Расчет системы теплоснабжения. 2

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственной образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Ижевская  государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра « Электротехнология сельскохозяйственного  производства» 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

«РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ »

КР 140106 064063 ЭТ 342 ПЗ 
 
 
 

Выполнил:                                                                               студент 443 гр.                                                                                                                                                             Корепанов А. С. 
 

Проверил:  Дресвяникова Е.В.  
 
 
 
 

Ижевск 2011                        

СОДЕРЖАНИЕ

Задание  на курсовую работу

Введение

1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и

коммунально-бытовых  потребителей тепла.

2. Построение годового графика тепловой нагрузки.
3. Расчёт принципиальной тепловой схемы

 производственно-отопительной  котельной.

4. Составление теплового баланса котельной.
5. Выбор типа, размера и определение количества котлоагргатов.
6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания.
7. Определение энтальий продуктов сгорания и воздуха.
8. Тепловой баланс котельного агрегата.
9. Определение годового расхода топлива.
10. Тепловой конструктивный расчёт водного экономайзера.
11. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной.
12. Компоновка котельной.
13. Индивидуальное задание.
14. Заключение.
15. Литература.

ЗАДАНИЕ

      Задание на курсовую работу по дисциплине «Источники и системы теплоснабжения»  для специальности 140106  
 

Студенту    Корепанов А.С.              Курс  4                         Группа 443 

Таблица 1- Задание

Таблица 2- Удельные тепловые характеристики жилых, общественных и производственных зданий при расчётной наружной температуре -32 и их внутренняя расчётная температура

Введение

      Высокие темпы промышленного производства и социального прогресса требуют резкого увеличения выработки тепловой энергии на базе мощного развития топливно-энергетического комплекса страны.

      Централизованные  системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время, централизованное теплоснабжение крупных городов осуществляется на базе мощных атомных станций теплоснабжения.

      Для небольших теплопотребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ.

      В качестве топлива для котельных  установок используют угли, торф, сланцы, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут – эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышается их экономичность, сокращаются затраты на эксплуатацию.

      Развитие  отечественной теплоэнергетики  неразрывно связано с именами русских ученых и инженеров. Основы теплотехнической науки были заложены в середине XVIII в. великим русским ученым М.В. Ломоносовым. В 1766 г. талантливый русский теплотехник И.И. Ползунов создал в Барнауле первую в мире теплосиловую установку для привода заводских механизмов, которая включала паровой котел.

           Практическое использование  паросиловых установок дало новый  источник энергии и сыграло большую  роль в развитии промышленного производства. Ряд теоретических и экспериментальных  работ по исследованию рабочих процессов котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XI X вв. учеными В.В.Петровым и Я.Д. Захаровым. В теплоснабжении крупных городов, районных центров, поселков котельные играют важнейшую роль. Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций - крупных котельных с водогрейными и паровыми котлами. 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчёт тепловых нагрузок производственных

  и коммунально-бытовых потребителей тепла 

      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.   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

                                                                          (1.1)    

                                                              (1.2)

где j - укрупненный показатель максимального удельного потока теплоты, расходуемой на отопление 1 м²  жилой площади, Вт/м²; F - жилая площадь, м².

      Значения j определяются в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха (j=177,9Вт/ ).

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

      Для отдельных жилых, общественных и  производственных зданий максимальные  потоки теплоты, Вт,  расходуемой  на отопление  и  подогрев воздуха в  приточной системе вентиляции можно определить по их удельным тепловым характеристикам 

где  q_от и q_в - удельные отопительная и вентиляционная  характеристики здания, Вт/(м³×^оС); V_н  - объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м³; a - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий

 a = 0,54 + 22/(t_в – t_н).  

Гостиница:

_{а=0,54+22/(tв-tн)=0,54+22/(18-(-32))=0,98}

Мастерская:

а=0,54+22/(20-(-32))=0,963

 Фв=0,17*10000*38=64600Вт.

Детский сад:

а=0,963

Ф_от=0,39*7500*52*0,963=146500 Вт

Ф_в=0,12*7500*38=34200 Вт

Школа:

а=0,998

Ф_от=0,45*4500*48*0,998=97000 Вт

Ф_в=0,3*4500*34= 45900 Вт 
 

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                                                                   

       где q_г.в =320 - 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=85, л/сут:

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

       Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение, определяют по формуле

       где  G_v  - часовой расход горячей воды, м³/ч; r_в - плотность воды, принимается равным 983 кг/м³;    С_в  - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг×^оС); t_г  - расчетная температура горячей воды, равная 55 ^оС;  t_х - расчетная температура холодной (водопроводной) воды,  принимаемая в зимний период равной 5  ^оС, а летний период 15 ^оС.       

          Для  животноводческих  помещений  максимальный  поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г = 40...60 ^оС)  для  санитарно-технических нужд (подмывание вымени,  мытье молочной посуды, доильных аппаратов,  молокопроводов,  шлангов  и  другого  оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле

где b  - коэффициент  неравномерности потребления  горячей воды в течение суток, принимают           b = 2,5;  n_i  - число животных данного вида в помещении; g_i  - среднесуточный расход воды на одно животное, кг,  принимают  для коров 15 кг,  телят и молодняка 2 кг, свиноматок 3 кг, свиней на откорме 0,5 кг.

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

                для жилых и общественных зданий

                  для производственных зданий

g=85 л/сут   q_г.в.=320 Вт

Жилые здания:

Ф_г.в.ср.=320*310=99200 Вт

Ф_г.в.=2*99200=198400 Вт

Производственные  здания: 
 

Ф_г.в.=0,278*0,0035*4,19*983*50=200400 Вт

Определим поток  теплоты, расходуемый на горячее  водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период.

Для жилых и  общественных:

Ф_г.в.л.=0,65*198400=128960 Вт

Для производственных зданий:

Ф_г.в.л.=0,85*200400=164300 Вт

1.3 Расход теплоты на технологические нужды:

Ф_т=0,278ψG(h-ph_воз),

где ψ - коэффициент спроса на теплоту (0,6…0,7); G - расход теплоносителя, кг/ч; h – энтальпия теплоносителя, кДж/кг; h_воз – энтальпия обратной воды или возвратного конденсата, кДж/кг; р – коэффициент возврата обратной воды.

Ф_т=0,278*0,6*100*(4,19*55-0,7*290)=457800 Вт.

Расчетная тепловая нагрузка котельной:

Фр=1,2*(332200+350500+164500+97000+64600+34200+45900+198400+

+200400+670400)= 2589720 Вт.

Расход теплоты  в летнее время;

Фрл=1,2*(670400+128960+164300)=1156400 Вт 
 
 
 
 
 

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 жилых и общественных зданий: 

      t_в.ср.= (20000*18+7500*20+4500*16)/32000=18 ° С         

          t_в.ср.= 10000*20/10000=20 ° С

      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 t_н. 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_H,_e), 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=3,6 10^-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=571127,06 мм²

m_ф=6663,5 Вт/мм

m_t=25 ч/мм

     Q_год=3,6*10^-6*571127,06*6663,5*25=342000 ГДж/год

Расчёт  принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Тепловая  схема №17.

1. Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной.

Пар для технологических  нужд производства имеет параметры:

1. Р₁=1,37 МПа;  х₁=0,99;  D_Т =11,15 кг/с.
2. Температура сырой воды t_св=8⁰С.
3. Давление пара после РОУ Р₂=0,118 МПа.
4. Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х₂=0,98.
5. Потери пара в котельной в процентах от D_cут , d_ут=3,1%.
6. Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от D_cут d_пр=2,4%.
7. Расход тепла на подогрев сетевой воды Q_б=14,44 МВт
8. Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t^/₁=87⁰C.
9. Температура в обратной линии теплосети t^/₂=48⁰C.
10. Температура воды перед и после ХВО t_хво=29⁰С.
11. Температура конденсата на выходе из бойлера t_кб=75⁰С.
12. Потери воды в тепловой сети d_ТС=1,5%.
13. Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t^//_к1=85⁰С.
14. Температура продуктов горения перед экономайзером, t_ух1 =305⁰С.
15. Температура продуктов горения за экономайзером, t_ух2 =180⁰С.

2.Определение параметров воды и пара. 

          При давлении Р₁=1,37 МПа в состоянии насыщения имеем [1-32] t₁=194,15 ⁰С, i^//₁=2787,74 кДж/кг, i^/₁=825,54 кДж/кг, r₁=1962,2 кДж/кг.

       При давлении Р₂=0,118 МПа в состоянии насыщения имеем [1-31] t₂=104,31 ⁰С, i^//₂=2683,04 кДж/кг, i^/₂=437,26 кДж/кг, r₂=2245,76 кДж/кг.

    Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

    i^х₁=i^//₁ -(1-х₁)∙r₁ = 2787,74-(1-0,99)∙1962,2=2768,12 кДж/кг.

    Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

    i^х₂=i^//₂ -(1-х₂)∙r₂ = 2683,04-(1-0,99)∙2245,76=2660,58 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.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   ;