Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

Курсовой проект

по дисциплине: «Теплоснабжение промышленных предприятий и городов»

Тема: Теплоснабжение абонентов г. Волгоград

выполнил:

Давыдов Андрей

Юрьевич

Екатеринбург - 2012

Содержание

1. Общая часть

1.1 Характеристика объектов теплоснабжения

1.2 Исходные данные

2. Технологическая часть

2.1 Описание системы теплоснабжения

3. Расчетная часть

3.1 Определение тепловых потоков на отопление, вентеляцию и горячее водоснабжение потребителей

3.1.1 Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий определяется по формуле

3.1.2 Максимальный тепловой поток на вентиляцию жилых и общественных зданий определяется по формуле

3.2 Суммарный тепловой поток по кварталам Q?

3.3 Среднечасовой тепловой поток за отопительный период

3.4 Определение расходов сетевой воды

3.5 Гидравлический расчет тепловой сети

3.6 Выбор и параметры сетевых насосов

3.6.1 Рабочий напор сетевого насоса замкнутой водяной сети

3.6.2 Определяем объем подачи (производительности) рабочих насосов

3.7 Расчет толщины тепловой изоляции

Список используемой литературы

1. Общая часть

1.1 Характеристика объектов теплоснабжения

В данном курсовом проекте объектом теплоснабжения является жилой район г. Волгоград, в котором теплоснабжение осуществляется водой по двухтрубной системе по графику 150-170 С. Расходы теплоты у абонентов и длины участков теплотрассы указаны на рис. 1. На каждом участке предусмотрена установка отключающих задвижек и П-образных компенсаторов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.

1.2 Исходные данные

Для расчета системы теплоснабжения жилого района г. Волгограда необходимы следующие данные:

Таблица 1. Климатические данные по г. Волгограду [2, с. 432]

Город	Отопительный период	Лето
	Продолжительность n, сут	Температура воздуха, 0С	Температура воздуха, 0С
		Температура воздуха, 0С	Средняя отопительного периода	Средняя самого холодного месяца	Средняя самого жаркого месяца	Средняя самого в 13ч самого жаркого месяца (ориент.)
		Отопления tн.о.	Вентиляция tн.в.
г.Волгоград	178	-22	-13	-3,4	-9,2	+24,2	+28,6

Таблица 2. Среднемесячные температуры наружного воздуха. [2, с.434]

город	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь	январь	февраль	март	апрель	май	июнь
г. Волгоград	+16,1	+7,8	0,0	-6,1	-9,2	-8,7	-2,3	+8,3	+16,7	+21,6

Таблица 3. Число часов за отопительный сезон с установившейся среднесуточной tн0С [2, с.435]

tн ,0С	-45	-40	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+8
n,час	-	-	-	1	13	126	420	930	1650	3100	4368

2. Технологическая часть

2.1 Описание системы теплоснабжения

Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают потребителей теплом низкого и среднего потенциала (до 3500), на выработку которого затрачивается около 25% всего добываемого в стране топлива.

Тепло, как известно, является одним из видов энергии, поэтому при решении основных вопросов энергосбережения отдельных объектов и территориальных районов теплоснабжения должно рассматриваться совместно с другими энергообеспечивающими системами - электроснабжением и газоснабжением.

Система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные замкнутые системы).

В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количество теплоносителя и тепла возвращается к источнику (двухтрубные открытые системы). В разомкнутых системах как сам теплоноситель, так и содержащееся в нем тепло полностью используются у потребителя (однотрубные системы).

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используются вода и водяной пар, в связи с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром; некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла от ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, то есть её температуры. Энергетический потенциал пара - его давление - уменьшается при транспортировании более значительно. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (0,06-0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1-1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Другим достоинством воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, при открытых системах ещё и местных систем горячего водоснабжения; возможность центрального регулирования отпуска тепла потребителя изменением температуры воды; простота эксплуатации - отсутствие у потребителей неизбежных при паре конденстатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

Пар как теплоноситель в свою очередь имеет определенные достоинства по сравнению с водой:

большую универсальность заключающуюся в возможности удовлетворения всех видов теплопотребления, включая технологические процессы;

меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя (расход электроэнергии на возврат конденсата в паровых системах весьма не велик по сравнению с затратами электроэнергии на перемещение воды в водяных системах);

незначительность создаваемого гидростатического давления вследствие малой удельной плотности пара по сравнению с плотностью воды.

Неуклонно проводимая в нашей стране ориентация на более экономичные теплофикационные системы теплоснабжения и указанные положительные свойства водяных систем способствуют их широкому применению в жилищно-коммунальном хозяйстве городов и поселков. В меньшей степени водяные системы применяются в промышленности, где более 2/3 всей потребности в тепле удовлетворяются паром. Так как промышленное теплопотребление составляет около 2/3 всего теплопотребления страны, доля пара в покрытии общего расхода тепла остаётся ещё очень значительной.

3. Расчетная часть

3.1 Определение тепловых потоков на отопление, вентеляцию и горячее водоснабжение потребителей

Теплопотребление - это использование теплоты для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей.

Все потребители теплоты делятся на две группы:

- сезонные - используют теплоту не круглый год;

- круглогодовые - используют теплоту в течении всего года.

Для сезонного теплового потребления характерны следующие особенности:

- в течение года тепловые нагрузки изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха;

- годовые расходы тепла имеют значительные колебания;

- изменение тепловой нагрузки на отопление в течении суток незначительны;

расходы тепловой энергии для вентиляции по часам суток могут отличаться большим разнообразием в зависимости от смены режимов работы.

Для круглогодовых потребителей расход теплоты зависит:

- от технологии производства;

- от вида выпускаемой продукции:

- от режима предприятия.

3.1.1 Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий определяется по формуле

= А (1 + ), кВт

где: qо = 73 Вт/м2 - удельный показатель теплового потока на отопление при расчетной tн.о.= -20С, для 5-ти этажной и более застройке после 1985г. [2, с.439];

А = fобщ m = 18 16500 = 297 000 м2

общая площадь отапливаемых помещений в жилом квартале;

где: fобщ = 18 м2 - норма площади помещения на 1 человека;

m = p Fкв = 300 55 = 16500 чел - количество жителей в квартале.

где: p = 300 чел/га - плотность населения;

Fкв = 55 га - площадь застройки квартала.

= 0,25 - коэффициент учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий.

тогда: = 73 297000 (1 + 0,25) = 27 101 250 Вт = 27 101,25 кВт.

3.1.2 Максимальный тепловой поток на вентиляцию жилых и общественных зданий определяется по формуле

= qо К1 К2 А, кВт

где: qо = 73 Вт/м2 - удельный показатель теплового потока на отопление [2, с.439];

А = 297 000 м2 - общая площадь отапливаемых помещений в жилом квартале.;

К1 = 0,25 - коэффициент учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий;

К2 = 0, так как здания жилые.

тогда:

= 73 0,25 297 000= 5 420 250 Вт = 5 420,25 кВт.

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется по формуле [3, с.32]:

= , Вт

где: 1,2 - коэффициент, учитывающий теплоотдачи в системе горячего водоснабжения от трубопроводов;

m = 16 500 чел - количество жителей в квартале;

а = 85 л/сутки на 1 чел. - норма расхода воды на горячее водоснабжение;

b = 25 л/сутки - норма расхода воды на ГВС потребляемых в общественных зданиях;

tгв = 55 С - расчетная температура горячей воды в системе;

tс = 5 С - температура холодной воды в отопительный период;

тогда:

= (1,2*16 500*(85+25)*(55-5))/(24*3,6) = 1 260 416.6 Вт = 1 260,4 кВт

Определим максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение.

Qh max = 2,4 qh m = 2,4 320 16 500 = 12 672 000Вт = 12 672 кВт.

где: qh = 320 - укрупненный показатель среднего теплового потока на ГВС.

3.2 Суммарный тепловой поток по кварталам Q?

определяем суммированием расчетных тепловых потоков на отопление, вентеляцию и горячее водоснабжение:

Q? = Qo max + Qv max + Qh max ,

Q? = 27 101,25 + 5 420,25 + 12 672 = 45 193.5 кВт.

3.3 Среднечасовой тепловой поток за отопительный период

На отопление:

= Qo max , Вт

где: tв = +20 С - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий [3, с.293];

tн = -2,2 С - средняя температура наружного воздуха за отопительный период [3, с.291];

tнро = -25 С - расчетная температура наружнего воздуха для отопления [3, с.291];

тогда:

= 27 101 250 = 13 550 625Вт = 13 550,6кВт.

При tн = +8С: = 27 101 250 = 7 227 000Вт = 7 227 кВт.

На вентеляцию:

= Qv max , Вт

где: = -13 С - расчетная температура наружнего воздуха для вентиляции [2, с.432];

тогда:

= 5 420 250 = 3 646 350 Вт = 3 646,35 кВт.

При tн = +8С: = 5 420 250 = 1 971 000Вт = 1 971 кВт.

На горячее водоснабжение:

= Qhm max , Вт

где: = 0,8 - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотапливаемый период [1, прил.7];

= 5 С - температура холодной воды в отопительный период;

= 15 С - температура холодной воды в неотопительный период;

Тогда

= 0,8 * 1 260 416.6 * = 806 666.624Вт = 806,7 кВт.

По полученным расчетным данным построим график годового теплопортребления (график Россандера) см. приложение.

3.4 Определение расходов сетевой воды

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметра труб в водяных тепловых сетях при качественном отпуске теплоты следует определять по формулам:

На отопление: теплоснабжение отопление вентиляция насос

Gо max = = (3,6*27 101,25)/(4,19*(150-70)) = 291.1 кг/ч.

где: = 150С - температура прямой подачи воды в системе.

= 70С - температура обратной подачи воды в системе.

с = 4,19 кДж - теплоемкость воды.

На вентиляцию:

Gv max = = (3,6*5 420,25)/(4,19*(150-70)) = 58.2 кг/ч.

На горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

Среднечасовой расход:

G1 hm = =(3,6*1 260,4)/(4,19*(150-70)) = 13.53 кг/ч.

где: = 55 С - расчетная температура горячей воды в системе;

tс = 5 С - температура холодной воды в отопительный период;

Максимальный расход:

G1 h max = = (3,6*12 672)/(4,19*(150-70)) = 136,1 кг/ч.

Суммарные расчетные расходы сетевой воды.

Средний:

Gd = Gо max + Gv max + k3 G1 hm = 291,1 + 58,2 + 0,8 13,53 = 360,124 кг/ч.

где: k3 = 0,8 - коэффициент, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления.

Максимальный:

Gd max = Gо max + Gv max + G1 h max = 1 291,1 + 58,2 + 136,1= 1 485,4 кг/ч.

3.5 Гидравлический расчет тепловой сети

Гидравлический расчет является одним из важных разделов проектирования. Задачей гидравлического расчета является определение диаметра труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадом давлений в тепловой сети.

Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрического графика, выбора схем местных тепловых пунктов, подбора насосного оборудования и технико-экономических расчетов.

Определяем массовый расход воды в сети по формуле [3, с.191]:

m = , кг/с

где: Q? = 45 193,5 кВт - суммарный максимальный тепловой поток;

= 4,19 кДж - теплоемкость воды;

= 150 С - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для отопления;

= 70 С - температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для отопления;

тогда:

m = (45 193,5)*/(4,19*(150-70)) = 134,8 кг/с.

Определим сумму потерь ? напора на местное сопротивление, оно будет складываться из потерь на сопротивление задвижек з и потерь на сопротивление П-образных компенсаторов комп..

Для начала рассчитаем количество компенсаторов по формуле:

nкомп. = =1000/50 = 20 шт.

где: = 1 000 м - длина тепловой сети.

Количество задвижек по условию задания равно 2.

По таблице прилож. 8 [3, с.304] принимаем значение коэффициента сопротивления для одной задвижки 0,5 и для одного П-образного компенсатора 4,

тогда:

з = 0,5 2 = 1

комп = 20 4 = 80

? = з +комп = 1 + 80 = 81.

Определим, предварительно, потери напора в магистрали по формуле [3, с.193]:

H = , м

где: h = 50 Па/м - удельное линейное падение давления;

= 1 000 м - длина тепловой сети.

тогда:

H =(50*1000)/10000 = 5 м.

Определим потери напора в магистрали при средней t теплоносителя по формуле[3, с.192]:

HI = H q = 5 975 9,81 = 47 823,75 Па.

где: = 975 кг/м3 - средняя плотность воды;

q = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

Определим удельное падение давления по формуле [3, с.192]:

R = , Па/м

где: = Z = 0,19 v134,8 = 2,2 - эмпирический коэффициент местных потерь, зависящий от расхода воды;

где: Z = 0,19 - для воды.

тогда:

R =(47 823,75)/(1000*(1+2,2)) = 14,944 Па/м.

Определим диаметр d трубы для теплоносителя по формуле [3, с.193]:

d = , м

где: = 0,117 - для воды.

тогда:

d =()*(134,8/14,944) = 0,451 м = 451 мм.

По приложению 7 [3, с.303] выбираем стандартный диаметр стальной трубы для магистрали dу = 900 мм.

Проведем уточняющий расчет.

Уточним значение удельного падения давления трубопровода по формуле [3, с.193]:

RI = , Па/м

RI = = 9,9 Па/м.

Пересчитаем число П-образных компенсаторов по данным из приложения 17 [1], для трубы d=900 мм расстояние между П-образными компенсаторами принимаем 200м, тогда число компенсаторов будет равно:

nкомп. = = = 11 шт.

а комп = 11 4 = 44

сумма потерь

? = з +комп = 1 + 44 = 45.

Уточним эквивалентную длину участка по формуле [3, с.193]:

э = ? d1,25, м

где: = 60,7 - для воды.

тогда:

э = 60,7 45 0,811,25 = 2099 м.

Падение давления на участке будет следующим [3, с.193]:

P = R? 2 ( + э), Па

тогда:

P = 9,9 2 (2200 + 2099) = 85 120,2 Па.

Определим действительное падение давления (напора) теплоносителя для выбранной по сортаменту трубы [3, с.193]:

H = , м

тогда:

H = = 8,9 м.

По полученным результатам расчета построим пьезометрический график (см. приложение).

3.6 Выбор и параметры сетевых насосов

3.6.1 Рабочий напор сетевого насоса замкнутой водяной сети

Нсн = ДНист + ДНп + ДНобр.+ ДНаб.= 12 + 8,9 + 8,9 + 40 = 69,8 м 70 м.

ДНист = 12 м - потери напора в подогревательной установке источника

теплоснабжения;

ДНп = 8,9 м - потери напора в подающей линии тепловой сети;

ДНобр = 8,9 м - потери напора в обратной линии тепловой сети;

ДНаб. = 40м - потери напора в местной системе теплопотребления.

Потери напора в подающем и обратном трубопроводе принимаем по результату гидравлического расчета, при пропуске расчетных расходов воды: ДНп = ДНобр= 8,9 м

3.6.2 Определяем объем подачи (производительности) рабочих насосов

Подача сетевого насоса должна обеспечивать расчетный расход теплоносителя m = 490,3 кг/с, тогда:

v = m / с = 490,3 / 975 = 0,5 м3/с = 0,5 • 3600= 1800 м3/ч.

где: с = 975 кг/м3 - плотность воды при tср. = 750С.

Выбор сетевых насосов.

По каталогу сетевых насосов (прил.21 [1]): при Н = 69,8 м, v= 1800 м3/ч выбираем сетевой насос марки СЭ - 1600 - 80.

Техническая характеристика насоса:

Подача - 1250 м3/ч;

Напор - 70 м;

Мощность - 388 кВт

КПД - 80%

Температура перекачиваемой жидкости - 1800С

Т.к. объем перекачиваемой жидкости v= 1800 м3/ч, то выбираем два сетевых насоса, и один резервный.

3.7 Расчет толщины тепловой изоляции

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов К по нормированной плотности теплового потока определим по формуле [3,с.268]:

К = (B - 1), м

где: d = 0,92 м наружный диаметр трубы (прил.7 [3,с.304]);

B = = = 1,09 м

отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру трубопровода;

где: = 2,7 - основание натурального логарифма;

= 0,05 Вт/(м•°С) теплопроводность теплоизоляционного слоя (прил. 15 [1], для фенольного поропласта ФЛ, монолитного);

= = - 0,015 = 0,279 м•°С/Вт

термическое сопротивление слоя изоляции при надземной прокладке в тоннелях [3,с.267];

где: = 170 Вт/м - нормированная линейная плотность теплового потока при средней температуре теплоносителя 100°С, при прокладке в тоннеле (прил. 16 [1]);

- средняя температура теплоносителя за период эксплуатации (при 150/70 для подающего трубопровода 90°С, для обратного 50°С);

= 40°С - среднегодовая температура среды, окружающей трубопровод (прил. 18 [1]);

= 1,0 - коэффициент для Европейских районов (прил. 19 [1]);

= = = 0,015 м•°С/Вт

термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя.

где: = 11 - коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух при прокладке в тоннелях и техподпольях.

d = 0,92 м наружный диаметр трубы (прил.7 [3,с.304]);

тогда:

К = (1,09 - 1) = 0,041 м.

Выбираем сегменты из пенопласта марки ФРП-1 (фенольнорезольный пенопласт) ГОСТ 22546-77. ФРП-1 - это легкий и прочный теплоизоляционный материал, имеющий закрытопористую структуру, благодаря которой обладает низким коэффициентом теплопроводности в сравнении с другими теплоизоляционными материалами.

Таблица 4. Технические характеристики выбранного теплоизоляционного материала

Наименование	ГОСТ	Условный проход труб dу, мм	Расчетная плотность сc, кг/мі	Расчетная теплопроводность	t макс ? С	Основные размеры, мм
				при л,Вт/(м•К)	Вт/(м•КІ)		Толщина д	Длина	Внутренний диаметр
ФРП-1	22546-77	300-1000	65-85 86-110	0,041 0,043	2,3 1,9	130 150	30-80	1000 и 1500	327 - 1023

Список используемой литературы

1. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине теплоснабжение промышленных предприятий, 2007.

2. Е.Я.Соколов. Теплофикация и тепловые сети М.: Издательство МЭИ, 2001.

3. Смирнова М.В. Теплоснабжение: учебное пособие. - Волгоград: Издательский дом «Ин-Фолио», 2009.

Размещено на Allbest.ru