Проектирование систем централизованного теплоснабжения района города Вологды от газовой котельной и отопления жилого здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Централизованное теплоснабжение района города

1.1 Основные понятия и элементы системы

1.2 Исходные данные и сведения об исследуемой системе

1.3 Определение расходов тепловой энергии

1.4 Определение часовых расходов теплоносителя

1.5 Гидравлический расчет тепловых сетей на ЭВМ

1.5.1 Основные расчетные зависимости

1.5.2 Конструкторский расчет тепловой сети

1.5.3 Поверочный расчет тепловой сети

1.5.4 Центральное качественное регулирование тепловой нагрузки. Построение повышенного графика регулирования отпуска теплоты

1.5.5 Построение графика напоров для водяной тепловой сети (пьезометрический график)

2. Котельная. основное оборудование, принцип работы

2.1 Принцип работы котельной

2.2 Принцип работы водогрейного котла

2.3 Система химводоочистки

2.3.1 Процесс умягчения питательной воды

2.3.2 Процесс взрыхления

2.3.3 Процесс регенерации

2.3.4 Процесс отмывки

2.4 Паспортные данные основного оборудования

2.4.1 Котлы

2.4.2 Насосы

2.4.3 Фильтры

3. Технико-экономическая оценка наладки гидравлического режима тепловой сети

3.1 Краткое описание рассматриваемого объекта

3.2 Исходные данные

3.3 Определение технической эффективности

3.4 Определение снижения расходов на тепловую энергию

3.5 Определение снижения расходов на электроэнергию

3.6 Определение экономической эффективности

3.7 Расчет срока окупаемости мероприятия

4. Система водяного отопления жилого здания

4.1 Основные понятия и элементы системы

4.2 Теплотехнический расчет наружных ограждений

4.2.1 Жилое здание

4.2.2 Цокольный этаж

4.2.3 Энергетический паспорт здания

4.3 Определение теплопотерь в здании через наружные ограждения

4.4 Гидравлический расчет системы водяного отопления

5. Проектирование теплового пункта здания

5.1 Общие сведения по тепловым пунктам

5.2 Расчет и подбор основного оборудования

5.2.1 Исходные данные

5.2.2 Определение расходов воды на участках теплового пункта

5.2.3 Расчет и подбор водоподогревателя

5.2.4 Расчет и подбор циркуляционного насоса (для жилого здания)

5.2.5 Расчет и подбор подпиточного устройства (для жилого здания)

5.2.6 Расчет и подбор расширительного бака

6. Автоматизация теплового пункта здания

6.1 Основные положения

6.2 Контрольно-измерительные приборы

6.2.1 Местные приборы

6.2.2 Системы автоматического контрол0

6.2.3 Системы автоматического регулирования подачи тепловой энергии

6.3 Подбор регулирующего органа (для жилого здания)

6.4 Спецификация на технические средства автоматизации

7. Безопасность жизнедеятельности

7.1 Правила техники безопасности при обслуживании тепловых сетей96

7.2 Правила техники безопасности при работе в газовых котельных

7.3 Правила техники безопасности при обслуживании тепловых пунктов

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

В дипломный проект «Проектирование систем централизованного теплоснабжения района города Вологды от газовой котельной и отопления жилого здания», как видно из названия, включены и рассмотрены две крупные теплоэнергетические темы: система централизованного теплоснабжения района города и проектирование системы водяного отопления отдельно взятого здания.

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров. Но на практике, к сожалению, это встречается редко. Разрегулированная система теплоснабжения - это одна из самых распространенных проблем в теплоэнергетике. Подача теплоносителя в системы теплопотребления, не соответствующего расчетным значениям, создает не только условия теплового дискомфорта в отапливаемых зданиях с нарушением санитарно-гигиенических требований, но и приводит к увеличению потребления природных энергоресурсов на источниках производства тепла. Проблема энерго- и ресурсосбережения является актуальной проблемой в настоящее время. Для целей теплоснабжения приходится сжигать более 30% всего добываемого в стране топлива, что составляет около 600 млн. т.у.т. Повышение надежности и долговечности систем транспорта тепла является важнейшей экономической задачей при проектировании, строительстве и эксплуатации теплопроводов. Из большого количества энергосберегающих мероприятий в теплоснабжении оптимизация гидравлического режима тепловой сети является наиболее эффективной. Именно этот важный вопрос является ключевым вопросом первой части выпускной квалификационной работы. В качестве исследуемого объекта в дипломном проекте представлена система теплоснабжения газовой котельной ОАО с/х «Заречье» (г. Вологда). Кроме того, в первой части диплома представлено краткое описание самой котельной, особенности ее работы, связанной с производством и распределением тепловой энергии.

Во второй части дипломного проекта разработана и запроектирована система водяного отопления здания с учетом современных технических решений. Конструктивные особенности здания соответствуют современным показателям энергетической эффективности и требованиям, предписываемым к теплозащите зданий. Двухтрубные системы с индивидуальными автоматическими регуляторами на отопительных приборах с использованием новейших средств автоматизации в наше время получили широкое распространение. Отдельным разделом второй части выпускной квалификационной работы является проектирование теплового пункта для разработанной системы отопления. В данном разделе рассмотрены правила подбора основного оборудования теплового пункта по новейшим методам и существующим технологиям. Тепловой пункт полностью соответствует настоящим требованиям автоматизации технологических процессов (приборы автоматической регистрации и учета теплопотребления, регулирование подачи теплоты в систему отопления), позволяющим сократить расходы энергопотребления (30%-35% в годовом разрезе и 60%-70% в переходные периоды) и создать благоприятные условия микроклимата в каждом отдельном помещении. Кроме того, автоматизированная работа оборудования теплового пункта улучшает экологическое состояние окружающей среды, сокращая выбросы в атмосферу продуктов сгорания сэкономленного топлива. В состав производителей оборудования системы отопления и теплового пункта включены такие известные передовые фирмы, как Danfoss, Wilo, Purmo и др. В гидравлических расчетах системы отопления, в подборе оборудования использовано современное высокоэффективное программное обеспечение, позволяющие произвести безошибочный расчет за короткий срок. Описания программ приведены в соответствующих разделах дипломного проекта.

1. Централизованное теплоснабжение района города

1.1 Основные понятия и элементы системы

Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений.

В качестве теплоносителя для теплоснабжения городов используют горячую воду, а для теплоснабжения промышленных предприятий - водяной пар. Теплоноситель от источников тепла транспортируется по теплопроводам. Горячая вода поступает к потребителям по подающим теплопроводам, отдает в теплообменниках свое тепло и после охлаждения возвращается по обратным теплопроводам к источнику тепла. Таким образом, теплоноситель непрерывно циркулирует между источником теплоты и потребителями. Циркуляцию теплоносителя обеспечивает насосная станция источника тепла.

В состав тепловых сетей входят теплопроводы; компенсаторы, воспринимающие температурные удлинения; отключающее, регулирующее и предохранительное оборудование, устанавливаемое в специальных камерах или павильонах; насосные станции; районные тепловые пункты (РТП) и индивидуальные тепловые пункты (ИТП) [1].

Система централизованного теплоснабжения - это система, состоящая из одного или нескольких источников теплоты, тепловых сетей (независимо от диаметра, числа и протяженности наружных теплопроводов) и потребителей теплоты [2].

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения ее можно разделить на следующие четыре группы [3]:

- групповые (теплоснабжение от одного источника группы зданий);

- районные (теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий, район);

- городские (теплоснабжение от одного источника нескольких районов);

- межгородские (теплоснабжение от одного источника нескольких городов).

Подготовка теплоносителя проводится в специальных так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (квартальных) или промышленных котельных.

1.2 Исходные данные и сведения об исследуемой системе

В дипломном проекте рассматривается система централизованного теплоснабжения района «Заречье» (г. Вологда). В качестве теплоносителя в системе используется вода из городского водопровода. Источником теплоты является близлежащая отопительная газовая котельная (см. главу 2), собственность местной организации ОАО с/х «Заречье». Водяная теплосеть - двухтрубная. Прокладка трубопроводов - подземная. Тепловые пункты в жилых и общественных зданиях - индивидуальные. Регулирование подачи теплоты - качественное. График работы котельной при температуре наружного воздуха - .

Тепловая сеть, снабжающая теплотой потребителей, разбита на участки с общими расходами теплоносителя. Потребителями теплоты являются не только предприятия, находящиеся в ведомстве ОАО «Заречье» (например, телятник, контора, гаражи и теплицы), но и жилые дома района, а также частные организации (например, ООО «Окор»), с которыми заключены договоры на отпуск теплоты. Тепловая энергия воды идет на отопление, горячее водоснабжение (в индивидуальных тепловых пунктах установлены водоподогревателя горячего водоснабжения), а в некоторых случаях и на вентиляцию зданий (общественные и производственные здания). В целом к тепловой сети подключено тридцать отдельно стоящих объектов.

1.3 Определение расходов тепловой энергии

При решении любых вопросов, связанных с теплоснабжением зданий, необходимо знать тепловые нагрузки, которые являются базой для всех последующих расчетов и подбора оборудования. Под тепловой нагрузкой понимают расчетный максимальный часовой расход теплоты на отопление , , вентиляцию , , и горячее водоснабжение (дальше ГВС) , , зданий. Расчетная тепловая нагрузка на здание будет равна сумме выше перечисленных нагрузок.

Проектировочный максимальный часовой расход теплоты на отопление , , можно рассчитать по следующей формуле [4]:

,

где - поправочный коэффициент, учитывающий зависимость отопительной характеристики здания от расчетной температуры наружного воздуха ,;

- удельная отопительная характеристика здания, , зависящая от его назначения и объема, принимается по [4];

- объем зданий по наружному обмеру, необогреваемые объемы здания не учитываются, ;

- усредненная температура внутреннего воздуха в здании, для жилых заданий , для общественных и производственных помещений ;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, для города Вологды - .

Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле:

.

Проектировочный максимальный часовой расход теплоты на вентиляцию , , можно определить по следующей формуле [4]:

,

где - удельная вентиляционная характеристика здания, , зависящая от его назначения и объема, принимается по [4].

Максимальный часовой расход теплоты на ГВС , , можно определить по следующей формуле [5]:

,

где - удельная массовая теплоемкость воды, равная ;

- плотность воды, при температуре равна ;

- средний часовой расход воды на горячее водоснабжение, ;

- средняя температура, разбираемая потребителями горячей воды, ;

- средняя температура холодной воды за отопительный период, ;

- коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, для расчетов можно использовать таблицу 2 приложения 2 в [5], где ;

- число жителей, проживаемых в здании;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, принимается по таблице 1 приложения 2 в [5].

1.4 Определение часовых расходов теплоносителя

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов разбивается на расчетные участки. Расчетным участком называют отрезок трубопровода между двумя ответвлениями, на протяжении которого диаметр трубопровода и величина расхода теплоносителя остается неизменной. Расход сетевой воды на участке является необходимой величиной для определения диаметров трубопроводов и потерь давления в них.

Расчетный часовой расход воды на здание, , в закрытых системах теплоснабжения зависит от схем присоединения подогревателей горячего водоснабжения, графика регулирования отпуска теплоты и в общем виде определяется как сумма расчетных расходов воды на отопление , , вентиляцию , и ГВС , , [5]:

.

Расчетные часовые расходы сетевой воды на отопление , , и вентиляцию , , определяются по формулам соответственно:

.

.

где - расчетная температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, ;

- расчетная температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети, .

Расчетные часовые расходы сетевой воды на ГВС при различных схемах присоединения водоподогревателей определяются по формулам, приведенным в приложении 10 [5].

Расчетные значения тепловых нагрузок, расходы воды на отопление, вентиляции и ГВС приведены в таблице 1.1 дипломного проекта. Кроме того, в таблице указаны расчетные расходы воды на здания, необходимые для гидравлического расчета теплосети.

Таблица 1.1 - Суммарные тепловые нагрузки и расходы воды по котельной с/х «Заречье»

1.5 Гидравлический расчет тепловых сетей на ЭВМ

Одним из наиболее важных вопросов при проектировании и наладке тепловых сетей является гидравлический расчет трубопроводов. Основной задачей гидравлического расчета трубопроводов тепловых сетей является определение диаметров трубопроводов и потерь давления при заданных расходах теплоносителя или определение пропускной способности трубопроводов при заданном располагаемом перепаде давления.

Для снижения трудоемкости и повышения качества проектирования на кафедре теплогазоснабжения и вентиляции существует программа «SETI» для гидравлического расчета тупиковых водяных тепловых сетей. При подготовке исходных данных для выполнения гидравлического расчета на ЭВМ строится расчетная схема, на которой условно (без масштаба, без соблюдения конфигурации и в одну линию) показывается тепловая сеть с нанесением на нее начальной точки (в нашем случае котельной), конечных точек сети (потребителей) и всех расчетных участков. Участки нумеруются и их длины проставляются в метрах.

На каждом участке сети в расчетной схеме указывается номер точки начала участка, номер точки конца участка, длина участка в метрах, расчетный расход сетевой воды в , сумма коэффициентов местных сопротивлений (при необходимости) и внутренний диаметр (при поверочном расчете, см. 1.5.3).

Нумерация участков сети при принятом в программе способе ее кодировки должна производиться следующим образом:

- начальная точка сети (котельная) нумеруется цифрой (ноль);

- конечные точки сети (потребители) нумеруются в произвольном порядке целыми числами от до , где - количество потребителей;

- все остальные узловые точки сети (точки соединения участков) нумеруются числами, не совпадающими с нумерацией систем теплопотребления [6].

Ниже в дипломном проекте представлен конструкторский и поверочный расчеты, выполненные по данной программе.

1.5.1 Основные расчетные зависимости

Задачей гидравлического расчета является определение максимально возможного использования на каждом маршруте располагаемого в начальной точке сети перепада давления, т.е. при расчете участков сети на маршруте к -му потребителю должно соблюдаться условие [6]:

,

где - разность давлений в подающем и обратном трубопроводе в начальной точке сети, ;

- сумма потерь давления в подающем и обратном трубопроводе на -ом маршруте, ;

- потери давления на участке сети, ;

- количество расчетных участков сети на маршруте;

- требуемый перепад давления на вводе у -го потребителя, .

Потери давления , , на участке сети находятся из выражения:

,

где - потери давления на трение, ;

- потери давления в местных сопротивлениях, ;

- удельные потери давления на трение, ;

- геометрическая длина участка трубопровода, ;

- эквивалентная длина местных сопротивлений, ;

- приведенная длина участка трубопровода, .

Удельные потери давления на трение , , определяются по выражению:

,

где - коэффициент гидравлического трения;

- скорость теплоносителя, ;

- плотность теплоносителя (в нашем случае - воды), ;

- внутренний диаметр трубопровода, ;

- расчетный часовой расход теплоносителя на участке, .

При турбулентном режиме движения жидкости коэффициент трения для стальных трубопроводов находят по разным формулам, выбираемым с учетом предельного значения критерия Рейнольдса , характеризующего границы переходной области и области квадратичного закона.

Предельное значение критерия Рейнольдса равно:

,

где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубопроводов, .

Критерий Рейнольдса следует определять по формуле:

,

где - коэффициент динамической вязкости, ;

- коэффициент кинематической вязкости, .

При (переходная область) коэффициент трения определяют по формуле Кольбрука-Уайта:

,

где - число Рейнольдса;

- предельное число Рейнольдса.

При (область квадратичного закона) коэффициент трения определяют по формуле Прандтля-Никурадзе:

.

,

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Иногда, в случае отсутствия данных о характере и количестве местных сопротивлений на трубопроводах тепловой сети, допускается определять эквивалентную длину местных сопротивлений по упрощенной формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления по отношению к , который принимается в зависимости от вида компенсатора и диаметров трубопроводов.

Диаметр трубопровода , на участке сети подбирается с помощью выражения:

,

где - коэффициент, зависящий от единиц измерения и ;

- средняя величина удельных потерь давления на трение, , определяемая по формуле:

,

где - располагаемый перепад давления в начале рассчитываемого участка, ;

- требуемый перепад давления на вводе абонента, ;

- расстояние по трассе сети от начала рассчитываемого участка до потребителя, .

1.5.2 Конструкторский расчет тепловой сети

Конструкторский расчет выполняют для проектирования новой тепловой сети. Главной задачей конструкторского расчета является определение оптимальных диаметров трубопроводов для заданного располагаемого давления , .

Для расчета в программу «SETI» вводятся количество потребителей; количество участков тепловой схемы; номера точек начала участка; номера точек конца участка; длина участка , ; расчетный расход сетевой воды на участке , ; сумма коэффициентов местных сопротивлений (при необходимости); коэффициент , учитывающий используемые в расчете единицы измерения потерь давления и напора. В технической системе единиц потери напора в программе определяются в метрах водяного столба, , и коэффициент принимается равным . Кроме того, указывается расчетная температура воды в подающем , , и обратном , , трубопроводе и необходимые перепады давления у потребителей , . Для вновь проектируемых водяных тепловых сетей эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубопроводов принимается равной . Коэффициент , учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях при П-образных компенсаторах принимается равным .

Требуемый перепад давлений на вводах у потребителей , , зависит от вида присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети. Если для работы различных потребителей, присоединяемых по разным схемам к рассчитываемой тепловой сети, требуются разные величины перепадов давления, то их вводят непосредственно в самом расчете для каждого подключенного здания. Примем в нашем случае (рекомендуемое значение).

Исходные данные и результаты расчета тепловой сети распечатываются на выходном документе ЭВМ в табличной форме, сопровождаясь текстовым материалом. После заголовка печатаются исходные данные. Результаты расчета выдаются на печать по маршрутам. Таблица результатов расчета включает в себя 10 граф: номер участка; геометрическая длина участка , ; эквивалентная длина участка , ; расход воды на участке , ; типоразмер трубопровода (наружный диаметр и толщина стенки , ). Кроме того, в итоговом расчете указывается скорость воды на участке , ; удельные потери давления на трение , ; общие потери давления на участке , ; сумму потерь давления по маршруту от начальной точке сети до рассчитываемого участка , . В последней строке указывается действительный располагаемый перепад давления у данного потребителя , .

Итоги конструкторского расчета представлены в обязательном приложении 1 дипломного проекта.

1.5.3 Поверочный расчет тепловой сети

Поверочный расчет выполняется с целью наладки гидравлического режима существующей тупиковой тепловой сети. При разрегулированной системе потребители, расположенные радом с источником теплоснабжения, будут испытывать перегрев, так как поток теплоносителя буде двигаться в сторону меньшего гидравлического сопротивления, а удаленные здания - недогрев из-за несоответствия фактических значений расхода теплоносителя расчетным. Чтобы это предотвратить, необходимо сдросселировать избыточный напор у потребителя до необходимого значения. Одним из самых распространенных способов создания искусственного сопротивления является установка перед вводом в здание на подающем трубопроводе дроссельной шайбы, диаметр которой рассчитывается по следующей формуле [6]:

,

где - коэффициент, зависящий от единиц измерения величин в формуле, здесь ;

- расчетный расход сетевой воды, по таблице 1.1 дипломного проекта, ;

- избыточный напор, дросселируемый диафрагмой, .

На формуле (1.19) базируется принцип расчета диаметров дроссельных диафрагм программой «SETI». В программу вводятся количество потребителей, количество участков тепловой схемы, номера точек начала участка, номера точек конца участка, длины участков , ; расчетные расходы сетевой воды , ; внутренний диаметр трубопровода , . Кроме того, указывается эквивалентная шероховатость труб , ; температурный режим, на котором работает котельная; потери давления в оборудовании потребителей , ; располагаемый напор в начальной точке сети и вид компенсаторов тепловых удлинений трубопроводов (вид будет учитывать долю потерь давления в местных сопротивлениях ).

Результаты расчета выдаются на печать по маршрутам в табличной форме. В них указывается расчетные данные, что и в конструкторском расчете (см. 1.5.2) за исключением располагаемого перепада давления на вводе потребителя , . Вместо него будет рассчитан избыточный перепад давления на вводе к каждому потребителю , , по следующей формуле:

,

где - располагаемый перепад давления на здание, ;

- потери давления в системе водяного отопления или в водоподогревателе горячего водоснабжения, примем равным (рекомендуемое значение).

Итоги поверочного расчета представлены в обязательном приложении 2 дипломного проекта.

1.5.4 Центральное качественное регулирование тепловой нагрузки. Построение повышенного графика регулирования отпуска теплоты

Наличие нагрузки горячего водоснабжения увеличивает расход сетевой воды, что приводит к увеличению диаметров труб, а, следовательно, и стоимости тепловой сети. Значительное сокращение расчетных расходов воды достигается при центральном качественном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. При этом методе регулирования в системе поддерживается постоянный расход сетевой воды, равный расчетному расходу на отопление. Отопительный график позволяет целесообразно использовать тепловую энергию, а, значит, и топливо в условиях энергосбережения пропорционально температуре окружающей среды.

График теплоты - это декартовая координатная плоскость, осью абсцисс которой является заданная температура наружного воздуха (в нашем случае от до , ) или относительный расход тепла, рассчитываемый по формуле [7]:

,

где - средняя внутренняя температура воздуха в помещении, ;

- заданная температура наружного воздуха, ;

- расчетная температура воздуха для проектирования системы отопления, .

Ось ординат будет осью для нанесения следующих температур:

- температура воды в подающем трубопроводе (перед узлом смешения):

,

где - температурный напор при смешении воды в узле ввода, , равный:

- расчетная разность температур сетевой воды, ;

- расчетный перепад температур в отопительной системе, .

Температурный напор при смешении воды в узле ввода рассчитывается по формуле:

,

где - расчетная температура воды после узла смешения, ;

- расчетная температура воды после системы теплопотребления, .

Используя приведенные выше данные, рассчитаем температурный напор по формуле (1.23):

,

- температура воды после смесительного устройства на вводе:

.

- температура воды после отопительной установки:

.

Подставляя различные относительные расходы тепла, находим соответствующие ему температуры теплоносителя перед и после узла смешения, а также после системы водяного отопления. В таблице 1.2 приведены результаты вычислений по выше приведенным формулам.

Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающем трубопроводе должна быть выше, чем требуется по отопительному графику. Для этого строится повышенный график. В данном случае большинство тепловых пунктов имеют двухступенчатую последовательную систему присоединения ГВС к тепловой сети (система отопления присоединена по зависимой схеме). Именно для этой системы будем строить повысительный график.

Таблица 1.2 - Численная зависимость основных температур от относительного расхода тепла

Qуд	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
tн	-32	-26,8	-21,6	-16,4	-11,2	-6	-0,8	4,4	9,6	14,8	20
ф1	130	119	108	97	86	75	64	53	42	31	20
t1	95	87,5	80	72,5	65	57,5	50	42,5	35	27,5	20
t2	70	65	60	55	50	45	40	35	30	25	20

Первоначально по данным таблицы 1.2 строим отопительно-бытовой график регулирования отпуска теплоты. Установим по полученному графику, что при , , , .

Суммарный перепад температур в ВПУ, , , рассчитывается по следующей формуле [7]:

,

где - величина остывания сетевой воды в подогревателе 1-й ступени для I и II-го диапазона соответственно, ;

- величина остывания сетевой воды в подогревателе 2-й ступени для I и II-го диапазона соответственно, ;

- коэффициент, численно равный отношению среднечасового расхода тепловой энергии на ГВС к максимальному расходу теплоты на отопление, примем для нашего случая равным .

Отсюда получаем:

.

Диапазон I. Предварительно определяем температуру воды на выходе из ВПУ 1-й ступени по формуле:

,

,

где - температура холодной воды, ;

- температура горячей воды, .

Перепад сетевой воды в нижней ступени в диапазоне I равен:

.

Температурный перепад воды во 2-й ступени ВПУ будет равен .

Тогда температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе будут равны соответственно (для диапазона I):

;

.

Диапазон II. Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят по формуле [7]:

.

.

Тогда по формуле (1.24) будет равно:

.

Тогда температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе будут равны соответственно (для диапазона II):

;

.

График температур при центральном регулировании по совместной нагрузке отопления и ГВС в закрытой системе теплоснабжения (повышенный температурный график) приведен в приложении 3 дипломного проекта.

1.5.5 Построение графика напоров для водяной тепловой сети (пьезометрический график)

Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в тепловой сети относительно местности, на которой она проложена. Пьезометрический график сети от котельной до наиболее удаленного потребителя строится по известным значениям , , , и , после подбора сетевого насоса и выполнения гидравлического расчета.

График строится в следующей последовательности [8]:

1. Наносятся оси координат в выбранном масштабе. Горизонтальный масштаб примем , а вертикальный - ;

2. Строится продольный профиль земли по трассе главной магистрали по абсолютным отметкам. Условимся считать область теплоснабжения равномерной по причине небольшого ее радиуса действия (расстояние от котельной до самого удаленного здания ) и преобладающей равнинной территории;

3. Откладывается отметка обратного пьезометра на котельной, равная напору на всасывающем патрубке сетевого насоса, , который примем равным ;

4. От точки , откладывается вверх фактический напор насоса, который в нашем случае равен . По известным значениям , , и , , наносят тонкие линии напоров , , и , . Значения потерь давления в подающем и обратном трубопроводе по участкам тепловой сети принимаются из гидравлического расчета (приложение 2) и откладываются на графике в ;

5. Производится анализ соблюдения всех требований к гидравлическому режиму. Напор в обратном трубопроводе должен обеспечивать залив верхних приборов систем отопления и не превышать допускаемое рабочее давление в местных системах (для чугунных радиаторов ). Напор в любой точке подающего трубопровода должен быть выше давления вскипания при максимальной температуре теплоносителя . В случае необходимости производится перемещение графика параллельно вверх или вниз, пока в сети не будут выполняться все требования к гидравлическому режиму. При этом на графике изменится величина напора на всасывающем патрубке насоса , ;

6. Проводится горизонтальная линия статического давления , , таким образом, чтобы давление в трубопроводах в случаи остановки сетевых насосов обеспечило залив верхних отопительных приборов в зданиях и не разрушило нижние приборы. Исходя из этих требований, минимальное положение должно быть на выше наиболее высоко расположенных приборов, а максимальное значение не должно превышать ;

7. На пьезометре необходимо указать напоры сетевого и подпиточного насоса.

При построении пьезометрического графика в период проектирования должны соблюдаться следующие условия [9]:

1. Напоры в присоединенных к сети системах теплопотребителей не должны быть больше допустимых. В отопительных абонентских системах допускаемый напор не должен превышать . Напор является предельным для обратной магистрали; в подающем трубопроводе он может быть выше , т. к. его всегда можно редуцировать (сдросселировать) в пределе до величины напора в обратной магистрали;

2. Обеспечение избыточного напора (выше атмосферного) во всех точках сети и абонентских система для предупреждения подсоса воздуха;

3. Обеспечение напоров, соответствующих температуре насыщения, в сети для предупреждения вскипания воды. Ни в одной из точек сети напор в подающей магистрали не должен быть ниже статического напора, т.е. пьезометрический график подающей магистрали не должен пересекать линию статического напора;

4. Минимальное значение напора перед сетевыми насосами должно быть не менее ;

5. Напор в местных системах потребителей не должен быть ниже статического самих местных систем (статический напор равен высоте системы). В противном случае возможно опорожнение верхней части систем и засасывание воздуха;

6. В точках присоединения потребителей располагаемые напоры должны соответствовать потерям напора в местных системах при пропуске теплоносителя в расчетных количествах.

Пьезометрический график распределения давления в тепловой сети приведен в приложении 4 дипломного проекта.

2. Котельная. основное оборудование, принцип работы

2.1 Принцип работы котельной

Котельная ОАО с/х «Заречье» является газовой котельной с установленными водогрейными котлами. Котельная состоит из системы циркуляции сетевой воды в системе теплоснабжения и системы подпитки сети водой из водопровода или из баков тепличного комбината. Тепличный комбинат подает воду в бак резерва воды в случае недостатка теплоносителя из водопровода. Основная часть воды, идущая из водопровода, поступает в узел подготовки (натрий-катионитные фильтры для удаления примесей). С помощью фильтров удаляются примеси, инородные вещества, а также соли, являющиеся источниками образования накипи и солевых отложений на стенках трубопроводов и оборудования (информация о работе системы химводоочистки представлена в 2.3.). После водоочистки вода поступает в деаэратор (расположен на улице) для удаления из нее агрессивных газов (углекислого газа и кислорода) с целью предотвращения коррозии. В экстренных случаях при аварии деаэратора используется резервный участок. Очищенная вода нагнетается подпиточными насосами (в котельной их два, один из которых резервный, соединение насосов - параллельное) в обратный трубопровод Т2. Если напора не хватает для перекачивания воды, используют насос повышения напора подпиточной воды. Из тепловой сети трубопроводом Т2 вода с температурой подается сетевыми насосами в водогрейные котлы. При ремонте насоса движение воды перекрывается задвижками, после насоса стоит обратный клапан. Главная функция клапана - предотвращение движения воды в обратном направлении. Основная часть нагретой воды в котлах поступает в подающую магистраль теплосети. Часть воды идет на потребительские нужды персонала котельной (в водоподогреватель «Титан», в санузлы, душевые и т. д.). Для снижения температуры воды в подающей магистрали в соответствии с применяемым качественным методом регулирования теплоты происходит подмешивание холодной воды сетевыми насосами. Количество подмешиваемой воды регулируется клапаном в зависимости от величины заданной нагрузки.

2.2 Принцип работы водогрейного котла

Работа котлоагрегата начинается с растопки. Перед растопкой котла должна быть тщательно проверена готовность соответствующего оборудования (топки, газоходов, запорных и регулируемых устройств, КИП, арматуры и т. д.). Растопка котла должна производиться при слабом огне, уменьшенной тяге и нормальной работе циркуляционных насосов. Зажигание газовой горелки (источник горения - природный газ) производится при помощи растопочного факела, который вносится в топку к устью включенной горелки. После этого немедленно открывается вентиль на входе в горелку и осуществляется наблюдение за тем, чтобы газ сразу загорелся. При возгорании газа начинается интенсивный подвод воздуха одновременно с регулированием пламени в горелке. После получения устойчивого факела его удаляют из топки. Если при растопке погаснут все или часть горелок, то немедленно прекращается подача газа к горелкам с извлечением из топки растопочного факела и вентиляцией топки и газоходов в течение 10-15 минут. Только после этого приступают к повторной растопке котла. Угарный газ после сгорания топлива выводится из топки дымососами (их три, для каждой печи отдельный), а затем удаляется в окружающую среду через дымовую трубу.

2.3 Система химводоочистки

Правильная организация эксплуатации водоподготовительного оборудования должна обеспечить надежную экономическую работу котельной, путем предотвращения накипеобразования, коррозии металла и загрязнения воды. Наиболее опасным видом затруднений, вызываемых этими последствиями неправильного введения или отсутствия водоподготовки, является выход из строя основного оборудования котельной (котлы, трубопроводы). Весьма серьезными является также понижения экономичности работы теплосилового оборудования, вызываемое в основном ухудшением теплопередачи вследствие отложения на поверхности нагрева накипи, шлама, продуктов коррозии, а также вызывает перерасход сжигаемого в топке котла топлива. Увеличивается расход воды, реагентов, связанный с ликвидацией последствий неудовлетворительной работы оборудования водоподготовки (удаление накипи, солевых отложений и т. д.).

Основным фактором эффективной работы теплоэнергетического оборудования является чистота контактирующих с водой поверхностью металла - труб котла.

Для предотвращения указанных нарушений теплоэнергетического производства из-за загрязнения поверхности труб котла необходимо [10]:

- максимальное снижение концентрации в питательной воде как растворенных, так и нерастворенных взвешенных веществ;

- снижение агрессивности агентов, вызывающих коррозию металла;

- соблюдение необходимых норм качества воды.

Современные методы физико-химической обработки природной воды позволяют обеспечить выполнение перечисленных выше условий, гарантирующих безаварийную работу основных агрегатов теплоэнергетического производства.

В котельной установлено три натрий-катионитных фильтра, работающих по схеме двухступенчатого натрий-катионировния. На ионитных фильтрах происходит снижение загрязнения исходной воды до эксплуатационных норм методом ионного обмена. Ионитный метод обработки воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями, сорбируя из обрабатываемой воды одни ионы и отдавая в раствор эквивалентное количество других ионов, которыми ионит периодически насыщается при регенерации его поваренной солью. Хранение соли - сухое. В качестве таких нерастворимых фильтрующих материалов используется катионит - сульфоуголь. Умягченная вода поступает в теплообменник, затем в резервуар для хранения воды.

Основные характеристики водопроводной воды:

- источник водоснабжения - городской водопровод;

- жесткость общая - ;

- щелочность общая - .

Исходная вода, содержащая катионы кальция и магния, подается в фильтры сверху вниз под давлением городского водопровода. В случае снижения городского давления ниже включается повысительный насос. Вода умягчается и выходит снизу фильтра. Благодаря насыщению воды катионом калия на трубопроводах и котлах не образуется накипи, которая наносит ощутимый вред оборудования и выводит его из строя. На предприятии в рабочем режиме находится всегда два фильтра, третий - резервный. Он входит в активацию при регенеративных процессах в рабочих фильтрах, либо при выходе их из строя. За счет работы фильтров концентрации примесей и нерастворимых веществ существенно меняется от до . Для стабильной и качественной работы фильтров производится периодически процесс взрыхления. Вода из водопровода подается в бак для взрыхления. Взрыхление катионита для устранения мути и измельченных частиц катионита проводят снизу вверх 20-30 мин. Регенерация осуществляется за счет подачи поваренной соли (NaCl) из солерастворителя. Увеличенный запас в фильтрах катиона Na создают условия для дальнейшей химической обработке сетевой воды. После каждой регенерации проводят операцию взрыхления. Все взвешенные частицы и примеси удаляются в дренаж. Очищенная вода после фильтров подается подпиточными насосами в систему водоснабжения.

2.3.1 Процесс умягчения питательной воды

Натрий - катионитовый метод умягчения воды заключается в фильтровании исходной воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов подвижные катионы натрия. Двигаясь сверху вниз, исходная вода приходит в контакте все с новыми частицами ионита, вследствие чего вода отдает катиониту ионы и , а взамен получает эквивалентное количество ионов [10].

Таким образом, вода, прошедшая через фильтр практически не содержит удаляемых ионов и .

В общем виде процесс натрий-катионировния воды можно представить следующими уравнениями:

,

где и - катионы-накипеобразователи, содержащиеся в исходной воде;

- подвижно расположенный катион отрегенерированного поваренной солью (NaCl) катионита.

При этом буквой K обозначена твердая нерастворимая в воде часть молекул катионита, имеющая отрицательный заряд и являющаяся в данных условиях анионом.

В результате приведенных выше реакций катионы-накипеобразователи и исходной воды задерживаются фильтрующим материалом, а в фильтрат переходит эквивалентное количество катионов , которые образуют в умягченной воде хорошо растворимые соединения, не образующие накипи. Щелочность умягчаемой воды при натрий-катионировании не изменяется.

При умягчении исходной воды с жесткостью до данным способом возможно получение умягченной воды с остаточной жесткостью .

Дальнейшее увеличение жесткости исходной воды ведет к увеличению остаточной жесткости, независимо от добавления соли на регенерацию.

2.3.2 Процесс взрыхления

Взрыхление слоя для катионита необходимо для устранения слеживаемости и удаления измельченных частиц катионита и мути, что является ответственной и важной операцией при эксплуатации фильтра, поскольку своевременное и правильное осуществление этой операции определяет, в какой мере восстановлена работоспособность фильтра.

Взрыхление катионита проводят снизу вверх потоком водопроводной воды не менее 20-30 мин (время не является решающим фактором в окончании взрыхления) интенсивностью воды на катионита в секунду, до полного удаления из фильтра мелких пылевидных частиц истершего в процессе работы катионита, удаление мути. Нужно непрерывно следить за тем, чтобы не было выноса крупных частиц катионита более .

2.3.3 Процесс регенерации

Целью регенерации катионитового фильтра является восстановление его обменной способности путем вытеснения из катионита поглощенных при этом умягчении воды ионов и ионами , содержащимися в поваренной соли. В солерастворитель загружается, согласно режимной карте и с учетом жесткости исходной воды, определенное количество поваренной соли. За концентрацией раствора соли, поступающего в фильтр, следят через первоотборник фильтра по плотности раствора, измеряя ее ареометром. В периоды сильных морозов более и при жесткости исходной воды более можно применять регенерацию с выдержкой катионита в рассоле от 1 до 10 часов, предварительно сбросив самую горечь в канализацию. В этом случаи фильтр полностью отключается на данное время и остается под давлением, затем регенерация продолжается до полного пропуска солевого раствора из солерастворителя.