Расчет системы теплоснабжения

Министерство  Сельского Хозяйства и Продовольствия РФ

Федеральное Государственное Образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

Ижевская  Государственная Сельскохозяйственная Академия

Кафедра «Электротехнология Сельскохозяйственного  Производства» 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

«РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ »

КР 140106 064076 ЭТ 355 ПЗ 
 
 
 
 
 

     Выполнил:                                                                 студент 443 гр.

     Спиридонов С.В.                                                                                                                                                                                 

      Проверил:         Селивёрстов Д.В.                                               

Ижевск 2009 г.

  Введение

    Энергетическое  хозяйство является жизненно важной частью всего производства, а также одним из основных элементов системы энергосбережения всех областей производства, в том числе сельского хозяйства, и бытового сектора.

    Производство  сельскохозяйственной продукции связано  с большим расходом топливно-энергетических ресурсов. Тепловая энергия используется на отопление и вентиляцию, на обеспечение  необходимых параметров микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, хранилищах и сооружениях защищенного грунта, на сушку сельскохозяйственной продукции, приготовление кормов, получение искусственного холода и другие  цели.

    Эффективное решение проблемы энергосбережения в сельском хозяйстве возможно лишь при  условии учета всех особенностей теплоснабжения, а также современных достижений в области энергосберегающих систем теплоснабжения. Проблема энергосбережения становится приоритетным направлением государственной политики. Одним из эффективных путей экономии в  сельском хозяйстве дефицитного органического  топлива является использование возобновляемых и вторичных энергетических ресурсов.

    Рациональное  использование тепловой энергии, изыскание  нетрадиционных, возобновляемых источников энергии, создание энергосберегающих экологически чистых технологий становится одной из главных задач энергетиков.

    Целью курсовой работы является расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине «Теплотехника», приобретение практических навыков по решению инженерных теплотехнических задач,  ознакомление с теплоэнергетическими системами в сельском хозяйстве, а также приобретение опыта использования нормативной, справочной и учебной литературы. 
 
 
 
 
 
 
 

1 Расчёт тепловых нагрузок производственных и

коммунально-бытовых  потребителей тепла

    Удельные  тепловые характеристики жилых, общественных и производственных зданий при расчётной  наружной температуре -32 и их внутренняя расчётная температура.

          Котельной установкой называют комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению различают отопительные, производственные и отопительно-производственные котельные установки. Общий случай для расчета представляют отопительно-производственные котельные,  так как они работают, как правило, круглый год.

    Тепловая  нагрузка котельной по характеру  распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная (расходы теплоты на  отопление и вентиляцию) зависит в основном от климатических условий и имеет сравнительно постоянный суточный  и  переменный  годовой график нагрузки. Круглогодовая (расходы теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды), практически не зависит от температуры наружного  воздуха  и  имеет  очень  неравномерный суточный и сравнительно постоянный годовой график потребления теплоты.

    Расчетную тепловую  нагрузку котельной отопительно-производственного  типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время  она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления

    где  SФ_от, SФ_в,  SФ_г.в  SФ_т - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями  системы  теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию,  горячее водоснабжение и технологические  нужды,  Вт; k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и  резерв  на  возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

    В летнее время нагрузку котельной  составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение

    Суммарные расходы теплоты на все виды теплопотребления определяют по приближенным формулам.

    1.1 Расход теплоты на отопление и вентиляцию

 Максимальный  поток теплоты, Вт, расходуемой на отопление жилых и общественных зданий  поселка,  включенных  в систему централизованного  теплоснабжения, можно определить по укрупненным показателям в  зависимости от жилой площади помещения по формулам

    где j=175 - укрупненный показатель максимального удельного потока теплоты, значение j определяются в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха(t_н=30⁰С), расходуемой на отопление 1 м²  жилой площади, Вт/м²; F=20*600=12000 - жилая площадь, м².

    Ф_{от ж}=12000*175=2,1*10⁶Вт

    Ф_{от общ}=0,25*2,1*10⁶=0,525*10⁶Вт

    Максимальный  поток теплоты, Вт, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха  общественных зданий

    Ф_{в общ}=0,4*0,525*10⁶=0,21*10⁶Вт

    1.2 Расход теплоты на горячее водоснабжение 

    Средний поток теплоты, Вт, расходуемой за отопительный период на горячее водоснабжение  жилых и общественных зданий находят  по формуле

    Ф_г.в.ср.=q_г.в.n=378*600=0,2268*10⁶Вт                                            

    где q_г.в =378 - укрупненный показатель среднего потока теплоты, Вт, расходуемой на  горячее водоснабжение одного человека с учетом общественных зданий поселка,  принимается в зависимости от средней за  отопительный период нормы потребления воды  при температуре 55 ^оС на одного человека g=105, л/сут:

    Максимальный  поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

    Ф_г.в.ср.= 2Ф_г.в.ср =2*0,2268*10⁶=0,4536*10⁶Вт                                            

    Поток теплоты, Вт,  расходуемой на горячее  водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется по следующей формуле:

                    для жилых и общественных зданий

    Ф_г.в.л.= 0,65Ф_г.в=0,65*0,4536*10⁶=0,29484*10⁶Вт                                            

    Ф_р=1,2(2,1+0,525+0,21+0,4536)*10⁶=3,94632*10⁶Вт

    Ф_р.л=1,2*0,4536*10⁶=0,54432*10⁶Вт  

    2 Построение годового графика тепловой нагрузки

    Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур.

Средневзвешенная  расчётная внутренняя температура  определяется по выражению:

    t_в.ср.=,

где V – объёмы зданий по наружному обмеру, м³; t – расчётные внутренние температуры этих зданий, .

Средневзвешенная  расчётная внутренняя температура  для производственных зданий:

    t_в.ср.==10

Средневзвешенная  расчётная внутренняя температура  для жилых и общественных зданий:

    t_в.ср.=

    Сначала строят график расхода теплоты на отопление производственных зданий. На оси ординат откладывают точку, соответствующую максимальному потоку теплоты, расходуемому на отопление этих зданий при наружной температуре t_H. Полученную точку соединяют прямой с точкой, соответствующей средневзвешенной расчетной внутренней температуре t_ecp=l0 °C (прямая 1).

    Так как отопительный сезон начинается при t_H = 8 °С, то линию графика до этой температуры показывают пунктиром. График расхода теплоты на вентиляцию строят в виде наклонной прямой до расчетной вентиляционной температуры t_н.в. (прямая 2). При более низких температурах к приточному наружному воздуху подмешивается воздух помещения, т.е. происходит рециркуляция, и расход теплоты остается неизменным (график проходит параллельно оси абсцисс).

    Таким же образом строят графики расхода  теплоты на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий при средневзвешенной расчетной внутренней температуре =18 °С (прямые 3,4).

    Расходы теплоты на горячее водоснабжение  и технологические нужды не зависят  от г„. Общий график по этим видам  тештопотребления изображен прямой 5.

    Суммарный график расхода теплоты в зависимости  от температуры наружного воздуха представляет собой ломаную линию 6 (точка излома соответствует температуре t_н.в.), отсекающей на оси ординат отрезок, равный максимальному потоку теплоты, расходуемой на все виды теплопотребления.

    Вправо  по оси абсцисс откладывают для  каждой наружной температуры число часов отопительного сезона (с нарастающим итогом), в течение которых держалась температура, равная и ниже той, для которой делается построение (табл. Б.1), и через эти точки проводят вертикальные линии. Далее на эти линии из суммарного графика расхода теплоты проецируют ординаты, соответствующие максимальным расходам теплоты при тех же наружных температурах. Полученные точки соединяют плавной кривой 7, представляющей собой график тепловой нагрузки за отопительный период.

    Площадь, ограниченная осями координат, кривой 7 и горизонтальной линией 8, показывающей суммарную летнюю нагрузку, выражает годовой расход теплоты, ГДж/год

    Q_год=3,610^-6Fm_фm_t

где F – площадь годового графика тепловой нагрузки, мм²; m_ф и m_t - масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

    F=342702 мм²

    m_ф=10000 Вт/мм

    m_t=67 ч/мм

    Q_год=3,610^-6342702 ГДж/год

    1 – расход теплоты на отопление  производственных зданий; 2 – на  вентиляцию производственных зданий; 3 – на отопление общественных  зданий; 4 – на вентиляцию общественных  зданий; 5 – на горячее водоснабжение  и технологические нужды; 6 – суммарный  график расхода теплоты; 7 – график  тепловой нагрузки за отопительный  период; 8 – нагрузка летнего периода.

3 Расчёт принципиальной тепловой схемы

  производственно-отопительной котельной

1. Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной

    Тепловая  схема №20

1. Пар для технологических нужд производства имеет параметры:  Р₁=1,34 МПа;  х₁=0,97;  D_Т =8,32 кг/с.
2. Температура сырой воды t_св=9⁰С.
3. Давление пара после РОУ Р₂=0,116 МПа.
4. Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х₂=0,97.
5. Потери пара в котельной в процентах от D_cуh d_ут=4,2%.
6. Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от D_cут d_пр=3,5%.
7. Расход тепла на подогрев сетевой воды Q_б=3,94610³ кДж/с
8. Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t^/₁=93⁰C.
9. Температура в обратной линии теплосети t^/₂=43⁰C.
10. Температура воды перед и после ХВО t_хво=30⁰С.
11. Температура конденсата на выходе из бойлера t_кб=83⁰С.
12. Потери воды в тепловой сети d_ТС=5%.
13. Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t^//_к1=90⁰С.

3.2 Определение параметров воды и пара

   При давлении Р₁=1,34МПа в состоянии насыщения имеем [1-32] t₁=193,01⁰С, i^//₁=2787,5 кДж/кг, i^/₁=821 кДж/кг, r₁=1966,5 кДж/кг.

   При давлении Р₂=0,116Мпа в состоянии насыщения имеем [1-31] t₂=103,81⁰С, i^//₂=2681,5 кДж/кг, i^/₂=435,2 кДж/кг, r₂=2246,3 кДж/кг.

    Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

    i^х₁=i^//₁ -(1-х₁)∙r₁ = 2787,5-(1-0,97)∙1966,5=2728,5 кДж/кг.

    Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

    i^х₂=i^//₂ -(1-х₂)∙r₂ = 2681,5-(1-0,97)∙2246,3=2614,1 кДж/кг.

    Энтальпия воды при температуре ниже 100⁰С может быть с достаточной точностью определена без использования таблиц по формуле:

    i_в=С_в∙t_в,, где С_в=4,19 кДж/кг

3.3 Расчёт подогревателей сетевой воды

Для водоподогревателя:  .   

Для пароводяных  водоподогревателей:  ,  

где   W₁ и W₂ – расходы воды (греющей и подогреваемой), кг/с;

t^/₁, t^/₂ и t^//₁, t^//₂ – начальные и конечные температуры воды, ⁰С;                D₁ – расход греющего пара, кг/с;

i₁ – энтальпия пара, кДж/кг;

i_к – энтальпия конденсата, кДж/кг;

η_n – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду (η_n=0,95).

Схема водоподогревательной установки

Определим расход воды через сетевой подогреватель  из уравнения теплового баланса:     .     

      кг/с.

      Потери  воды в тепловой сети заданы в процентах  от W_б:

      Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i^/₂=432 кДж/кг в количестве W_ТС. Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

где    соответствует температуре ;

      Расход  пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

      Откуда:

i_кб=C_вt_кб=4,19кДж/кг

3.4 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды

      Расход  тепла на технологические нужды  составит:

                               ,      

где   i_ко – средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:

i_ко=i_св37,71 кДж/кг

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и  на тех. нужды составит:

Расход  пара на подогрев сетевой воды и  на технологические нужды составит:

      3.5 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара

      Суммарный расход острого пара D_г на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3-11% от D_c.

      Примем  D_г=0,03∙D₀=0,03∙11,395=0,342 кг/с.

      Общий расход свежего пара: кг/с

3.6 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)

      Назначение  РОУ – снижение параметров пара за счёт дросселирования (мятия) и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распылённом состоянии. РОУ  состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путём впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

      В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипени отводится  в конденсационные  баки или непосредственно в деаэратор.

      Примем  в курсовом проекте, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.

      Подача  охлаждённой воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется  из магистрали питательной воды после деаэратора.

      Тепловой  расчёт РОУ ведётся по балансу  тепла.

Расход  редукционного пара D_ред с параметрами Р₂, t₂, i^//₂ и расхода увлажняющей воды W₁ определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

из уравнения  материального баланса РОУ: 

Решая совместно уравнения (6) и (7), получим: 

      ,      

где  D₁ – расход острого пара, кг/с, с параметрами Р₁, х₁;

        – энтальпия влажного пара, кДж/кг;

        – энтальпия увлажняющей  воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

Составляем  схему РОУ:

D_ред.=3,488 кг/с ; t^//₂=2684,5кДж/кг 

P₂=0,116МПа                                                                  D₁=3,417 кг/с P₁=1,34 МПа

                                                                                       X₁=0,97 

        W₁=0,071 кг/с ; t^/₂=435,2 кДж/кг 

Узел  РОУ

Определяем  расход увлажняющей воды:

3.7 Расчёт сепаратора непрерывной продувки

      Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит  от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.