ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Содержание

Бланк задания

Введение.....................................................................................................................4

1. Определение значений тепловых нагрузок……….……………………………5

1.1. Определение производственных нагрузок……….…………...………….…..7

1.2. Определение теплофикационных нагрузок……….………..……….….……8

1.2.1. Определение нагрузки на отопление.............................................................8

1.2.2. Определение нагрузки на вентиляцию.........................................................10

1.2.3. Определение нагрузки на горячее водоснабжение......................................12

1.3. Определение расчетной производительности котельной.….….….……….13

2. Проектирование системы теплоснабжения……………….…..………………14

2.1 Выбор и описание системы теплоснабжении….…………..………….…14

2.2 Выбор и описание системы транспорта тепловых сетей…..……………..15

2.3. Гидравлический расчет системы транспорта теплоты...................................20

2.4. Определение нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии……………………………….………………………………………..……22

2.5. Расход тепла на собственные нужды котельной……………………..….....24

3. Проектирование источника теплоснабжения…………………….…..………..25

3.1. Выбор и описание источника теплоснабжения……………………………..25

3.2. Выбор основного и вспомогательного оборудования источника теплоты..26

4. Регулирование водогрейных котлов……………….…………………………..31

4.1. Расчет тепловой схемы источника теплоснабжения………………….…….31

4.2. Выбор теплообменников…………………………………………….36

4.3. Определение потребности в топливе для производства теплоты………....37

4.4. Расчет КПД нетто котлоагрегата КВ-ГМ-20………………………….…38

4.5. Тепловой баланс водогрейных котлов КВ-ГМ-20……………………...39

Заключение...............................................................................................................42

Список использованной литературы.....................................................................44

Введение

В повседневной жизни люди пользуются разнообразными благами. К таким благам-потребностям наряду с другими относятся жизнеобеспечивающие товары – электрическая и тепловая энергия и услуги теплоснабжения – отопление, вентиляция и горячее водоснабжение.

При проектировании котельной следует учитывать требования, которые предъявляют к источникам теплоснабжения – это надежность теплоснабжения; экономичность сооружения; экономичность, безопасность, удобство эксплуатации; соблюдение требований санитарных норм.

Надежность – бесперебойное теплоснабжение потребителей в соответствии с заданными параметрами и графиком тепловых нагрузок. Надежность определяется выбором типа котельной, типа и количества основного и вспомогательного оборудования, схемы коммуникаций, автоматизацией технологических процессов.

Экономичность сооружения и эксплуатации определяется минимумом приведенных затрат при высокой надежности теплоснабжения. Это достигается укрупнением тепловой мощности котельной и единичной мощности котлоагрегатов, применением совершенных газогорелочных устройств и утилизирующего оборудования. В курсовой работе в соответствии с заданным числом промышленных предприятий и числом зданий составляется план района и схема транспорта тепла по трубопроводам до объектов и предприятий. Определяются часовые расходы тепла по отдельным видам теплопотребления объектов промышленного района.

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества.

Задание

Произвести расчет и проектирование источника и системы теплоснабжения промышленных предприятий и жилых комплексов, расположенных в городе Волгоград.

Климатические данные г. Волгоград [1, с.432, прил. 1]

Таблица 1

	Отопительный период	Лето
Продолжительность n, сут.	t воздуха, º С	t воздуха, º С
расчетная для проектирования	ср. отопитель-ного периода t_но.ср.	ср. самого холодного месяца (ср. за январь)	ср. самого жарко-го месяца	ср. в 13 ч. самого жаркого месяца
t_н.о (ср. самой холодной 5-тидневки)		t_н.в
	-22		-13	-3, 4	-9, 2	24, 2	28, 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех характерных режимов (СНиП II-35-76):

- максимально-зимнего – при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;

- наиболее холодного – при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц;

- летнего – при расчетной температуре наружного воздуха теплого периода.

Исходные данные по технологической нагрузке, МВт

Таблица 2

1 смена	2 смена		3 смена	4 смена

Таблица 3

№ п/п	Наименование отапливаемых объектов	Объем здания по наружному объему, V_н, м³
	ОАО «РТИ»
	Админ.здание
	Гараж
	Цех дорожных изделий
	Цех изоляционных деталей
	Цех втор использования сырья
	Механическая мастерская
	Сауна, душевая
	Столовая
	Общежитие
	ООО «Базар»
	Админ.здание
	Комплекс 1
	Комплекс 2
	Комплекс 3
	Подземный гараж
	Студгородок
	Корпус А
	Корпус Б, В
	Общежитие
	Жилплощадка
	Комплекс А
	Комплекс Б
	Комплекс Д
	Школа
	Детский сад
	Бассейн
	Гостиница

Определение теплофикационных нагрузок

Определение нагрузки на ГВС

Максимально часовой расход тепловой нагрузки на ГВС отдельного здания определяется по формуле: [Гкал/ч]

где - норма потребления горячей воды одним потребителем [1, с.440, прил. 6];

- расчетное количество потребителей;

- температура в сети горячего водопровода, º С, ;

- температура в сети холодного водопровода, º С; для летнего периода , зимнего - .

Результаты проведенных расчетов максимально часовых расходов тепловой нагрузки на ГВС отдельных зданий приведены в таблице 8.

Часовой расход тепловой нагрузки на ГВС административного здания в зимний период времени составит:

Часовой расход тепловой нагрузки на ГВС административного здания в летний период времени составит:

Результаты расчетов сведены в таблицу7.

Таблица 7

	Расчет расхода теплоэнергии и теплоносителя на ГВС
№	Наименование объектов	а, л/ч	число потребителей, n	t гор.воды, ⁰С	t хол.воды, °С	расход теплоносителя, ккал/ч	G, т/ч
t_в^л, ⁰С	t_в^з, ⁰С	Q^л_,ккал/ч	Q^з_,ккал/ч
	ОАО " РТИ"
	админ. здание						0, 0036	0, 0045	0, 18
	сауна, душевая						0, 0756	0, 0945	3, 78
	столовая	12, 7					0, 0381	0, 047625	1, 905
	общежитие	6, 3					0, 0378	0, 04725	1, 89
	ООО " Базар"
	админ. здание						0, 0028	0, 0035	0, 14
	комплекс 1	9, 6					0, 3072	0, 384	15, 36
	комплекс 2	9, 6					0, 3264	0, 408	16, 32
	комплекс 3	9, 6					0, 14592	0, 1824	7, 296
	Студгородок
	корпус А	1, 2					0, 0216	0, 027	1, 08
	корпус Б, В	1, 2					0, 0264	0, 033	1, 32
	общежитие	7, 5					0, 12	0, 15
	Жилплощадка
	комплекс А	7, 9					0, 79	0, 9875	39, 5
	комплекс Б	7, 9					0, 632	0, 79	31, 6
	комплекс Д	7, 9					0, 474	0, 5925	23, 7
	школа						0, 008	0, 01	0, 4
	детский сад						0, 048	0, 06	2, 4
	бассейн						0, 009	0, 01125	0, 45
	гостиница						0, 168	0, 21	8, 4
Итого	3, 234	4, 043	161, 721

Таким образом, количество тепла на подогрев ГВС для рассматриваемых предприятий составляет 4, 043 Гкал/ч - для зимнего (отопительного) периода, 3, 234 Гкал/ч – для летнего, расход теплоносителя 161, 721 т/ч. Суммарная круглогодичная нагрузка на технологию и ГВС составляет 22, 103 Гкал/ч.

Расчет водяной сети

По данным задания составляется план района. Для этого на бумагу в масштабе наносятся промышленные предприятия. Располагают промышленную котельную. Намечается схема разводки трубопроводов тепловой сети от промышленной котельной до промышленных предприятий. По масштабу определяются длины участков по основной магистрали и ответвлений до объектов.

Составляется расчетная схема, на которой наносятся потребители тепла и их номер, длины, диаметры и номера участков, расходы воды на промышленные предприятия и по участкам тепловой сети.

По тепловой схеме задаёмся коэффициентами местных потерь ξ. Принимаем плотность воды постоянной, равной ρ = 983, 24 кг/м³, при τ _ср = 60⁰С, значение абсолютной эквивалентной шероховатости водяных сетей k_э= 0, 0005 м.

Гидравлический расчет выполнен с учетом максимальной тепловой нагрузки.

Диаметр трубопроводов определяем из предположения его работы в квадратичной области по формуле: [5.16, 1 стр.190],

где R_л - действительное удельное падение давления, определяется по формуле:

[5.15, 1 стр.190],

где - постоянный коэффициент, принимаем по таблице 5.1.[1];

- уточненный диаметр трубопровода.

Если представить прямолинейный трубопровод диаметром d, линейное падение давления в местных сопротивлениях (задвижки, колена и пр.), то длина такого участка трубопровода, называемая эквивалентной длиной местных сопротивлений, определяется по формуле:

[5.20б, 1 стр.190],

где A_l=60, 7 м^{-0, 25} – постоянный коэффициент, принимается по таблице 5.1. [3]

- сумма местных сопротивлений на участке (прил. 10 [1]).

Определяем суммарное падение давления (линейного и в местных сопротивлениях) в подающей и обратной линиях на участке

[5.25, 1 стр.191],

где l – длина участка;

Определяем падение напора в подающей линии на участке

[ 1 стр.187],

где γ – удельный вес воды, Н/м³.

Пример расчета для административного здания:

1. Па/м

Таким образом, суммарное падение давления составляет 2, 49 МПа, падение напора – 0, 259м.

Гидравлический расчет водяной сети отопления и вентиляции сведен в таблицу №.10.

Источника теплоты.

Для удовлетворения существующей нагрузки выбираются два котла типа КВ-ГМ-20 теплопроизводительностью 23, 26 МВт (20Гкал/ч) каждый. Суммарная теплопроизводительность котельной составляет величину, равную 20 2 = 40 Гкал/ч, т. е. достаточную для покрытия нагрузки в 36, 93 Гкал/ч для зимнего (отопительного) периода, в летний период нагрузка будет меньше, т.к. в отоплении и вентиляции не нуждаемся. Также для бесперебойной работы котельной, устанавливаем два резервных водогрейных котла той же марки.

Котел предназначены для выработки горячей воды с температурой 150 °С, которая используется для отопления, горячего водоснабжения и технологических целей.

Топочная камера, имеющая горизонтальную компановку, экранирована трубами 60х3 с шагом 90 мм., входящими в коллекторы 159х7 мм. Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальном газоходе, состоит из U-образных ширм из труб 28х3 с шагом S1=64мм. и S=40 мм.
Котлы могут быть оборудованы любыми зарубежными и отечественными газовыми горелками, соответствующей производительности (имеющие соответствующие технические характеристики и сертификат соответствия Госстандарта РФ). Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепится на фронтовом экране к щиту.

Котлы, работающие на мазуте, оборудуются устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности нагрева. Газоимпульсная очистка основана на сжигании газовоздушной смеси в высокотурбулентном (взрывном) режиме с определенной частотой.

Несущий каркас у котлов отсутствует. Каждый блок котлов (топочный и конвективный) имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке конвективного блока и топочной камеры, неподвижны.
Основные технические характеристики котла КВ-ГМ-20 приведены в табл. 10

таблица 14

Параметры	Значения
Теплопроизводительность номинальная, МВт (Гкал/ч)	23, 26 (20)
Давление воды максимальное, МПа	2, 5
Температура воды: - на входе, ⁰С - на выходе, ⁰С
Расчетное топливо	Газ, мазут
КПД, %, не менее	91, 2
Расход воды на котел, т/ч
Расход топлива для мазута / природного газа, Q^р_н=7950 ккал/м³, м³/ч	2450/2520
Температура дымовых газов на выходе из котла, ˚ С: для мазута / для природного газа	250 / 160
Площадь поверхностей нагрева котла и ВЗП (м2): радиационная / конвективная	48, 74 / 150, 4
Аэродинамическое сопротивление, Па, не более
Гидравлическое сопротивление, MПа	0, 25
Габаритные размеры (без горелки): - длина по выступающим частям блока котла; - ширина по выступающим частям блока котла; - высота от уровня пола котельной до выступающих частей блока котла
Масса котла без горелки, кг, не более
Срок службы, лет	Не менее 15

В отопительных котельных устанавливаются сетевые и подпиточные насосы, а при наличии водогрейных котлов – дополнительно рециркуляционные насосы.

Сетевые насосы выбираются по расходу сетевой воды на напор, обеспечивающий покрытие гидравлических сопротивлений сети, подогревателей сетевой воды, охладителей конденсата, а также водогрейных котлов, если они установлены. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии сетевой воды и работают при температуре воды не более 70 ⁰С.

Подпиточные насосы выбираются по расходу, обеспечивающему восполнение потерь в системе теплоснабжение. Производительность насоса выбирают, исходя из двойного расхода, с учетом подачи воды в аварийных ситуациях. При открытых системах теплоснабжения производительность подпиточных насосов выбирается с учетом покрытия суммарных расходов воды при максимальном потреблении ее на горячее водоснабжение и утечек в системе. Подпиточные насосы должны создавать напор, обеспечивающий преодоление давления в обратной линии перед сетевыми насосами, а также гидравлическое сопротивление соединительных трубопроводов и регулятора подпитки.

Рециркуляционные насосы устанавливаются в котельных с водогрейными котлами для частичной подачи горячей сетевой воды в трубопровод, подводящий воду к водогрейному котлу. В соответствии со СНиП Ι Ι -35-76 (п. 9.23) [27] установка рециркуляционных насосов производится в случае требования заводами-изготовителями водогрейных котлов постоянной температуры воды на входе или выходе котла. Как правило, необходимо предусматривать общие рециркуляционные насосы для всех водогрейных котлов. Количество насосов должно быть не менее двух. Производительность рециркуляционного насоса определяется из уравнения баланса смешивающихся потоков сетевой воды в обратной линии и горячей воды на входе из водогрейного котла.

Регулирование температуры воды, поступающей в водогрейный котел, и температуры воды, отпускаемой потребителям, осуществляется следующим образом. Количество воды, подаваемое рециркуляционным насосом, регулируется так, чтобы получить необходимую температуру воды на входе в водогрейный котел. Однако при этом температура воды на выходе из котла может оказаться выше температуры, необходимой потребителям. Для поддержания заданной температуры воды, отпускаемой потребителям, часть воды из обратной линии по перемычке направляется в прямую линию. Количество воды, отбираемой из обратной линии в прямую, регулируется регулятором температуры сетевой воды.

Известно, что водогрейные котлы надежно работают только при поддержании в заданных пределах постоянного расхода воды, проходящей через них, независимо от колебаний тепловой нагрузки потребителей. Поэтому в тепловых схемах водогрейных котельных предусматривается регулирование отпуска тепловой энергии в сеть по качественному графику, т. е. изменением температуры воды на выходе из котла. Для обеспечения расчетной температуры воды на входе в тепловую сеть в схеме предусматривается возможность к выходящей из котлов воде через перепускные линии подмешивать необходимое количество обратной сетевой воды.

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и другие показатели системы теплоснабжения зависят от бесперебойности ее функционирования. Бесперебойность же во многом определяется надежностью и безаварийностью работы котлов, которые, в свою очередь, в значительной степени зависят от наружной коррозии котельных труб. Для предотвращения коррозии температура обратной сетевой воды на входе в котел, работающий на газообразном топливе, должна быть не меньше 60 ⁰С. Поэтому в тепловой схеме котельной для выполнения этого условия (обратная вода обычно имеет температуру ниже допустимой) должна предусматриваться установка рециркуляционных насосов и соответствующая перемычка между трубопроводами прямой и обратной воды.

С уменьшением температуры сетевой воды количество воды, подаваемое рециркуляционным насосом, увеличивается. При повышении температуры воды после водогрейного котла количество воды, подаваемой рециркуляционным насосом, уменьшается, но возрастает расход обратной сетевой воды через перемычку.

Рециркуляционный насос должен создавать напор, способный преодолеть гидравлическое сопротивление водогрейного котла и рециркуляционных трубопроводов.

Выбор теплообменников

Водо-водяные подогревательные установки на групповых и местных тепловых подстанциях сооружаются обычно из секционных трубчатых теплообменников или из пластинчатых теплообменников. Широкое применение на практике нашли секционные водо-водяные подогреватели, изготовляемые по ГОСТ 27590-88. Корпуса этих подогревателей выполняются из стальных труб, а поверхность нагрева из латунных. В ГОСТ 27590-88 рассматриваются, в частности, подогреватели с диаметром корпуса от 57/50 до 325/309 мм. Трубные решетки приварены к корпусу подогревателя. Подогреватели для горячего водоснабжения изготовляются без линзового компенсатора на корпусе. Проведенные исследования показывают, что при использовании этих секционных подогревателей для горячего водоснабжения, когда нагреваемая вода проходит внутри латунных трубок, а греющая - в межтрубном пространстве и температура греющей среды не превышает 150 °С, нет необходимости в установке на корпусе подогревателя линзовых компенсаторов, так как и без них напряжения в стенках трубок и корпусе не выходят за допустимые пределы. При использовании подогревателей для отопления греющая вода, как правило, пропускается внутри трубок, а нагреваемая - в межтрубном пространстве. Для компенсации температурных деформаций на корпусе компенсатора должен быть установлен линзовый компенсатор. Допускаемое рабочее давление: внутри трубок подогревателя 1 МПа, в межтрубном пространстве без линзового компенсатора 0, 7 МПа. Подогреватели собираются обычно из секций длиной 4 м, соединенных последовательно между собой как по первичному (греющему), так и по вторичному (нагреваемому) теплоносителю. В таких теплообменниках обычно организован теплообмен по схеме противотока при сравнительно близких скоростях воды в трубках и межтрубном пространстве, что создает условия для получения довольно высоких коэффициентов теплопередачи порядка 1000 - 1500 Вт/(м ∙ К). Для реализации этих условий необходимо выдержать зазоры между трубками подогревателя по всей их длине в межтрубном пространстве с тем, чтобы наружная поверхность всех трубок равномерно омывалась теплоносителем. Для этой цели в межтрубном пространстве под трубками устанавливаются опорные перегородки. Без опорных перегородок трубки прогибаются, зазоры между ними нарушаются, что приводит к существенному снижению тепловой производительности трубчатых секционных подогревателей.

Теплообменники выбираем по нагрузкам и расходам на горячее водоснабжение:

*1, 163*10³=238, 42 кВт, G_гвс=8, 2 т/ч.

ВВТ типа ПН-552-63 80-240 (корпус 478х9), поверхностью нагрева 21, 2 м²

Водоподготовительная установка .

Подберем для водоподготовки сырой воды по табл. 12.14 [7] Na-катионитовый фильтр марки ФИПаI-0, 7-0, 6-Na.Регенерация катионита для обогащения его ионами Na производится 5-8% раствором NaCl. Цикл работы фильтра состоит из следующих операций: умягчение, взрыхление, регенерация, отмывка. Рабочий цикл фильтра заканчивается, если жесткость фильтрата не превышает 0, 1 мг-экв/л.

Конструкция фильтров ФИПаI-0, 7-0, 6-Na и ФИПаI-1, 0-0, 6-Na представляет собой цилиндрический сварной корпус из листовой стали, с эллиптическими штампованными верхними и нижними днищами (диаметры корпусов соответственно 700 и 1000 мм).

Заключение

В настоящее время актуальная задача – оптимальный выбор источников тепла по теплофикационным нагрузкам и совершенствование систем транспорта и распределения теплоты по объектам в направлении:

· расширения диапазона безопасных гидравлических режимов;

· снижение потерь сетевой воды при авариях на теплопроводах;

· обеспечение автономной, независимой от тепловой сети циркуляции воды в системах теплопотребления;

· более широкого использования автоматического группового и местного регулирования в дополнение к центральному регулированию, внедрение систем дистанционного контроля и телеуправления.

Начальные затраты на сооружение теплоснабжающих систем, а также эксплуатационные расходы на транспорт и распределение теплоты непосредственно зависят от удельного расхода сетевой воды на единицу тепловой нагрузки системы.

Известны следующие основные пути снижения удельного расхода сетевой воды:

· повышение расчетной температуры в подающих трубопроводах до экономически оправданного уровня;

· снижение температуры сетевой воды в обратных трубопроводах, т. е. более глубокое использование энтальпии теплоносителя в теплоиспользующих установках у потребителей за счет:

повсеместного внедрения местного автоматического регулирования всех видов тепловых нагрузок последовательного включения теплопотребляющих установок, которые могут использовать теплоноситель различного потенциала, экономически оправданного увеличения поверхностей нагрева теплоиспользующих установок у потребителей и других мероприятий.

Важное значение имеет повышение технического уровня тепловых сетей. Все элементы тепловой сети должны быть равнопрочны и обеспечивать качественную работу системы теплоснабжения 25–30 лет.

Основной путь повышения надежности и долговечности тепловых сетей–защита от коррозии стальных труб, которые являются главным элементом теплопроводов, транспортирующих теплоту от источников до потребителей. Защита поверхности труб–более сложная задача, которая должна решаться с использованием множества технологических приемов:

· проведения мероприятий, исключающих доступ воды к наружной поверхности труб;

· нанесение антикоррозионных покрытий;

· применение наземных способов укладки теплопроводов.

Значительный прогресс в повышении надежности тепловых сетей и снижения затрат при эксплуатации может быть достигнут при установке на теплопроводах сильфонных компенсаторов температурных деформаций вместо сальниковых компенсаторов, применяемых до сих пор.

Необходимо также повысить качество тепловой изоляции теплопроводов для снижения тепловых потерь.

Список использованной литературы

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Высшая школа, 1999г.

2. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергоатомиздат. 1989. 488 с.

3. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Дипломное и курсовое проектирование. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

4. Соловьев Ю.П. Проектирование крупных центральных котельных для комплекса тепловых потребителей. М.: Энергия, 1976 г.

5. СНиП 2.04.07-86 Тепловые сети. М.: Минстрой России, ГП ЦПП, 1994 г.

6. СНиП 11-35-76. Котельные установки. Нормы проектирования. М.: Госстрой СССР. 1977. 49 с.

7. СНиП. Нормы проектирования. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999 г.

8. Киселев Н.А. Котельные установки, Москва, 1975.

9. Методические по выполнению курсовой работы «Источники и системы теплоснабжения», Альметьевск, 2006.

10. Наладка систем централизованного теплоснабжения: Справ.пособие / И.М.Сорокои, А.И.Кузнецов, - М.: Стройиздат, 1979.-222