1

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА

ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу

«Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий».

Преподаватель:

Группа:

Вариант:

Студент:

к защите:

Смоленск, 2007

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание

2. Определение максимальной тепловой мощности котельной

2.1 Определение максимальной тепловой мощности на отопление

2.2 Определение максимальной тепловой мощности на вентиляцию

2.3 Суммарная максимальная тепловая мощность на отопление

2.4 Суммарная максимальная тепловая мощность на вентиляцию

2.5 Определение максимальной тепловой мощности на горячее водоснабжение

2.5.1 Среднечасовой расход теплоты на ГВС

2.5.2 Расчётный (максимально-часовой) расход теплоты на ГВС

3. Тепловой расчёт котельной

3.1 Тепловой баланс охладителей ОХ1 и ОХ2

3.2 Тепловой баланс деаэратора Д1

3.3 Тепловой баланс охладителей ОХ3 и ОХ4

3.4 Тепловой баланс деаэратора Д2

4. Гидравлический расчёт тепловой сети

4.1 Распределение расходов воды по участкам

4.2 Определение диаметров трубопроводов (условных проходов)

4.3 Определение действительных скоростей движения теплоносителя

4.4 Определение удельного линейного падения давления

4.5 Определение падения напора в местных сопротивлениях

4.6 Построение пьезометрического графика

5. Выбор основного и вспомогательного оборудования котельной

5.1 Выбор основного оборудования

5.2 Выбор вспомогательного оборудования

5.2.1 Редукционно-охладительные установки

5.2.2 Деаэраторы

5.2.3 Насосы

5.2.3.1 Насос питательной воды

5.2.3.2 Подпиточный насос

5.2.3.3 Конденсатный насос

5.2.3.4 Сетевой насос

5.2.4 Подогреватель сетевой воды

5.2.5Подогреватель сырой воды

Литература

1. Задание

Для исходных данных выполнить расчёт по определению количества теплоты, необходимого на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для жилищно-коммунального сектора и промышленных предприятий.

Для заданной тепловой схемы производственной котельной произвести:

расчёт тепловой схемы в табличной форме с учётом необходимых расходов пара на технологические нужды и количество тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

выбрать основное и вспомогательное оборудование котельной (котлоагрегаты, питательные насосы, подпиточный насос, насос сырой воды, сетевой насос, деаэратор и РОУ).

представить тепловую схему котельной и спецификацию выбранного оборудования в виде графического материала на листе формата А2.

Для заданной конфигурации тепловой сети выполнить:

гидравлический расчёт тепловой сети с определением стандартных диаметров трубопровода и потерь давления на каждом участке.

выбрать сетевой насос с учётом рассчитанных потерь давлений и необходимого располагаемого напора у потребителя.

построить пьезометрический график для системы теплоснабжения.

представить тепловую сеть и пьезометрический график в виде графического материала на листе формата А2.

Исходные данные.

Таблица 1.1. Параметры пара у потребителя

Цех	Тип цеха	Объёмы зданий, тыс.м3	Расход пара D, т/ч	Возврат конденсата m, %	Температура конденсата tk, 0C
А	Ремонтный	45	15	60	70
Б	Металлических конструкций	55	15	55	75
В	Металлопокрытий	30	20	65	65

Г - жилищно-коммунальный сектор на n = 4 тыс. жителей. Объем здания по наружнему объему 160 тыс. м³.

2. Определение максимальной тепловой мощности котельной

2.1 Определение максимальной тепловой мощности на отопление

,

где:

м - коэффициент, учитывающий тепловые потери с инфильтрацией, для жилых и общественных зданий принимаем м = 0, для производственных помещений м = 0,3;

q_отудельная отопительная характеристика здания, Вт/(м^{3 0}С) (по [1], стр. 326);

V - объём здания по наружному объёму, м³;

t_вн внутренняя температура воздуха, ⁰С;

t_но расчётная температура наружного воздуха для отопления, ⁰С, для города Смоленска t_но = -26 ⁰С.

Тогда получаем для цеха А: , t_вн = 16 ⁰С

кВт

для цеха Б: , t_вн = 16 ⁰С

кВт,

для цеха В: , t_вн = 14 ⁰С

кВт,

для жилищно-коммунального сектора: , t_вн = 18 ⁰С

кВт.

2.2 Определение максимальной тепловой мощности на вентиляцию

,

где:

q_в - удельный расход теплоты на вентиляцию (по [1], стр. 326),

V - вентилируемый объём здания,

t_нв - температура наружного воздуха для вентиляции, t_нв = t_но = -26 ⁰С.

Тогда для цеха А:

кВт,

для цеха Б:

кВт,

для цеха В:

кВт.

2.3 Суммарная максимальная тепловая мощность на отопление

или ГДж/ч

2.4 Суммарная максимальная тепловая мощность на вентиляцию

или ГДж/ч

2.5 Определение максимальной тепловой мощности на горячее водоснабжение

2.5.1 Среднечасовой расход теплоты на ГВС

,

где :

1,2 - коэффициент, учитывающий теплоотдачу в помещение от трубопроводов системы горячего водоснабжения;

a норма расхода горячей воды при температуре 55⁰С для жилых зданий на 1 чел/сут (по [3], стр. 329), а = 120 л/сут;

b - норма расхода горячей воды для общественных зданий на 1 человека в сутки, b = 25 л/сут;

m - количество единиц измерения (число жителей ЖКС), m = 4000;

c - теплоёмкость водопроводной воды (по [3], стр.45), с=4,19 кДж/(кг•⁰С);

t_х.з. - температура холодной воды в зимний период, t_х.з = 5 ⁰С.

МВт.

или ГДж/ч

2.5.2 Расчётный (максимально-часовой) расход теплоты на ГВС

,

,

3. Расчетные годовые расходы тепла

3.1 Расчетный годовой расход тепла на отопление

,

где:

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ⁰С. Для города Смоленска = -2,7 ⁰С.

- число часов работы системы отопления в сутки, час. Примем = 24 часа

- число суток отопительного сезона, сутки. Для города Смоленска = 210 суток.

- внутренняя температура воздуха, ⁰С. Примем = 18 ⁰С.

- температура наружного воздуха для отопления, ⁰С. Для города Смоленска = -26 ⁰С.

3.2 Расчетный годовой расход тепла на вентиляцию

,

где:

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ⁰С. Для города Смоленска = -2,7 ⁰С.

- число часов работы системы вентиляции в сутки, час. Примем = 24 часа

- число суток работы системы вентиляции за отопительный период, сутки. Для города Смоленска = 210 суток.

- внутренняя температура воздуха, ⁰С. Примем = 18 ⁰С.

- температура наружного воздуха для вентиляции, ⁰С. Для города Смоленска = = -26 ⁰С.

3.3 Расчетный годовой расход тепла на ГВС

где:

- число часов работы системы ГВС в сутки, час. = 24 часа.

350 - число суток в году работы системы ГВС.

- число суток отопительного сезона, сутки. Для города Смоленска = 210 суток.

- среднечасовой расход тепла на систему ГВС в сутки.

- среднечасовой расход тепла на ГВС в летний период.

где:

t_х.з. - температура холодной воды в зимний период, t_х.з = 5 ⁰С.

t_х.л. - температура холодной воды в летний период, t_х.л = 15 ⁰С.

- коэффициент учитывающей изменения расхода тепла на ГВС в летний период по отношению к отопительному периоду. Для ЖКС средней полосы России = 0,8.

ГДж

ГДж

Определим дополнительные точки для графика.

ГДж/час

ГДж/час

3.4 Определим расход топлива на покрытие отопительно-вентиляционной нагрузки объектов ЖКС и промышленных предприятий

,

где:

= 29330 кДж/кг

= + + = + + = ГДж

Значит

(т. усл т.)

4.Тепловой расчёт котельной

Таблица 3.1. Исходные данные для проведения теплового расчёта котельной.

№, п/п	Наименование параметра	Обозначение	Единица измерения	Величина	Обоснование
1	2	3	4	5	6
1	Расчётная тепловая мощность на отопление		МВт	6,657	Из расчёта тепловых нагрузок
2	Расчётная тепловая мощность на вентиляцию		МВт	4,723	Из расчёта тепловых нагрузок
3	Расчётная тепловая мощность на ГВС: зимой летом		МВт МВт	4,054 2,594	Из расчёта тепловых нагрузок
4	Параметры пара, вырабатываемого котлами: давление температура энтальпия	p1 t1 h1	МПа 0С кДж/кг	1,4 195,04 2788,4	Параметры пара выбираются по заданию и должны соответствовать необходимым параметрам производства потребления.
5	Параметры пара на коллекторе собственных нужд: давление температура энтальпия	p2 t2 h2	МПа 0С кДж/кг	0,7 180 2777	Давление выбирается в пределах 0,6 - 0,7 МПа, температура принимается с перегревом на 10 -20 0С (принимаем перегрев на 15 0С) выше температуры насыщения при данном давлении.
6	Параметры вторичного пара, образующегося в сепараторе непрерывной продувки: давление температура энтальпия	p3 t3 h3	МПа 0С кДж/кг	0,15 111,37 2693,9	Давление вторичного пара выше давления в деаэраторе на величину потерь давления в трубопроводах (выбирается от 0,01 до 0,05 МПа (Др=0,03 МПа)). Температура равна температуре насыщения при данном давлении.
7	Параметры пара, поступающего в охладители выпара ОХ3 и ОХ4 из деаэратора: давление температура энтальпия	p4 t4 h4	МПа 0С кДж/кг	0,11 102,32 2680	Давление пара, поступающего в охладители ниже давления в деаэраторе на величину потерь давления в трубопроводах (Др=0,01 - 0,05 МПа (принимаем Др=0,01МПа)), температура равна температуре насыщения при давлении р4.
8	Параметры конденсата после охладителей выпара ОХ2 и ОХ3: давление температура энтальпия	p4 t4 h5	МПа 0С кДж/кг	0,11 102,32 428,84	Подогрев химически очищенной воды в охладителях осуществляется за счёт теплоты конденсации.
9	Параметры продувочной воды на входе в сепаратор непрерывной продувки: Давление в барабане температура энтальпия	pб h7	МПа 0С кДж/кг	1,45 196,68 837,5	Давление воды на входе в сепаратор равно давлению в барабане котла c учетом гидравлических потерь: рб = р1 + 0,05 МПа, температура t1' температуре насыщения при давлении рб.
10	Параметры продувочной воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки: Давление температура энтальпия	p3 t3 h8	МПа 0С кДж/кг	0,15 111,37 467,13	Давление и температура принимаются равными давлению и температуре в сепараторе.
11	Температура продувочной (шламовой) воды после охладителя ОХ1.	tпр	0С	50	Выбирается из диапазона 40 - 50 0С.
12	Температура конденсата после подогревателя сетевой воды ПСВ.	tкб	0С	80	Принимается с учётом обеспечения температурного напора на выходе подогревателя сетевой воды ПСВ при максимально зимнем режиме, температурный напор Дt = 10 - 15 0С (принимаем Дt = 10 0С).
13	Параметры конденсата после подогревателя сырой воды ПСРВ: температура энтальпия	tнс h6	0С кДж/кг	165 697,1	Температура конденсата принимается равной температуре насыщения при давлении на коллекторе собственных нужд р2.
14	Величина непрерывной продувки.	П	%	2	Принимается из диапазона от 2 до 5 % от количества пара, вырабатываемого котлами.
15	Внутристанционные потери пара.	dпот	%	1	Включает в себя потери пар на обдувку поверхностей нагрева и через неплотности элементов конструкции котла. Принимается из диапазона от 1 до 5 % от количества пара, вырабатываемого котлами.
16	Утечка воды из теплосети.	dут	%	3	Для закрытых тепловых сетей принимается из диапазона от 1 до 3 % расхода сетевой воды.
17	Коэффициент расхода пара на деаэрацию и подогрев сырой воды.	kдпсрв	--	0,1	Принимается предварительно в пределах от 0,03 до 0,15. Уточняется после определения погрешности теплового расчёта схемы.
18	Удельные потери пара с выпаром из деаэратора.	dвып	кг/кг	0,002	Принимается.
19	Коэффициент собственных нужд химводоочистки.	kхво	--	1,2	Принимается.
20	Температура подпиточной воды.	tпод	0С	70	Принимается равной максимальной температуре обратной сетевой воды.
21	Температура подогрева сетевой воды перед ХВО.	t6	0С	25	Выбирается из диапазона 20 - 30 0С.
22	Расход пара производственными потребителями.	Dпотр	т/ч	50	По заданию.
23	Возврат конденсата от производственных потребителей.	GокА GокБ GокВ	т/ч т/ч т/ч	9 8.25 13	По заданию.
24	Температура конденсата, возвращаемая производственными потребителями.	tокА tокБ tокВ	0С 0С 0С	70 75 65	По заданию.
25	Параметры воды после деаэратора Д1 и Д2: давление температура энтальпия	pд tд hд	МПа 0С кДж/кг	0,12 104,81 439,36	Давление воды принимается равным давлению в деаэраторе (для деаэраторов атмосферного типа -0,12 МПа). Температура равна температуре насыщения при этом давлении.
26	Температура сырой воды на входе в котельную в зимних режимах.	t5 зим	0С	5	Принимается из расчёта.
27	Температура сырой воды на входе в котельную в летнем режиме.	t5 лет	0С	15	Принимается из расчёта.
28	Температура воздуха внутри отапливаемых зданий.	tвр	0С	18	Принимается из расчёта.
29	Температура наружного воздуха для расчёта отопления в максимально зимнем режиме.	tно	0С	-26	Принимается из расчёта.
30	Температура наружного воздуха в 1-ом, 2-ом и 4-ом режимах работы котельной.	tн1 tн2 tн4	0С 0С 0С	-26 -8,7 8	Режим 1: tн1 = tно Режим 2: tн2 = tн.х.м. Режим 4: tн4 = tнл. tно, tн.х.м., tнл - по справочной литературе

Таблица 4.2. Тепловой расчёт схемы котельной с паровыми котлами.

№, п/п	Наименование параметра	Обозначение	Единица измерения	Расчётная формула или способ определения.	Расчёт для максимально зимнего режима.	Величина
						1-ый режим	2-ой режим	3-ий режим	4-ый режим
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Температура наружного воздуха в точке излома температурного графика.	tизл	0С			--	--	2,424	--
2	Коэффициент снижения тепловой мощности на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха.	kов	--			1,000	0,607	0,354	--
3	Тепловая мощность на отопление.	Qот	МВт			6.657	4.041	2.357	--
4	Тепловая мощность на вентиляцию.	QВ	МВт			4.723	2.867	1.672	--
5	Тепловая мощность на ГВС в зимних режимах..		МВт	Определяется из расчёта тепловых нагрузок.	4.054	4.054	4.054	4.054	--
6	Тепловая мощность на ГВС в летнем режиме.		МВт	Определяется из расчёта тепловых нагрузок.	2.594	--	--	--	2.594
7	Температура прямой сетевой воды на выходе их котельной.	Т1	0С			150	102,23	70,00	70,00
8	Температура обратной сетевой воды на входе в котельную.	Т2	0С			70	53,67	41,68	41,68
9	Суммарная тепловая мощность на отопление, вентиляцию и ГВС в зимних режимах.	Qовгвс	МВт			15,434	10,962	8,083	--
10	Расход сетевой воды в зимних режимах.		т/ч			165,76	193,95	245,23	--
11	Расход сетевой воды в летнем режиме.		т/ч			--	--	--	78,7
12	Расход подпиточной воды на восполнение утечек сетевой воды зимой и летом.		т/ч т/ч			4,973 --	5,819 --	7,357 --	- 2,361
13	Расход обратной сетевой воды зимой и летом.		т/ч т/ч			160,79 --	188,13 --	237,87 --	76,34
14	Температура обратной сетевой воды пред ПСВ.	Т3	0С			70	54.16	42.53	42,53
15	Расход пара на подогрев сетевой воды.		т/ч			23.217	16.323	11.794	3.785
16	Количество конденсата после ПСВ.		т/ч		23.217	23.217	16.323	11.794	3.785
17	Расход пара на технологические нужды и на ПСВ.	D	т/ч		50+23.217	73.217	66.323	61.794	53.785
18	Предварительная величина расхода пара на деаэрацию питательной и подпиточной воды и подогрев сырой воды.		т/ч		0.1*73.217	7.322	6.632	6.179	5.379
19	Количество пара, вырабатываемого котлами.		т/ч		73.217+7.322	80.539	72.955	67.973	59.164
20	Расход пара, поступающего в РОУ.		т/ч		80.539-50	30.539	22.955	17.973	9.164
21	Расход охлаждающей воды, поступающего в РОУ.		т/ч		30.539*(2788.4- -2777)/439.36	0.793	0.596	0.466	0.238
22	Расход продувочной воды, поступающей в сепаратор непрерывной продувки.		т/ч	Dk*П/100	80.539*2/100	1.611	1.459	1.359	1.183
23	Расход вторичного пара на выходе из сепаратора непрерывной продувки.		т/ч		0,148*1.611	0.238	0.216	0.201	0.175
24	Расход воды на выходе из сепаратора непрерывной продувки.		т/ч		1.611-0.238	1.373	1.243	1.158	1.008
25	Внутрикотельные потери пара.		т/ч		80.539*1/100	0.805	0,730	0.680	0.592
26	Расход воды на выходе из деаэратора Д1.		т/ч		80.539+1.611+0.793	82.943	75.01	69.798	60.585
27	Расход выпара из деаэратора Д1.		т/ч		82.943*0,002	0.166	0.150	0.140	0.121
28	Расход воды на выходе из деаэратора Д2.		т/ч		4.973	4,973	5,819	7,357	2.361
29	Расход выпара из деаэратора Д2.		т/ч		4.973 * 0,002	0,0099	0.0116	0.0147	0.0047
30	Расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор Д1.		т/ч		50+1.373+0,805+0,166- -(9+8.25+13)	22.094	21.873	21.728	21.471
31	Расход ХВО, поступающей в деаэратор Д2.		т/ч		4.973	4,973	5,819	7,357	2.361
32	Расход сырой воды, поступающей на ХВО.		т/ч		1,2*(22.094+4.973)	32.480	33.230	34.902	28.598
33	Расход пара на подогрев сырой воды.		т/ч		32.480*(25-5)* *4,19/(2777-697.1)*0,98	1.335	1.366	1.435	0.588
34	Расход конденсата после ПСРВ, поступающего в деаэратор Д1.		т/ч		1.335	1.335	1.366	1.435	0.588
35	Энтальпия ХВО, поступающей в деаэратор Д1.		кДж/кг	Определяется решением уравнений теплового баланса охладителей ОХ1 и ОХ2.	Смотри пункт 4.1	137.689	134.842	132.998	129.542
36	Расход пара на деаэрацию питательной воды.		т/ч	Определяется решением уравнений теплового баланса деаэратора Д1.	Смотри пункт 4.2	5.614	5.270	5.001	4.768
37	Энтальпия ХВО, поступающей в деаэратор Д2.		кДж/кг	Определяется решением уравнений теплового баланса охладителей ОХ3 и ОХ4.	Смотри пункт 4.3	255.621	255.621	255.621	255.621
38	Расход пара на деаэрацию подпиточной воды.		т/ч	Определяется решением уравнений теплового баланса деаэратора Д2.	Смотри пункт 4.4	0.339	0.396	0.501	0.161
39	Уточнённый расход пара на деаэрацию питательной и подпиточной воды, и подогрев сырой воды.		т/ч		5.614+0.339+1.335	7.288	6,904	6.937	5.517

4.1Тепловой баланс охладителей ОХ1 и ОХ2

Рис.3.1.

Запишем уравнение теплового баланса для охладителя ОХ1:

, (3.1)

для охладителя ОХ2:

, (3.2.)

Тогда из уравнения 3.2. получим:

, (3.3.)

Значение h`_ХВО1 получим из уравнения 3,1:

 (3.4.)

Принимаем значение h``<sub>ХВО1</sub> равным: h``_ХВО1 = c_вод Чt₆ = 4.19*25=104,75 кДж/кг.

Проведем вычисления:

(кДж/кг).

(кДж/кг).

4.2 Тепловой баланс деаэратора Д1

D_ВЫПД1, h_д

G_СД, h₆ D_пр, h₃

G_Б, h_КБ G_ОК, h_ОК

G_{ХВОД1 ,} h_ХВОД1

D_{Д1 ,} h₂

G_Д1, h_Д

рис. 3.2.

Согласно рис. 3.2. Запишем уравнение теплового баланса для деаэратора Д1:

, (3.4.)

Тогда из уравнения 3.4. получим:

, (3.5.)

где :

Произведем вычисления:

4.3Тепловой баланс охладителей ОХ3 и ОХ4

Рис.3.3

Запишем уравнение теплового баланса для охладителя ОХ3:

, (3.6)

для охладителя ОХ4:

, (3.7)

Тогда из уравнения 3.7. получим:

, (3.8)

Значение h`_ХВО2 получим из уравнения 3.9:

;

Подставляя найденные значения, получим:

кДж/кг,

кДж/кг.

4.4 Тепловой баланс деаэратора Д2.

D_{ВЫП Д2,} h₄

G_хвод2, h_хвод2

D_Д2, h₂

G_Д2, h_Д

рис.3.4.

Согласно рис. 3.4. Запишем уравнение теплового баланса для деаэратора Д2:

, (3.9.)

тогда

, (3.10.)

т/ч.

Таким образом, в п.п. 3.1. - 3.2. решили уравнения тепловых балансов для охладителей ОХ1 и ОХ2, ОХ3 и ОХ4, деаэраторов Д1 и Д2 и рассчитали значения h_ХВО.Д1, h_ХВО.Д2, D_Д1 и D_Д2 для максимально-зимнего режима (режим 1). Для остальных режимов расчёт h_ХВО.Д1, h_ХВО.Д2, D_Д1 и D_Д2 аналогичен.

4.5 Проверка погрешности теплового расчёта

Погрешность теплового расчёта определяем по формуле:

Проведем вычисление:

Погрешность меньше 5 %, значит тепловой расчет котельной закончен.

5 . Гидравлический расчёт тепловой сети

Гидравлический расчет является одним из важных разделов проектирования и эксплуатации систем теплоснабжения.

Задачей гидравлического расчета является:

а) определение диаметров трубопроводов;

б) определение падения давления или напора;

в) определение располагаемых давлений или напоров в различных точках системы, в том числе и у потребителей;

г) увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью отсечения допустимых давлений и требуемых напоров (или расходов для горячего водоснабжения) в сети и у потребителя.

Это прямая задача. Иногда решается обратная задача, а именно определение пропускной способности трубопровода при известных диаметрах трубопровода и заданной потерей давления. Результаты расчета могут быть использованы для:

Разработки режимов эксплуатации.

Выбора циркуляционных и подпиточных насосов.

Выбора схем присоединения потребителей.

Определения объема работ и капиталовложений на сооружение системы.

Для проведения гидравлического расчета должно быть задано:

o Схема и профиль тепловой сети.

o Указано размещение источника теплоснабжения ( в данном случае котельной ) и потребителей тепловой нагрузки.

o Значение тепловой мощности, потребляемой каждым потребителем.

o Схема и конфигурация тепловых сетей.

5.1. Порядок проведения гидравлического расчета

1. Для каждого участка определяем расход теплоносителя:

где, Q_i - расчетная тепловая нагрузка на i-м участке, кВт; суммарная тепловая нагрузка равна : Q_У= Q_О + Q_В + Q_{ГВСЗИМ.}

С_р - теплоемкость, кДж/(кгС);

t_п и t_обр - температуры прямой и обратной сетевой воды. Так как гидравлический расчет проводим для сети, распределяющей тепло на отопление, вентиляцию и ГВС, то расчетные расходы определяем для температур 3-его режима, которому соответствует наибольшие расходы сетевой воды.

2. Задаемся скоростью движения теплоносителя: w = 1 3 м/с.

3. Определяем внутренний диаметр трубопровода на i-м участке, исходя из уравнения сплошности, по формуле:

, м

4. После определения d_i выбираем стандартный диаметр d_ст из справочной литературы /1/ наиболее близкий по значению к d_i.

5. Учитывая стандартный диаметр трубопровода на участке, определяем расчетную скорость движения теплоносителя по формуле:

, м/с

где - плотность теплоносителя, кг/м³.Выбираем , соответствующее средней температуре теплоносителя в сети, равной (t_п + t_обр )/2;

1. Гидравлические потери на участке тепловой сети складываются из гидравлических потерь по длине (потери на трение) и гидравлических потерь в местных сопротивлениях.

Для определения гидравлических потерь необходимо определить коэффициент гидравлического трения, л. Он зависит от режима движения жидкости в трубопроводе, который определяется критерием Рейнольдса:

где н - кинематическая вязкость, м²/с.

Если Re ? 2300, то ,

Если 2300 ? Re ? 10000, то ,

Если Re > 10000, то ,

Для шероховатых труб л определяется как: ,

где k_э - абсолютная эквивалентная шероховатость,

7. Определяем гидравлические потери по длине трубопровода по формуле:

, Па

где - удельные линейные потери на одном погонном метре участка трубопровода, Па/м.

l - длина участка, м.

или

8. Определяем потери давления в местном сопротивлении по формуле:

, Па

где - эквивалентная длина участка тепловой сети, м:

где - сумма всех коэффициентов местного сопротивления.

9. Определим суммарные потери давления на участке и суммарные потери напора.

Суммарные потери давления: , Па

Суммарные потери напора: , м. в. ст.

где g = 9,81 , м/с²- ускорение свободного падения.

5.2 Проведение гидравлического расчета тепловой сети

Рис 5.1. Гидравлическая схема тепловой сети.

Каждому участку схемы тепловой сети (рис 5.1) соответствует определенная длина l, м . На каждом из участков установлено по два вентиля а также п-образные компенсаторы через каждые 80-100 м трубопровода для компенсации теплового расширения трубопроводов.

Таблица 5.1. Длины участков трубопроводов.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
l, м	300	300	500	300	400	200	500	500	200	800	800	200

Проведем гидравлический расчет для участка №1.

1. Определим расход теплоносителя на участке из формулы (5,1):

где С_р = 4.19 кДж/(кгС) - теплоемкость воды при

С

, кг/с.

2. Задаем скорость течения теплоносителя: w = 1.5 м/c.

3. Определяем расчетный диаметр трубопровода по формуле (5, 2) :

где - плотность теплоносителя, кг/м³.Выбираем = 985.25 кг/м³ (при

С)

, м

4. Берем стандартное значение диаметра трубопровода d_ст = 359 мм.

5. Находим действительное значение скорости воды в трубопроводе на участке по формуле (5,3):

, м/с

6. Определяем коэффициенты Рейнольдса и коэффициент гидравлического трения (принимаем н =0.510Ч10^-6 м² /с; = 0,5 мм ) по формулам (5,6) и (5,10):

т.к. ,то коэффициент трения найдем по формуле (5,10):

7. Определяем удельные линейные потери давления на первом участке по формуле (5,12) :

, Па/м

8. Определяем потери давления по длине трубопровода на первом участке по формуле (5,11):

, Па

9. Определяем эквивалентную длину первого участка трубопровода по формуле, (5,14):

местные сопротивления на участке (приведены в скобках):

o 2 задвижки (0.4).

o 3 п-образных компенсатора (2.5).

o Тройник (0.4).

, м

10. Определяем потери давления в местных сопротивлений на участке по формуле (5,13):

, Па

11. Определяем суммарные потери давления на участке по формуле (5,15):

, Па

12. Определяем суммарные потери напора на участке по формуле (5,16):

, м. в. ст.

Для остальных участков гидравлический расчет аналогичен. Полученные данные занесем в таблицу.

Таблица 5.1.Коэффициенты местных сопротивлений

№ уч.	Параллельная задвижка, озадв.	Тройники, отр.	Повороты на 90є (r=2d), опов.	П-обр. компенсаторы, (r=3d) окомп.	Уо
1	2 0,4	0.53	-	3 2.5	8.83
2	2 0,4	0.56	-	3 2.5	8.86
3	2 0,4	-	0,6	42.5	11.4
4	2 0,4	-	-	32.5	8.3
5	2 0,4	0.52	-	32.5	8.82
6	2 0,4	-	-	22.5	5.8
7	2 0,4	-	0.6	42.5	11.4
8	2 0,4	-	-	42.5	10.8
9	2 0,4	-	0.6	22.5	6.4
10	2 0,4	-	0.6	72.5	18.9
11	2 0,4	-	0.6	72.5	18.9
12	2 0,4	-	-	22.5	5.8

таблица 5.2. Гидравлический расчет тепловой сети.

№	l, м	Q, МВт	G, кг/с	, м/с	, мм	Re			, Па	, Па	, Па	, м.в.ст
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	300	15.436	130.07	1.30	359	915098	0.0215	8.83	14958	7401	22359	2.31
2	300	8.425	71.001	1.37	259	694635	0.0233	8.86	24921	8166	33087	3.42
3	500	1.597	13.459	1.74	100	341029	0.0295	11.4	220085	16988	237073	24.53
4	300	1.597	13.459	1.74	100	341029	0.0295	8.3	132051	12369	144420	14.94
5	400	6.828	57.542	1.74	207	704384	0.0246	8.82	70603	13086	83689	8.66
6	200	2.885	24.313	1.40	150	410715	0.0268	5.8	34267	5572	39839	4.12
7	500	3.943	33.229	1.27	184	457610	0.0255	11.4	54812	9035	63847	6.61
8	500	3.943	33.229	1.27	184	457610	0.0255	10.8	54812	8559	63371	6.57
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
9	200	7.011	59.084	1.78	207	723262	0.0246	6.4	37210	10011	47221	4.89
10	800	7.011	59.084	1.78	207	723262	0.0246	18.9	148839	29564	178403	18.46
11	800	7.011	59.084	1.78	207	723262	0.0246	18.9	148839	29564	178403	18.46
12	200	7.011	59.084	1.78	207	723262	0.0246	5.8	37210	9073	46283	4.79

4.1. Построение пьезометрического графика.

Принимаем, что:

ДН_в = 20 м напор в обратной магистрали;

ДН_псв = 20 м потеря напора в подогревателе сетевой воды;

ДН_аб = 15 м потери напора напора на вводе потребителей тепла;

6. Выбор основного и вспомогательного оборудования котельной

6.1 Выбор основного оборудования

Паровые котлы, которые выбираем по максимальному давлению пара у потребителей - 1,3 МПа, и расходу пара (табл. 3.2. п.19) - 43,391 т/ч по [5] стр. 250. Выбираем котёл ДКВР-10-13 двухбарабаный на природном газе и мазуте. Устанавливаем пять рабочих и один резервный котёл. Основные технические характеристики котла следующие:

Паропроизводительность - 10 т/ч;

Давление пара на выходе из котла - 1,3 МПа (13 кгс/см²);

Расчётный КПД брутто:

на природном газе - 83,5 %;

на мазуте - 91,8 %;

Загрузка котла

6.2 Выбор вспомогательного оборудования

6.2.1 Редукционно-охладительные установки

Устанавливаем две однотипные РОУ: рабочую и резервную. Установку выбираем по давлению пара после РОУ (см. табл. 3.1. п.5) - 0,7 МПа и расходу пара после РОУ (см. табл. 3.2. п. 20) - 30.539 т/ч по [4] стр.125

Производительность 40 т/ч;

Параметры редуцированного пара: p=1.1 МПа (11 кгс/см²)

T=250 ⁰С

6.2.2 Деаэраторы

Деаэраторы Д1 и Д2 атмосферного типа. Выбираем по количеству питательной и подпиточной воды по [5] стр. 387.

Деаэратор Д1 - по количеству питательной воды (табл. 3.2. п. 26) - 48,069 т/ч (13,35 кг/с): ДА-50. Технические характеристики:

Номинальная производительность - 50 т/ч;

Рабочее давление - 0,12 МПа (1,2 кгс/см²);

Температура деаэрированной воды - 104 ⁰С;

Полезная вместимость деаэраторного бака - 15 м³.

Поверхность охладителя выпара - 2 м².

Деаэратор Д2 - по количеству подпиточной воды (табл. 3.2. п. 28) - 6,552 т/ч (1,82 кг/с): ДА-15. Технические характеристики:

Номинальная производительность - 15 т/ч;

Рабочее давление - 0,12 МПа (1,2 кгс/см²);

Температура деаэрированной воды - 104 ⁰С;

Полезная вместимость деаэраторного бака - 2 м³.

6.2.2.1 Насосы

6.2.2.1.1 Насос питательной воды

Насос питательной воды выбираем по расходу питательной воды (табл.3.2. п. 26) - 82.943 т/ч и напору р_н = 1.4•р_к = 1.4•1.4 = 1,96 МПа (по [4] стр. 122):

2 ПЭ-100-42-2, один из которых резервный.

Характеристики насоса ПЭ-100-42-2:

производительность 100 м³/ч;

напор 4.4 МПа (440 м вод. ст.);

Тип электродвигателя и мощность электродвигателя, кВт - 200/380;

Производитель - Сумский насосный завод.

6.2.2.1.2 Подпиточный насос

Подпиточный насос выбираем по расходу подпиточной воды (табл. 3.2. п. 28) - 4,973 т/ч

Харатеристики насоса ЭПН-5/1-П:

производительность 5 м³/ч;

напор 0,75 МПа (75 м вод ст);

Тип электродвигателя - АМ-51-2;

Мощность электродвигателя - 6 кВт;

Производитель -ПО «Ливгидромаш»

6.2.2.1.3 Конденсатный насос

Выбираем по расходу конденсата от производственных потребителей (табл. 3.1. п. 23) - 30.25 т/ч (8.403 кг/с) и напору 0,03-0,04МПа. Кс-20-50 один из которых резервный.

Харатеристики насоса Кс-20-50:

производительность 20 м³/ч;

напор 0,5 МПа (50 м);

Тип электродвигателя - 4А112M2;

Мощность электродвигателя - 7,5 кВт;

Производитель -Катайский насосный завод.

6.2.2.1.4 Сетевой насос

Сетевой насос выбираем по необходимому напору и по расходу сетевой воды. Напор, развиваемый насосами, определяется на основании гидравлического расчета внешней тепловой сети с учетом схем присоединения к ним тепловых абонентов. А также по потерям напора на преодоление сопротивлений подогрева сетевой воды, охладителей конденсата и т. д. Сетевой насос, как правило, устанавливают на обратной линии сетевой воды до ПСВ и перекачивающего воду с температурой 70 ⁰С. Согласно нормам проектирования сетевых насосов должно быть не менее двух.

Определение параметров сетевого насоса.

Рабочий напор сетевых насосов закрытой водяной системы определяется:

где напор, развиваемый сетевым насосом;

потери напора в теплопадающей установке источника теплоснабжения (теплообменный аппарат, пиковая котельная, станционные коммуникации). =20 25 м;

потери напора в подающей и обратной линии тепловой сети (определяются из гидравлического расчета).=6,712 м, =6,712м.

требуемый располагаемый напор в конечной точке тепловой сети на абонентском вводе с учетом потерь напора в авторегуляторах.

Присоединение отопительных установок с помощью элеваторного узла

=15 20м.

20+6,712+6,712+15=48,424м

расход: =218,41т/ч

Насос выбираем по таблице 15(А)[3].

Характеристика насоса: тип насоса: СЭ 250 50;

производительность: 250т/ч;

мощность: 41 кВт.

6.2.2 Подогреватель сетевой воды

Сетевые подогреватели, устанавливаемые в промышленных котельных, рассчитываются на полную отопительно-вентиляционную нагрузку. Резервных ПСВ не устанавливают. Выбор размеров теплообменников, т.е. их поверхности нагрева, производятся на основании расчета тепловой схемы котельной.

Исходные данные: Суммарная тепловая мощность: 15.434 МВт

температура прямой сетевой воды Т₁=150 ⁰С;

температура обратной сетевой воды Т₃=70 ⁰С;

теплопроводность материала (латунь) =105 Вт/(м*К);

наружный диаметр трубы принимаем =25 мм;

толщина стенки трубы =1 мм;

высоту трубного пучка принимаем h=3 м;

скорость движения воды в трубах принимаем =2 м/с;

толщина слоя накипи =0,5 мм;

теплопроводность накипи =1,5 Вт/(м*К);

1. По средний температуре воды: ⁰С, выбираем из справочной литературы теплофизические свойства воды:

= 0.685 Вт/(м*К); = 950.9 кг/м³; нв = 0.271•10^-6 м²/с.

2. Определим средней температурный напор между греющим и нагреваемым теплоносителем , ⁰С:

,

где большая и меньшая разность температур между теплоносителями, ⁰С; = 180-70=110 ⁰С, = 150-80=70 ⁰С

=88.5 ⁰C

3. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к сетевой воде определяется по формуле, Вт/( м²*К):

где коэффициент, объединяющий комплекс величин, зависящих только от температуры воды, =11.18;

=950,9 кг/м³ плотность жидкости при средней температуре, кг/м³;

⁰С среднеарифметическое значение температуры воды в трубах.

= 9987.96 Вт/( м²*К);

4. Определяем температуру стенки трубы, ⁰С:

,

=180 ⁰С температура насыщенного пара при расчетном давлении в подогреватели.

⁰С

5. В трубчатых пароводяных подогревателях имеет место, как правило, пленочная конденсация водяного пара на поверхности трубных пучков. Определяем среднюю температуру пленки конденсата:

=162,5 ⁰С

6. Вычислим разность температур между паром и стенкой трубы, ⁰С

=180145=35 ⁰С

6. Характер течения пленки конденсата ( ламинарный или турбулентный) определяется по . При имеет место ламинарное течение пленки, при смешанное. Величина определяется по формуле:

где D=0,0080 коэффициент определяется по температуре пара табл.16[3];

h высота трубного пучка.

⁰С

Т.к. , то имеет место, смешанное течение пленки (ламинарное сверху и турбулентное снизу), коэффициент теплоотдачи определятся по формуле:

где В, С коэффициенты, выражающие значения комплекса величин, зависящих от температуры пленки конденсата и определяемые по табл.16[3]. В=39302.5; С=10732.5

=7432,28Вт/(м² К)

7. Определим фактическое значение величины температуры стенки , ⁰С

=139.87⁰С

8. Определим погрешность: %, =3.37 % 5 %

9. Определим коэффициент теплопередачи, k, Вт/(м² К)

где 0,95 коэффициент, учитывающий неравномерную скорость движения в трубном пучке;

толщина стенки трубы, м.

Вт/(м² К)

10. Определим площадь поверхности нагрева:

=

принимаем ПСВ-125-7-15 (по [4] стр. 137). Из них один рабочий и один резервный.

Пропуск воды- 250 т/ч.

Поверхность нагрева - 125 м^2..

6.2.3 Подогреватель сырой воды

Подогреватель сырой воды выбираем по поверхности нагрева, которую рассчитываем по формуле:

,

где: Q_ПСРВ - тепловая нагрузка подогревателя сырой воды:

МВт,

⁰С,

k = 3000 Вт/(м•К).

В результате получим:

м².

По [3] стр.72 выбираем следующий подогреватель:

Характеристика: тип ОГ-12-IA

Поверхность нагрева 12м²;

давление 1,4 МПа;

температура 100 ⁰С.

Литература.

Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для ВУЗов. 5-е изд., перераб. - М.: Энергоиздат, 1982. 360 с., ил.

Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатоиздат, 1984, 80 с. с ил.

Методические указания по курсовому проекту «Энергоснабжение промышленных предприятий», Смоленск, 1984.

Соловьёв Ю.П. “Проектирование крупных центральных котельных для комплекса тепловых потребителей.”-М.:Энергия, 1976г.

Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности/ Под ред. К.Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.: ил.