3 Определим суммарную поверхность нагрева пароводяных подогревателей системы горячего водоснабжения , используя уравнение, кВт:

Предварительно принимаем максимальное разрешенное давление в аппарате МПа.

°С, °С, °С.

°С

°С

Т. к.

кВт

м

Для обеспечения резерва производительности м

Из условия необходимости 2 водоподогревателей м

Выбираем два водоподогревателя типа ПП-I-32-7-IУ с м², n=2

Подбор баков-аккумуляторов горячей воды

Баки-аккумуляторы горячей воды выбираются на основании сравнения интегрального графика потребления горячей воды, со средним потреблением за календарный период (смену) по данным сменного графика потребления горячей воды. Расчетная вместимость баков-аккумуляторов должна соответствовать максимальной разности между ними . При расчете принимается, что необходимо установить не менее двух баков-аккумуляторов (по 50 % рабочего объема каждый). Геометрический объем баков-аккумуляторов должен быть на 5...10 % больше расчетного.

Интегральный график потребления горячей воды приведен на рис. 4

м

Геометрический объем баков-аккумуляторов с учетом запаса равен

м

Из условия необходимости 2 баков м

Выбираем 2 бака типа Т40.09.00.000СБ с м³. n=2

Подбор насосов системы горячего водоснабжения

Выбор единичной мощности и числа устанавливаемых насосов системы горячего водоснабжения определяется максимальным расходом воды

Наиболее целесообразной является схема горячего водоснабжения с тремя насосами. При этом устанавливается 2 насоса максимального расхода и 1 насос минимального расхода, а схема автоматизируется. В режиме максимального расхода при этом работает один из насосов большой производительности. При минимальном потреблении горячей воды этот насос отключается и включается насос малой производительности.

м³/ч

м³/ч

С учетом запаса по производительности

м³/ч

м³/ч

Выбираем два насоса типа K160/30а с м³/ч, n=2; и КМ 90/20а с , n=1

Подбор циркуляционных насосов системы отопления

Циркуляционные насосы системы отопления подбираются по тем же параметрам для наиболее напряженного режима ее эксплуатации в самую холодную пятидневку года.

Устанавливаются не менее двух циркуляционных насосов максимального расхода. Целесообразно также предусмотреть возможность переключения на насосы, работающие в режиме средней тепловой нагрузки отопительной системы.

м³/ч

С учетом запаса по производительности

м³/ч

Выбираем два насоса типа КМ-20/18а с м³/ч.

Подбор конденсатных насосов

Конденсатные насосы подбираются на основании максимального выхода конденсата от различных потребителей.

т/ч

С учетом запаса по производительности м³/ч

Выбираем два насоса типа Кс-20-50 с м³/ч.

Подбор конденсатных баков

Конденсатные баки подбираются для режима непрерывной подачи конденсата в котельную или на ТЭЦ. В тепловой схеме целесообразно предусмотреть установку двух баков вместимостью не менее 50 % от максимальной расчетной. Расчетная вместимость конденсатных баков определяется по аналогии с расчетом баков-аккумуляторов горячей воды путем сравнения интегрального графика выхода конденсата и его среднего выхода.

м

Геометрический объем конденсатных баков с учетом запаса равен

м

Из условия необходимости 2 баков м

Выбираем 2 бака типа Т40.05.00.000СБ с м³, n=2

Показатели работы котельной

Работа котельных характеризуется такими технико-экономическими показателями, как среднечасовые и максимальные часовые: теплопроизводительность, расход топлива, годовая теплопроизводительность и потребление топлива, номинальные и фактические коэффициенты полезного действия котлов (брутто) и (нетто), испарительная способность топлива, удельные расходы натурального и условного топлива на выработку теплоты.

Они зависят от вида топлива, параметров работы котельных установок и режимов загрузки установленных мощностей котлоагрегатов. Необходимая максимальная часовая теплопроизводительность котельной , ГДж/ч;

где - максимальное потребление пара, т/ч;

- энтальпия вырабатываемого пара, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг;

- энтальпия котловой воды, кДж/кг;

- доля непрерывной продувки котлов, % ( принимаем равной 3…6 % ).

ГДж/ч.



Номинальная часовая теплопроизводительность котельной , ГДж/ч;

где - номинальная производительность выбранных котлов, т/ч;

- количество рабочих котлов.

ГДж/ч.

Годовая теплопроизводительность котельной

Годовой расход теплоты на технологические нужды , ГДж/год;

где - число рабочих смен в год (для пивоваренных заводов 657)

- средние за год коэффициенты загрузки производственных мощностей (для пивоваренных заводов 0,85…0,9)

,

ГДж/год

Годовой расход теплоты на нужды горячего водоснабжения , ГДж/год:

ГДж/год

Годовой расход теплоты на отопительные нужды , ГДж/год:

где - число смен, в течение которых отапливаются здания предприятия (определяется по продолжительности отопительного периода);

- коэффициент, учитывающий снижение расходов теплоты на отопительные нужды за счет прерывистого отопления в выходные дни и нерабочие смены (принимаем равным 0,7. . .0,75);

,

ГДж/год

Годовой расход теплоты на нужды вентиляции , ГДж/год:

ГДж/год

Годовой расход теплоты сторонним предприятиям , ГДж/год:

ГДж/год

Годовой расход теплоты на собственные нужды котельной , ГДж/год:

ГДж/год

Суммарная годовая теплопроизводительность источника теплоты



ГДж/год

Фактический коэффициент полезного действия котельной (брутто) с учетом средней загрузки находящихся в эксплуатации котлоагрегатов и необходимости работы ах в состоянии «горячего резерва» , %:

где - КПД (брутто) котлов, %;

- поправочный коэффициент (для котельных, работающих на твердом топливе, составляет 0,09...0,12, на мазуте 0,08...0, 10, на природном газе 0,05.. .0,07);

- средний коэффициент загрузки эксплуатируемыхкотлоагрегатов:

здесь - выработка пара, т/см;

- номинальная производительность котла, т/ч;

- число котлов.

т/см, т/ч,

%,

%

Средний КПД (нетто) котельной , %:

%

Максимальный часовой расход топлива, м³/ч:

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

=37,43 МДж/кг

м³/ч

Годовой расход натурального и условного топлива, м³/год:

где 29300 - низшая теплота сгорания условного топлива, кДж/кг.

м³/год

м³/год



Удельный расход натурального и условного топлива на выработку теплоты, м³/ГДж:

м³/ГДж

м³/ГДж

Испарительная способность натурального и условного топлива:

Определение себестоимости теплоты

Себестоимость вырабатываемой в котельной теплоты является важнейшим экономическим показателем, характеризующим эффективность работы теплового хозяйства предприятия. Себестоимость теплоты используется также при калькуляции себестоимости производимой на предприятии теплоемкой технологической продукции.

В зависимости от исходных данных рассчитывается "отчетная" и "плановая" себестоимость теплоты.

Отчетная себестоимость определяется на основании фактических затрат на выработку пара и горячей воды за предшествующий период. Плановая себестоимость на последующий календарный период определяется на основании планов производства продукции и технико-экономических нормативов для обоснования необходимых затрат на эксплуатацию теплового хозяйства. Отчетную себестоимость теплоты целесообразно определять ежеквартально. При обосновании плановой себестоимости теплоты целесообразно расчеты производить на календарный период, равный году.

Годовые затраты на топливо

Стоимость необходимого для котельной топлива определим по формуле, руб/год:

где - стоимость топлива, руб/т (для газообразного топлива руб/тыс. м при нормальных условиях).

Стоимость топлива для различных экономических регионов страны определяется по действующим прейскурантам (например № 09-01, 04-03 и др.), которые будут изменяться в зависимости от условий работы предприятий топливной промышленности и формирования рыночных отношений в топливно-энергетическом комплексе страны.

руб/год

Годовые затраты на воду

Стоимость воды, потребляемой котельной, определим по формуле, руб /год:

где - годовое потребление воды, м/год,

- стоимость воды с учетом затрат на очистку сточных вод и эксплуатацию системы канализации, руб /м

где - годовое потребление воды на нужды горячего водоснабжения, м/год:

руб /м, м/см, ,

м/год

- годовое потребление химически очищенной воды, м/год:

здесь - среднегодовой коэффициент загрузки системы теплоснабжения (принимаем 0,8...0,9).

, т/см, т/см

м/год

м/год

Тогда

руб. /год



Годовые затраты на электроэнергию

Стоимость потребляемой электроэнергии определяется по формуле, руб /год:

где - годовое потребление электроэнергии, кВт.ч/год,

- стоимость электроэнергии, руб /(кВт. ч).

Годовое потребление электроэнергии определим по формуле, кВт.ч/год:

где - удельный расход электроэнергии на выработку теплоты, кВт.ч/ГДж.

Стоимость потребляемой электроэнергии при мощности трансформаторных подстанций предприятий до 750 кВ.А оплачивается по одноставочному тарифу, т.е.установленному в энергосистеме тарифу на 1 кВт.ч отпущенный потребителю.

ГДж/год, ГДж/ч

По рассчитанному выбираем из таблиц .

кВт.ч./ГДж

кВт.ч/год

руб /(кВт. ч)

руб /год



Годовые затраты на амортизацию

тепловой баланс котельная себестоимость

Амортизационные отчисления определим по формуле, руб/год:

где - соответственно амортизация зданий и оборудования, руб /год.

где - доля капитальных затрат, приходящаяся на стоимость зданий, %;

- норма амортизации зданий, % (принимаем равной 3 %);

- капитальные затраты на строительство котельной, руб.:

здесь - удельные капитальные затраты, руб.ч/ГДж,

- установленная теплопроизводительность котельной, ГДж/ч

руб.ч/ГДж

руб.ч/ГДж

руб.ч/ГДж

руб

руб/год

где - соответственно доля капитальных затрат, приходящихся на стоимость оборудования и его монтаж;

- норма амортизации оборудования, % (принимаем равной 7,5 % при сжигании газа и малосернистого мазута, 6,5 % - при сжигании малозольного твердого топлива и 10,5 % - при сжигании высокозольного твердого топлива и высокосернистого мазута).

%, %, %

руб/год

руб/год

Годовые затраты на текущий ремонт зданий и оборудования котельной

Затраты на текущий ремонт зданий и оборудования котельной примем равными 20 % от суммы амортизационных отчислений.

руб/год

Годовые затраты на заработную плату

Заработная плата работников котельной предприятия определяется по формуле, руб /год

где - коэффициент штатного персонала, чел.ч/ГДж;

- средняя заработная плата штатного работника котельной, руб/(год чел) (определяем по средней заработной плате промышленных рабочих).

чел.ч/ГДж. принимаем на основании величины .

руб./(год чел)

руб/год

Годовые затраты на страховые отчисления

Страховые отчисления определим по формуле, руб./год:

где - соответственно отчисления в соцстрах (26 % от суммы зарплаты), на медицинское страхование (1 % от суммы зарплаты) и страхование имущества (0,08 % от капитальных затрат на строительство котельной).

руб./год

Прочие затраты

Прочие затраты, включающие затраты на спецодежду, охрану труда и другие, принимаем равными 3...5 % от общей суммы остальных эксплуатационных затрат.

руб/год



Годовые эксплуатационные расходы

- эксплуатационные затраты, руб/год:

руб./год

Ожидаемая себестоимость теплоты и пара

Определим годовую плановую себестоимость теплоты (руб/ГДж) и пара, (руб /т), определяем их по формулам;

кДж/кг, кДж/кг

т/год

руб./ГДж

руб./Т

Таблица. Структура себестоимости теплоты

Вид затрат	Затраты, руб/год	Удельные затраты	Доля затрат, %
		руб/ГДж	руб/т
Стоимости топлива	1841757	8,31	20,03	14,1
Стоимость воды	2177876,4	9,83	23,68	16,7
Стоимость электроэнергии	1273350	5,75	13,85	9,8
Амортизационные отчисления	88987	0,40	0,97	0,7
Текущий ремонт	17797	0,08	0,19	0,1
Зарплата	5594256	25,25	60,84	42,9
Страховые отчисления	1522025	6,87	16,55	11,7
Прочие затрат	527797,2	2,38	5,74	4
Всего	13043845.6	58,9	141,9	100

Контрольно-измерительные приборы

Контрольно-измерительные приборы (КИП) котельной установки (КУ) предназначены для определения текущих значений параметров ее работы с целью проверки соблюдения оптимального эксплуатационного режима работы, а также наладки этого режима в тех случаях, когда установка работает с отклонениями от него.

Система автоматического регулирования работы основных и вспомогательных установок котельной имеет назначение автоматически воссоздавать в условиях непрерывно изменяющейся нагрузки нормальный, наиболее экономичный и надежный режим работы установки. Кроме того, автоматизация позволяет значительно сократить обслуживающий персонал котельной.

Основой нормальной работы паровой котельной установки является непрерывное точное поддержание при различных нагрузках оптимальных значений давления и температуры производимого пара, а также параметров процесса горения. Автоматическое регулирование температуры перегретого пара осуществляется от термометра сопротивления, установленного в паропроводе перегретого пара от котла. Импульс передается на регулирующий клапан, установленный на линии охлаждающей воды, поступающей в поверхностный охладитель перегретого пара, или на линии вспрыскиваемой воды, поступающей во вспрыскивающий пароохладитель, чем достигается требуемое изменение количества проходящей в него воды. Автоматическое регулирование давления пара в котле осуществляется более сложно, так как оно связано с автоматическим регулированием процесса горения, которое в зависимости от вида сжигаемого топлива разрешается по-разному.

Комплексная система автоматизации газового котла обычно предусматривает автоматическое регулирование режимов работы котла, в частности автоматическое регулирование режима горения, а также автоматику безопасности. Задачи автоматического регулирования режимов работы газового котла те же, что и котла, работающего на других видах топлива. Эти задачи заключаются в автоматическом поддержании заданных параметров пара, коэффициентов избытка воздуха, разрежений и давлений в газовом и воздушных трактах. В задачу же автоматики безопасности входит автоматическое прекращение подачи газа к горелкам, в случае нарушения нормальных условий работы отдельных элементов котельного агрегата. Основным прибором автоматики безопасности является клапан-отсекатель, который при этих нарушениях срабатывает автоматически под воздействием соответствующих сигнализаторов. Обычно предусматривается срабатывание клапана-отсекателя при падении давления газа и воздуха перед горелкой и разрежения в верхней части топки ниже допустимой величины, при повышении давления газа перед горелками и пара в барабане котла выше допустимого предела, при прекращении подачи электроэнергии в котельную, при упуске воды в котле и т.п.

Система дополнена автоматикой безопасности, вступающей в действие при ослаблении и прекращении давления в топке, прекращении поступления воздуха в нее, отключении газа и недопустимом повышении давления пара в котле.

Для автоматического регулирования уровня воды в барабанах более крупных котлов служит двухимпульсный автоматический регулятор.

Автоматизация работы водоподготовительных установок преследует цели автоматического регулирования производительности установки, а также автоматического выполнения необходимых переключений при переходе от одной операции к другой в процессе регенерации.

Автоматизация работы деаэратора сводится к задаче автоматического поддержания в нем заданного давления независимо от его тепловой и гидравлической нагрузок, а также уровня воды в баке и ее температуры.

В установках подогрева сетевой воды автоматизация служит для регулирования количества подпиточной воды, добавляемой в сеть.

Таблица. Побочные энергетические и материальные ресурсы производства пива и методы их рекуперации

Процесс	Вид побочного ресурса	t,	Возможные методы рекуперации
Очистка солода	Солод низкого качества, пыль, другие виды загрязнений	15-18	Производство кормов для скота и с/х удобрений
Очистка ячменя	Зерна низкого качества, пыль, другие виды загрязнений	15-18	Производство кормов для скота и с/х удобрений
Приготовление затора	Конденсат	100	Вторичное использование
Отделение сусла от хлебной дробины	Пивная дробина	80	Производство кормов для скота, получение биогаза
Кипячение сусла с хмелем	Конденсат	95	Вторичное использование
Отделение сусла от хмельной дробины	Хмельная дробина	90	Получение гранул, порошков, экстрактов
Осветление, охлаждение аэрированого сусла	Осадок взвесей горячего сусла	70	Белковый отстой можно возвращать в варочный цех
Сбраживание пивного сусла	Осадочные дрожжи	3-4	Производство кормовых дрожжей, получение мед.препаратов
	СО2	3-4	Очистка и выпуск в атмосферу
Фильтрование пива	Использованный кизельгур	12	утилизировать
Розлив пива в бутылки	Стеклобой	18	Отправлять на переработку