Источники теплоснабжения

Задание

Разработать проект теплоснабжения жилого района города в Ленинградской области. Численность населения района – 35000 человек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1.Расчет тепловых нагрузок

2.Основание и выбор источника  водоснабжения

3.Расчет схемы водогрейной котельной

4. Сеть теплоснабжения

5.Гидравлический расчет и выбор  схемы присоединения абонентов

6. Выбор конструкции теплопровода

7. Выбор тепловой изоляции и  расчет тепловых потерь

8. Компоновка оборудования теплового  пункта

9. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов – 7-е изд., стереот. – М.:МЭИ, 2001, 472 с.
2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов – 5-е изд., перераб. – М.:МЭИ, 1984, 360 с.
3. Бузников Е.Ф. и др. Производственные и отопительные  котельные. – 2-е изд.,перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1984, 248 с.
4. Баженов М.П. и др. Промышленные тепловые электростанции. – М.: Энергия, 1979

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Расчет тепловых  нагрузок.

а) расчетная отопительная нагрузка жилых и общественных зданий.

где - укрепленный показатель максимального расхода теплоты на отопление 1м2, жилой площади; при , ;

      - жилая площадь;

       - коэффициент учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий,

где М – число жителей, М=35000 чел;

       - норма жилой площади на 1 человека – 9м2.

б) расчетная вентиляционная нагрузка общественных зданий

где - коэффициент, учитывающий расход  теплоты на вентиляцию общественных зданий, .

в) средненедельная тепловая нагрузка горячего водоснабжения жилых и общественных зданий для зимнего периода при и

где аж – норма расхода горячей  воды с на одного жителя, аж=110 л/сут;

       аобщ – норма расхода горячей воды для общественных зданий, отнесенный к одному жителю района, аобщ=20 л/сут;

       М – число  жителей;

       ср – теплоемкость воды, ср=4190 Дж/кгс;

     tг- температура горячей воды , ;

     tх – температура холодной воды, ;

     nс – расчетная длительность подачи теплоты на ГВС, nс=24*3600=86400 с.

 

Летняя тепловая нагрузка ГВС

где  - коэффициент снижения расхода горячей воды летом по сравнению с зимнем периодом,

        - температура холодной воды летом, ;

        - температура холодной воды зимой,

 

Средняя нагрузка отопления за отопительный период:

где - внутренняя температура воздуха в жилых и общественных помещениях, ;

        - средняя температура наружного воздуха за отопительный период  для Ленинградской области  ;

        - расчетная температура наружнего воздуха для отопления, .

 

 

Средняя нагрузка вентиляции при расчете по отопительному графику:

 

Годовые расходы теплоты

а) на отопление

,

где no – продолжительность отопительного периода для Ленинградской области no=219 сут.

б) на вентиляцию

,

,

.

в) на ГВС

где no – длительность зимнего периода, no=219 сут =5256 часов.

       n – продолжительность работы ГВС в течении года, n=8400 часов.

Суммарный годовой расход теплоты

 

 

 

 

Таблица расчетов для построения годового графика продолжительности тепловых нагрузок

Тепловая нагрузка, МДж/с	Температура наружнего воздуха
	+8ºС	-11ºС	-25ºС
Отопление	14,9	43,3	64,2
Вентиляция	1,77	5,1345
ГВС	12,136
Всего	28,806	60,57	81,47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Основание и выбор  источника водоснабжения

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяются технико-экономическими показателями, желанием заказчика и главным образом зависит от теплового источника и вида тепловой нагрузки. Рекомендуется максимально упростить схему и систему теплоснабжения. Чем система проще, тем она дешевле в сооружении, надежнее в эксплуатации и проще в ремонте. Самое простое решение – применение одного теплоносителя для всех видов тепловых нагрузок. А так как ведется расчет жилого микрорайона, то теплоносителем может быть вода: и для отопления, и для вентиляции, и для ГВС.

Для теплоснабжения города в большинстве случаев применяются 2хтрубные водяные системы, в которых тепловая сеть состоит из 2х линий: подающей и обратной. По подающей линии горячая вода подводится от станции к абонентам, а по обратной линии охлажденная вода возвращается на станцию.

Преимущественное применение в городах 2хтрубных систем объясняется тем что эти системы по сравнению с много трубными требуют меньше начальных вложений и дешевле в эксплуатации.

Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям  требуется теплота примерно одного потенциала. Такие условия имеют обычно место в городах, где вся тепловая нагрузка (отопление, вентиляция и ГВС)может быть удовлетворена в основном теплотой низкого уровня. Исходя из этого, применяем закрытую двухтрубную систему теплоснабжения, питающуюся от водогрейной котельной.

В отопительных котельных  имеют место значительные изменения количества воды и тепла не только в течении  года, но и в течении недели и суток. Поскольку возможности аккумуляции тепла ограничены, то при выборе водогрейных котлов приходится ориентироваться на величину максимального потребления воды и тепла. При этом если для нужд отопления и вентиляции допустим перерыв в подаче горячей воды и тепла в течении нескольких часов, то для ГВС перерыв не допустим. Эти обстоятельства предопределяют выбор суммарной производительности котельной. В отопительной котельной число котлов выбирают из ее расчетной производительности, а так же устанавливают резервные котлы и оборудование.

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет схемы водогрейной котельной.

Для составления и расчета тепловой схемы необходимо иметь:

1. Назначение данной котельной – отопление, вентиляция и ГВС жилого микрорайона.
2. Теплоноситель – вода.
3. Вид топлива – газ.
4. Характеристика системы теплоснабжения.
5. Величины тепловых нагрузок и параметров теплоносителя.
6. Температура сырой воды .поступающую в котельную (летом +15ºС, зимой +5ºС)
7. Температура воды, идущей в ХВО (20-30ºС).

 

Потери внутренней котельной принимают равной 2-3% общего расхода теплоты. Количество воды поступающей на подпитку закрытой системы теплоснабжения принимают в 1,5 – 2% часового расхода сетевой воды.

Расход воды на деаэрацию питательной воды и подогрев сырой воды перед ХВО для закрытой системы теплоснабжения принимают равным 7-10% отпущенной теплоты.

 

Количество воды, потребляемой для отопления и вентиляции:

где -расчетная тепловая нагрузка отопления и вентиляции – 59,628 Гкал/час;

        - температура сетевой воды после котла;

        - температура сетевой воды до котла.

Количество воды, потребляемой для ГВС

где - расчетная тепловая нагрузка ГВС.

Общее количество воды, идущая к потребителю.

Приняв коэффициент потерь воды в тепловых сетях 1,5 – 2% часового расхода находим их величину:

где ктс – коэффициент потерь воды в тепловых сетях равен 0,015 – 0,02.

Расход воды поступающей из обратной магистрали тепловых сетей

Принимаем потери воды в пределах котельной 2-3% от количества воды идущей к потребителю, тогда

,

где кк – коэффициент потерь воды в котельной равен 0,02 – 0,03.

Производительность ХВО

Количество сырой воды, расходуемой на собственные нужды

где кхво – процент сырой воды, используемой на собственные нужды ХВО, равен 1,1 – 1,25%.

Количество теплоты, требуемой для подогрева сырой воды:

где ср – теплоемкость воды;

       - температура сырой воды до подогревателя, принимаем 30 ºС;

       - температура сырой воды после подогревателя, 5ºС.

 

 

Расход горячей воды из котлов на теплообменник

где t1 – температура горячей воды до теплообменника;

       t2 - температура горячей воды после теплообменника;

       - коэффициент, учитывающий потерю теплоты теплообменника в окружающую среду.

Для деаэрации воды, поступающей в тепловые сети и в блок ХВО, ее необходимо нагреть до t=70ºС, что требует расхода теплоты

Расход горячей воды из котлов на деаэрацию

где - температура воды на входе в деаэратор;

        - температура воды в деаэратор.

Количество воды, расходуемое в котельной на собственные нужды

Некоторое количество воды будет потеряно трубопроводами, запорной арматурой и другими оборудованиями. Выразим эти потери через ккал/час (от количества теплоты, отпущенного потребителям):

где - КПД трубопроводов или транспорта теплоты, характеризует потери давления от котла до потребителя.

Гкал/час

 

Количество теплоты содержащаяся в выпаре деаэратора

Суммарный расход теплоты определяемый производительностью котельной

Полученную велечину можно сопоставить с требующим количеством теплоты (70,052 Гкал/час), что не превышает расхождений в 10%. Для выбора стальных водогрейных котлов определяется суммарное  потребление количество воды на выходе из котла:

Выбираем три котла ПТВМ-30М по приложению 15. Расчетная теплопроизводительность каждого 40,7 МДж/сек. Два котла рабочих, один резервный и на перспективу.

Данные по котлам:

Площадь поверхности нагрева – 822 м2;

Расчетный расход воды – 122 кг/с;

Расчетная температура воды на выходе  - 150ºС;

Перепад давлений воды – 0,17МПа;

Вид топлива – газ или мазут;

КПД брутто котла при расчетной производительности – 91%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Сеть  теплоснабжения

Схема тепловой сети определяется размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельная) по отношению к району теплового потребления, характером тепловой нагрузки потребителей района и видом теплоносителя. Основные принципы, которыми стоит руководствоваться при выборе конфигурации схемы тепловой сети - это надежность и экономичность. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины трубопроводов.

Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое количество потребителей, измеряемое, нередко, тысячами, десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми, главным образом, из-за большой подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подземных водяных сетей по сравнению с паропроводами. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большой плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных систем теплоснабжения особенно заметно проявляется в крупных системах теплоснабжения при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепловых сетей, вопросом надежности и резервирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распределительные. К магистральным сетям обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники тепла с районами теплового потребления, а также между собой. Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по ним уже подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям допускать не следует, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

В узлах присоединения распределительных сетей к крупным магистралям сооружаются секционирующие камеры (СК), в которых размещаются: секционирующие задвижки, головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих связях между смежными магистралями, а также между магистралями и резервными источниками теплоснабжения (например, районными котельными).

Секционирующие задвижки устанавливаются обычно на магистральных сетях через 1 - 3 км.

Благодаря разделению магистральных сетей на секции, уменьшаются потери воды из сети при аварии, т.к. место аварии локализуется секционирующими задвижками. Это облегчает и ускоряет включение в работу сети после аварии. При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты 700 мм и менее, обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным изменением диаметра по мере удаления от котельной и снижения присоединенной тепловой нагрузки. Такая сеть является наиболее дешевой по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации.

Однако, при аварии на магистралях радиальной сети прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за местом аварии. Однако, поскольку максимальный срок ликвидации аварии на таких сетях не превосходит 24 часов, то такое решение является в большинстве случаев приемлемым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Гидравлический расчет  и выбор схемы присоединения  абонентов.

При гидравлическом расчете тепловых сетей определяют потери давления на участках трубопроводов для последующей разработки гидравлического режима и выявления располагаемых напоров на тепловых пунктах потребителей. При гидравлическом расчете трубопроводов  определяем суммарный расчетный расход сетевой воды, складывающейся  из расчетных расходов на отоплению, вентиляцию и ГВС.

Потери давления  на участке трубопровода складывается из линейных потерь (потерь на трения и местных сопротилений).

Предварительный расчет:

Определяем долю местных сопротивлений по формуле Шифринсона:

где =0,19 – коэффициент для воды;

        G – расход теплоносителя в начале магистрали, G=243,3 т/ч.

Определяем удельное линейное падение давления:

где -коэффициент равный 13,62*10-6, при абсолютной эквивалентной шероховатости kэ=0,0005 м;

         d – внутренний диаметр трубопровода (предварительно определяется по «Сборнику задач» Сафонов рис.5.2. 0,5 мм и =975 кг/м3) при расходе горячей воды 875,81 т/час, принимаем большой диаметр трубы 996 мм. Принимаем что прокладка предполагает четыре магистральные ветки, то 996:4=249 мм. Ближайший большой диаметр равен 259 мм, который и берем за исходный.

Определяем среднюю плотность теплоносителя

,  но так как теплоноситель жидкость, то 

Определяем диаметр трубопровода из предположения его работы в квадратичной области:

где , при абсолютной эквивалентной шероховатости kэ=0,0005 м;

 

Проверочный расчет:

Округляем предварительно полученный диаметр до ближайшего по стандарту d=259мм

Определяем число Re сравнивая его с придельным Reпр:

где - кинематическая вязкость;

        - предельная скорость воды в трубопроводе, м/с.

Таким образом, поэтому имеет место квадратичным режимам падения давления в трубопроводе от расхода.

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор конструкции теплопровода.

Трубопроводы, транспортирующие горячую воду с температурой выше 115 °С, должны соответствовать техническим требованиям, указанным в следующих документах:

а) «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды»;

б) ГОСТ 365-80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие».

В) стандарты (ГОСТ) на основные виды трубопроводных изделий.

Для сооружения тепловых сетей используются стальные трубы из стали марок Ст2, СтЗ, Ст10, Ст20, Ст102С1, Ст15ГС, Ст16ГС.

Преимущественное применение стальных труб для тепловых сетей обусловлено их высокими механическими качествами и эластичностью, а также возможностью использования сварки, которая обеспечивает надежность и герметичность соединений.

Выбор труб и арматуры для теплопроводов производится по условным диаметрам (проходам), давлению и температуре рабочей среды.

Для тепловых сетей горячего водоснабжения применяются оцинкованные стальные трубы, сварку которых производят в среде углекислого газа.

Для трубопроводов котельной применяются бесшовные электросварные трубы. Бесшовные трубы изготавливают по ГОСТ 8731-66 (горячекатаные) и по ГОСТ 8733-66 (холоднотянутые).

На выходе из котельной применяются проходные каналы, в которых есть возможность беспрепятственно заменять и добавлять трубопроводы, проводить ревизию, ремонт и ликвидацию аварий.

Габариты проходных каналов выбираются из условия обеспечения достаточного прохода для обслуживающего персонала и свободного доступа по всем элементам оборудования, требующим постоянного обслуживания (задвижки, компрессоры, дренажи).

Проходные каналы должны быть оборудованы естественной вентиляцией, для поддержания температуры воздуха не выше 30°С, безопасным электрическим освещением, системой дренажа.

В тех случаях, когда количество прокладываемых труб параллельно невелико, но постоянный доступ к трубопроводам необходим, например, при пересечении крупных проезжих магистралей, теплопроводы сооружаются в полупроходных каналах. Габариты полупроходных каналов выбирают из условия прохода по ним человека в полусогнутом состоянии. Высота в свету полупроходных каналов выбирается не менее 1400 мм. В них можно проводить осмотр трубопроводов, мелкий ремонт тепловой изоляции при выключенной из работы теплосети.

В остальных же частях теплопроводы прокладываются в непроходных каналах с воздушным зазором.

Для компенсации тепловых удлинений применяются сальниковые компенсаторы, расположенные в специальных шинах или камерах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Выбор тепловой изоляции и расчет тепловых потерь.

Тепловая изоляция служит для снижения тепловых потерь. При выборе толщины изоляции теплопроводов следует учитывать требования со стороны производственного процесса, включая охрану труда, так же нормативные тепловые потери, установленные для данного производства с помощью технико-экономических расчетов.

Влияет также на выбор толщины изоляции необходимость поддержания, по условиям техники безопасности, температуры поверхности изоляции теплопроводов, проложенных в рабочих помещениях или в проходных каналах не выше 40-50°С. При температуре теплопроводов 0-200°С берем материал - минеральную вату - (λ = 0,046 Вт/мк, ρ = 200 кг/м3). Это широко распространенный и сравнительно дешевый материал.

D изоляции т/п		20	40		60		80		100		125		150		200
Удельные тепловые потери		0,99	0,805		0,604		0,493		0,422		0,363		0,326		0,274
Уменьш.теплопотери		0,185		0,201		0,111		0,071		0,059		0,037		0,052

 

Как видно из приведенной таблицы, при изменении Δиз от 20 до 90мм уменьшение потерь тепла наиболее велико, а затем при увеличении Лиз относительные потери теплоты значительно не уменьшаются, что приводит к увеличению экономического расхода. Таким образом, для прямого (подающего) теплопровода принимаем Δиз = 80 мм. А т.к. температура обратной воды значительно ниже температуры прямой, на обратный трубопровод принимаем Δиз = 40 мм.

Определяем тепловые потери 1 м подающего и обратного трубопроводов с наружным диаметром d=273 мм, проложенных в непроходном канале. Высота канала 0,6 м; ширина 1,09 м; температура поверхности грунта t0=2ºС. Теплопроводность изоляции , толщина ее на подающем трубопроводе 80 мм, на обратном 40 мм. Теплопроводность грунта , глубина залегания h=1,8 м.

Эквивалентный диаметр канала:

где F – площадь сечения канала, м2;

        Р – периметр канала, м.

Термическое сопротивление подающего трубопровода:

Термическое сопротивление обратного трубопровода:

Термическое сопротивление канала и грунта:

Температура воздуха в канале:

где - температура теплоносителя в каждом из трубопроводов;

        - термическое сопротивление изоляционной конструкции каждого из теплопроводов соответственно.

Удельные  тепловые потери подающего трубопровода:

Удельные  тепловые потери обратного трубопровода:

Суммарные удельные тепловые потери:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.  Компоновка оборудования  теплового пункта.

Основное назначение теплового пункта (подстанции) заключается в установлении и поддержании параметров теплоносителя (давление, температура, расход) на заданном уровне, необходимом для надежной и экономичной работы теплопотребляющих установок, питаемых от подстанции. При водяном теплоносителе основное оборудование ТП состоит из водоструйных и центробежных насосов водо-водянных теплообменников, аккумуляторов горячей воды, приборов для регулирования и контроля параметров теплоносителя, приборов и устройств для защиты от коррозии местных установок ГВС.

Тепловые подстанции сооружаются как местные (МТП) – для каждого здания, так и групповые (ГТП) – для групповых зданий. ГТП широко применяются в новых жилых районах. Это обусловлено не только технико-экономическими соображениями, а требованием выноса насосов из подвалов жилых и общественных зданий для снижения шума и вибрации, а так же практикой последних лет строительства зданий без подвальных помещений. Устройство ГТП упрощает эксплуатацию  инженерного оборудования, уменьшает требуемое количество приборов и позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала.