Система теплоснабжения промышленно-жилого района

Министерство образования РФ

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И. Носова

Кафедра теплотехнических и энергетических систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: ‘’Источники и системы теплоснабжения предприятий’’

Тема: “Система теплоснабжения промышленно-жилого района”

Выполнил: студент группы

ЭТ-01-2

Неретин А.А.

Работу принял: ст. преподаватель

Осколков С.В.

Магнитогорск

2003

Оглавление:

Условие -----------------------------------------2

1 раздел: Расчет тепловых нагрузок потребителей

района, график распределения и продолжительности

тепловых нагрузок -------------------------------3-4

2 раздел: Схема прокладки тепловых сетей с выбран-

ным оборудованием -------------------------------5

3 раздел: Расчет расходов теплоносителей по участ-

кам тепловой сети -------------------------------6

4 раздел: Гидравлический расчет тепловой сети, пье-

зометрический график (напоров) для водяной тепловой

сети, выбор сетевых и подпиточных насосов --------7-11

5 раздел: Тепловой расчет сети ------------------12-19

6 раздел: Централизованное регулирование нагрузки

водяной тепловой сети, графики регулирования ----20-21

7 раздел: Выбор и расчет принципиальной тепловой

схемы источника теплоснабжения ------------------22-26

Список литературы ------------------------------27

По заданным потребителям выполнить расчет принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной с паровыми котлами типа Е 1,6-9. Расчеты выполнять для климатических условий города Магнитогорска. Расчетно-температурный график водяных тепловых сетей 150⁰-70⁰С. Пар на подогревателе сетевой воды и подогревателе сырой воды поступает с давлением 6 атм и температурой 190⁰С. Возврат конденсата от технических потребителей a=0,5. Деаэрация питательной воды осуществляется в атмосферном деаэраторе при температуре 104⁰С.

Первый потребитель Т₁: чугунолитейный цех с V_стр=12000 м³;

Второй потребитель Т₂: бытовые и административные здания с V_стр=8000 м³;

Производственное потребление пара П идет на производство чугуна с производительностью 2000 т/мес.

1 раздел: Расчет тепловых нагрузок потребителей района, график распределения и продолжительности тепловых нагрузок.

Т₁

1.Расчет тепловой нагрузки на отопление чугунолитейного цеха:

Q_o^|=(t_вр-t_но)V_стрq_o=(16+34)*12000*0,3=180000Вт=0,18МВт, (1.1.1)

где: q_o=0,3Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери через наружные ограждения отапливаемого здания, [1, стр437]

V_стр=12000м³-объем здания по наружным размерам [из задания]

t_вр=16⁰C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]

t_но=-34⁰С-температура наружного воздуха. [1, стр432]

Q_о^ср=Q_o^|*[(t_вр-t_н^ср)/(tвр-tно)]=0,18*[(16+7,9)/(16+34)]=

=0,086МВт, (1.1.2) где: Q_o^|-расчетный расход тепла на отопление

t_н^ср=-7,9⁰С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]

Q_о^год=Q_о^ср*n₀=0,086*10⁶*5250*3600=1,62*10¹²Дж=1625ГДж, (1.1.3)

где: Q_о^ср-средний расход тепла на отопление

n₀=5250ч-число часов за отопительный период. [1, стр435]

2.Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию чугунолитейного цеха:

Q_в^|=(t_вр-t_нв)Vq_в=(16+22)*12000*1,2=547200Вт=0,547МВт, (1.2.1)

где: t_нв=-22⁰С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]

q_в=1,2 Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]

Q_в^ср=Q_в^|*[(t_вр-t_н^ср)/(t_вр-t_нв)]=0,547*[(16+7,9)/(16+22)]=

=0,344МВт (1.2.2)

где:Q_в^|-расчетный расход тепла на вентиляцию.

Q_в^год=Q_в^ср*n_в=0,344*10⁶*3488*3600=4,31*10¹¹Дж=4319ГДж, (1.2.3)

где: Q_в^ср-средний расход тепла на вентиляцию

n_в-3488ч-число часов за отопительный период с работающей вентиляцией, т.к. вентиляция работает 16 часов в сутки то,218 суток умножаем на 16 часов, получаем 3488 часов.

Q_S^год=Q_о^год+Q_в^год=1625+4319=5944ГДж (1.2.4)

Т₂

3.Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:

Q_о^|=(t_вр-t_но)V_стрq_o=(18+34)*8000*0,34=141440Вт=0,141МВт, (1.3.1)

где:V_стр=8000м³- объем здания по наружным размерам [из задания]

t_вр=18⁰С- температура воздуха внутри помещения [4, стр25]

q_o=0,34Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери через наружные ограждения отапливаемого здания. [1, стр437]

Q_о^ср=Q_o^|*[(t_вр-t_н^ср)/(t_вр-t_но)]=0,141*[(18+7,9)/(18+34)]=

=0,07МВт, (1.3.2) где: Q_o^|-расчетный расход тепла на отопление

t_н^ср=-7,9⁰С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]

Q_о^год=Q_о^ср*n₀=0,07*10⁶*5250*3600=1,32*10¹²Дж=1323ГДж, (1.3.3)

где: Q_о^ср-средний расход тепла на отопление

n₀=5250ч-число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной и ниже данной. [1, стр435]

4.Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию бытовых и административных зданий:

Q_в^|=(t_вр-t_нв)Vq_в=(18+22)*8000*0,12=38400Вт=0,038МВт, (1.4.1)

где: t_нв=-22⁰С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]

q_в=0,12 Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]

Q_в^ср=Q_в^|*[(t_вр-t_н^ср)/(t_вр-t_нв)]=0,038*[(18+7,9)/(18+22)]=

=0,024МВт (1.4.2)

где:Q_в^|-расчетный расход тепла на вентиляцию.

Q_в^год=Q_в^ср*n_в=0,024*10⁶*3488*3600=3,01*10¹¹Дж=301,4ГДж, (1.4.3)

где: Q_в^ср-средний расход тепла на вентиляцию

n_в-3488ч-число часов за отопительный период с работающей вентиляцией.

5.Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение бытовых и административных зданий:

Q_гв^ср.н.з=[bmC_в(t_гв-t_хв)]/n_с=[20*250*4190(65-5)]/24*3600=14548Вт=

0,014МВт, (1.5.1)

где:b=20л/сутки*чел-норма расхода горячей воды для общественных зданий отнесенная к одному жителю района [1, стр440]

m=250чел-количество водопотребителей [из задания]

С_в=4190Дж/кг*⁰С-теплоемкость воды [3, стр195]

t_гв=65⁰C-температура горячей воды [1, стр442]

t_хв=5⁰C-температура холодной воды зимой [1, стр442]

n_с=24ч/сутки-расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение [1, стр440]

Q_гв^ср.н.л=[bmC_в(t_гв-t_хв)]/n_с=[20*250*4190(65-15)]/24*3600=12123Вт=

0,012МВт, (1.5.2)

где: t_хв=15⁰C-температура холодной воды летом [1, стр442]

Q_гв^год=Q_гв^зn_o+Q_гв^л(n-n_o)=0,014*5250*3600+0,012*(8400-5250)*3600=264600+

135080=400,680ГДж, (1.5.3)

Q_S^год=Q_о^год+Q_в^год+Q_гв^год=1323+301,4+400,680=2025,08ГДж, (1.5.4)

6.Расчет технологической тепловой нагрузки для производства чугуна:

П

Q_тн=Sq_iтн*N_i=0,71*10⁹*2000=1,42*10¹²Дж/мес=1420ГДж/мес=

=о,547МВт (1.6.1)

где: q_i=0,71-удельный расход теплоты на технологические нужды [4, стр3]

N_i=2000т/мес-производительность предприятия по выпуску продукции (из задания).

График распределения и продолжительности тепловых нагрузок.

Q_оS^|=Q_oT1^|+Q_oT2^|=0,18+0,141=0,321МВт

Q_вS^|=Q_вТ1^|+Q_вТ2^|=0,547+0,038=0,585МВт

Q_o(t_н=8⁰С)= Q_oT1^|[(t_вр-t_н)/(t_вр-t_но)]+ Q_oT2^|[(t_вр-t_н)/(t_вр-t_но)]=0,18*[16-

8)/(16+34)]+0,141*[(18-8)/(18+34)]=0,04МВт

Проверка:

Q_o(t_н=-15⁰С)=0,18*[(16+15)/(16+34)]+0,141*[(18+15)/(18+34)]=0,19МВт

Q_в(t_н=8⁰С)= Q_вT1^|[(t_вр-t_н)/(t_вр-t_нв)]+ Q_вT2^|[(t_вр-t_н)/(t_вр-t_нв)]=0,547*[16-

8)/(16+22)]+0,038*[(18-8)/(18+22)]=0,12МВт

Проверка:

Q_в(t_н=-15⁰С)=0,547*[(16+15)/(16+22)]+0,038*[(18+15)/(18+22)]=0,47МВт

Q_S(t=-22⁰С)=0,585+0,014+0,25+0,547=1,396МВт

Q_o(t=-22⁰C)= 0,18*[(16+22)/(16+34)]+0,141*[(18+22)/(18+34)]=0,25МВт

2 раздел: Схема прокладки тепловых сетей с выбранным оборудованием.

| ||

П К Т₁

l=1000м l=1000м l=800м

l=500м |||

Т₂

3 раздел: Расчет расходов теплоносителей по участкам тепловой сети.

1.П

Схема паропровода открытая двухтрубная, доля возврата конденсата a=0,5; Q_тн=0,547МВт; параметры теплоносителя: Р=0,79МПа,t=300⁰С. [4, стр3]; Расчетно-температурный график водяных тепловых сетей 150-70⁰С.

Q_тн=D(h_пп-С_вt_к)-aG_кС_в(t_к-t_хв), (3.1.1)

D=0,547*10⁶/[(2768,4*10³-4190*80)-0,5*4190*(80-5)]=0,24кг/с=

=0,86т/ч, (3.1.2)

где: С_в=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,

h_пп=2768,4кДж/кг-энтальпия пара [3, стр62]

t_к=80⁰С-температура конденсата [из задания]

t_хв=5⁰C-температура холодной воды.

2.Т₁

Q=(Q_o^|+Q_в^|)=(0,18+0,547)=0,727МВт (3.2.1)

G=Q/C_в(t₁-t₂)=0,727*10⁶/4190(150-70)=2,16кг/с=7,8т/ч (3.2.2)

3.Т₂

Q=(Q_o^|+Q_в^|+Q_гв^|)=(0,141+0,038+0,014)=0,193МВт, (3.3.1)

G=Q/C_в(t₁-t₂)=0,193*10⁶/4190(150-70)=0,57кг/с=2,07т/ч (3.3.2)

4 раздел: Гидравлический расчет тепловой сети, пьезометрический график (напоров) для водяной тепловой сети и выбор сетевых и подпиточных насосов.

| ||

П К Т₁

l=1000м l=1000м l=800м

l=500м |||

Т₂

Гидравлический расчет водопровода:

1.Предварительный расчет 1 и 2-го участков.

Статическое давление в тепловой сети Н_ст=60 м;

Располагаемый напор у потребителя не менее Н_аб=15 м;

Н_обр=20 м;

Падение давления на сетевых подогревателях Н_с.п.=12 м;

Падение давления на 1 и 2-ом участках:

DH₁₊₂=Н_ст–Н_обр–Н_аб/2=60–20–15/2=32,5м, (4.1.1)

Падение давления на 1-ом участке:

DH₁=DH₁₊₂*l₁/l₁₊₂=32,5*1000/(1000+800)=18м, (4.1.2)

где: l₁– длина первого участка, [из задания]

l₂– длина второго участка. [из задания]

Падение давления но 2-ом участке:

DН₂=DН₁₊₂-DН₁=14,5м, (4.1.3)

Линейные потери давления на 1 и 2-ом участках:

R₁Па/м, (4.1.4)

где: .

z=0,02-0,05 – для водопровода.

R₂Па/м, (4.1.5)

По номограммам для гидравлического расчета трубопроводов находим предварительный диаметр трубопровода:

d₁=75мм

d₂=65мм.

2.Окончательный расчет 1 и 2-го участков.

Окончательный диаметр трубопроводов:

d₁=82мм,

d₂=70мм.

Линейные потери по длине трубопровода при d₁=82мм и d₂=70мм:

R₁=60Па/м,

R₂=120Па/м.

Эквивалентные длины трубопроводов 1 и 2-го участков.

При прокладке примем: на каждые 100 м. длины трубопровода одно сварное колено и один сальниковый компенсатор; задвижки ставятся в начале участка и перед потребителем.

1 участок.

10 сальниковых компенсаторов, 10 сварных колен, 1 задвижка.

При диаметре d₁=82мм получаем:

l_э.1=А_lSzd^1,25=60,7*(10*0,2+10*0,68+1*0,5)*0,082^1,25=24м, (4.2.1)

где: A_l=60,7м^-0,25-постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода, (3, стр342)

z-коэффициент местных сопротивлений. (3, стр343)

Полная длина: l_п.1=l₁+l_э.1=1000+24=1024м. (4.2.2)

2 участок.

8 сальниковых компенсаторов, 8 сварных колен, 2 задвижки.

При диаметре d₂=70мм получаем:

l_э.2= А_lSzd^1,25=60,7*(8*0,2+8*0,68+2*0,5)*0,076^1,25=18м, (4.2.3)

Полная длина: l_п.2=l₂+l_э.2=800+18=818м. (4.2.4)

Падения давления и напора на 1 и 2-ом участках.

DР₁=R₁*l_п.1=60*1024=6144Па, (4.2.5)

м, (4.2.6)

DР₂=R₂*l_п.2=120*818=98160Па, (4.2.7)

м, (4.2.8)

3.Предварительный расчет 3-го участка.

Падение напора на 3-ем участке равно падению напора на 2-ом участке:

DН₃=DН₂=10,3м.

Линейные потери давления:

Па/м, (4.3.1)

По номограммам для гидравлического расчета трубопроводов находим предварительный диаметр трубопровода:

d₃=31мм

4.Окончательный расчет 3-го участка.

Окончательный диаметр трубопровода:

d₃=51мм,

Линейные потери по длине трубопровода при d₃=51мм:

R₃=60Па/м,

Эквивалентная длина трубопровода.

5 сальниковых компенсаторов, 5 сварных колен, 2 задвижка, разделение потока в тройнике.

При диаметре d₃=51мм получаем:

l_э.3= А_lSzd^1,25=60,7*(5*0,2+5*0,68+2*0,5+3)*0,051^1,25=9,3м, (4.4.1)

Полная длина: l_п.3=l₃+l_э.3=500+9,3=509,3м. (4.4.2)

Падения давления и напора.

DР₃=R₃*l_п.3=60*509,3=30558Па, (4.4.3)

м, (4.4.4) По полученным данным составляем таблицу.

Гидравлический расчет паропровода.

5.Расход пара и его параметры.

D=0,24кг/с, Р_п=0,79МПа, t=300⁰С. [4, стр.3]

Примем Р₀₌=1МПа и Т₀=340⁰С.

6.Предварительный расчет паропровода.

Падение давления на всем участке.

DР=P₀-P_П=1*10⁶-0,79*10⁶=210000Па=0,21МПа, (4.6.1)

R_л=DР/l(1+a)=210000/1000(1+0,09)=198,1Па/м, (4.6.2)

где: 

z=0,2-0,5 – для паропровода,

l=1000м – длина паропровода.

Среднее давление по длине трубопровода:

Р_ср=Р₀+(DР/2)=1*10⁶+(210000/2)=0,895МПа, (4.6.3)

Примем падение температуры по длине паропровода на 100 м равные 2⁰,

Т_ср=340-10=330⁰С, (4.6.4)

Средняя плотность пара.

r_ср=1/v=1/0,3039=3,29кг/м³, (4.6.5)

где: v=0,3039 – объем 1 кг пара при Р_ср=0,895МПа и Т_ср=330⁰С (3, стр62).

Рассчитываем диаметр трубопровода.

d=A_d*D^0,38/(rR_л)^0,19=0,414*0,24^0,38/651,7^0,19=70мм, (4.6.6)

где: A_d=0,414м^0,0475-постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода, [3, стр342]

7.Окончательный расчет паропровода.

Окончательный диаметр трубопровода:

d=82мм.

R_лr=A_R*D²/ a^5,25=10,6*10^-3*0,24²/0,09^5,25=188,8, (4.7.1)

где: A_R=10,6*10^-3м^0,25-постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода, [3, стр342]

Эквивалентная длина паропровода.

При прокладке примем: на каждые 100 м длины трубопровода один «П» образный компенсатор; задвижки ставятся в начале и конце участка.

10 «П» образных компенсаторов l_э=70м, 10 сварных колен l_э=16,8м, 2 задвижки l_э=2,6м.

Полная длина: l_п.=l+l_э.=1000+89,4=1089,4м. (4.7.2)

Среднее давление по длине трубопровода:

Р_ср=Р₀-R_лr/r_ср*l_п./2=1*10⁶-188,8/3,29*1089,4/2=0,968МПа, (4.7.3)

Падение температуры по всему участку трубопровода.

dТ=4*10=40⁰C

Средняя температура пара по длине.

Т_ср=Т₀–dТ/2=340–40/2=320⁰С, (4.7.4)

Средняя плотность пара.

r_ср=1/v=1/0,2824=3,54кг/м³, (4.7.5)

где: v=0,2824 – объем 1 кг пара при Р_ср=0,968 МПа и Т_ср=320⁰ (3, стр62).

R_л= R_лr/r_ср=188,8/3,54=53,4Па/м, (4.7.6)

DР=R_лl_п.=53,4*1089,4=0,058МПа, (4.7.7)

Р₂=Р₀-DР=1*10⁶-0,058*10⁶=0,942МПа, (4.7.8)

Р₀=Р_П+DР=0,79*10⁶+0,058*10⁶=0,848МПа. (4.7.9)

По полученным данным составляем таблицу.

Выбор сетевых и подпиточных насосов.

По пьезометрическому графику H=68,6 м, расход теплоносителя по всему трубопроводу составил G=2,73 кг/с. На основе этих данных в качестве основного сетевого насоса выбираем СЭ-160-70 с подачей V=160м³/ч и напором H=70м, в качестве резервного с учетом перспектив развития сети теплоснабжения выбираем СЭ-160-100. [1, стр.446]

По пьезометрическому графику H=44,3 м, расход теплоносителя по всему трубопроводу составил G=2,73 кг/с.На основе этих данных в качестве основного подпиточного насоса выбираем СЭ-160-50 с подачей V=160м³/ч и напором H=50м, в качестве резервного с учетом перспектив развития сети теплоснабжения выбираемСЭ-160-70. [1, стр.446]

5 раздел: Тепловой расчет сети.

1.Тепловой расчет паропровода:

Выбор изоляции.

Минеральная вата на синтетическом связующем с r_из=200 кг/м³,l_из=0,053 Вт/м⁰С

Толщина изоляции d=70 мм.

Диаметр трубы с изоляцией:

d_из=d_нар+2 d =89+2*70=229мм, (5.1.1)

где: d_нар–наружный диаметр трубы паропровода.

Тепловое сопротивление изоляции.

м*К/Вт, (5.1.2)

Внешнее тепловое сопротивление.

Для предварительного расчета (Вт/м²*К),

где: w=5 м/с–скорость воздуха.

м*К/Вт, (5.1.3)

Температура поверхности изоляции:

(5.1.4)

где: t_н.о.=–34⁰С – температура наружного воздуха

Т₀=300⁰С – начальные параметры теплоносителя.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией паропровода с изоляцией:

a_к=4,65w^0,7/d_из^0,3=4,65*5^0,7/0,229^0,3=22,4Вт/м²*К, (5.1.5)

где: w=5м/с–скорость воздуха.

Коэффициент теплоотдачи излучением паропровода с изоляцией:

Вт/м²*К, (5.1.6)

где: с=5 Вт/м²*К⁴–степень черноты.

Внешнее тепловое сопротивление паропровода с изоляцией:

м*К/Вт. (5.1.7)

Тепловые потери 1 м паропровода с изоляцией:

Вт/м. (5.1.8)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией голого паропровода:

a_к=4,65w^0,7/d_из^0,3=4,65*5^0,7/0,089^0,3=29,7Вт/м²*К, (5.1.9)

где: w=5м/с–скорость воздуха.

Коэффициент теплоотдачи излучением голого паропровода:

Вт/м²*К, (5.1.10)

где: с=5 Вт/м²*К⁴–степень черноты.

Внешнее тепловое сопротивление голого паропровода:

м*К/Вт. (5.1.11)

Тепловые потери 1 м голого паропровода:

Вт/м. (5.1.12)

Коэффициент эффективности изоляции.

%. (5.1.13)

Полные тепловые потери.

Q=q*l*(1+b)=129,8*1000*(1+0,3)=168,7кВт, (5.1.14)

Q_гол=q*l=5054,05*1000=5054,05кВт. (5.1.15)

где: b=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д.

Падение температуры:

h₁=h₂+Q/D=2768+168,7/0,24=3170,9кДж/кг, (5.1.16)

По Р=1МПа и h₁=3170,9кДж/кг находим Т₀=355⁰С, (3, стр.62).

Падение температуры на всем паропроводе составило 55⁰С.

Тепловой расчет водопровода.

2.Тепловой расчет первого участка.

Выбор изоляции.

Маты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем r=60 кг/м³, l_из=0,04 Вт/м⁰С

Толщина изоляции d=70 мм.

Диаметр трубы с изоляцией:

d_из=d_нар+2d=89+2*70=229мм, (5.2.1)

где: d_нар=89мм–наружный диаметр трубы паропровода.

Выбор канала.

По диаметру трубопровода с изоляцией d_из выбираем канал (4,стр.12).

Тип канала: КЛ–120–60,

Внутренние размеры: 1200х600мм,

Наружные размеры: 1450х780мм,

l_к=1,3 Вт/м*К – теплопроводность стенок канала.

Внутренний эквивалентный диаметр канала:

м, (5.2.2)

Внешний эквивалентный диаметр канала:

м. (5.2.3)

Глубина залегания канала.

h=2,2м.

Тепловое сопротивление изоляции.

м*К/Вт, (5.2.4)

Наружное тепловое сопротивление.

м*К/Вт, (5.2.5)

где: Вт/м²*К –внешнее тепловое сопротивление трубопровода в канале.

Суммарное тепловое сопротивление трубопровода.

R₁=R₂=R_из+R_нар=3,74+0,11=3,85м*К/Вт, (5.2.6)

где: R₁ – тепловое сопротивление прямой линии,

R₂ – тепловое сопротивление обратной линии.

Тепловое сопротивление поверхности канала.

м*К/Вт, (5.2.7)

Внутреннее тепловое сопротивление канала

м*К/Вт, (5.2.8)

Тепловое сопротивление грунта.

h/d_э.внеш=2,2/1,01=2,18 > 2, тогда

м*К/Вт, (5.2.9)

где: l_гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.

Тепловое сопротивление канала+грунта.

R_S =R_п.к+R_к+R_гр=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.2.10)

Температура канала.

(5.2.11)

где: t_гр=2⁰С–температура не промерзания грунта.

Температура поверхности изоляции.

(5.2.12)

(5.2.13)

Тепловые потери 1 м водопровода.

Вт/м, (5.2.14)

Вт/м, (5.2.15)

Температура теплоносителя в конце участка.

t^/_пр=t_пр–Dt_пр=150–4=146⁰С ,

где: (5.2.16)

l₁=1000м–длина первого участка,

b=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д.

G₁=2,73кг/с–расход теплоносителя на первом участке

с_в=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.

t^/_обр=t_обр +Dt_обр=70+2=72⁰С ,

где: (5.2.17)

Теплопотери трубопровода без изоляции:

Вт/м, (5.2.18)

где: м*К/Вт, (5.2.19)

(5.2.20)

Коэффициент эффективности изоляции.

(5.2.21)

Q=q*l*(1+b)=35,06*1000*(1+0,3)=38,6кВт, (5.2.22)

Q_гол=q*l=268*1000=268кВт. (5.2.23)

Падение температуры:

Dt=q*l*(1+b)/G₁C_в=38600/4190*2,73=3,9⁰С. (5.2.24)

3.Тепловой расчет второго участка.

Выбор изоляции.

Маты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем r=60 кг/м³, l_из=0,04 Вт/м⁰С

Толщина изоляции d=70 мм.

Диаметр трубы с изоляцией:

d_из=d_нар+2d=76+2*70=216мм, (5.3.1)

где: d_нар=76мм–наружный диаметр трубы паропровода.

Выбор канала.

По диаметру трубопровода с изоляцией d_из выбираем канал (4,стр.12).

Тип канала: КЛ–120–60,

Внутренние размеры: 1200х600мм,

Наружные размеры: 1450х780мм,

l_к=1,3 Вт/м*К – теплопроводность стенок канала.

Внутренний эквивалентный диаметр канала:

м, (5.3.2)

Внешний эквивалентный диаметр канала:

м. (5.3.3)

Глубина залегания канала.

h=2,2м.

Тепловое сопротивление изоляции.

м*К/Вт, (5.3.4)

Наружное тепловое сопротивление.

м*К/Вт, (5.3.5)

где: Вт/м²*К –внешнее тепловое сопротивление трубопровода в канале.

Суммарное тепловое сопротивление трубопровода.

R₁=R₂=R_из+R_нар=4,16+0,12=4,28м*К/Вт, (5.3.6)

где: R₁ – тепловое сопротивление прямой линии,

R₂ – тепловое сопротивление обратной линии.

Тепловое сопротивление поверхности канала.

м*К/Вт, (5.3.7)

Внутреннее тепловое сопротивление канала

м*К/Вт, (5.3.8)

Тепловое сопротивление грунта.

h/d_э.внеш=2,2/1,01=2,18 > 2, тогда

м*К/Вт, (5.3.9)

где: l_гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.

Тепловое сопротивление канала+грунта.

R_S =R_п.к+R_к+R_гр=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.3.10)

Температура канала.

(5.3.11)

где: t_гр=2⁰С–температура не промерзания грунта.

Температура поверхности изоляции.

(5.3.12)

(5.3.13)

Тепловые потери 1 м водопровода.

Вт/м, (5.3.14)

Вт/м, (5.3.15)

Температура теплоносителя в конце участка.

t^/_пр=t_пр–Dt_пр=150–3,6=146,4⁰С ,

где: (5.3.16)

l₁=800м–длина первого участка,

b=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д.

G₂=2,16кг/с–расход теплоносителя на первом участке

с_в=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.

t^/_обр=t_обр +Dt_обр=70+1,5=71,5⁰С ,

где: (5.3.17)

Теплопотери трубопровода без изоляции:

Вт/м, (5.3.18)

где: м*К/Вт, (5.3.19)

(5.3.20)

Коэффициент эффективности изоляции.

(5.3.21)

Q=q*l*(1+b)=31,77*800*(1+0,3)=30,04кВт, (5.3.22)

Q_гол=q*l=240,68*800=192,55кВт. (5.3.23)

Падение температуры:

Dt=q*l*(1+b)/G₁C_в=30040/4190*2,16=3,3⁰С. (5.3.24)

4.Тепловой расчет третьего участка.

Выбор изоляции.

Маты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем r=60 кг/м³, l_из=0,04 Вт/м⁰С

Толщина изоляции d=50 мм.

Диаметр трубы с изоляцией:

d_из=d_нар+2d=57+2*50=157мм, (5.4.1)

где: d_нар=57мм–наружный диаметр трубы паропровода.

Выбор канала.

По диаметру трубопровода с изоляцией d_из выбираем канал (4,стр.12).

Тип канала: КЛ–90–60,

Внутренние размеры: 900х600мм,

Наружные размеры: 1150х780мм,

l_к=1,3 Вт/м*К – теплопроводность стенок канала.

Внутренний эквивалентный диаметр канала:

м, (5.4.2)

Внешний эквивалентный диаметр канала:

м. (5.4.3)

Глубина залегания канала.

h=2м.

Тепловое сопротивление изоляции.

м*К/Вт, (5.4.4)

Наружное тепловое сопротивление.

м*К/Вт, (5.4.5)

где: Вт/м²*К –внешнее тепловое сопротивление трубопровода в канале.

Суммарное тепловое сопротивление трубопровода.

R₁=R₂=R_из+R_нар=4,+0,17=4,17м*К/Вт, (5.4.6)

где: R₁ – тепловое сопротивление прямой линии,

R₂ – тепловое сопротивление обратной линии.

Тепловое сопротивление поверхности канала.

м*К/Вт, (5.4.7)

Внутреннее тепловое сопротивление канала

м*К/Вт, (5.4.8)

Тепловое сопротивление грунта.

h/d_э.внеш=2/0,93=2,15 > 2, тогда

м*К/Вт, (5.4.9)

где: l_гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.

Тепловое сопротивление канала+грунта.

R_S =R_п.к+R_к+R_гр=0,037+0,031+0,204=0,272м*К/Вт. (5.4.10)

Температура канала.

(5.4.11)

где: t_гр=2⁰С–температура не промерзания грунта.

Температура поверхности изоляции.

(5.4.12)

(5.4.13)

Тепловые потери 1 м водопровода.

Вт/м, (5.4.14)

Вт/м, (5.4.15)

Температура теплоносителя в конце участка.

t^/_пр=t_пр–Dt_пр=146–8=138⁰С ,

где: (5.4.16)

l₁=500м–длина первого участка,

b=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, нцев и т.д.

G₃=0,57кг/с–расход теплоносителя на первом участке

с_в=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.

t^/_обр=t_обр +Dt_обр=72+3=75⁰С ,

где: (5.4.17)

Теплопотери трубопровода без изоляции:

Вт/м, (5.4.18)

где: м*К/Вт, (5.4.19)

(5.4.20)

Коэффициент эффективности изоляции.

(5.4.21)

Q=q*l*(1+b)=32,1*500*(1+0,3)=14,6кВт, (5.4.22)

Q_гол=q*l=210*800=105кВт. (5.4.23)

Падение температуры:

Dt=q*l*(1+b)/G₁C_в=14660/4190*0,57=4,1⁰С. (5.4.24)

6 раздел: Централизованное регулирование нагрузки водяной тепловой сети, графики регулирования.

1.Тепловая нагрузка при t=-34⁰С:

Q₁=Q_max-Q_тн=1,46-0,547=0,913МВт, (6.1.1)

где: Q_max=1,46МВт-тепловая нагрузка, необходимая чугунолитейному цеху и АБК, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

Q_тн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

Тепловая нагрузка при t=+8⁰С:

Q₂=Q_max-Q_тн=0,721-0,547=0,174МВт, (6.1.2)

где: Q_max=0,721МВт-максимальная тепловая нагрузка, необходимая потребителям, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

Q_тн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

Тепловая нагрузка при t выше +8⁰С:

Q₃=Q_max-Q_тн=0,585-0,547=0,012МВт, (6.1.3)

где: Q_max=0,559МВт-суммарная тепловая нагрузка, состоящая из технологической нагрузки и нагрузки на летнее горячее водоснабжение, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

Q_тн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]

2.Температура прямой линии трубопровода при t=-34⁰С:

t₁=Q₁/С_в*G₁+ t₂=913000/4190*2,73+70=150⁰С, (6.2.1)

где: С_в=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,

G₁=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,

t₂=70⁰С-температура обратной линии трубопровода.

Температура прямой линии трубопровода при t=+8⁰С:

t₂=Q₂/С_в*G₁+ t₂=174000/4190*2,73+70=85⁰С, (6.2.2)

где: С_в=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,

G₁=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,

t₂=70⁰С-температура обратной линии трубопровода.

Температура прямой линии трубопровода при t выше +8⁰С:

t₃=Q₃/С_в*G₁+ t₂=12000/4190*2,73+70=73⁰С, (6.2.3)

где: С_в=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,

G₁=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,

t₂=70⁰С-температура обратной линии трубопровода.

3.Тепловые нагрузки при t=-40⁰С:

Расчет тепловой нагрузки на отопление чугунолитейного цеха:

Q_o^|=(t_вр-t)V_стрq_o=(16+40)*12000*0,3=201000Вт=0,201МВт, (6.3.1)

где: q_o=0,3Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери здания на отопление (1, стр437)

V_стр=12000м³-объем здания по наружным размерам [из задания]

t_вр=16⁰C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]

t_но=-40⁰С-температура наружного воздуха. [1, стр432]

Тепловая нагрузка на вентиляцию ниже t_нв=-22⁰С не изменяется, поэтому принимаем Q_в^|=0,547МВт.

Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:

Q_о^|=(t_вр-t_но)V_стрq_o=(18+40)*8000*0,34=157760Вт=0,157МВт, (6.3.2)

где:V_стр=8000м³- объем здания по наружным размерам [из задания]

t_вр=18⁰С- температура воздуха внутри помещения (4, стр25)

q_o=0,34Вт/(м³*К)-удельные тепловые потери здания на отопление (1, стр437)

Тепловая нагрузка на вентиляцию ниже t_нв=-22⁰С не изменяется, поэтому принимаем Q_в^|=0,585МВт.

4.Расход теплоносителя, необходимый потребителю при t=-40⁰С:

G=Q_сум/С_в*(t₁-t₂)=1529360/4190*(150-70)=4,56кг/с, (6.4.1)

где: Q_сум=Q_o^|+Q_в^|+Q_о^|+Q_в^|=201000+585000+157760+585000=1529360Вт,

С_в=4190Дж/кг*гр-теплоемкость воды,

t₁=150⁰С и t₂=70⁰С-температуры прямой и обратной линии трубопровода.

7 раздел: Выбор и расчет принципиальной тепловой схемы источника теплоснабжения.

1.Выбор типа и числа устанавливаемых котельных агрегатов.

Суммарная ориентировочная тепловая нагрузка котельной.

Q^S_кот=к*к_к*(Q^р_от+1,2Q^р_в+Q^р_гв+Q_тех)=0,8*1,25*(321,4+1,2*585,6+26,7+

+547)=1596кВт, (7.1.1)

где: Q_тех–присоединенная технологическая нагрузка,

к_к=1,2 – коэффициент учитывает нагрузку кондиционирования,

к=0,8 – коэффициент совпадения максимумов тепловых нагрузок.

Коммунальная нагрузка.

(7.1.2)

где: h_п=2828,1кДж/кг–энтальпия пара (3, стр342),

h^/_к=с_в*t_к=4,19*80=335,2кДж/кг–энтальпия конденсата.

Пар на подогреватели сетевой воды идет с параметрами:

Р=0,6 МПа, t=190⁰С.

Конденсат идет с температурой t_к=80⁰С (обычно в диапазоне 80–100⁰С) при давлении подачи в деаэратор Р=0,104 МПа.

h_то=0,95%–КПД сетевого подогревателя,

 h_тп=0,96%–КПД транспорта теплоты.

Q_ком= Q^р_о+ Q^р_в + Q^р_гв=321,4+585,6+26,7=933,7кВт.

Максимальная часовая производительность котельной по пару с учетом собственных нужд.

D^S_кот=к_сн*(D_ком+ D_тех)=1,05*(0,81+0,24)= 1,05кг/с, (7.1.3)

где: к_сн=1,05– коэффициент учитывающий собственные нужды котельной работающей на газе.

Количество устанавливаемых агрегатов.

, (7.1.4)

где: D_i=0,444кг/с–паропроизводительность агрегата Е-1,6-9 (1, стр.454).

Должно выполняться условие: 1,1*(n–1)*D_i–D_тех>0,75D_ком

т.е. 1,1*(2–1)*0,444–0,24= 0,25 , т.е. 2 котла недостаточно.

3 котла:

1,1*(3–1)*0,444–0,24=0,73 –это больше 0,75D_ком=0,75*0,81=0,637.

К установке принимаем 3 котла.

2.Расчет тепловой схемы производственно–отопительной котельной.

Производительность котельной по пару.

D_max=Sn_i*D_i=3*0,444=1,33кг/с, (7.2.1)

где: n_i=3– число принятых к установке котельных агрегатов с производительностью D_i=0,444 кг/с.

Количество конденсата, возвращаемого технологическим потребителем.

G_тк= a_к*D_тех=0,5*0,24=0,12кг/с, (7.2.2)

где: a_к=0,5– доля конденсата, возвращаемое технологическим потребителем,

D_тех=0,24кг/с – расход пара технологическим потребителем.

Расход продувочной воды.

G_пр=к_пр*D_max=0,05*1,33=0,066кг/с, (7.2.3)

где: к_пр=0,05 –коэффициент, определяющий количество котловой воды, отводимой в непрерывную продувку для поддержания нормального солевого баланса котельного агрегата.

Количество вторичного пара, отводимого из сепаратора непрерывной продувки.

(7.2.4)

где: h^/_кв=844,7кДж/кг – энтальпия кипящей воды при давлении в барабане котла (3, стр.432),

h^/_с=475,38кДж/кг – энтальпия кипящей воды при давлении в сепараторе (3, стр.422),

h^//_с=2696,8 кДж/кг – энтальпия насыщенного пара при давлении в сепараторе (3, стр.422),

Давление в барабане котла Р_б=10атм = 1,0МПа,

Давление в сепараторе Р_с= 1,5 – 1,7 атм,

h_с=0,98 – коэффициент, учитывающий потери теплоты сепаратором.

Количество продувочной воды, сливаемой в дренаж.

G^д_пр= G_пр-D_с=0,066–0,01=0,056кг/с. (7.2.5)

Количество питательной воды, поступающей из деаэратора в котельные агрегаты.

G_пв=D_max+G_пр=1,33+0,066=1,396кг/с. (7.2.6)

Расход выпара из деаэратора.

D_в=0,002*G_пв=0,002*1,396=0,003кг/с. (7.2.7)

Количество добавочной воды, необходимой для питания котельных агрегатов.

G_д.к.а.=D_в+G^д_пр+D_тех–G_тк=0,003+0,056+0,24–0,12=0,179кг/с. (7.2.8)

Количество тепловой воды, циркулирующей в тепловой сети.

(7.2.9)

где: t_пр=150⁰С и t_отб=70⁰С – температура сетевой воды в прямой и обратной линии,

h_тп=0,96 и h_то=0,95 – коэффициенты, учитывающие потери теплоты в тепловой сети и сетевом подогревателе.

Количество подпиточной воды для тепловой сети.

G_дтс=0,02*G_тс=0,02*4,05=0,195кг/с. (7.2.10)

Количество сырой воды, подвергаемой химводоочистке.

G_хв=(1+к^хв_сн)*(G_дка+G_дтс)=(1+0,1)*(0,179+0,19)=0,705кг/с, (7.2.11)

где: к^хв_сн=0,1 – коэффициент, учитывающий собственные нужды ХВО.

Расход пара для подогрева сырой воды перед ХВО.

(7.2.12)

где: t^//_св=25⁰С , t^/_св=5⁰С – температура сырой воды после и до теплообменника,

h_п=2828.1 кДж/кг и h^/_к=335.2 кДж/кг – энтальпия греющего пара и его конденсата.

Энтальпия подпиточной воды котельных агрегатов после охладителя непрерывной продувки.

(7.2.13)

где:Dt₁=3⁰ – понижение температуры воды в процессе ее обработки ХВО,

t_др=50⁰С – температура продувочной воды, сбрасываемой из охладителя непрерывной продувки в дренаж.

Энтальпия добавочной воды котельных агрегатов после охладителя.

(7.2.14)

где: h^//_в=2677 и h^/_в=423 кДж/кг – энтальпия насыщенного пара и конденсата при давлении в деаэраторе Р_деаэр=1,04–1,1 атм.

Средняя энтальпия потоков воды, поступающих в деаэратор.

(7.2.15)

где: t_тк=80⁰С – температура конденсата, возвращаемого от технологического потребителя,

h_св=h^/=335,2 кДж/кг , h_сп=h^/=335,2 кДж/кг – энтальпия конденсата греющего пара подогревателей, греющего пара подогревателей сырой воды и сетевого подогревателя.

Расход пара на подогрев питательной воды в деаэраторе.

(7.2.16)

где: t_пв=104⁰С – температура питательной воды

h_д=0,99 – коэффициент, учитывающий потери теплоты деаэратором

G_S= G_тк+G_дка+G_св+G_ком=0,12+0,179+0,084+0,81=1,19кг/с,

h_в=2677 кДж/кг – энтальпия выпара при давлении в деаэраторе Р_деаэр=1,04–1,1 атм,

h_д=h_п=2828,1 кДж/кг – энтальпия греющего пара деаэратора при Р=0,6 МПа, t=190⁰С.

h^//_с=2696,8 кДж/кг – энтальпия насыщенного пара при давлении в сепараторе Р_с= 1,5 – 1,7 атм.

Количество пара, расходуемое на собственные нужды котельной.

D_сн=D_max*(к_сн–1)=1,33*(1,05–1)=0,066кг/с. (7.2.17)

Количество пара отдаваемое промышленному потребителю.

D_н=D_max+D_c–(D_д+D_сн+D_ком+D_св+D_в)=1,33+0,01–(0,07+0,066+0,81+0,084+0,003)=0,307кг/с. (7.2.18)

Степень удовлетворения в паре промышленного потребителя.

Принципиальная схема паровой

производственно–отопительной котельной.

1.Котел паровой низкого давления;

2.Паровой коллектор;

3.РОУ связи с промышленным потребителем пара;

4.РОУ собственных нужд;

5.Промышленный (технологический) потребитель пара;

6.Конденсатный бак;

7.Насос конденсатный;

8.Деаэратор атмосферный;

9.Насос питательный;

10.Сырая вода;

11.Насос сырой воды;

12.Подогреватель сырой воды;

13.Химводоочистка;

14.Охладитель непрерывной продувки;

15.Сепаратор непрерывной продувки;

16.Охладитель выпара;

17.Дренаж продувочной воды;

18.Насос подпиточной тепловой сети;

19.Обратная линия тепловой сети;

20.Сетевой насос;

21.Подогреватель сетевой;

22.Прямая линия тепловой сети;

23.Теплофикационный (коммунальный) потребитель теплоты.

Список литературы:

1.Е.Я. Соколов. “Теплофикация и тепловые сети”

М.: издательство МЭИ, 2001.

2. В.А. Григорьев, В.М. Зорин. “Промышленная теплоэнергетика и теплотехника” М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. М.П. Вукалович, С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: издательство стандартов, 1969.

4.Методическое указание к курсовому проекту “Тепловая мощность системы теплоснабжения” Магнитогорск, 1987.