Теплоснабжение четырёх районов г. Казань

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

ФАКУЛЬТЕТ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

Источники и системы теплоснабжения

 

Тема: Теплоснабжение четырёх районов г. Казань

 

 

КР.140106.0904014.ЭТ.000.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                Проверил:

Стерхова Т.Н.

                                                                               Выполнил:

Исхаков И.И.

                                                                       Специальность:

140106 ЭОП

                                                                                        Курс:

3

                                                                                    Группа:

5

                                                                                      Шифр:

0904014


 

 

 

 

 

Ижевск 2011

 

Содержание

 

 

 

  1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение 

 

Определить для условий  г. Казань расчетные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение пяти кварталов района города (см. рис. 1).




 




 


                                


 

 


 

 

 

Рис.1 - Район города.

 

t0 = –30 0С- расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления.

Р = 400 чел/га- плотность населения

fобщ = 18 м2/чел- общая площадь жилого здания на одного жителя 

а =115 л/сутки- средняя за отопительный период норма расхода горячей воды на одного жителя в сутки

 

Расчет тепловых потоков сводим в табл..1. В графы 1, 2, 3 таблицы  заносим соответственно номера кварталов, их площадь Fкв в гектарах, плотность населения Р. Количество жителей в кварталах m, определяем по формуле

Для квартала №1 количество жителей составит:

                                         чел

Общую площадь жилых зданий кварталов А определяем по формуле

Для квартала №1

                                          м2

Приняв (см. приложение №4 учебного пособия) для зданий постройки после 1985г величину удельного показателя теплового потока на отопление жилых зданий qо = 87 Вт/м2 при t 0= -30 0С, находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле

Для квартала №1 при K1= 0,25 получим

                

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле:

Для квартала №1 при К2= 0,6 получим

           

По приложению №5 учебного пособия укрупненный показатель теплового потока на горячее водоснабжение qh c учетом общественных зданий при норме на одного жителя a = 115 л/сутки составит 407 Вт.

Среднечасовые тепловые потоки на горячее  водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле 

Для квартала №1 эта величина составит

                     

Суммарный тепловой поток по кварталам QS, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

                                      

Для квартала №1 суммарный  тепловой поток составит

                               

Аналогично выполняем  расчёты тепловых потоков и для  других кварталов.

 

Таблица 1

Расчёт тепловых потоков

 

№ квартала

Площадь квартала Fкв, га

Плотность населения P чел/га

Количество  жителей m

Общая площадь, А, м2

Тепловой поток, МВт

Q 0 max

Q v max

Q hm

Q S

                 

1

10

400

4000

72000

7,83

0,9396

1,628

10,3976

2

15

400

6000

108000

11,745

1,4094

2,442

15,5964

3

20

400

8000

144000

15,66

1,8792

3,256

20,7952

4

30

400

12000

216000

23,49

2,8188

4,884

31,1928

         

58,725

7,047

12,21

77,982


 

 

 

 

 

выполняем расчет и построение графиков часовых расходов теплоты на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение, а также годовых графиков теплопотребления по продолжительности тепловой нагрузки и по месяцам.

t0 = -30 0C. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления

 

Определим, используя формулы пересчета  часовые расходы на отопление и вентиляцию при температуре наружного воздуха tн= +80С.

        

Отложив на графике (см. рис. 2.а) значения и при tн= +8 0С, а также значения и при tн= t0 = -30 0C и соединив их прямой, получим графики = f (tн) и = f (tн). Для построения часового графика расхода теплоты на горячее водоснабжение, определим, используя формулу пересчёта, среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение для неотопительного периода .

График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение  не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой 12,21 МВт для отопительного периода и с ординатой 7,8 МВт для неотопительного периода. Просуммировав ординаты часовых графиков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для диапазона температур tн = +8 ¸ -30 0C и соединив их прямой получим суммарный часовой график . Для построения годового графика теплоты по продолжительности тепловой нагрузки находим продолжительности стояния температур наружного воздуха в часах с интервалом 50C и продолжительность отопительного периода для г. Уральска n0 = 4770 ч. Данные сводим в таблицу №2.

 

Таблица 2 - Продолжительность стояния температур наружного воздуха

 

Продолжительность стояния, n, час

Температура наружного воздуха

-40

-35

-35

-30

-30

-25

-25

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0

0

+5

+5

+8

n

0

2

15

81

264

493

715

810

1240

1150

Темпера

туры

-35 и ниже

-30 и ниже

-25 и ниже

-20 и ниже

-15 и ниже

-10 и ниже

-5 и ниже

0 и ниже

+5 и ниже

+8 и ниже

ån

0

2

17

98

362

855

1570

2380

3620

4770


 

 

График по продолжительности тепловой нагрузки (см. рис. 2 б) строится на основании  суммарного часового графика  . Для этого из точек на оси температур (+8, 0, -10, -18, -30) восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с линией суммарного часового графика и из точек пересечения проводим горизонтальные прямые до пересечения с перпендикулярами, восстановленными из точек на оси продолжительности, соответствующих данным температурам. Соединив найденные точки плавной кривой, получим график по продолжительности тепловой нагрузки за отопительный период в течение 4770 часов. Затем построим график по продолжительности тепловой нагрузки за неотопительный период, для чего проведем прямую параллельную оси абсцисс с ординатой равной = 7,8 МВт до расчетной продолжительности работы системы теплоснабжения в году равной 8400 часов.

Рис.2           а - часовые графики теплового  потребления

б - годовой график по продолжительности тепловой нагрузки

 

Для построения годового графика теплового  потребления по месяцам находим  среднемесячные температуры наружного  воздуха. Затем, используя формулы пересчета определим часовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию для каждого месяца со среднемесячной температурой ниже +8 0C. Определим суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода как сумму часовых расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Для месяцев неотопительного периода (с >+8) суммарный расход теплоты будет равен среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение = 7,8 МВт. Выполним расчеты для января

Аналогично выполняем  расчёты и для других месяцев  отопительного периода. Расчёты  сведём в табл. 3. Используя полученные данные, построим годовой график теплового  потребления по месяцам (см. рис 3)

 

Таблица 3 

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам года

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам

Среднемесячные  температуры наружного воздуха

Ян

Фев

Март

Апр

Май

Июнь

Июль

Авг

Сен

Окт

Нояб

Дек

-14,2

-13,8

-7,3

5,5

14,9

20,2

25

20

13,7

5,1

-3,6

-10,6

39,39

38,91

30,95

15,29

          

15,78

26,43

34,99

6,30

6,22

4,95

2,45

          

2,53

4,23

5,60

12,21

12,21

12,21

12,21

7,81

7,81

7,81

7,81

7,81

12,21

12,21

12,21

57,91

57,34

48,12

29,95

7,81

7,81

7,81

7,81

7,81

30,52

42,86

52,80


 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчет и построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление.

t1= 130 0С- температуры сетевой воды в подающей магистрали

t2= 70 0С- температуры сетевой воды в обратной магистрали

t3= 95 0С- температуры сетевой воды после элеватора.

tнро = -30 0С.- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления.

tв= 18 0С- расчетная температура воздуха внутри помещения  .

tгв = 60 0С- температура горячей воды в системах горячего водоснабжения.

tс= 50С температура холодной воды.

aб= 1,2- Балансовый коэффициент для нагрузки горячего водоснабжения. Схема включения водоподогревателей систем горячего водоснабжения паралельная.

 

Предварительно выполним расчет и построение отопительно-бытового графика температур с температурой сетевой воды в подающем трубопроводе для точки излома =70 0С. Значения температур сетевой воды для систем отопления t01; t02; t03 определим используя расчетные зависимости для температур наружного воздуха tн= +8; 0; -10; -18; -30 0С

Определим значения величин , используя формулы: 

Для tн = +8 0С значения t01, t02 ,t03  соответственно составят:

 

Аналогично выполняются  расчеты температур сетевой воды и для других значений tн. Используя расчетные данные и приняв минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе = 70 0С, построим отопительно-бытовой график температур (см. рис. 4). Точке излома температурного графика будут соответствовать температуры сетевой воды = 70 0С, = 44,9 0С,  = 55,3 0С, температура наружного воздуха = 0 0С. Полученные значения температур сетевой воды для отопительно-бытового графика сведем в таблицу 4. Далее приступаем к расчету повышенного температурного графика. Задавшись величиной недогрева Dtн= 7 0С определим температуру нагреваемой водопроводной воды после водоподогревателя первой ступени

Определим балансовую нагрузку горячего водоснабжения

Определим суммарный перепад температур сетевой воды d  в обеих ступенях водоподогревателей

Определим перепад температур сетевой воды в водоподогревателе  первой ступени  для диапазона температур наружного воздуха от tн= +8 0С до t'н = 0 0С

Определим для указанного диапазона температур наружного воздуха перепад температур сетевой воды во второй ступени водоподогревателя

Определим значения величин d2 и d1 для диапазона температур наружного воздуха tн от t'н = 0 0С до t0= -300С. Так, для tн= -10 0С эти значения составят:

   

          

Аналогично выполним расчеты величин d2 и d1 для значений tн= -18 0С и tн= -30 0С. Определим температуры сетевой воды и в подающем и обратном трубопроводах для повышенного температурного графика:

Так, для tн= +8 0С и tн= 0 0С эти значения составят

для tн = -10 0С

Аналогично выполним расчеты для значений tн = -18 0С и -30 0С. Полученные значения величин d2, d1, , сведем в таблицу 4.

Для построения графика температуры  сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов систем вентиляции в диапазоне температур наружного воздуха tн = +8 ¸ 0 0С используем формулу:

Определим значение t2v для tн= +8 0С. Предварительно зададимся значением 0С.  Определим температурные напоры в калорифере и соответственно для tн= +8 0С и tн= 0 0С

Вычислим левые и  правые части уравнения

Левая часть           

Правая часть            

Поскольку численные  значения правой и левой частей уравнения  близки по значению (в пределах 3%), примем значение как окончательное.

Для систем вентиляции с  рециркуляцией воздуха определим, температуру сетевой  воды   после   калориферов     t2v            для    tн= tнро = -300C.

                                    

Здесь значения Dt ; t ; t соответствуют tн = tv= -18 0С. Поскольку данное выражение решается методом подбора, предварительно зададимся значением t2v = 410С. Определим значения Dtк и Dt

Далее вычислим левую часть выражения 

                              

Поскольку левая часть  выражения близка по значению правой (1,00»1), принятое предварительно значение t2v = 41 0С будем считать окончательным. Используя данные таблицы 4 построим отопительно-бытовой и повышенный температурные графики регулирования (см. рис. 4).

 

Таблица 4

Расчет температурных  графиков регулирования для закрытой системы теплоснабжения.

 

tН

t10

t20

t30

d1

d2

t1П

t2П

t2V

8

70

44,9

55,3

6,015

8,955

76,015

35,945

21

0

70

44,9

55,3

6,015

8,955

76,015

35,945

44,9

-10

87,6

52,6

67,2

4,284

10,687

91,900

41,929

52,6

-18

104,9

59,9

78,6

2,657

12,313

107,522

47,551

59,9

-30

130

70

95

0,382

14,588

130,382

55,412

41


 

 

 

 

Рис.4.  Температурные  графики регулирования для закрытой системы теплоснабжения (¾ отопительно-бытовой; --- повышенный)

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение расходов сетевой воды.

 

Расчетный расход сетевой  воды, кг/ч, для определения диаметров  труб в водяных тепловых сетях  следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

Квартал №1

 на отопление

на вентиляцию

на горячее  водоснабжение 

в закрытых системах теплоснабжения

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

максимальный, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

 

расчетные тепловые потоки приводятся в Вт, теплоёмкость  с  принимается равной 4,187 кДж/кг*0С. Расчет по этим формулам производится поэтапно, для температур .

Суммарные расчетные  расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных  тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле:

                                                        (46)

где k3 – коэффициент, учитывающий долю среднечасового расхода  воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления. Для закрытых систем теплоснабжения с тепловым потоком менее 100 МВт k3=1,2 [1].

 

Объект

Расход сетевой воды, кг/ч

  

Расход сетевой воды, кг/ч

Gomax

Gvmax

Ghmax

Ghm

Gd

  

№ участка

G

кв 1

112,2

13,5

228,5

95,2

240

  

1

1800

кв 2

168,3

20,2

342,8

142,8

360

  

2

1200

кв 3

224,4

26,9

457,1

190,4

480

  

3

720

кв 4

336,6

40,4

685,6

285,7

720

  

4

600

Сумма

841,5

101,0

1714,0

714,2

1800

  

5

240

             

6

360

             

7

480


  1. Гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловой сети закрытой системы теплоснабжения.

Расчетная схема теплосети  от источника теплоты (ИТ) до кварталов  города (КВ) приведена на рис.6. Для  компенсации температурных деформаций предусмотреть сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали принять в размере 30-80 Па/м.

 


 

Рис.6.  Расчетная схема  магистральной тепловой сети.

 

Расчет выполним для  подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную  и загруженную ветвь теплосети  от ИТ до КВ 4 (участки 1,2,3) и приступим к ее расчету. По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе [6,7], а также в приложении №12 учебного пособия, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3 диаметры трубопроводов dнxS, мм, фактические удельные потери давления R, Па/м, скорости воды V, м/с.

По известным диаметрам  на участках главной магистрали определим  сумму коэффициентов местных  сопротивлений Sx и их эквивалентные длины Lэ. Так, на участке 1 имеется головная задвижка (x = 0,5), тройник на проход при разделении потока (x = 1,0), Количество сальниковых компенсаторов         (x = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l. Согласно приложению №17 учебного пособия для Dу=700 мм это расстояние составляет 160 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 300 м следует предусмотреть два сальниковых компенсатора. Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx на данном участке составит

Sx = 0,5+1,0 + 2 × 0,3 = 2,1

По приложению №14 учебного пособия (при Кэ= 0,0005м) эквивалентная длина lэ для x = 1,0 равна 38,9 м. Эквивалентная длина участка Lэ составит

                                      Lэ= lэ × Sx = 38,9 ×2,1 = 81,69 м

Далее определим приведенную  длину участка Lп

                                      Lп=L + Lэ= 300 + 81,69 = 381,69 м

Затем определим потери давления DP на участке 1

                                      DP = R × Lп = 40 × 381,69 = 15267 Па

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2 и 3 главной  магистрали (см. табл. 6 и табл.7).

Далее приступаем к расчету  ответвлений. По принципу увязки потери давления DP от точки деления потоков до концевых точек (КВ) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

                           DP4+7 = DP2+3 ; DP7 = DP6 ; DP8 = DP3 ; DP5 = DP1+2+3

Исходя из этих условий, найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для  ответвления с участками 4 и 7 получим

                                       

Коэффициент a, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определим по формуле

                                

тогда                  Па/м

Ориентируясь на R = 45,38 Па/м определим по таблицам гидравлического расчета диаметры трубопроводов, удельные потери давления R, скорости V, потери давления DР на участках 4 и 5. Аналогично выполним расчет ответвлений 6 и 7, определив предварительно для них ориентировочные значения R.

 Па/м

 Па/м 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

Расчет эквивалентных  длин местных сопротивлений

 

№ участка

dн х S, мм

L, м

Вид местного сопротивления

x

Кол-во

åx

lэ ,м

Lэ,м

1

720х12

300

1. задвижка

0,5

1

2,1

38,9

81,69

2. сальниковый  компенсатор

0,3

2

3. тройник  на проход при разделении потока

1

1

2

630х11

350

1. внезапное  сужение

0,5

1

2,4

32,9

78,96

2. сальниковый  компенсатор

0,3

3

3. тройник  на проход при разделении потока

1

1

3

530х9

650

1. внезапное  сужение

0,5

1

2,4

32,9

78,96

2. сальниковый  компенсатор

0,3

3

3. задвижка

0,5

1

4

426х9

450

1.внезапное  сужение

0,5

1

3,2

19,8

63,36

2. задвижка

0,5

1

3. сальниковый компенсатор

0,3

4

4. тройник  на проход

1

1

5

377х9

500

1. сальниковый  компенсатор

0,3

5

2,5

16,9

42,25

2. задвижка

0,5

1

3.внезапное  сужение

0,5

1

6

377х9

200

1.внезапное  сужение

0,5

1

3,2

16,9

54,08

2. сальниковый  компенсатор

0,3

2

3. задвижка

0,5

3

4. отвод 900

0,6

1

7

426х9

400

1.внезапное  сужение

0,5

1

2,4

19,8

47,52

2.задвижка

0,5

2

3.сальниковый  компенсатор

0,3

3