Проектирование производственно-отопительной котельной

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(научно-исследовательский университет) Факультет «Энергетический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Проектирование производственно-отопительной котельной ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине «Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий»

ЮУрГУ-14 010 062.2014.20 ПЗ КП Автор проекта:

студент группы Э-429

Киякпаева С.Т.

Челябинск 2014

Задание на курсовой проект студента

Киякпаева Сауле Талгатовна

Группа Э-429

1. Дисциплина «Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий»

2. Тема курсового проекта: «Проектирование производственно-отопительной котельной»

3. Срок сдачи студентом законченной работы: 25.12.2014 г.

4. Перечень вопросов, подлежащих разработке:

4.1. Расчёт тепловых нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и построение их графиков;

4.2. Построение графика длительности тепловых нагрузок;

4.3. Расчёт годовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение;

4.4. Расчёт температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе и построение температурного графика тепловой сети;

4.5. Расчёт расходов сетевой воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и построение их графиков;

4.6. Гидравлический расчёт паропровода;

4.7. Тепловой расчёт паропровода, в том числе расчет толщины изоляции;

4.8.Гидравлический расчет конденсатопровода;

4.9. Разработка принципиальной тепловой схемы котельной;

4.10. Расчёт принципиальной тепловой схемы котельной для следующих температур наружного воздуха:, ,, +8 ^оС, летний режим;

4.11. Выбор основного оборудования — котлы, деаэраторы, теплообменники;

4.12.Выбор вспомогательного оборудования — насосы, арматура и т. д.

4.13. Чертёж развёрнутой тепловой схемы котельной на листе формата А1 со спецификацией и экспликацией оборудования.

5. Исходные данные согласно таблице 1 настоящего задания и таблицам семестровых заданий 1 и 2;

Таблица 1 — Исходные данные

6. Сроки выполнения отдельных частей курсового проекта, таблица 2.

Таблица 2- Календарный план

Аннотация В работе осуществлено проектирование производственно-отопительной котельной для жилого района г. Магнитогорск. При выполнении работы определены сезонные и круглогодичные тепловые нагрузки, температуры сетевой воды, расходы сетевой воды. Также выполнены гидравлический и тепловой расчет паропровода и выбрано основное оборудование для котельной.

Также показаны график тепловой нагрузки и график продолжительности тепловой нагрузки, температурный график сети, график расходов воды на отопление, вентиляцию и ГВС. Составлена схема котельной.

Введение

Тепловая схема производственно-отопительной котельной с открытой системой теплоснабжения должна составляться с учетом ее основной особенности, связанной с наличием водоразбора на ГВС из тепловых сетей. Это приводит к существенному увеличению потерь теплоносителя и требует повышение производительности системы водоподготовки котельной.

Расход подпиточной воды на компенсацию потерь теплоносителя в открытых системах значительно больше, чем в закрытых. Значительное увеличение расхода подпиточной воды, и следовательно, повышение производительности водоподготовки обуславливает экономическую целесообразность раздельной подготовки питательной воды для паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей. Кроме того показатели качества подпиточной воды ниже, чем питательной воды для паровых котлов, что позволяет использовать первую ступень умягчения и термической деаэрации воды. Но использование сетевой воды для бытовых целей ГВС предъявляет к ней повышенные санитарные требования.

При использовании сетевой воды в целях ГВС схемы тепловых пунктов у абонентов упрощается, так как отсутствуют теплообмотки ГВС.

К достоинствам открытых систем можно отнести:

1. Возможность уменьшения расчетно-производственного источника теплоты при установки в нем баков-аккумуляторов горячей воды.

2. Снижение металлоемкости местных сетей холодного водоснабжения.

3. Увеличение срока службы местных распределительных сетей ГВС (так как в них подается вода из тепловых сетей, не содержащая солей, жесткости и коррозионно-активных газов).

К недостаткам открытых систем относят возможность ухудшения качества разбираемой на цели ГВС, и необходимость раздельной подготовки питательной и подпиточной воды.

Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 ⁰С в подающем трубопроводе и 70 ⁰С в обратном.

Для покрытия технологической нагрузки, как правило, применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.

1. Расчет тепловой нагрузки Расчет проводим по площади застройки. Будем считать, что дома построены после 1980 г., поэтому площадь, приходящаяся на 1 человека, будет:

Общая площадь застройки:

где z — число жителей города.

Отпуск тепла на 1 м² застройки q_F при t_но= -25⁰С:

Расход тепла на отопление:

где k₁=0,25 — коэффициент, учитывающий расход тепла на отопление общественных зданий.

Расход тепла на вентиляцию:

где k₂ =0,6 — коэффициент, учитывающий расход тепла на вентиляцию общественных зданий.

Средненедельный расход тепла на ГВС:

где 1,2 -коэффициент, учитывающий остывание воды в трубах а=100 (л/сут) — норма расхода горячей воды на одного человека в сутки.

в=25 (л/сут) — норма расхода горячей воды для общественных зданий.

z — число жителей.

с_р=4190 Дж/кг — теплоемкость воды

t_г =55⁰С — температура горячей воды Температура холодной воды:

t_х^зим =5⁰С, t_х^лет =15⁰С

n_c=86 400 с — длительность подачи воды в сутки Расчетные значения нагрузки ГВС:

где k_н=1,2 — коэффициент недельной неравномерности, k_с=2,0 — коэффициент суточной неравномерности Средний расход теплоты за отопительный период:

где t_н = +8⁰С — температура начала и конца отопительного периода, t_в = +18⁰С — температура воздуха в помещении (принимается в зависимости от t_но)

При t_н=t_но = -25⁰С Средний расход теплоты на вентиляцию:

для t_н= t_но= -25⁰С для t_н= +8⁰С Далее строим график тепловой нагрузки и график продолжительности тепловой нагрузки. Для этого по определяем число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной и ниже данной для г. Владивосток.

Таблица № 1. — Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха

Годовой расход теплоты за отопительный период на отопление:

Годовой расход теплоты на вентиляцию:

Годовой расход теплоты на ГВС:

Суммарная годовая тепловая нагрузка:

Построим график тепловой нагрузки и график продолжительности тепловой нагрузки:

2. Качественное регулирование разнородной нагрузки

2.1 Качественное регулирование по отопительной нагрузке в закрытых системах теплоснабжения Расчет будем вести по стандартным параметрам.

Температура воды в подающей линии теплосети ф₀₁=150⁰С.

Температура воды в обратной линии теплосети ф₀₂=70⁰С.

Температура воды, поступающей в систему отопления ф₀₃=95⁰С.

Перепад температур в тепловой сети дф'₀=80⁰C.

Разность температур в местной системе отопления:

Температурный напор нагревательного прибора:

Относительная величина тепловой нагрузки:

Температура воды перед отопительной установкой:

Температура воды после отопительной установки:

Результаты сведем в таблицу 2.

Таблица 2. — Результаты расчета качественного регулирования по отопительной нагрузке в закрытых системах теплоснабжения

Строим температурный график. Так как система закрытая, регулирование по отопительной нагрузке, подрезка графика делается при температуре 65⁰С.

По графику определяем:

3. Расчет расходов сетевой воды Расчет расходов воды на отопление, вентиляцию и ГВС Расход воды на отопление:

при t_нни

при t_н>t_ни

Расход воды на вентиляцию:

при t_нни

при t_н>t_ни> t_но

При t_н>+8⁰C :

Максимальная нагрузка на ГВС:

Расход воды на ГВС:

Расчет проводим для температурного интервала (+8; t_но).

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.

Таблица 3. — Результаты расчета расходов воды на отопление, вентиляцию и ГВС.

Качественное регулирование по совмещенной нагрузке в закрытых системах теплоснабжения Температуры сетевой воды с учетом нагрузки отопления и ГВС:

Снижение температуры воды в подогревателях ГВС:

Примем недогрев водопроводной воды в подогревателе первой ступени П1.

Нагрев воды в подогревателе:

(36)

(37)

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.

Таблица 4. — Температуры сетевой воды с учетом нагрузки отопления и ГВС

Качественное регулирование по отопительной нагрузке в открытых системах теплоснабжения Температуры сетевой воды:

Расход воды на ГВС при t_г >ф02, от +8⁰С до t_нг, кг/с [1]:

Расход воды на ГВС при t_г <�ф02, от t_нг до t_но, кг/с [1]:

tно = -25

Доля расхода воды на ГВС из подающего трубопровода:

Доля расхода воды на ГВС из обратного трубопровода:

Расходы воды из подающего и обратного трубопровода, кгс [9]:

В диапазоне температур расход определяется [9]:

Результаты расчётов сведём в таблицу 5.

Таблица 5.

4. Гидравлический расчёт

4.1 Гидравлический расчет паропровода Гидравлический расчет следует проводить в направлении от потребителей к источнику, чтобы определить параметры пара, с которыми он должен быть отпущен из котельной.

По паропроводу транспортируется насыщенный водяной пар.

Рисунок 1 — Схема паропровода Прежде чем приступить к расчётам, необходимо подобрать диаметры труб на участках. Для этого задаёмся скоростью (по таблице 9.18 [2]) и по формуле неразрывности потока считаем диаметры.

Таблица 4.1 — Гидравлический расчёт паропровода

По данным, полученным из гидравлического расчёта построим пьезометрический график.

Рисунок 2 -Пьезометрический график паропровода

4.2 Гидравлический расчет водяных тепловых сетей Рисунок 3 — Схема водяных тепловых сетей Таблица 4.2 — Гидравлический расчёт водных тепловых сетей

4.2 Гидравлический расчет конденсатопровода

Рисунок 4 -Пьезометрический график конденсатопровода трубопровод гидравлический тепловой котельная

5. Тепловой расчет паропровода Прокладка паропровода наземная, следовательно расчетная температура окружающей среды соответствует температуре наружного воздуха при максимально зимнем режиме (t_но).

Паропровод полностью изолирован, задвижки изолированы на ѕ от их площади поверхности.

Результаты теплового расчета сведены в таблицу 5.

Таблица 5.1 — Тепловой расчет паропровода

Рассчитаем тепловую изоляцию оборудования и трубопроводов [5]

Для цилиндрических объектов диаметром менее 2 м толщина теплоизоляционного слоя определяется по формуле:

где — отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру изолируемого объекта;

сопротивление теплопередачи на 1 м длины теплоизоляционной конструкции цилиндрических объектов диаметром менее 2 м, (м· °С)/Вт;

термическое сопротивление стенки трубопровода, определяемое по формуле коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности покровного слоя (приложение 9[5])

коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала.

наружный диаметр изолируемого объекта, м.

Величину определяем по нормированной линейной плотности теплового потока где — нормированная линейная плотность теплового потока с 1 м длины цилиндрической теплоизоляционной конструкции при расположении оборудования и трубопроводов на открытом воздухе, принимаемая по обязательным приложениям 4, табл. 1 [5], Вт/м;

коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоляционной конструкции в зависимости от места установки (приложение 10 [5]). ;

средняя температура теплоносителя, ;

средняя температура за год окружающей среды, ;

Также нужно учитывать термическое сопротивление стенки трубопровода

диаметр наружной поверхности изолирующего слоя, м;

коэффициент теплопроводности стенки ().

В качестве теплоизоляционных материалов выберем плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем, ГОСТ 9573–82, марки 125 с плотностью и теплопроводностью

Таблица 5.2 — Определение толщины изоляции

Расчетную толщину индустриальных теплоизоляционных конструкций из волокнистых материалов и изделий следует округлять до значений, кратных 20, и принимать согласно рекомендуемому приложению 11.

Толщина изоляции на всех участках = 80 мм.

Материал для покровного слоя — сталь тонколистовая толщиной

Для предохранения покровного слоя от коррозии следует предусмотреть окраску.

6. Расчет тепловой схемы котельной Солесодержание исходной воды S_x⁼S_ив=300 мг/л Температура сетевой воды:

Энтальпия сетевой воды:

Энтальпия насыщенного пара:

после котла

после РОУ из деаэратора СНП Энтальпия конденсата:

Конденсата

Питательной воды Воды деаэратора

Исходной воды Насыщенной воды Котловой воды р=1,4 Мпа Расчет возвращенного конденсата Потери конденсата:

Общая нагрузка отопления, вентиляции, горячего водоснабжения:

Расход пара на сетевые подогреватели:

(6−4)

Общий расход пара на внешнее потребление:

Потери пара в тепловой схеме:

Расход пара на собственные нужды:

Расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

(6 — 8)

(6 — 9)

Общий расход воды:

(6 — 10)

Расход подпитки тепловой сети:

Паропроизводительность по пару после РОУ:

Сумма потерь пара и конденсата:

Доля потерь теплоносителя:

Процент продувки:

Расход питательной воды на РОУ:

Паропроизводительность после котла:

Расход продувочной воды:

Расход пара из СНП:

Расход воды из сепаратора продувки:

Расход пара из деаэратора питательной воды:

Расход выпара из деаэратора питательной воды:

Расход воды на ГВС:

Расход выпара из деаэратора горячего водоснабжения:

Суммарные потери сетевой воды, пара и конденсата:

Расход химобработанной воды первой ступени — сумма потерь пара и конденсата:

Расход химобработаноой воды второй ступени:

Расход исходной воды:

Расход пара на подогреватель исходной воды Т№ 2. Принято t₂₂=25⁰C:

Температура исходной воды после подогревателя Т№ 1

Температура воды на входе в Т№ 4:

i₄₁= i₃₂= 121 кДж/кг Расход пара на подогреватель Т№ 3:

h₅₂=366 кДж/кг Расход пара на деаэратор питательной воды:

Температура подпиточной воды на входе в теплообменник Т№ 9. Считаем, что G_подп?G_Д2:

h₉₁= 196,93 кДж/кг Расход пара на подогрев подпиточной воды в Т№ 8. t₈₂=t₉₁:

Расход пара на подогреватели Т№ 6,7.:

Считаем что расход пара на каждый сетевой подогреватель рассчитывается как общий расход пара на сетевые подогреватели деленное пополам, для простоты регулирования нагрузки.

(6.32)

Температура сетевой воды после Т№ 6 равная температуре на входе в Т№ 7:

Температура подпиточной воды после охладителя выпара ДР2:

Расход пара на деаэратор горячего водоснабжения:

Расчетный расход пара на собственные нужды:

(6 — 34)

Расчетная паропроизводительность:

Ошибка расчета:

Проведем расчет для других температур наружного воздуха, результаты сведем в таблицу.

Таблица 6 «Расчет режимов производственно-отопительной котельной»

7. Выбор оборудования котельной

7.1 Выбор котельного агрегата Паропроизводительность котельного агрегата:

1) Максимальная, в зимний период при :

2) Минимальная, в летний период:

Выбираем 1 паровой котел марки Е-100−1,4−250 ГМ (ГМ-100−14−250):

Таблица 7.1 — Основные технические данные парового котла Е-50−1,4−250ГМ.

Выбираем 2 паровых котлов E-160−1,4−250 ГМ (ТГМЕ-187)

Таблица 7.2 — Характеристики котла E-160−1,4−250ГМ

Суммарная производительность выбранных котлов

D=50+160+160=370 т/ч

7.2 Выбор деаэратора Расход воды из деаэратора питательной воды. Выбираем 2 деаэратора ДА-200/50 и ДА-25/8.

Таблица 7.2 — Характеристики деаэраторов ДА-400/75 и ДА-50/15

7.3 Подбор насосов:

1. Насос исходной воды.  — СМ 100−65−200/2б,

2шт (1 резерв)

2. Питательный насос — ПЭ 250−45−2, 3шт (1 резерв)

3. Сетевой насос 90 м.в.ст. — СЭ 2500−100−25, 2шт (1 резерв)

4. Подпиточный насос — ЦН 50−135, 2шт (1 резерв)

Таблица 7.3 — Характеристики насосов

7.4 Подбор теплообменников

Выбор теплообменных установок для котельной осуществляется по результатам теплового расчета подогревателей. Цель расчета — определить площадь теплообмена. Полученная и известные (максимальные и рабочие давления теплоносителей в трубной системе, в межтрубном пространстве, максимальные температуры теплоносителей, тепловая мощность) характеристики сравниваются с характеристиками теплообменных аппаратов, приведенные в каталогах. После технико-экономического обоснования (ТЭО) выбирается тип и марка теплообменника.

Таблица 7.41 — Характеристики теплообменников

Таблица 7.42 — Расчет теплообменников тепловой схемы котельной.

Заключение

В курсовом проекте рассчитаны:

1. сезонная тепловая нагрузка котельной при t_но= -34⁰С:

2. круглогодичная тепловая нагрузка котельной:

3. суммарная годовая тепловая нагрузка:

4. температуры воды в подающем и обратном трубопроводах, и построили температурный график (см. стр.14)

5. расходы сетевой воды и построили график расходов (см. стр.19)

Также провели:

6. гидравлический и тепловой расчет паропровода.

7. гидравлический расчет водяных тепловых сетей.

8. гидравлический расчет конденсатопровода.

Рассчитали:

9. тепловую изоляцию трубопроводов, толщина изоляции 80 мм на всех участках. Материал для покровного слоя — сталь тонколистовая толщиной 0,35 мм.

10. При заданном расходе технологического пара, определены расходы котловой воды при различных режимах работы.

Для обеспечения нагрузки теплоснабжения и нужд производственных потребителей подобраны паровые котлы, а также вспомогательное оборудование: деаэраторы, насосы и подогреватели.

Библиографический список

1. Кириллов В. В. Расчет тепловых схем источников теплоснабжения промышленных предприятий: учебное пособие/В. В. Кириллов. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. — 77 с.

2. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов/Е.Я. Соколов. — М.: Издательство МЭИ, 2013. — 472 с.

3. 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. / С. Л. Ривкин, А. А. Александров — М.: Энергоатомиздат, 2012. — 80с.

4. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей/под ред. А. А. Николаева. — Курган.: Интеграл, 2007. — 360 с.

5. Есина, И. В. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий/ И. В. Есина, А. И ГрибановЧелябинск: ЧГТУ, 1990.

6. СНиП 2.04.14−88. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.