Проект автономной системы теплоснабжения мясокомбината

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

Кафедра “Теплотехника и энергоснабжение”

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проект автономной системы теплоснабжения

мясокомбината

         Выполнил: студент

         группы Т3-6

         Ершова А.О.

      Преподаватель:Николаев Н.С.

Москва 2010 г.

План

1.      Введение

2.      Характеристика систем теплоснабжения

3.      Рис 1. Схема автономного теплоснабжения предприятия от собственной котельной

4.      Рис 2. Схема реперных точек системы теплоснабжения

5.      Обоснование и определение параметров теплоносителей. Форма 1

6.      Определение удельных расходов теплоты на выработку отдельных видов продукции

7.      Определение сменных расходов пара и теплоты на выработку технологической продукции. Форма 2

8.      Определение сменных расходов горячей воды, пара и теплоты на нужды горячего водоснабжения. Форма 3

9.      Определение сменных расходов теплоты и пара на отопление зданий и сооружений. Форма 4

10. Составление балансов потребления и выработки теплоты и пара. Формы 6 и 7.

11. Построение графиков потребления теплоносителей. Формы 8 и 9.

12. Рис 3. Сменный график потребления горячей воды

13. Рис 4. Сменный график потребления пара

14. Подбор паровых котлов

15. Определение максимального часового расхода топлива

16. Расчёт и подбор водоподогревателей для систем отопления горячего водоснабжения

17. Определение годовых расходов теплоты, пара и топлива. Форма 11.

18. Определение технико-экономических показателей работы системы теплоснабжения

19. Библиографический список.

Введение

              Предприятия мясной промышленности относятся к энергоёмким производствам. Это обусловлено тем, что при переработке животноводческого сырья и консервировании продукции на мясокомбинатах широко применяются разнообразные тепловые процессы. К ним относятся варка и бланшировка мясопродуктов, производство колбасных изделий, вытопка пищевых и технических жиров, дефростация мяса, упаривание различных бульонов и другие процессы. Кроме того, значительное количество теплоты расходуется на нужды горячего водоснабжения, отопления, вентиляции производственных и вспомогательных цехов, административно – бытовых зданий и сооружений.

              В связи с опережающим повышением цен на топливно – энергетические ресурсы возрастает доля стоимости затрат теплоты в структуре себестоимости производимой на предприятиях отрасли продукции.

              В связи с этой проблемой надежного и экономического обеспечения предприятий теплоносителями требуемых параметров, гарантирующими производство качественной продукции, представляет важную задачу. Актуальность данной проблемы определяется также ограниченностью не возобновляемых энергоресурсов, необходимость проведения энергосберегающей политики и снижения  уровня техногенной нагрузки систем энергосбережения на окружающую среду.

Характеристика систем теплоснабжения

Системы теплоснабжения предприятий должны обеспечивать выработку и бесперебойную подачу в цеха теплоносителей заданных параметров, гарантирующих получение продукции высокого качества. Состояние теплоносителей определяется их давлением, температурой, энтальпией, степенью сухости и другими параметрами.

В качестве теплоносителей на предприятиях отрасли применяется, главным образом, влажный насыщенный пар давлением до 1,4МПа и степенью сухости до 0,97, а так же  горячая вода.

Системы теплоснабжения, в зависимости от источников теплоты, делятся на автономные, централизованные и комбинированные.

Наиболее широкое распространение в отрасли (около 90%) получили автономные системы теплоснабжения на базе собственных котельных. Обусловлено это прежде всего отсутствием централизованных источников теплоты в местах расположения предприятий. К преимуществам автономных систем теплоснабжения относятся также возможности получения пара с необходимой степенью чистоты. Они, кроме того, обеспечивают  “пиковые” потребности в поре и горячей воде за счет наличия надежного резерва теплогенерирующих мощностей, что не всегда возможно при централизованном теплоснабжении из-за жестких договорных ограничений и экономических санкций за их несоблюдение. Вместе с тем, автономному теплоснабжению присуще и недостатки, к которым относятся более высокие удельные расходы топлива на выработку пара, а также эксплуатационные затраты на обслуживание теплового хозяйства.

В качестве теплогенераторов наиболее широко применяются двухбарабанные вертикально-водотрубные котлы с естественной циркуляцией  воды типа ДЕ или КЕ, в которых вырабатывается влажный насыщенный пар давлением до 1,4 МПа. На предприятиях малой мощности применяются котлы серии Е-1/9 производительностью 1 т в час при давлении пара 0,9 МПа. Вырабатываемый в котлах пар направляется к потребителям: на технологические нужды, в системы отопления и горячего водоснабжения, сторонним предприятиям, на собственные нужды котельной.

Для транспортировки теплоносителей (пара, горячей воды, конденсата) к потребителям предназначены теплопроводы. Для получения пара требуемых технологических параметров на теплопроводах при необходимости устанавливаются редукционные устройства, предназначенные для дросселирования влажного насыщенного пара и снижении его давления и температура.

Теплопотребляющие технологические аппараты делятся на ракуперативные и контактные. В ракуперативных аппаратах используется “глухой” пар, который отдаёт теплоту нагреваемой среде через разделяющую стенку. Это позволяет использовать образующийся конденсат для подпитки котлов. В контактных аппаратах используется “острый” пар, который в процессе теплообмена непосредственно соприкасается с нагреваемой средой.

В связи с потерей конденсата “острого” пара и необходимостью его компенсации предусматривается система химической обработки питательной воды, включающая натрий-катионитовые фильтры. Для обеспечения необходимого умягчения воды проводится двухступенчатое натрий-катионирование. Кроме того, для удаления из питательной воды растворенных газов в тепловой схеме котельной предусматривается установка деаэраторов. Умягченная и деаэрированная питательная вода попадает в экономайзеры, которыми оснащаются все котлоагрегаты, кроме Е-1/9.

Основное оборудование систем горячего водоснабжения и отопления устанавливается непосредственно в котельной или в отдельном центральном теплопункте.

Система горячего водоснабжения предприятий является открытой. Температура горячей воды, получаемой в пароводяных кожухотрубных подогревателях, составляет 65-70оС. при использовании горячей воды, в зависимости от условий производства, она может в цехах разбавляться холодной водой до требуемой температуры или же догревается паром или пароконденсатной смесью до 80-95оС.

В системах отопления предприятий применяют перегретую воду температурой до 150оС, получаемую в пароводяных подогревателях. Температура обратной воды при этом составляет от 55 до 75оС. Для отопления технологических цехов наряду с горячей водой применяется также горячий воздух, получаемый в калориферах.

В ряде случаев предприятия снабжаются теплом от централизованных источников, которыми являются ТЭЦ, а также групповые промышленные котельные. В этом случае предприятия получают тепло в виде пара давлением до 0,7 МПа, а также перегретую воду от ТЭЦ температурой до 130оС. Конденсат и охлажденная вода возвращаются на ТЭЦ.

Преимущество ТЭЦ и групповых котельных заключается в том, что они по сравнению с котельными малой мощности имеют более высокий КПД котлов и значительно меньшие эксплуатационные расходы. Благодаря этому достигается существенная экономия топлива, а себестоимость вырабатываемого тепла значительно ниже. Однако возможности применения их в качестве источников теплоты ограничены.

На предприятиях отрасли нашло применение также комбинированное теплоснабжение, при котором технологические теплопотребители получают пар от собственной котельной, а для нужд горячего водоснабжения и отопления применяется перегретая вода от ТЭЦ. Подогрев воды при этом осуществляется в водяных теплообменниках.

Обоснование и определение параметров теплоносителей

Параметры вырабатываемого в паровых котлах пара определяются их техническими характеристиками и рациональными условиями их эксплуатации. Для обеспечения высокой экономичности котлов давление вырабатываемого пара  принимаем 10 ата = 1 МПа при степени сухости  0,95.

Точка А: распределительный паровой коллектор в котельной.

По табл (6)  Р = 0,9 МПа   

                       h´= 742,6 кДж/кг (кип. воды)                      

                       r = 2030,4 кДж/кг ( теплота парообразования)

              hx= h´+ r x = 742,6+2030,40,95 = 2671,48 кДж/кг (влажный насыщенный пар)

                      t = 175,36ºC

Точка Б: подающие паропроводы в водоподогреватели

Пар с постоянной энтальпией после редуцирования до 7 ата используется в качестве теплоносителя в пароводяных подогревателях систем отопления и горячего водоснабжения

                     Р = 700  кПа = 0,7 МПа

                      t = 167,96ºC

                      h´= 697,1 кДж/кг

                      r = 2065,8 кДж/кг

                      hx = h´+ r x

                      x = ( hx - h´)/r = (2671,48- 697,1)/2065,8 = 0,956

Точка В: паропровод на входе в производственный корпус 

При транспортировке пара от котельной до теплового пункта (узла) производственного  корпуса происходит снижение давления из-за гидравлического сопротивления паропровода и энтальпии из-за тепловых потерь (процесс АВ). Значения давления и энтальпии пара в точке В определяются в зависимости от расстояния от котельной до теплопункта. При этом потери давления принимаются равными 10 кПа на каждые 100 м паропровода. Потери энтальпии пара принимаются равными 1,5% на 100 м паропровода

                    l =245 м

  Потеря давления принять равными 8…10 кПа на 100 м паропровода

                  100 м – 10 кПа

                 245 м – х кПа         х = 24,5 кПа (потери давления на 100м)

                   Р= 900 –24,5= 875,5кПа=0,87МПа

                   t = 175ºC

                   r = 2031 кДж/кг

                   h = 741кДж/кг

Потеря энтальпии пара принять равными 1…1,5% на 100 м паропровода (принимаем 1,5%)

                   2618,1кДж/кг – 100%

                   х кДж/кг –(140*1,5)/100%       х = с кДж/кг – hх

                           hхВ = 0,98*h = 2618,1кДж/кг

                   x =( hx - h´)/r = (2618,1– 741)/2031= 0,93

Точка Г: паропровод в тепловом узле чехов

В связи со спецификой переработки животноводческого сырья применение влажного насыщенного пара с соответствующей данному давлению температурой не допускается. Поэтому необходимо предусмотреть возможность снижения давления и соответственно температуры пара перед подачей в технологические аппараты посредством применения редукционных устройств, в которых происходит дросселирование пара (процесс ВГ). hхВ  = hхГ

Убойный цех Г1

                  Р = 3,5 ата = 0,35 МПа

                  hx = 2631,41кДж/кг

                  t = 133,54С

                  h = 561,1 кДж/кг

                  r = 2164,1 кДж/кг

                  α г п = 0,4 ( глухой пар)

                  х п п = 0,2 (пролетный пар)

                  x =( hx - h´)/r = (2618,1– 561,1)/2164,1 = 0,96

Колбасный цех Г2

                   Р = 4 ата =0,4 МПа

                  hx = 2631,41кДж/кг

                  t = 143,62oС

                  h = 604,7 кДж/кг

                  r = 2133,8 кДж/кг            

                  α г п = 0,30 ( глухой пар)

                  х п п = 0,15 (пролетный пар)

                  x =( hx - h´)/r = (2618,1– 604,7)/2133,8 = 0,95

Жировой цех Г3

                  Р = 5ата = 0,5 МПа

                  hx = 2631.41кДж/кг

                  t = 151,85оC

                  h = 640,1кДж/кг

                  r = 2108,4кДж/кг

                  α г п = 0,6 (глухой пар)

                  х п п = 0,15 (пролетный пар)

                  x =( hx - h´)/r =(2618,1–640,1)/2108,4 = 0,94

Сухие животные корма (техфабрикаты) Г4

                  Р = 3ата = 0,3МПа

                  hx = 2631,41кДж/кг

                  t = 133,54оС

                  h = 561,1кДж/кг

                  r = 2164,1кДж/кг

                  α г п = 0,7 ( глухой пар)

                  х п п = 0,2 (пролетный пар)

                  x = ( hx - h´)/r = (2618,1–561,1)/ 2164,1= 0,96

Консервный цех Г5

                  Р = 3ата = 0,3МПа

                  hx = 2631,41кДж/кг

                  t = 133,4oС

                  h = 561,1кДж/кг

                  r = 2164,1кДж/кг

                  α г п = 0,3 (глухой пар)

                  х п п = 0,15 (пролетный пар)

                  x = ( hx - h´)/r = (2618,1–561,1)/2164,1 = 0,95

Точка Д: конденсатопровод в тепловом узле цехов

Падение давления в аппаратах (процесс ГД) составляет 7%. Энтальпия пароконденсатной смеси в точке Д определяется при давлении РД по формуле

hп к с = h + r xп п , кДж/кг

         h п к с – энтальпия пароконденсатной смеси, кДж/кг

         h - энтальпия кипящей воды, кДж/кг

         r – теплота парообразования, кДж/кг

Убойный цех Д1

                  P =0, 3 0.9 = 0,27МПа

                    t =               129,98 0C

                  h´= 546,2кДж/кг

                    r = 2174,5кДж/кг

                    xn n = 0,2

                  hп к с = h + rxп п = 546, 2+2174,5 0,2 = 981,1кДж/кг

Колбасный цех Д2

                  P = 0,4  0,9 = 0,36 МПа

                          t =               139,870C

                  h´= 588,5кДж/кг

                    r = 2145,3кДж/кг

                    xn n = 0,15

                  hп к с = h + r xп п = 588,5+ 2145,3 0,15 = 910.3кДж/кг

Жировой цех Д3

                  P = 0,5  0.9= 0,45 МПа

                  t =               147,920C

                  h´= 623,3кДж/кг

                    r = 2120,6кДж/кг

                    xn n = 0,15

                  hп к с = h + rxп п = 623,3+2120,6 0,15 = 941.4кДж/кг

Сухие животные корма (техфабрикаты)  Д4

                  P =0,3  0,9 = 0, 27МПа

                  t =               129,98 0C

                  h´= 546,2кДж/кг

                    r = 2174.5кДж/кг

                    xn n = 0,2                hп к с = h + r xп п = 546,2+ 2174,5 0,2 = 981,1кДж/кг

Консервный цех Д5

                  Р = 0,3  0,9 = 0,27 МПа

                  t = 129.980C

                  h´= 546,2кДж/кг

                    r = 2174,5кДж/кг

                    xn n = 0,15

                  hп к с = h + r xп п  = 546,2+ 2174,5 0.15 = 981,1кДж/кг

Точка Е: конденсатопровод после утилизационного теплообменника

Для повышения экономичности системы сбора конденсата пароконденсатную смесь целесообразно использовать в качестве греющего теплоносителя в утилизационном теплообменнике, предназначенном для подогрева воды, используемой для шпарки туш и шерстных субпродуктов и в других технологических процессах, до температуры 85…95ºC. При этом происходит полная конденсация пароконденсатной смеси с последующим переохлаждением конденсата до температуры 800С (точка Е). Энтальпия конденсата определяется по формуле

hx = свtк     кДж/кг

         Св – теплоемкость конденсата, кДж/кг

                 Р в точке Е равно 90% от минимальной величины давления точках Д.

                 Р = 0,9  0.324МПа = 0,3МПа

                 Св= 4,2 кДж/кг

                 tк = 80ºC

                 t = 336оС

                 hк = 4,2  80 = 336кДж/кг

   степень переохлаждения ∆t = tн – tк = 133,54 –80= 53.54ºC

Точка Ж: конденсатопровод после водоподогревателей системы отопления

Температуру конденсата после водоподогревателя принять на 30…45ºC выше температуры обратной воды отопления, принимаем на 350С

Продолжительность периода отопления 201 сут. (г.Владивосток)

Средняя t наружного воздуха за отопительный период – (-4,8)ºC

Расчетная t наружного воздуха при проектировании отопления (-25)ºC

                                                                                          вентиляции (-16)ºC

                tп =126ºC

                tо = 62ºC

                tк = 62 +38= 100ºC (после водоподогревателя)

                hк = 4,2  100 = 420кДж/кг

                ∆t= tн – tк = 160,75– 100 = 60,75ºC

                Р = 0,7  0,9 = 0,63МПа (потери 5% от Р в  точке Б)

                t = 160,75оС

Точка З: конденсатопровод после водоподогревателей системы горячего

водоснабжения             

Температура конденсата после водоподогревателей системы горячего водоснабжения принимается на 30ºC выше температуры горячей воды (70ºC). Потери давления в водоподогревателях 10%.

                tк = 70 +30= 100ºC

                hx = св tк = 4,2  100 = 420кДж/кг

                Р= 0,7  0,9 = 0,63 МПа

                t =161оС

               t = 161–100= 61оС

Точка И: конденсатопровод от сторонних теплопотребителей

Давление возвращаемого от сторонних потребителей конденсата принимается равным 3ата (расчет ведется аналогично точке Е)

               tк = 82ºC  (из задания)

               Р = 3 ата = 0,3 МПа

   t =133,54 оС

               hк = 4,2  82 = 344.4 кДж/кг

              t =133,54–82= 51,54 оС

Параметры теплоносителей в реперных точках  

     Форма 1

Определение удельных расходов на выработку отдельных

видов продукции

Удельные расходы теплоты на выработку отдельных видов продукции определяются по формуле:

qi = di[ hi(1 – α гп i) + (hi – hпкс i) α гп i ] 10ˉ ³    ГДж/т (ГДж/туб),

  где    di – удельные расходы пара на выработку продукции т/т (т/туб)

hi – энтальпия пара, поступающего в цех (точки Гi) кДж/кг

hпкс i – энтальпия пароконденсатной смеси (точки Дi) кДж/кг

1.       Мясо

       d1 = 0,35 т/т

             h1 = 2631,41кДж/кг

             hпкс 1 = 981.1кДж/кг

             α гп 1= 0,4

q1 = d1[ h1(1 – α гп 1) + (h1 – hпкс 1) α гп 1 ] 10ˉ ³ =

             =0,35[2631.41 (1 – 0,4) + (26131.41– 981.1) 0,4] 10ˉ ³ = 0,78ГДж/т

2. Колбасные изделия 

             d2 = 2,3 т/т

             h2 = 2631.41кДж/кг

             hпкс 2 = 910.3 кДж/кг,

             α гп 2 = 0,3

q2 = d2[ h2(1 – α гп 2) + (h2 – hпкс 2) α гп 2 ] 10ˉ ³ =

             =2,3[2631.41(1 – 0,3) + (2631.41– 910.3) 0,3 ] 10ˉ ³ = 5,42 ГДж/т

3.       Сухие животные корма

       d5 = 7 т/т

             h5 = 2631,41 кДж/кг

             hпкс 5 = 981,1 кДж/кг

             α гп 5 = 0,70

q5 = d5 [h5(1 – α гп 5) + (h5 – hпкс5) α гп 5 ] 10ˉ ³ =

             = 7[2631.41(1 – 0,7) + (2631.41– 981.1) 0,7] 10ˉ ³ = 13.6 ГДж/т

4.       Консервы

    d5 = 5,0 т/туб

             h5 = 2631,41кДж/кг

             hпкс 5 = 981,1 кДж/кг

             α гп 5 = 0,3

q5 = d5 [h5(1 – α гп 5) + (h5 – hпкс 5) α гп 5 ] 10ˉ ³ =

             =5,0[2631,41 (1 – 0,3) + (2631.41– 981,1) 0,3] 10ˉ ³ = 11.7  ГДж/т

5.       Полуфабрикаты

              d5 = 0,7 т/туб

h5 = 2631,41 кДж/кг

           hпкс 5 = 941,1 кДж/кг

           α гп 5 = 0,3

q5 = d5 [h5(1 – α гп 5) + (h5 – hпкс 5) α гп 5 ] 10ˉ ³ =

             =0,7[2631,41 (1 – 0,3) + (2631.41– 981,1) 0,3] 10ˉ ³ = 2,3  ГДж/т

Определение сменных расходов пара и теплоты на выработку

технологической продукции

Расходы пара на выработку продукции

         Di =di Пi , т/смену

             Пi – производство продукции, т/смену

1. Мясо                                             D1 = 0,35  (23+12) =12,25 т/смену

2. Колбасные изделия          D2 = 2,3  3,5 = 8,05 т/смену

3. Сухие животные корма   D3 = 7  0,7=4,9 т/смену

4. Консервы                                 D4 = 5 14 = 70  т/смену

5. Полуфабрикаты                              D5 = 0,7 0,35 = 0,245 т/смену

Расходы тепла  на выработку продукции

         Qi =qi  Пi ,  Гдж/смену

1. Мясо                                             Q1 = 0,78  (23+12) = 27,3 ГДж/смену

2. Колбасные изделия                 Q2 = 5.42  3,5 = 18,97 ГДж/смену

3. Сухие животные корма  Q3 = 13.6  0,7= 9,52ГДж/смену

4. Консервы                                 Q4 = 11.7  14= 163,8 ГДж/смену

5. Полуфабрикаты                              Q5 = 2,3 * 0,35 = 0,805 ГДж/смену

Сменные расходы пара и теплоты на технологические нужды

Dтн = ∑di Пi =  12,25+8,05+4,9+70+0,245= 95,445 т/смену

Qтн = ∑ qi Пi = 27,3+18,97+9,52+163,8+0,805=220,4ГДж/смену

              Результаты расчётов представляются по форме 2

Расходы пара и теплоты на технологические нужды

    Форма 2