Реконструкція центрального теплового пункту м. Олександрія під квартальну котельню

Па/м.

Загальна довжина ділянки 1-3

L_1-3=l₁+ l₂, (4.7)

L_1-3=1,3+2,0=3,3 м.

Втрати тиску на місцеві опори

(6.4)

де - коефіцієнт місцевого опору.

На ділянці 1-3 присутні такі місцеві опори:

- поворот на 90^о (1 шт) - _пов = 1,0;

- раптове розширення (1 шт) - _розш = 1,0.

Па.

Тоді аеродинамічний опір ділянки 1-3

Па.

Розглянемо ділянку 3-4 від вихідного патрубка котла КВН-2,9 до місця з'єднання газоходу з димарем.

Швидкість руху продуктів згорання

м/с.

Число Рейнольдса для газового потоку

.

Отже режим руху продуктів згорання турбулентний .

Коефіцієнт опору тертя

(6.5)

де К_э - абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні газоходу; для сталевого газоходу мм.

.

Питомий аеродинамічний опір тертя

(6.6)

Па/м.

Довжина ділянки 3-4 L_3-4 = 1,2 м.

Втрати тиску на місцеві опори

(4.14)

де - коефіцієнт місцевого опору.

На ділянці 3-4 місцеві опори відсутні, таким чином аеродинамічний опір ділянки 3-4

(6.7)

Па.

6.2 Розрахунок опору димаря

Для видалення продуктів згорання палива передбачається тонкостінний неіржавіючий димар, з діаметром d_вн=500 мм, висота труби - Н=35 м. Ізоляція димаря - не передбачається.

Обидва контактних водонагрівачі підключаються до загального димаря.

Димар розраховуємо при режимі, коли працюють обидва контактні водонагрівачі.

Задамося падінням температури димових газів по ходу димаря Дt=1 ^оС/м. Тоді температура димових газів на виході з димаря

(6.8)

де Н_КВН - висота контактного водонагрівача встановленого на рамі Н_КВН=2,8 м.

t”_г = 60 - 1^. (35-2,8) = 27,8^оС^.

Середня температура продуктів згорання в димарі

^оС^.

Щільність і кінематична в'язкість продуктів згорання при температурі t_г=43,9^оС відповідно с = 1,132 кг/м³ і н = 16,61^. 10^-6 м²/с [3].

Площа прохідного перетину

м².

Питомий аеродинамічний опір тертя

(6.10)

Па/м.

Місцеві опори в димовій трубі відсутні, тож аеродинамічний опір димаря:

ДР_д.тр = R^. (Н - Н_квн + l₄) + Z (6.11)

ДР_д.тр = 6,0^. (35-2,8+6,9)+0 = 234,6 Па

Загальний аеродинамічний опір газового тракту з димарем

ДР_общ = ДР_1-3 + ДР_3-4 + ДР_д.тр.

ДР_общ = 79,6 + 3,77 + 234,6 = 318 Па.

6.3 Самотяга димаря

(6.12)

де tв - середня температура зовнішнього повітря в літній період, tв =23,7^оС;

tг - середня температура продуктів згорання;

с_в - щільність атмосферного повітря при середній температурі зовнішнього повітря, с_в =1,185 кг/м³;

с_г - щільність продуктів згорання при температурі t_пгс =40^оС, с_г =1,157 кг/м³;

B - барометричний тиск, В=745 мм вод.ст.

кгс/м² = 25,9 Па.

6.4 Розрахунок розсіювання шкідливих викидів в атмосферу

Секундний викид оксидів азоту (у перерахунку на його діоксид)

; (6.13)

де - коефіцієнт, залежний від теплової потужності котла і виду палива;

В - витрата палива на котельну, м³/с;

МДж/м³- нижча теплота згорання природного газу;

- коефіцієнт, що враховує зниження викидів оксидів азоту;

для пальників, вентиляторів ;

М_NO = 8,5^. 10^-8. 0,17^. 34947^. (1-0,4) = 3,03^. 10^-4 г/с

Секундний викид оксидів вуглецю

;

де - коефіцієнт залежний від типу топки і виду палива;

для КВН К_СО =0,25 кг/ГДж = 0,25^. 10^-6 г/Дж

q₄ - втрати теплоти від механічного недопалювання; при спалюванні природного газу q₄ =0,5%.

г/с;

Розрахунковий викид шкідливих речовин з димаря

М = М_NO + М_СO = 17,81^. 10^-4 г/с

Мінімальна висота димаря, що задовольняє умовам розсіювання шкідливих викидів в атмосферу

(6.14)

де А - коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації, для території України А=160;

n і m - коефіцієнти, які враховують умови виходу димових газів з гирла труби; при швидкості продуктів згорання на виході з димаря w=10ч15 м/с m=1 і n=1;

ГДК - гранично допустима концентрація шкідливих речовин; згідно СН 245-71для оксидів азоту(NO) ГДК=0,085 мг/м³, для оксидів вуглецю (CO) - ГДК=1,0 мг/м³;

z - кількість димарів z=1;

V - витрата димових газів, м³/с;

- різниця між температурою шкідливих речовин, які викидаються, і середньою температурою найбільш теплого місяця опівдні, ^оС^.

м.

Отже вибрана висота димаря H = 35 м, як показують розрахунки, задовольняє умовам розсіювання шкідливих викидів, самотяги не достатньо для видалення продуктів згорання, і оскільки пальник вентиляторний, слід використовувати дуттьовий вентилятор.

7. ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

7.1 Використання енергозберігаючих технологій

З урахуванням вимог по енергозбереженню і енергоефективності в якості опалювальних котлів обрані контактні водонагрівачі КВН-2,9ГС. За рахунок високої ефективності процесів контактного теплообміну вдається забезпечити якісне охолоджування димових газів, які на виході з підігрівача мають температуру 45ч55^оС, при цьому відбувається часткова конденсація водяного пару, при якій додатково виділяється теплова енергія. За рахунок цього ККД, розрахований по нижчій теплотворній спосібності перевищує 100%. Крім того, сконденсована волога залишається в контурі і компенсує витоки з тепломережі.

Для контролю ефективності спалювання природного газу передбачена установка витратомірних пристроїв, крім того передбачена установка лічильників-витратомірів води та лічильник теплової енергії.

Для регулювання і управління подачею дуттьових вентиляторів в проекті передбачено застосування частотних перетворювачів DEXILI серії CDI9000 G5R5T4 на 11кВт.

Більшість електроприводів, що застосовують у водо- і теплопостачанні, системах вентиляції і кондиціонування повітря, компресорних установках і ін., складають нерегульовані приводи з асинхронними двигунами. Заміна нерегульованого приводу з асинхронними двигунами регульованим з застосуванням частотних перетворювачів має значні переваги:

- в таких установках плавне регулювання швидкості обертання дозволяє в більшості випадків відмовитися від використання редукторів, варіаторів, дроселів і іншої регулюючої апаратури. Це значно спрощує механічну систему, підвищує її надійність і знижує експлуатаційні витрати;

- значний час механізми працюють на знижених частотах обертання із зменшенням циклічних динамічних і вібраційних навантажень на підшипники, ущільнення, кріплення, фундаменти механізмів і електродвигунів і відповідним збільшенням їх ресурсу і міжремонтного пробігу;

- при підключенні через частотний перетворювач пуск двигуна відбувається плавно, без пускових струмів і ударів, що знижує навантаження на двигун і механізми, збільшує термін їх служби.

- застосування регульованого електроприводу дозволяє одержати економію енергії близько 80%. Заощадження енергії відбувається шляхом усунення непродуктивних витрат в заслонах, дроселях і інших регулюючих пристроях. При заміні нерегульованого приводу, що працює в режимі періодичних включень, виключаються втрати на пускові струми, і знижується необхідна потужність двигуна.

7.2 Зменшення теплових втрат в мережах

Як вже зазначалося вище, Генеральна схема «Оптимізація системи теплозабезпечення м. Олександрія Кіровоградської обл.» передбачає поступову реконструкцію всіх ЦТП міста під квартальні котельні, отже з експлуатації будуть виведені всі магістральні теплові мережі великих діаметрів від Ду500мм до Ду250мм, що дозволить значно зменшити теплові втрати в них.

В даному проекті розрахована величина теплових втрат в трубопроводах від існуючої котельні «Районна» до ЦТП-143 загальною довжиною 5240 м в двотрубному вимірі (на листі 1 ця мережа визначена червоним кольором). Ця мережа в основному складається з труб діаметрами d_н = 426 мм, труби прокладені в каналах КС 210 х 120 (мал.7.1).

Ґрунти - суглинки, щільністю 1200 кг/м² при масовій вологості до 12%. Температура ґрунту t = 3°С. Ізоляція - мати з скляного штапельного волокна на синтетичній зв'язуючій основі марки МС - 50, завтовшки д_из =0,1 м з урахуванням ущільнення, покривний шар з бризолу в 2 шари, д_п.с. = 0,008 м.

Середньорічна температура мережної води в подавальному трубо-проводі ф_ср.1 = 86°С, в зворотному - ф_ср.2 = 46 °С.

Глибина закладення осі теплопроводів h =1,2 м.

Мал. 7.1. Схема канальної прокладки двотрубної тепломережі у каналі КС 210x120 (всі розміри в метрах)

Коефіцієнт теплопровідності основного шару ізоляції (дод. 1 [7])

л_із = 0,042 + 0,00028 t_ср

де - для подавальної труби(7.1)

- для зворотної труби(7.2)

л_із.1 = 0,042 + 0,00028^. 63 = 0,06 (Вт/(м^{. о}С)

л_із.2 = 0,042 + 0,00028^. 43 = 0,054 (Вт/(м^{. о}С)

Термічний опір основного шару ізоляції для кожної труби

 (м^{. о}С)/Вт(7.3)

(м^{. о}С)/Вт

Термічний опір покривного шару для кожної труби

(м^{. о}С)/Вт

де л_п.с. - коефіцієнт теплопровідності покривного шару бризола

л_п.с. =0,175 Вт/(м^. °С).

Термічний опір на поверхні покриття для кожного трубопроводу

(м^{. о}С)/Вт(7.4)

де коефіцієнт тепловіддачі на поверхні покриття прийнятий б = 8 Вт/(м^2.°С) (дод. 10 [7]).

Термічний опір кожного теплопроводу

R₁ =R_із.1 + R_п.с. + R_п = 1,02 + 0,018 + 0,06 = 1,1 (м. °С) /Вт

R₂ =R_із.2 + R_п.с. + R_п = l,14 + 0,018 + 0,06 = 1,22(м. ^оC) /Bт

З порівняння термічних опорів шару ізоляції і на поверхні труби витікає, що термічний опір на поверхні складає близько 5% від загального термічного опору труби.

Еквівалентні внутрішній і зовнішній діаметри каналу рівні:

м,

м,

Приймаючи коефіцієнт тепловіддачі на внутрішній поверхні каналу б = 8,00 Вт/(м². °С), розраховуємо термічний опір на поверхні каналу:

(м^{. о}С)/Вт

Термічний опір стінок каналу при коефіцієнті теплопровідності залізобетонної стінки каналу л_к =1,6 Вт/(м °С) (дод. 3 [7] )

(м^{. о}С)/Вт

Оскільки відношення h/d_H = 1,2/0,426 = 2,82 > 2, термічний опір ґрунту розраховуємо за формулою:

(м^{. о}С)/Вт

де л_гр. коефіцієнт теплопровідності ґрунту;

згідно додатку 11 [7] л_гр. = 0,62 Вт/(м °С):

Сумарний термічний опір потоку тепла від повітря в каналі в ґрунт

R =R_п.к. +R_к + R_rp = 0,026 + 0,014 + 0,249 = 0,289 (м^{. о}С) /Вт.

Температуру повітря в каналі визначаємо з рівняння теплового балансу:

Питомі втрати теплоти подавальним і зворотним ізольованими теплопроводами

= 56,1 Вт/м

= 17,8 Вт/м

Сумарні питомі втрати тепла

q_із = q₁ + q₂ = 56,1 + 17,8 = 73,9 Вт/м.

За умови неізольованих теплопроводів сумарний термічний опір буде рівний термічному опору на поверхні теплопроводу:

= 0,093 (м^{. о}С)/Вт

Температура повітря в каналі при неізольованих теплопроводах

=57,3 ^оС

Питомі втрати тепла неізольованими теплопроводами

= 308,6 Вт/м

= - 121,5 Вт/м

Це означає, що в даному випадку, за умови відсутності ізоляції, має місце зворотний тепловий потік від повітря в каналі в зворотний теплопровід.

Сумарні втрати тепла неізольованими теплопроводами будуть рівні втратам тепла подавальним теплопроводом: q_неіз = q'₁ = 308,6 Вт/м.

За умови якісної теплової ізоляції її ефективність складатиме:

Отже навіть за умови якісної ізоляції теплові втрати в трубопроводах Ду400 довжиною 5240 м складають:

Q_втр = 73,9^. 5240 = 387,2 кВт,

що практично дорівнює тепловому навантаженню житлового будинку по вул. 6 Грудня, 143/5.

Проте в зв'язку з відсутністю в місті Олександрія зливової каналізації, дощові та снігові опади попадають в канали теплових мереж та призводять до значної поверхневої корозії труб, трубопроводи в лотках майже повністю замулені, теплова ізоляція пошкоджена. Відтак реальні теплові втрати в існуючих мережах значно більші, тож при виведенні цих мереж з експлуатації і ліквідації теплових втрат можливе суттєве покращення якості наданих споживачам послуг теплопостачання без збільшення використання енергоресурсів.

8. ЕКОНОМіЧНА ЧАСТИНА

На сьогоднішній день теплопостачання центральної частини міста Олександрія забезпечують дві котельні: «Районна» - потужністю 121 МВт та «Південна» - 35 МВт, в яких встановлені морально та фізично застарілі котли, термін експлуатації яких перевищує два нормативних строки. Так, в Районній котельні встановлені 5 парових котлів типу ДКВР - виробництва ще 1967-68 рр.

Розробленою Генеральною програмою «Оптимізація системи тепло- забезпечення м. Олександрія Кіровоградської обл.», однією зі складових якої є даний дипломний проект, передбачається реконструкція системи теплозабезпечення міста шляхом її децентралізації з обладнанням котелень в існуючих приміщеннях 25-ти ЦТП ( центральних теплових пунктів) з установкою контактних водонагрівачів. У зв'язку з відсутністю в місті гарячого водопостачання на протязі декількох років, ЦТП на даний час використовуються тільки як підкачувальні насосні станції холодної води.

Паливо - головна стаття витрат у виробництві і складає 68% виробничої собівартості теплової енергії, 10,5% - це електроенергія, та ФОП з нарахуваннями - 12,7%.

Основні причини надмірного споживання енергоресурсів: морально та фізично зношене обладнання та значні втрати тепла в теплових мережах, 87% яких 87% повністю зношені, 54% відпрацювали 2...3 терміни.

Основні показники роботи запропонованих котелень з контактними водопідігрівачами приведені в табл. 8.1, порівняння показників роботи до та після впровадження проекту - в табл. 8.2. В обох варіантах ( до та після впровадження проекту) приєднане теплове навантаження однакове, що дає змогу коректно доказати економічну ефективність запропонованого обладнання.

Таблиця 8.1 Основні показники роботи запропонованих котелень з контактними водопідігрівачами

Таблиця 8.2 Порівняння показників роботи до та після впровадження проекту

Очікувані показники (за цінами станом на 01.01.2009 року та фактичними показниками роботи підприємства КП «Теплокомуненерго»):

Споживання електроенергії до запровадження проекту:

10407 тис.кВт.год.

Очікувані витрати електроенергії після запровадження проекту (питома норма 27,55кВт/Гкал:

222460 х 27,5 = 6 117,65 тис.кВт.год

Очікувана річна економія споживання електроенергії:

10 407 - 6 117,65 = 4 289,35 тис.кВт.год,або 41,2 %

Очікуваний річний економічний ефект (при незмінних тарифах на електроенергію):

4 289,35 х 0,5846 = 2 507,63 тис.грн.

Споживання природного газу до впровадження проекту: 36 882,5 тис.м³/рік

Очікуване споживання природного газу після впровадження проекту (питома норма 121,00м³/ Гкал):

222 460 х 121 = 26 918 тис.м³

Очікувана річна економія споживання природного газу:

36 882,5 - 26 918 = 9 964,5 тис.м³, або 27%

Середньовагова вартість 1000 м³ газу:

727,32 х 0,76 + 2142,25 х 24 = 1066,9 грн.;

Очікуваний річний економічний ефект (при незмінній ціні газу):

9 964,5 х 1066,9 = 12 757,32 тис. грн.

Споживання води для потреб технології до запровадження проекту:

189,0 тис.м³.

Очікувані витрати води для потреб технології: 49,0 тис. м³.

Очікувана економія споживання води: 189 - 49 = 140 тис.м³.

Очікуваний економічний ефект (при незмінних тарифах на воду):

140,0 х 3,68 = 515,2 тис.грн.

До впровадження проекту чисельність персоналу - 292 чол., фонд оплати праці з відрахуваннями - 7 330,3 тис.грн./рік.

Після впровадження проекту очікувана чисельність персоналу - 133 чол., фонд оплати праці з відрахуваннями - 3 338,9 тис.грн./рік.

Очікуваний економічний ефект від впровадження проекту:

7 330,3 - 3338,9 = 3 391,4 тис.грн.

Загальний очікуваний економічний ефект:

12 757,32 + 3 009,0 + 515,2 + 3991,4 = 20 263,92 тис.грн.

Таблиця 8.3. Порівняння очікуваних результатів від впровадження проекту.

1. Всього річний економічний ефект

по основним складовим витрат, тис. грн.(з ПДВ) : 20 367,52

2. Загальне зниження витрат на виробництво

теплової енергії після впровадження проекту

складе, тис. грн. (з ПДВ) 23 285,63

Примітки:

1. Таблиця скоригована на ціни і тарифи станом на 01 січня 2009 року.

2. Вартість 1000 м³ газу прийнята середньозважена для підприємства.

3. Витрати на виробництво, транспортування та постачання теплової енергії зменшуються на 23 285,62 тис. грн. (з ПДВ)

4. Зниження середньої собівартості 1 Гкал становить 109,03 грн. або 33,7%

Висновки

Актуальність і доцільність дипломної роботи

Робота виконана в світлі Закону України «Про теплопостачання» від 02.06.2005 р. Розділ ІІ. Державна політика у сфері теплопостачання, яка базується на оптимальному поєднанні систем централізованого, помірно-централізованого, децентралізованого та автономного теплопостачання:

«Впровадження високоефективного теплоенергетичного обладнання та матеріалів у новостворюваних та діючих системах теплопостачання, зокрема, котлів з підвищеним коефіцієнтом корисної дії, утилізації тепла вихідних газів, малогабаритних теплообмінних апаратів, уніфікованих блочних пальникових пристроїв з автоматикою, приладів диспетчерського контролю та управління технологічними процесами».

«Зниження витрат при транспортуванні теплової енергії в магістральних та розподільчих теплових мережах методами впровадження сучасних видів теплоізоляції, у тому числі із спінених полімерних матеріалів».

Об'єкт дослідження

В дипломній роботі розроблено проект реконструкції одного з центральних теплових пунктів міста Олександрії під квартальну котельню для 143-го мікрорайону - найвіддаленішого від існуючого джерела тепло-постачання (Районної котельні), з виведенням з експлуатації теплової мережі великого діаметру Ду400мм.

Метою дослідження є:

... зниження питомого споживання природного газу на виробництво 1 Гкал теплової енергії;

... зниження питомої норми споживання електричної енергії;

... зниження споживання води;

... зменшення витрат теплової енергії на власні потреби;

... зниження втрат в теплових мережах з 13% (згідно нормативів) до 4..4,5%;

... скорочення чисельності експлуатаційного персоналу.

Новизна проекту:

- застосування контактних водопідігрівачів, в яких використовується прихована теплота конденсації водяних парів, що містяться в продуктах згорання газу;

- впровадження котлів атмосферного типу знімає небезпеку їх вибуху, що є важливим для персоналу підприємства та мешканців житлових будинків, які знаходяться поряд з котельнею;

- відсутність хімічної підготовки підживлювальної води, а отже ліквідація витрат на хімічні реагенти, поварену сіль, і як наслідок - відсутність скиду забруднюючих речовин до побутової каналізації міста (12 інгредієнтів, таких як хлориди, сульфати, фосфати, залізо, нітрати, нітриди та інші) і зменшення потреби питної води;

- питомі викиди в атмосферу шкідливих речовин в г/Гкал значно нижчі, ніж обумовлені ГОСТ 10317-83: NO₂ - на 41%, СО - на 67,2%

- очищення внутрішніх поверхонь труб систем опалення будинків від застарілих відкладень накипу в процесі експлуатації;

- повна автоматизація котельні по всіх параметрах режимів роботи та безпечної експлуатації, робота без постійного обслуговуючого персоналу, що значно зменшує чисельність працівників. Всі параметри роботи котельної зведені на пульт диспетчерсько-аварійної служби.

В проекті виконані розрахунки потреб тепла на опалення і гаряче водопостачання, визначені витрати теплоносія та виконані гідравлічні розрахунки: внутрішньої газової мережі та теплової мережі мікрорайону, причому в двох варіантах: при існуючій мережі та після заміни трубо-проводів іншими діаметрами, розрахована висота димаря з урахуванням розсіювання шкідливих викидів, орієнтовно визначене зменшення втрат теплової енергії за рахунок значного скорочення теплової мережі великого діаметру, що дозволяє підвищити якість наданих споживачам послуг теплопостачання без збільшення використання енергоресурсів.

Використана література

1. Долінський А.А. Енергозбереження та екологічні проблеми енергетики // Вісник НАН України, 2006, №2.

2. Білянський Ц.О. Пекельне коло //

http://viche.info/index.php?action=archive&id=414

3. Україна. Огляд енергетичної політики - 2006 // International Energy Agency // ОЕСР/МЕА, 2006.

4. Норми та вказівки по нормуванню витрат палива та теплової енергії на опалення житлових та громадських споруд, а також на господарсько-побутові потреби на Україні. - Київ: КТМ 204 України 244-94, 1996.-636 с.

5. Боженко М.Ф., Сало В.П. Джерела теплопостачання та споживачі теплоти: Навч. посіб. - К.: ІВЦ „Видавництво «Політехніка»”, 2004. - 192 с.

6. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учебн. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1980. - 288 с., ил.

7. Копко В.М. Теплоизоляция трубопроводов теплосетей: Учеб.-метод. пособие - Минск: Технопринт, 2002. - 160 с.:ил.

8. Єнін П.М., Швачко Н.А. Теплопостачання (частина І «Теплові мережі і споруди»).Навчальний посібник.-К.: Кондор, 2007.-244 с.

9. Єнін П.М., Шишко Г.Г., Предун К.М. Газопостачання населених пунктів і об'єктів природним газом. Навчальний посібник. - К.: Логос, 2002.-198 с.

10. Постанова Кабінету Міністрів України від 14.02.2002 р. №139 “Основні напрямки прискорення реформування ЖКГ”. ”Програма реформування ЖКГ на 2002 - 2005 роки та на період до 2010 р.

11. ДНАОП 0.00-1.26-96, “Правила будови і безпечної експлуатації котлів з тиском пари не більш 0,7 МПа (0,7 кгс/см²), водогрійних котлів і водопідігрівачів з температурою нагріву води не вище 115С”.К.: Держнаглядохоронпраці України. 1995. 174 с.

12. Алабовский О.М. и др. „Проектування котелень промислових підприємств”. Навч. посіб./О.М. Алабовський, М.Ф. Боженко, Ю.В. Хоренженко.- К.: Вища шк., 1992. - 207с.: іл.

13. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. - М.:Стройиздат, 1982.-336 с.

14. Каталог насосного оборудования Lowara ITT Industries. 2006.

Размещено на Allbest.ru