Проект производственно-отопительной котельной сельскохозяйственного назначения

Саратовский Государственный Аграрный Университет им. Н.И.Вавилова.

Кафедра Теплотехники

Проект производственно-отопительной котельной сельскохозяйственного назначения.

Факультет: ЭАСХ

Курс: III

Выполнил:

Проверил: Кирюшатов А.И.

              Саратов 2008

Содержание.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ.

Расчет тепла на отопление и вентиляцию.

Для отдельных жилых, производственных, общественных зданий максимальные расходы тепла (Вт) на отопление определяют:

Qот=qотVн(tв-tн)dn, где

qот – удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м2∙оС).

Vн – объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м3 – по типовым проектам.

tв – средняя расчетная температура воздуха, характерная для большинства помещений здания, оС. (приложения 1 и 2[1])

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, оС. (приложение 2[1])

d – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий.

n – число зданий.

Расход тепла на отопление 2-х кв.домов равен:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(18+27)=1.029

Qот2к = 0,76∙432∙(18–(–27)) 1,029∙60=912100 Вт

На отопление 8 кв. домов:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(18+27)=1.029

Qот8к = 0,49∙1400∙(18–(–27)) ∙1,029∙9=285900 Вт

На отопление коровника:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(10+27)=1.135

Qот.кор = 0,174∙10000∙(10–(–27)) 1,135=124200 Вт

На отопление телятника:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(15+27)=1.064

Qот.тел.= 0,291∙8000∙(15–(–27)) 1,064=104000 Вт

На отопление свинарника:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(20+27)=1.008

Qот.свин. = 0,174∙6000∙(20–(–27)) 1,008=494600 Вт

На отопление гаража:

d=0.54+22/(tB-tH)

d=0.54+22/(10+27)=1.135

Qот.гаража = 0,64∙4000∙(10–(–27)) 1,135=107500 Вт

Суммарный расход тепла на отопление:

ΣQот=912100+285900+124200+104000+49460+107500=1583000 Вт.

Для отдельных общественных и производственных зданий максимальный расход тепла (Вт) на подогрев воздуха в приточной системе вентиляции равен:

Qв = qв∙Vн∙ (tв–tнв), где

Qв – уд. вентиляционная характеристика здания (Вт/м3∙оС).

tв – нормируемая вентиляционная температура, оС (Приложение 1 и 2).

Для отдельных жилых зданий расход тепла на подогрев воздуха в приточной системе вентиляции не учитывается.

Расход теплоты на подогрев воздуха в приточной системе вентиляции для коровника:

Qв.кор. = 1,047∙17000∙(10–(–16))=462800 Вт

Для телятника:

Qв.св. = 1,396∙8000∙(15–(–16))= 346200 Вт

Для свинарника:

Qв.св. = 1,105∙6000∙(20–(–16))= 238700 Вт

Для гаража:

Qв.гар. = 4000∙(10–(–16))= 104000 Вт

Суммарный расход тепла на подогрев воздуха с приточной системой вентиляции:

ΣQв = 462800+346200+238700+104000=1152000 Вт

Расчет тепла на горячее водоснабжение.

Средний расход тепла (Вт) за отопительный период на г.в. жилых домов и общественных зданий находим по формуле:

Qг.в.ср. = qг.в.∙n , где

qг.в. –  укрупненный показатель среднего расхода теплоты (Вт), расходуемой на г.в. одного человека  с учетом общественных зданий поселка, принимается в зависимости от средней за отопительный период нормы потребления воды при t=55оС на 1 человека g, л/сутки.

Для жилых домов квартирного типа, оборудованных умывальниками, мойками, душами и ванными g=105 л/сутки.

g=105 л/сутки соответствует qг.в.=378 Вт

n – число жителей.

Qг.в.ср. = 378∙(600+360) = 362900 Вт

Максимальный расход теплоты (Вт), расходуемой на г.в. жилых и общественных зданий:

Qг.в. = 2∙Qг.в.ср.

Qг.в. = 2∙362900= 725800 Вт

В летний период:

Qг.в.л.=0,65∙Qг.в.

Qг.в.л.=0,65∙725800=471700 Вт

Для производственных зданий максимальный расход тепла (Вт) на г.в. определяют:

Qг.в. = 0,278∙QV∙ρв∙св∙(tr–tx­), где

QV – часовой расход г.в. м3/ч. Для душевых бытовых помещений из расчета одновременной работы всех душевых сеток в течение 1 часа в сутки. QV = n∙g∙10-3, (n–число душевых сеток, g = 250 л/ч – расход воды на 1 душевую сетку); ρв – плотность воды (983 кг/м3)

св – удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙оС);

tr – расчетная температура г.в., равная 55оС.

tx – расчетная температура холодной воды, принимаемая в зимний период 5оС, а в летний 15оС.

Учитывая, что в каждом производственном объекте по 3 душевых сетки, а т.к. производственных объектов 4, то число душевых сетов 12.

Следовательно:

Qг.в. = 0,278∙12∙250∙10-3∙983∙4,19∙(55-5)= 171800 Вт

В летний период:

Qг.в. = 0,278∙12∙250∙10-3∙983∙4,19∙(55-15)= 137400 Вт

В животноводческих помещениях максимальный расход тепла (Вт) на г.в. (tr=40-60oC) для санитарно гигиенических нужд подсчитывают по формуле:

, где

β – коэффициент неравномерности потребления г.в. в течение суток, принимают β=2,5.

n – число животных данного вида в помещении.

g – среднесуточный расход воды на 1 животное, кг (принимают для коров – 15 кг, телят и молодняка – 2 кг, свиней на откорме – 3 кг)

Qг.в.кор. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–5) ∙850∙15/24 = 77350 Вт

Qг.в.тел. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–5) ∙400∙2/24 = 4853 Вт

Qг.в.св. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–5) ∙300∙30/24 = 54600 Вт

Расход тепла (Вт) на г.в. в летний период по отношению к отопительному снижается и определяется по формулам:

Qг.в.кор. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–15) ∙850∙15/24 = 61880 Вт

Qг.в.тел. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–15) ∙400∙2/24 = 3883 Вт

Qг.в.св. = 2,5∙0,278∙4,19∙(55–15) ∙300∙30/24 = 43680 Вт

Суммарный расход тепла на г.в. в зимний период:

ΣQг.в. = 72580+171800+77350+4853+5400=1034000 Вт

В летний период:

ΣQг.в.л.=471700+0,82(137400+61880+3883+43680)=674200 Вт

Расход теплоты на технологические нужды.

Расчетный расход тепла (Вт) на тех. Нужды ремонтных мастерских и автогаражей подсчитывают по формуле:

Qт = 0,278∙ψ∙D∙ (h–p∙hвоз), где

Ψ – коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7;

D – расход теплоносителя (пара или воды), кг/ч.

h – энтальпия теплоносителя, кДж/кг

hвоз – энтальпия возвращаемого конденсата или обратной воды, кДж/кг (можно принять hвоз=270…295 кДж/кг)

p – коэффициент возврата конденсата, или обратной вод, обычно принимают равным 0,7.

Расход горячей воды для автогаража определяется по следующей формуле:

Dсм = n∙g/24, где

n – число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток;

g – среднесуточный расход воды на мойку 1 автомобиля, кг/сутки. Для грузового автомобиля g=230 кг/сутки.

Dсм =40∙230/24= 383 кг/сутки

Расход теплоносителя – воды (при 95 оС) для получения смешанной воды с температурой tсм определяют по формуле:

D=383∙(60-15)/(95-15)=215 кг/сутки;

Энтальпия используемого теплоносителя определяется по формуле:

h=св∙tв, где

св – удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/кг∙оС.

tв – температура теплоносителя (tв=95оС).

h=4,19∙95=398,05 кДж/кг.

Отсюда расход тепла на тех. нужды гаража:

Qт.гар. = 0,278∙0,7∙215∙(398,05-0,7∙280)= 8478 Вт

Расход тепла (Вт) на тех. нужды животноводческих помещений определяют по укрупненным нормам расхода пара и горячий воды на тепловую обработку кормов:

, где

β – коэффициент неравномерности потребления теплоты на тех.нужды в течение суток, β=4.

Мк – количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе животных (приложение13 [1]).

dx – удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм (приложение 13[1])

hкn – энтальпия используемого пара или г.в. кДж/кг; энтальпия горячей воды при t=45 оС; hкn=4,19∙45=188,55;  энтальпия пара hкп=2700 кДж/кг.

n – количество животных данного вида.

Расход тепла на тепловую обработку кормов для коров:

(солома и концентрированные корма)

Qт=4∙0,278∙(4∙1,5∙167,6+4∙0,3∙2636+2,5∙1,5∙167,6+2,5∙0,25∙2636)∙850/24=

=253800 Вт

Для телят (солома, корнеклубнеплоды и концентрированные корма)

Qт=4∙0,278∙(1,5∙0,3∙2636+1,5∙1,5∙167,6+1,1∙0,3∙2636+1,5∙1,1∙167,6+1∙0,16∙2636+1∙0,8∙167,6) 400/24=60720 Вт

Для свиней (корнеклубнеплоды и концентрированные корма)

Qт=4∙0,278∙(3∙0,2∙2636+3∙1,5∙167,6+5∙0,16∙2636+5∙0,8∙167,6)∙300/24=

=71100 Вт

Суммарный расход тепла на тепловую обработку кормов равен:

ΣQт=253800+60720+7110=414600 Вт

Расход тепла (Вт), расходуемого на пастеризацию молока;

Qт=0,278∙mм∙см∙ (tм”–tм’)/24, где

mм  – масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч.

см – теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/кгоС.

tм’ – температура молока до пастеризации, оС. (у охлажденного tм’=5оС, после дойки tм’=35оС)

tм” – температура молока после пастеризации, оС, принимают = 85оС.

mм=850∙25/24=885

Qт=0,278∙885∙3,94∙(85-35)/24=48490 Вт

Расчитаем необходимое количество молочных фляг:

n=(к∙m)/p, где

к – количество коров;

m – масса молока, получаемый от 1 коровы в сутки, кг

p – вместимость 1 фляги, кг.

n=(850∙25)/30=708 шт.

Расход тепла (Вт) на пропаривание фляг:

Qт=0,278∙dф∙n∙hп, где

dф – расход пара на пропаривание 1 фляги (0,2 кг);

n – число фляг;

hп – энтальпия пара, кДж/кг (при избыточном давлении 39,2 кПа hп=2636 кДж/кг)

Qт=0,278∙0,2∙708∙2636=103800 Вт

Суммарный расход тепла на технологические нужды составляет:

ΣQт=8378+414600+103800+48490=575400 Вт

Суммарная тепловая нагрузка котельной.

В зимнее время она складывается из максимальных расходов тепла на все виды теплопотребления:

Qр.з.=1,2∙(ΣФот+ΣФв+ΣФг.в.+ΣФт),

1,2 – коэффициент запаса, учитывающий потери тепла в тепловых сетях, расход тепла на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством:

Qр.з.=1,2∙(1034000+575400+1583000+1152000)= 5213000 Вт

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы тепла на технич. нужды и горячее водоснабжение:

Qр.л.=1,2∙(ΣФт+ΣФг.в.л.),

Qр.л.=1,2∙(575400+674200)= 1499000 Вт

С помощью графика тепловой нагрузки определим годовой расход тепла (ГДж/год).

Qгод=3,6∙10-6∙F∙mQ∙mn, где

F – площадь годового графика тепловой нагрузки, мм2.

mQ и mn – масштабы расхода тепла и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

Qгод=3,6∙10-6∙15290∙31600∙50=86950 ГДж/год

ВЫБОР ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Согласно СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети. Нормы проектирования" при цёнтрализованном теплоснабжении для отопления, вентиля­ции, горячего водоснабжения и, если возможно, для технологических целей в качестве теплоносителя должна использоваться вода.

Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружнодо воздуха принимается 150 оС, в обратном трубопроводе - 70 оС.

Применение в качестве теплоносителя перегретой воды дает большую экономию металла труб за счет уменьшения их диаметра, снижает затраты энергии, потребляемой сетевыми насосами, поскольку сокращается общее количество воды, циркулирующей в системе.

Использование одного теплоносителя для всех видов тепловой нагрузки значительно упрощает систему теплоснабжения, делает ее дешевле в сооружении, надежнее в эксплуатации.  Если для технологичёских целей необходим пар, то в производственных зданиях и сооружениях при соответствующем технико-экономическом обосновании его можно использовать в качестве единого теплоносителя и для остальных видов потребления теплоты. B тех же случаях, когда котельная обслуживает жилую застройку и. производственные объекты, требующие пар для технологических нужд, допускается применение двух теплоносителей: воды и пара.

ПОДБОР КОТЛОВ.

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке для зимнего периода:

Фуст = Фр, где

Фуст – суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, Вт.

В соответствие с тепловой нагрузкой для зимнего периода выбираем котел типа ДКВР-2,5-13 в количестве 3 шт.

Технические характеристики котла ДКВР-2,5-13 (приложение 11[2])

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ КОТЕЛЬНОЙ.

В связи с тем, что тепловая нагрузка потребителей не постоянна, а изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, режима работы системы вентиляции, расхода воды на горячее водоснабжение и технологические нужды, экономичные режимы выработки тепловой энергии котельной должны обеспечиваться центральным регулирова­нием отпуска теплоты по преобладающему виду тепловой нагрузки. Вид теплоносителя определяет способ регулирования отпуска теплоты потребителям.

При теплоснабжении жилых, общественных и производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений центральное качествен­ное регулирование в водяных тепловых сетях обычно ведут по отопи­тельной нагрузке. Температуру теплоносите­ля изменяют в соответствии с температур­ным графиком, который строят в зависимос­ти от расчетных температур наружного воздуха.

При построении графика температур воды в тепловой сети, исходят из ана­литических зависимостей температуры воды в подающем τп и обратном τ0 трубопроводах от наружной температуры tн. Поскольку эти зависимости близки к линейным, можно ограничить­ся приближенным построением графика при параметрах теплоносите­ля 150–170°С для климатического района с температурами tн = –27oС, tн.в.=–16оС.

По оси абсцисс откладывают значения наружной температуры, по оси ординат – температуру сетевой воды. Начало координат совпадает с расчетной внутренней температурой для жилых и общественных зданий (18°С) и температурой теплоносителя, также равной 18°С. На пересечении перпендикуляров, восстановленных к осям координат в точках, соответствующих температурам τг = 150°С и tн = –27оС, .нахо­дят точку А, а проведя горизонтальную прямую от температуры обратной воды 70°С - точку В. Соединив точки А и В с началом коор­динат, получают график изменения температуры прямой и обратной воды в тепловой сети в зависимости от температуры наружного воз­духа.

При наличии нагрузки горячего водоснабжения температура теплоносителя в подающей линии сети открытого типа не должна опускаться ниже 60°С, поэтому температурный график для подающей воды имеет точку излома G, левее которой τп = const. Подачу теплоты на отопление при постоянной температуре тп регулируют изменением расхода теплоносителя.

Минимальная температура обратной воды определяется, если через точку С провести вертикальную линию до пересечения с графи­ком обратной воды. Проекция точки D на ось ординат показывает наименьшее значение т0.

Перпендикуляр, восстановленный из точки, соответствующей расчетной наружной вентиляционной температуре (–16 °С), пересекает прямые АС и BD в точках Е и F, показывающих максимальные темпе­ратуры прямой и обратной воды для систем вентиляции. В рассмат­риваемом примере это будут температуры соответственно 102 и 52 оС, которые в диапазоне от tн.в. до tн остаются неизменными (линии ЕК и FL). В этом диапазоне температур наружного воздуха вентиляционные установки работают с рециркуляцией, степень которой регулируется таким образом, чтобы температура воздуха, поступающего в калори­феры, оставалась постоянной.

ПОДБОР ПИТАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СЕТЕВЫХ НАСОСОВ.

Для паровых котлов с избыточным давлением пара свыше 68,7 кПа устанавливают конденсатные и питательные баки. Роль питательного бака может выполнять резервуар термического деаэратора, объем которого должен быть = 2/3 Vпб. Вместимость конденсаторных баков (м3) подсчитывается по формуле:

Vп.б.=Qmп.в∙р∙10-3, где

р – доля возвращенного конденсата (р=0,7)

Qmп.в – расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной кг/ч.

Расход питательной воды равен:

Qmп.в=Q∙ (1+П/100), где

Q – расчетная паропроизводительность всех котлов,

П – продувка котлов, % (при питании котлов химически очищенной водой П=0,5…3%)

Qmп.в=2∙8250∙(1+1/100)=16670 Вт

Вместительность конденсационных баков равна:

Vк.б.=16670∙0,7∙10-3=11,667 м3

Вместительность питательных баков (м3):

Vп.б.=Qmп.б. ∙10-3

Vп.б.=16670∙10-3=16,67 м3

Подача конденсатного насоса (м3/ч) должна быть равна часовому объему конденсата Vк.б., а напор, создаваемый насосом с учетом потерь давления в конденсатопроводе и высоты подъема конденсата до места ввода его в головку деаэратора, принимают равным 150…200 кГа.

Из питательных баков вода подается в котлы. Подача питательного насоса с электроприводом должна быть не менее 110% суммарной максимальной производительности всех котлов:

8250∙1,1=9075 м3/ч

Подача парового насоса должна составлять не менее 50% номинальной паропроизводительности всех котлов.

8250∙0,5=4125 м3/ч

Следовательно в качестве конденсационных и питательных насосов выбираем насосы типа 2,5ЦВ-1,1 (приложение 7).

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях в котельной устанавливают 2 сетевых насоса с электроприводом (один из них – резервный). Подачу сетевого насоса (м3/ч), равную часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали определяют по формуле:

, где

Фр.в.=Фр–Фс.н. – расчетная тепловая нагрузка, покрываемая теплоносителем – водой, Вт

tп и tо – расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды, оС.

ρо – плотность обратной воды (при to=70oC, ρо=977,8 кг/м3)

Qс.н.–тепловая мощность, потребляемая котельной на собственные нужды.

Qс.н. =(0,03…0,1)(ΣФот+ΣФв+Σг.в+ΣФт),

Qсет.н.=3,6∙(5213000-434400)/(4,19∙(150–70)∙977,8)=52,49 м3/ч;

В качестве сетевых насосов выбираем насосы типа 2К–18.