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 =0,5. Деаэрация питательной воды осуществляется в атмосферном деаэраторе при температуре 1040С.
Первый потребитель Т1: чугунолитейный цех с Vстр=12000 м3;
Второй потребитель Т2: бытовые и административные здания с Vстр=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:
Qo|=(tвр-tно)Vстрqo=(16+34)*12000*0,3=180000Вт=0,18МВт, (1.1.1)
где: qo=0,3Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери через наружные ограждения отапливаемого здания, [1, стр437]
Vстр=12000м3-объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр=160C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
tно=-340С-температура наружного воздуха. [1, стр432]
Qоср=Qo|*[(tвр-tнср)/(tвр-tно)]=0,18*[(16+7,9)/(16+34)]=
=0,086МВт, (1.1.2) где: Qo|-расчетный расход тепла на отопление
tнср=-7,90С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]
Qогод=Qоср*n0=0,086*106*5250*3600=1,62*1012Дж=1625ГДж, (1.1.3)
где: Qоср-средний расход тепла на отопление
n0=5250ч-число часов за отопительный период. [1, стр435]
2.Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию чугунолитейного цеха:
Qв|=(tвр-tнв)Vqв=(16+22)*12000*1,2=547200Вт=0,547МВт, (1.2.1)
где: tнв=-220С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]
qв=1,2 Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]
Qвср=Qв|*[(tвр-tнср)/(tвр-tнв)]=0,547*[(16+7,9)/(16+22)]=
=0,344МВт (1.2.2)
где:Qв|-расчетный расход тепла на вентиляцию.
Qвгод=Qвср*nв=0,344*106*3488*3600=4,31*1011Дж=4319ГДж, (1.2.3)
где: Qвср-средний расход тепла на вентиляцию
nв-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.
Qгод=Qогод+Qвгод=1625+4319=5944ГДж (1.2.4)
Т2
3.Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:
Qо|=(tвр-tно)Vстрqo=(18+34)*8000*0,34=141440Вт=0,141МВт, (1.3.1)
где:Vстр=8000м3- объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр=180С- температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
qo=0,34Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери через наружные ограждения отапливаемого здания. [1, стр437]
Qоср=Qo|*[(tвр-tнср)/(tвр-tно)]=0,141*[(18+7,9)/(18+34)]=
=0,07МВт, (1.3.2) где: Qo|-расчетный расход тепла на отопление
tнср=-7,90С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]
Qогод=Qоср*n0=0,07*106*5250*3600=1,32*1012Дж=1323ГДж, (1.3.3)
где: Qоср-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:
Qв|=(tвр-tнв)Vqв=(18+22)*8000*0,12=38400Вт=0,038МВт, (1.4.1)
где: tнв=-220С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]
qв=0,12 Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]
Qвср=Qв|*[(tвр-tнср)/(tвр-tнв)]=0,038*[(18+7,9)/(18+22)]=
=0,024МВт (1.4.2)
где:Qв|-расчетный расход тепла на вентиляцию.
Qвгод=Qвср*nв=0,024*106*3488*3600=3,01*1011Дж=301,4ГДж, (1.4.3)
где: Qвср-средний расход тепла на вентиляцию
nв-3488ч-число часов за отопительный период с работающей вентиляцией.
5.Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение бытовых и административных зданий:
Qгвср.н.з=[bmCв(tгв-tхв)]/nс=[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]
Св=4190Дж/кг*0С-теплоемкость воды [3, стр195]
tгв=650C-температура горячей воды [1, стр442]
tхв=50C-температура холодной воды зимой [1, стр442]
nс=24ч/сутки-расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение [1, стр440]
Qгвср.н.л=[bmCв(tгв-tхв)]/nс=[20*250*4190(65-15)]/24*3600=12123Вт=
0,012МВт, (1.5.2)
где: tхв=150C-температура холодной воды летом [1, стр442]
Qгвгод=Qгвзno+Qгвл(n-no)=0,014*5250*3600+0,012*(8400-5250)*3600=264600+
135080=400,680ГДж, (1.5.3)
Qгод=Qогод+Qвгод+Qгвгод=1323+301,4+400,680=2025,08ГДж, (1.5.4)
6.Расчет технологической тепловой нагрузки для производства чугуна:
П
Qтн=qiтн*Ni=0,71*109*2000=1,42*1012Дж/мес=1420ГДж/мес=
=о,547МВт (1.6.1)
где: qi=0,71-удельный расход теплоты на технологические нужды [4, стр3]
Ni=2000т/мес-производительность предприятия по выпуску продукции (из задания).
График распределения и продолжительности тепловых нагрузок.
Qо|=QoT1|+QoT2|=0,18+0,141=0,321МВт
Qв|=QвТ1|+QвТ2|=0,547+0,038=0,585МВт
Qo(tн=80С)= QoT1|[(tвр-tн)/(tвр-tно)]+ QoT2|[(tвр-tн)/(tвр-tно)]=0,18*[16-
8)/(16+34)]+0,141*[(18-8)/(18+34)]=0,04МВт
Проверка:
Qo(tн=-150С)=0,18*[(16+15)/(16+34)]+0,141*[(18+15)/(18+34)]=0,19МВт
Qв(tн=80С)= QвT1|[(tвр-tн)/(tвр-tнв)]+ QвT2|[(tвр-tн)/(tвр-tнв)]=0,547*[16-
8)/(16+22)]+0,038*[(18-8)/(18+22)]=0,12МВт
Проверка:
Qв(tн=-150С)=0,547*[(16+15)/(16+22)]+0,038*[(18+15)/(18+22)]=0,47МВт
Q(t=-220С)=0,585+0,014+0,25+0,547=1,396МВт
Qo(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 =0,5; Qтн=0,547МВт; параметры теплоносителя: Р=0,79МПа,t=3000С. [4, стр3]; Расчетно-температурный график водяных тепловых сетей 150-700С.
Qтн=D(hпп-Свtк)-GкСв(tк-tхв), (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: Св=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,
hпп=2768,4кДж/кг-энтальпия пара [3, стр62]
tк=800С-температура конденсата [из задания]
tхв=50C-температура холодной воды.
2.Т1
Q=(Qo|+Qв|)=(0,18+0,547)=0,727МВт (3.2.1)
G=Q/Cв(0,727*106/4190(150-70)=2,16кг/с=7,8т/ч (3.2.2)
3.Т2
Q=(Qo|+Qв|+Qгв|)=(0,141+0,038+0,014)=0,193МВт, (3.3.1)
G=Q/Cв(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 Нст=60 м;
Располагаемый напор у потребителя не менее Наб=15 м;
Нобр=20 м;
Падение давления на сетевых подогревателях Нс.п.=12 м;
Падение давления на 1 и 2-ом участках:
H+2=Нст–Нобр–Наб/2=60–20–15/2=32,5м, (4.1.1)
Падение давления на 1-ом участке:
H1=H1+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:
Н2=Н1+2-Н1=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:
lэ.1=Аld1,25=60,7*(10*0,2+10*0,68+1*0,5)*0,0821,25=24м, (4.2.1)
где: Al=60,7м-0,25-постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода, (3, стр342)
-коэффициент местных сопротивлений. (3, стр343)
Полная длина: lп.1=l1+lэ.1=1000+24=1024м. (4.2.2)
2 участок.
8 сальниковых компенсаторов, 8 сварных колен, 2 задвижки.
При диаметре d2=70мм получаем:
lэ.2= Аld1,25=60,7*(8*0,2+8*0,68+2*0,5)*0,0761,25=18м, (4.2.3)
Полная длина: lп.2=l2+lэ.2=800+18=818м. (4.2.4)
Падения давления и напора на 1 и 2-ом участках.
Р1=R1*lп.1=60*1024=6144Па, (4.2.5)
м, (4.2.6)
Р2=R2*lп.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:
Н3=Н2=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:
lэ.3= Аld1,25=60,7*(5*0,2+5*0,68+2*0,5+3)*0,0511,25=9,3м, (4.4.1)
Полная длина: lп.3=l3+lэ.3=500+9,3=509,3м. (4.4.2)
Падения давления и напора.
Р3=R3*lп.3=60*509,3=30558Па, (4.4.3)
м, (4.4.4) По полученным данным составляем таблицу.
| № уч. | G, кг/с | l, м | Предварительный расчет | ||
| Н, м | R1, Па/м | d, м | |||
| Основная магистраль | |||||
| 1 | 2,73 | 1000 | 18 | 164,4 | 75 |
| 2 | 2,16 | 800 | 14,5 | 166,1 | 65 |
| Ответвления от магистрали | |||||
| 3 | 0,57 | 500 | 10,3 | 185,8 | 31 |
| № уч. | Окончательный расчет | ||||||
| d, м | R1, Па/м | lэ, м | lп, м | Р, Па | Н, м | Н, м | |
| Основная магистраль | |||||||
| 1 | 82 | 60 | 24 | 1024 | 61440 | 6,5 | 6,5 |
| 2 | 70 | 120 | 18 | 818 | 98160 | 10,3 | 16,8 |
| Ответвления от магистрали | |||||||
| 3 | 51 | 60 | 9,3 | 509,3 | 30558 | 3,2 | |
Гидравлический расчет паропровода.
5.Расход пара и его параметры.
D=0,24кг/с, Рп=0,79МПа, t=3000С. [4, стр.3]
Примем Р0==1МПа и Т0=3400С.
6.Предварительный расчет паропровода.
Падение давления на всем участке.
Р=P0-PП=1*106-0,79*106=210000Па=0,21МПа, (4.6.1)
Rл=Р/l(1+)=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:
Рср=Р0+(Р/2)=1*106+(210000/2)=0,895МПа, (4.6.3)
Примем падение температуры по длине паропровода на 100 м равные 20,
Тср=340-10=3300С, (4.6.4)
Средняя плотность пара.
ср=1/v=1/0,3039=3,29кг/м3, (4.6.5)
где: v=0,3039 – объем 1 кг пара при Рср=0,895МПа и Тср=3300С (3, стр62).
Рассчитываем диаметр трубопровода.
d=Ad*D0,38/(Rл)0,19=0,414*0,240,38/651,70,19=70мм, (4.6.6)
где: Ad=0,414м0,0475-постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода, [3, стр342]
7.Окончательный расчет паропровода.
Окончательный диаметр трубопровода:
d=82мм.
Rл=AR*D2/5,25=10,6*10-3*0,242/0,095,25=188,8, (4.7.1)
где: AR=10,6*10-3м0,25-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 lэ=70м, 10 сварных колен lэ=16,8м, 2 задвижки lэ=2,6м.
Полная длина: lп.=l+lэ.=1000+89,4=1089,4м. (4.7.2)
Среднее давление по длине трубопровода:
Рср=Р0-Rл/ср*lп./2=1*106-188,8/3,29*1089,4/2=0,968МПа, (4.7.3)
Падение температуры по всему участку трубопровода.
Т=4*10=400C
Средняя температура пара по длине.
Тср=Т0–Т/2=340–40/2=3200С, (4.7.4)
Средняя плотность пара.
ср=1/v=1/0,2824=3,54кг/м3, (4.7.5)
где: v=0,2824 – объем 1 кг пара при Рср=0,968 МПа и Тср=3200 (3, стр62).
Rл= Rл/ср=188,8/3,54=53,4Па/м, (4.7.6)
Р=Rлlп.=53,4*1089,4=0,058МПа, (4.7.7)
Р2=Р0-Р=1*106-0,058*106=0,942МПа, (4.7.8)
Р0=РП+Р=0,79*106+0,058*106=0,848МПа. (4.7.9)
По полученным данным составляем таблицу.
| D, кг/с | l, м | Предварительный расчет | ||||||
| Р, МПа | Rl, Па/м | Рср, МПа |
padding-right: 0in;"> Тср, 0С | ср, кг/м3 | Rл, Па/м | d, мм | ||
| 0,24 | 1000 | 0,21 | 198,1 | 0,895 | 330 | 3,29 | 651,7 | 70 |
| Окончательный расчет | Р2, МПа | |||||||
| d, мм | Rл, Па/м | lэ, м | lп, м | Рср, МПа | Тср, 0С | ср, кг/м3 | Rл, Па/м | |
| 82 | 188,8 | 89,4 | 1089,4 | 0,968 | 320 | 3,54 | 53,4 | 0,942 |
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 из=200 кг/м3,из=0,053 Вт/м0С
Толщина изоляции =70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз=dнар+2 =89+2*70=229мм, (5.1.1)
где: dнар–наружный диаметр трубы паропровода.
Тепловое сопротивление изоляции.
м*К/Вт, (5.1.2)
Внешнее тепловое сопротивление.
Для предварительного расчета (Вт/м2*К),
где: =5 м/с–скорость воздуха.
м*К/Вт, (5.1.3)
Температура поверхности изоляции:
(5.1.4)
где: tн.о.=–340С – температура наружного воздуха
Т0=3000С – начальные параметры теплоносителя.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией паропровода с изоляцией:
к=4,650,7/dиз0,3=4,65*50,7/0,2290,3=22,4Вт/м2*К, (5.1.5)
где: =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:
к=4,650,7/dиз0,3=4,65*50,7/0,0890,3=29,7Вт/м2*К, (5.1.9)
где: =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+)=129,8*1000*(1+0,3)=168,7кВт, (5.1.14)
Qгол=q*l=5054,05*1000=5054,05кВт. (5.1.15)
где:=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 =60 кг/м3,из=0,04 Вт/м0С
Толщина изоляции =70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз=dнар+2=89+2*70=229мм, (5.2.1)
где: dнар=89мм–наружный диаметр трубы паропровода.
Выбор канала.
По диаметру трубопровода с изоляцией dиз выбираем канал (4,стр.12).
Тип канала: КЛ–120–60,
Внутренние размеры: 1200х600мм,
Наружные размеры: 1450х780мм,
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=Rиз+Rнар=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/dэ.внеш=2,2/1,01=2,18 > 2, тогда
м*К/Вт, (5.2.9)
где: гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
R =Rп.к+Rк+Rгр=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.2.10)
Температура канала.
(5.2.11)
где: tгр=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=tпр–tпр=150–4=1460С ,
где: (5.2.16)
l1=1000м–длина первого участка,
=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д.
G1=2,73кг/с–расход теплоносителя на первом участке
св=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/обр=tобр +tобр=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+)=35,06*1000*(1+0,3)=38,6кВт, (5.2.22)
Qгол=q*l=268*1000=268кВт. (5.2.23)
Падение температуры:
t=q*l*(1+)/G1Cв=38600/4190*2,73=3,90С. (5.2.24)
3.Тепловой расчет второго участка.
Выбор изоляции.
Маты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем =60 кг/м3,из=0,04 Вт/м0С
Толщина изоляции =70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз=dнар+2=76+2*70=216мм, (5.3.1)
где: dнар=76мм–наружный диаметр трубы паропровода.
Выбор канала.
По диаметру трубопровода с изоляцией dиз выбираем канал (4,стр.12).
Тип канала: КЛ–120–60,
Внутренние размеры: 1200х600мм,
Наружные размеры: 1450х780мм,
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=Rиз+Rнар=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/dэ.внеш=2,2/1,01=2,18 > 2, тогда
м*К/Вт, (5.3.9)
где: гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
R =Rп.к+Rк+Rгр=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.3.10)
Температура канала.
(5.3.11)
где: tгр=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=tпр–tпр=150–3,6=146,40С ,
где: (5.3.16)
l1=800м–длина первого участка,
=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д.
G2=2,16кг/с–расход теплоносителя на первом участке
св=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/обр=tобр +tобр=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+)=31,77*800*(1+0,3)=30,04кВт, (5.3.22)
Qгол=q*l=240,68*800=192,55кВт. (5.3.23)
Падение температуры:
t=q*l*(1+)/G1Cв=30040/4190*2,16=3,30С. (5.3.24)
4.Тепловой расчет третьего участка.
Выбор изоляции.
Маты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем =60 кг/м3,из=0,04 Вт/м0С
Толщина изоляции =50 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз=dнар+2=57+2*50=157мм, (5.4.1)
где: dнар=57мм–наружный диаметр трубы паропровода.
Выбор канала.
По диаметру трубопровода с изоляцией dиз выбираем канал (4,стр.12).
Тип канала: КЛ–90–60,
Внутренние размеры: 900х600мм,
Наружные размеры: 1150х780мм,
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=Rиз+Rнар=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/dэ.внеш=2/0,93=2,15 > 2, тогда
м*К/Вт, (5.4.9)
где: гр=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
R =Rп.к+Rк+Rгр=0,037+0,031+0,204=0,272м*К/Вт. (5.4.10)
Температура канала.
(5.4.11)
где: tгр=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=tпр–tпр=146–8=1380С ,
где: (5.4.16)
l1=500м–длина первого участка,
=0,3 – коэффициент, учитывающий тепловые потери арматуры, опорных конструкций, 191919нцев и т.д.
G3=0,57кг/с–расход теплоносителя на первом участке
св=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/обр=tобр +tобр=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+)=32,1*500*(1+0,3)=14,6кВт, (5.4.22)
Qгол=q*l=210*800=105кВт. (5.4.23)
Падение температуры:
t=q*l*(1+)/G1Cв=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=Qmax-Qтн=1,46-0,547=0,913МВт, (6.1.1)
где: Qmax=1,46МВт-тепловая нагрузка, необходимая чугунолитейному цеху и АБК, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
Qтн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
Тепловая нагрузка при t=+80С:
Q2=Qmax-Qтн=0,721-0,547=0,174МВт, (6.1.2)
где: Qmax=0,721МВт-максимальная тепловая нагрузка, необходимая потребителям, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
Qтн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
Тепловая нагрузка при t выше +80С:
Q3=Qmax-Qтн=0,585-0,547=0,012МВт, (6.1.3)
где: Qmax=0,559МВт-суммарная тепловая нагрузка, состоящая из технологической нагрузки и нагрузки на летнее горячее водоснабжение, [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
Qтн=0,547МВт-тепловая нагрузка на технологические нужды потребителя. [из графика тепловой нагрузки, 1 раздел]
2.Температура прямой линии трубопровода при t=-340С:
1=Q1/Св*G1+2=913000/4190*2,73+70=1500С, (6.2.1)
где: Св=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,
G1=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,
2=700С-температура обратной линии трубопровода.
Температура прямой линии трубопровода при t=+80С:
2=Q2/Св*G1+2=174000/4190*2,73+70=850С, (6.2.2)
где: Св=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,
G1=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,
2=700С-температура обратной линии трубопровода.
Температура прямой линии трубопровода при t выше +80С:
3=Q3/Св*G1+2=12000/4190*2,73+70=730С, (6.2.3)
где: Св=4,190кДж/кг*гр-теплоемкость воды,
G1=2,73кг/с-расход теплоносителя на первом участке,
2=700С-температура обратной линии трубопровода.
3.Тепловые нагрузки при t=-400С:
Расчет тепловой нагрузки на отопление чугунолитейного цеха:
Qo|=(tвр-t)Vстрqo=(16+40)*12000*0,3=201000Вт=0,201МВт, (6.3.1)
где: qo=0,3Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери здания на отопление (1, стр437)
Vстр=12000м3-объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр=160C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
tно=-400С-температура наружного воздуха. [1, стр432]
Тепловая нагрузка на вентиляцию ниже tнв=-220С не изменяется, поэтому принимаем Qв|=0,547МВт.
Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:
Qо|=(tвр-tно)Vстрqo=(18+40)*8000*0,34=157760Вт=0,157МВт, (6.3.2)
где:Vстр=8000м3- объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр=180С- температура воздуха внутри помещения (4, стр25)
qo=0,34Вт/(м3*К)-удельные тепловые потери здания на отопление (1, стр437)
Тепловая нагрузка на вентиляцию ниже tнв=-220С не изменяется, поэтому принимаем Qв|=0,585МВт.
4.Расход теплоносителя, необходимый потребителю при t=-400С:
G=Qсум/Св*(1-2)=1529360/4190*(150-70)=4,56кг/с, (6.4.1)
где: Qсум=Qo|+Qв|+Qо|+Qв|=201000+585000+157760+585000=1529360Вт,
Св=4190Дж/кг*гр-теплоемкость воды,
1=1500С и 2=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.
Qкот=к*кк*(Qрот+1,2Qрв+Qргв+Qтех)=0,8*1,25*(321,4+1,2*585,6+26,7+
+547)=1596кВт, (7.1.1)
где: Qтех–присоединенная технологическая нагрузка,
кк=1,2 – коэффициент учитывает нагрузку кондиционирования,
к=0,8 – коэффициент совпадения максимумов тепловых нагрузок.
Коммунальная нагрузка.
(7.1.2)
где: hп=2828,1кДж/кг–энтальпия пара (3, стр342),
h/к=св*tк=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 tк=800С (обычно в диапазоне 80–1000С) при давлении подачи в деаэратор Р=0,104 МПа.
то=0,95%–КПД сетевого подогревателя,
тп=0,96%–КПД транспорта теплоты.
Qком= Qро+ Qрв + Qргв=321,4+585,6+26,7=933,7кВт.
Максимальная часовая производительность котельной по пару с учетом собственных нужд.
Dкот=ксн*(Dком+ Dтех)=1,05*(0,81+0,24)= 1,05кг/с, (7.1.3)
где: ксн=1,05– коэффициент учитывающий собственные нужды котельной работающей на газе.
Количество устанавливаемых агрегатов.
, (7.1.4)
где: Di=0,444кг/с–паропроизводительность агрегата Е-1,6-9 (1, стр.454).
Должно выполняться условие: 1,1*(n–1)*Di–Dтех>0,75Dком
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 0,75Dком=0,75*0,81=0,637.
К установке принимаем 3 котла.
2.Расчет тепловой схемы производственно–отопительной котельной.
Производительность котельной по пару.
Dmax=ni*Di=3*0,444=1,33кг/с, (7.2.1)
где: ni=3– число принятых к установке котельных агрегатов с производительностью Di=0,444 кг/с.
Количество конденсата, возвращаемого технологическим потребителем.
Gтк= к*Dтех=0,5*0,24=0,12кг/с, (7.2.2)
где: к=0,5– доля конденсата, возвращаемое технологическим потребителем,
Dтех=0,24кг/с – расход пара технологическим потребителем.
Расход продувочной воды.
Gпр=кпр*Dmax=0,05*1,33=0,066кг/с, (7.2.3)
где: кпр=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 Рб=10атм = 1,0МПа,
Давление в сепараторе Рс= 1,5 – 1,7 атм,
с=0,98 – коэффициент, учитывающий потери теплоты сепаратором.
Количество продувочной воды, сливаемой в дренаж.
Gдпр= Gпр-Dс=0,066–0,01=0,056кг/с. (7.2.5)
Количество питательной воды, поступающей из деаэратора в котельные агрегаты.
Gпв=Dmax+Gпр=1,33+0,066=1,396кг/с. (7.2.6)
Расход выпара из деаэратора.
Dв=0,002*Gпв=0,002*1,396=0,003кг/с. (7.2.7)
Количество добавочной воды, необходимой для питания котельных агрегатов.
Gд.к.а.=Dв+Gдпр+Dтех–Gтк=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: tпр=1500С и tотб=700С – температура сетевой воды в прямой и обратной линии,
тп=0,96 и то=0,95 – коэффициенты, учитывающие потери теплоты в тепловой сети и сетевом подогревателе.
Количество подпиточной воды для тепловой сети.
Gдтс=0,02*Gтс=0,02*4,05=0,195кг/с. (7.2.10)
Количество сырой воды, подвергаемой химводоочистке.
Gхв=(1+кхвсн)*(Gдка+Gдтс)=(1+0,1)*(0,179+0,19)=0,705кг/с, (7.2.11)
где: кхвсн=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,
hп=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:t1=30 – понижение температуры воды в процессе ее обработки ХВО,
tдр=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 Рдеаэр=1,04–1,1 атм.
Средняя энтальпия потоков воды, поступающих в деаэратор.
(7.2.15)
где: tтк=800С – температура конденсата, возвращаемого от технологического потребителя,
hсв=h/=335,2 кДж/кг , hсп=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: tпв=1040С – температура питательной воды
д=0,99 – коэффициент, учитывающий потери теплоты деаэратором
G= Gтк+Gдка+Gсв+Gком=0,12+0,179+0,084+0,81=1,19кг/с,
hв=2677 кДж/кг – энтальпия выпара при давлении в деаэраторе Рдеаэр=1,04–1,1 атм,
hд=hп=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 Рс= 1,5 – 1,7 атм.
Количество пара, расходуемое на собственные нужды котельной.
Dсн=Dmax*(ксн–1)=1,33*(1,05–1)=0,066кг/с. (7.2.17)
Количество пара отдаваемое промышленному потребителю.
Dн=Dmax+Dc–(Dд+Dсн+Dком+Dсв+Dв)=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.