Реферат: 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 -70⁰ С. Пар на подогревателе сетевой воды и подогревателе сырой воды поступает с давлением 6 атм и температурой 190⁰ С. Возврат конденсата от технических потребителей a=0,5. Деаэрация питательной воды осуществляется в атмосферном деаэраторе при температуре 104⁰ С.

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

t_но =-34⁰ С-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 =-7,9⁰ С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]

Q_о ^год =Q_о ^ср *n₀ =0,086*10⁶ *5250*3600=1,62*10¹² Дж=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 =-22⁰ С-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*10¹¹ Дж=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_стр q_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 =18⁰ С- 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 =-7,9⁰ С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]

Q_о ^год =Q_о ^ср *n₀ =0,07*10⁶ *5250*3600=1,32*10¹² Дж=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 =-22⁰ С-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*10¹¹ Дж=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*⁰ С-теплоемкость воды [3, стр195]

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

t_хв =5⁰ C-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 =15⁰ C-температура холодной воды летом [1, стр442]

Q_гв ^год =Q_гв ^з n_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_{i тн} *N_i =0,71*10⁹ *2000=1,42*10¹² Дж/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_{о S} ^| =Q_{oT 1} ^| +Q_{oT 2} ^| =0,18+0,141=0,321МВт

Q_{в S} ^| =Q_вТ1 ^| +Q_вТ2 ^| =0,547+0,038=0,585МВт

Q_o (t_н =8⁰ С)= Q_{oT 1} ^| [(t_вр -t_н )/(t_вр -t_но )]+ Q_{oT 2} ^| [(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 =-15⁰ С)=0,18*[(16+15)/(16+34)]+0,141*[(18+15)/(18+34)]=0,19МВт

Q_в (t_н =8⁰ С)= Q_{в T 1} ^| [(t_вр -t_н )/(t_вр -t_нв )]+ Q_{в T 2} ^| [(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 =-15⁰ С)=0,547*[(16+15)/(16+22)]+0,038*[(18+15)/(18+22)]=0,47МВт

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

Q_o (t=-22⁰ C)= 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=300⁰ С. [4, стр3]; Расчетно-температурный график водяных тепловых сетей 150-70⁰ С.

Q_тн =D(h_пп -С_в t_к )-aG_к С_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 =80⁰ С-температура конденсата [из задания]

t_хв =5⁰ C-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:

DH_{1 +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:

R₁ Па/м, (4.1.4)

где: .

z=0,02-0,05 – для водопровода.

R₂ Па/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_l Szd^{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_l Szd^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_l Szd^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=300⁰ С. [4, стр.3]

Примем Р₀₌ =1МПа и Т₀ =340⁰ С.

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=330⁰ С, (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 =330⁰ С (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_л r=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^-3 м^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_л r/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=40⁰ C

Средняя температура пара по длине.

Т_ср =Т₀ –dТ/2=340–40/2=320⁰ С, (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_л r/r_ср =188,8/3,54=53,4Па/м, (4.7.6)

DР=R_л l_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/м⁰ С

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. =–34⁰ С – температура наружного воздуха

Т₀ =300⁰ С – 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 =355⁰ С, (3, стр.62).

Падение температуры на всем паропроводе составило 55⁰ С.

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/м⁰ С

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 =2⁰ С–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=146⁰ С ,

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=72⁰ С ,

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)/G₁ C_в =38600/4190*2,73=3,9⁰ С. (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/м⁰ С

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 =2⁰ С–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=146,4⁰ С ,

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=71,5⁰ С ,

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)/G₁ C_в =30040/4190*2,16=3,3⁰ С. (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/м⁰ С

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 =2⁰ С–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=138⁰ С ,

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=75⁰ С ,

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)/G₁ C_в =14660/4190*0,57=4,1⁰ С. (5.4.24)

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

1.Тепловая нагрузка при t=-34⁰ С:

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=+8⁰ С:

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 +8⁰ С:

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=-34⁰ С:

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

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

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

t₂ =70⁰ С-температура обратной линии трубопровода.

Температура прямой линии трубопровода при t=+8⁰ С:

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

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

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

t₂ =70⁰ С-температура обратной линии трубопровода.

Температура прямой линии трубопровода при t выше +8⁰ С:

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

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

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

t₂ =70⁰ С-температура обратной линии трубопровода.

3.Тепловые нагрузки при t=-40⁰ С:

Расчет тепловой нагрузки на отопление чугунолитейного цеха:

Q_o ^| =(t_вр -t)V_стр q_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 =16⁰ C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]

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

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

Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:

Q_о ^| =(t_вр -t_но )V_стр q_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 =18⁰ С- 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 =-22⁰ С не изменяется, поэтому принимаем Q_в ^| =0,585МВт.

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

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 =150⁰ С и t₂ =70⁰ С-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=190⁰ С.

Конденсат идет с температурой t_к =80⁰ С (обычно в диапазоне 80–100⁰ С) 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 =150⁰ С и t_отб =70⁰ С – 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 =25⁰ С , t^/ _св =5⁰ С – 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 =50⁰ С – 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 =80⁰ С – 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 =104⁰ С – 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=190⁰ С.

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.