| 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 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
)Vстр
qo
=(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
=160
C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
tно
=-340
С-температура наружного воздуха. [1, стр432]
Qо
ср
=Qo
|
*[(tвр
-tн
ср
)/(tвр-tно)]=0,18*[(16+7,9)/(16+34)]=
=0,086МВт, (1.1.2) где: Qo
|
-расчетный расход тепла на отопление
tн
ср
=-7,90
С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]
Qо
год
=Qо
ср
*n0
=0,086*106
*5250*3600=1,62*1012
Дж=1625ГДж, (1.1.3)
где: Qо
ср
-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
=-220
С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]
qв
=1,2 Вт/(м3
*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]
Qв
ср
=Qв
|
*[(tвр
-tн
ср
)/(tвр
-tнв
)]=0,547*[(16+7,9)/(16+22)]=
=0,344МВт (1.2.2)
где:Qв
|
-расчетный расход тепла на вентиляцию.
Qв
год
=Qв
ср
*nв
=0,344*106
*3488*3600=4,31*1011
Дж=4319ГДж, (1.2.3)
где: Qв
ср
-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.
QS
год
=Qо
год
+Qв
год
=1625+4319=5944ГДж (1.2.4)
Т2
3.Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:
Qо
|
=(tвр
-tно
)Vстр
qo
=(18+34)*8000*0,34=141440Вт=0,141МВт, (1.3.1)
где:Vстр
=8000м3
- объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр
=180
С- температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
qo
=0,34Вт/(м3
*К)-удельные тепловые потери через наружные ограждения отапливаемого здания. [1, стр437]
Qо
ср
=Qo
|
*[(tвр
-tн
ср
)/(tвр
-tно
)]=0,141*[(18+7,9)/(18+34)]=
=0,07МВт, (1.3.2) где: Qo
|
-расчетный расход тепла на отопление
tн
ср
=-7,90
С-средняя температура отопительного периода. [1, стр432]
Qо
год
=Qо
ср
*n0
=0,07*106
*5250*3600=1,32*1012
Дж=1323ГДж, (1.3.3)
где: Qо
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:
Qв
|
=(tвр
-tнв
)Vqв
=(18+22)*8000*0,12=38400Вт=0,038МВт, (1.4.1)
где: tнв
=-220
С-температура расчетная для вентиляции [1, стр432]
qв
=0,12 Вт/(м3
*К)-удельные тепловые потери здания на вентиляцию [1, стр437]
Qв
ср
=Qв
|
*[(tвр
-tн
ср
)/(tвр
-tнв
)]=0,038*[(18+7,9)/(18+22)]=
=0,024МВт (1.4.2)
где:Qв
|
-расчетный расход тепла на вентиляцию.
Qв
год
=Qв
ср
*nв
=0,024*106
*3488*3600=3,01*1011
Дж=301,4ГДж, (1.4.3)
где: Qв
ср
-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:
Qгв
ср.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*0
С-теплоемкость воды [3, стр195]
tгв
=650
C-температура горячей воды [1, стр442]
tхв
=50
C-температура холодной воды зимой [1, стр442]
nс
=24ч/сутки-расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение [1, стр440]
Qгв
ср.н.л
=[bmCв
(tгв
-tхв
)]/nс
=[20*250*4190(65-15)]/24*3600=12123Вт=
0,012МВт, (1.5.2)
где: tхв
=150
C-температура холодной воды летом [1, стр442]
Qгв
год
=Qгв
з
no
+Qгв
л
(n-no
)=0,014*5250*3600+0,012*(8400-5250)*3600=264600+
135080=400,680ГДж, (1.5.3)
QS
год
=Qо
год
+Qв
год
+Qгв
год
=1323+301,4+400,680=2025,08ГДж, (1.5.4)
6.Расчет технологической тепловой нагрузки для производства чугуна:
П
Qтн
=Sqi
тн
*Ni
=0,71*109
*2000=1,42*1012
Дж/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
S
|
=QoT
1
|
+QoT
2
|
=0,18+0,141=0,321МВт
Qв
S
|
=QвТ1
|
+QвТ2
|
=0,547+0,038=0,585МВт
Qo
(tн
=80
С)= QoT
1
|
[(tвр
-tн
)/(tвр
-tно
)]+ QoT
2
|
[(tвр
-tн
)/(tвр
-tно
)]=0,18*[16-
8)/(16+34)]+0,141*[(18-8)/(18+34)]=0,04МВт
Проверка:
Qo
(tн
=-150
С)=0,18*[(16+15)/(16+34)]+0,141*[(18+15)/(18+34)]=0,19МВт
Qв
(tн
=80
С)= Qв
T
1
|
[(tвр
-tн
)/(tвр
-tнв
)]+ Qв
T
2
|
[(tвр
-tн
)/(tвр
-tнв
)]=0,547*[16-
8)/(16+22)]+0,038*[(18-8)/(18+22)]=0,12МВт
Проверка:
Qв
(tн
=-150
С)=0,547*[(16+15)/(16+22)]+0,038*[(18+15)/(18+22)]=0,47МВт
QS
(t=-220
С)=0,585+0,014+0,25+0,547=1,396МВт
Qo
(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; Qтн
=0,547МВт; параметры теплоносителя: Р=0,79МПа,t=3000
С. [4, стр3]; Расчетно-температурный график водяных тепловых сетей 150-700
С.
Qтн
=D(hпп
-Св
tк
)-aGк
Св
(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
=800
С-температура конденсата [из задания]
tхв
=50
C-температура холодной воды.
2.
Т1
Q=(Qo
|
+Qв
|
)=(0,18+0,547)=0,727МВт (3.2.1)
G=Q/Cв
(t1
-t2
)=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
(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 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:
DH1
+2
=Нст
–Нобр
–Наб
/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:
lэ.1
=Аl
Szd1
,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)
z-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
= Аl
Szd1,25
=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.
DР1
=R1
*lп.1
=60*1024=6144Па, (4.2.5)
 м, (4.2.6)
DР2
=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:
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:
lэ.3
= Аl
Szd1,25
=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.
DР3
=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
|
| DН,
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
|
DР,
Па
|
DН,
м
|
DdН,
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=3000
С. [4, стр.3]
Примем Р0=
=1МПа и Т0
=3400
С.
6.Предварительный расчет паропровода.
Падение давления на всем участке.
DР=P0
-PП
=1*106
-0,79*106
=210000Па=0,21МПа, (4.6.1)
Rл
=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:
Рср
=Р0
+(DР/2)=1*106
+(210000/2)=0,895МПа, (4.6.3)
Примем падение температуры по длине паропровода на 100 м равные 20
,
Тср
=340-10=3300
С, (4.6.4)
Средняя плотность пара.
rср
=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
=3300
С (3, стр62).
Рассчитываем диаметр трубопровода.
d=Ad
*D0,38
/(rRл
)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
r=AR
*D2
/ a5,25
=10,6*10-3
*0,242
/0,095,25
=188,8, (4.7.1)
где: AR
=10,6*10-3
м0,25
-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
r/rср
*lп.
/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.
Тср
=Т0
–dТ/2=340–40/2=3200
С, (4.7.4)
Средняя плотность пара.
rср
=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
r/rср
=188,8/3,54=53,4Па/м, (4.7.6)
DР=Rл
lп.
=53,4*1089,4=0,058МПа, (4.7.7)
Р2
=Р0
-DР=1*106
-0,058*106
=0,942МПа, (4.7.8)
Р0
=РП
+DР=0,79*106
+0,058*106
=0,848МПа. (4.7.9)
По полученным данным составляем таблицу.
| D,
кг/с
|
l,
м
|
Предварительный расчет
|
| DР,
МПа
|
Rl
,
Па/м
|
Рср
,
МПа
|
Тср
,
0
С
|
rср
,
кг/м3
|
Rл
r,
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
r,
Па/м
|
lэ
,
м
|
lп
,
м
|
Рср
,
МПа
|
Тср
,
0
С
|
rср
,
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 rиз
=200 кг/м3
,lиз
=0,053 Вт/м0
С
Толщина изоляции d=70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз
=dнар
+2 в =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: w=5 м/с–скорость воздуха.
 м*К/Вт, (5.1.3)
Температура поверхности изоляции:
 (5.1.4)
где: tн.о.
=–340
С – температура наружного воздуха
Т0
=3000
С – начальные параметры теплоносителя.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией паропровода с изоляцией:
aк
=4,65w0,7
/dиз
0,3
=4,65*50,7
/0,2290,3
=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:
aк
=4,65w0,7
/dиз
0,3
=4,65*50,7
/0,0890,3
=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)
Qгол
=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
, lиз
=0,04 Вт/м0
С
Толщина изоляции d=70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз
=dнар
+2d=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,
lк
=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: lгр
=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
RS
=Rп.к
+Rк
+Rгр
=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.2.10)
Температура канала.
 (5.2.11)
где: tгр
=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
=tпр
–Dtпр
=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
св
=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/
обр
=tобр
+Dtобр
=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)
Qгол
=q*l=268*1000=268кВт. (5.2.23)
Падение температуры:
Dt=q*l*(1+b)/G1
Cв
=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
, lиз
=0,04 Вт/м0
С
Толщина изоляции d=70 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз
=dнар
+2d=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,
lк
=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: lгр
=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
RS
=Rп.к
+Rк
+Rгр
=0,033+0,0286+0,197=0,259м*К/Вт. (5.3.10)
Температура канала.
 (5.3.11)
где: tгр
=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
=tпр
–Dtпр
=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
св
=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/
обр
=tобр
+Dtобр
=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)
Qгол
=q*l=240,68*800=192,55кВт. (5.3.23)
Падение температуры:
Dt=q*l*(1+b)/G1
Cв
=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
, lиз
=0,04 Вт/м0
С
Толщина изоляции d=50 мм.
Диаметр трубы с изоляцией:
dиз
=dнар
+2d=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,
lк
=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: lгр
=1,3 Вт/м*К – теплопроводность грунта.
Тепловое сопротивление канала+грунта.
RS
=Rп.к
+Rк
+Rгр
=0,037+0,031+0,204=0,272м*К/Вт. (5.4.10)
Температура канала.
 (5.4.11)
где: tгр
=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
=tпр
–Dtпр
=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
св
=4,19 кДж/кг*К – теплоемкость воды.
t/
обр
=tобр
+Dtобр
=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)
Qгол
=q*l=210*800=105кВт. (5.4.23)
Падение температуры:
Dt=q*l*(1+b)/G1
Cв
=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
=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=+80
С:
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 +80
С:
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=-340
С:
t1
=Q1
/Св
*G1
+ t2
=913000/4190*2,73+70=1500
С, (6.2.1)
где: Св
=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
/Св
*G1
+ t2
=174000/4190*2,73+70=850
С, (6.2.2)
где: Св
=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
/Св
*G1
+ t2
=12000/4190*2,73+70=730
С, (6.2.3)
где: Св
=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:
Qo
|
=(tвр
-t)Vстр
qo
=(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
=160
C-температура воздуха внутри помещения [4, стр25]
tно
=-400
С-температура наружного воздуха. [1, стр432]
Тепловая нагрузка на вентиляцию ниже tнв
=-220
С не изменяется, поэтому принимаем Qв
|
=0,547МВт.
Расчет тепловой нагрузки на отопление бытовых и административных зданий:
Qо
|
=(tвр
-tно
)Vстр
qo
=(18+40)*8000*0,34=157760Вт=0,157МВт, (6.3.2)
где:Vстр
=8000м3
- объем здания по наружным размерам [из задания]
tвр
=180
С- 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
=-220
С не изменяется, поэтому принимаем Qв
|
=0,585МВт.
4.Расход теплоносителя, необходимый потребителю при t=-400
С:
G=Qсум
/Св
*(t1
-t2
)=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,
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.
QS
кот
=к*кк
*(Qр
от
+1,2Qр
в
+Qр
гв
+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=1900
С.
Конденсат идет с температурой tк
=800
С (обычно в диапазоне 80–1000
С) при давлении подачи в деаэратор Р=0,104 МПа.
hто
=0,95%–КПД сетевого подогревателя,
hтп
=0,96%–КПД транспорта теплоты.
Qком
= Qр
о
+ Qр
в
+ Qр
гв
=321,4+585,6+26,7=933,7кВт.
Максимальная часовая производительность котельной по пару с учетом собственных нужд.
DS
кот
=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
=Sni
*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
= aк
*Dтех
=0,5*0,24=0,12кг/с, (7.2.2)
где: aк
=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,
hс
=0,98 – коэффициент, учитывающий потери теплоты сепаратором.
Количество продувочной воды, сливаемой в дренаж.
Gд
пр
= 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
+Gд
пр
+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
=1500
С и tотб
=700
С – температура сетевой воды в прямой и обратной линии,
hтп
=0,96 и hто
=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+кхв
сн
)*(Gдка
+Gдтс
)=(1+0,1)*(0,179+0,19)=0,705кг/с, (7.2.11)
где: кхв
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,
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:Dt1
=30
– понижение температуры воды в процессе ее обработки ХВО,
tдр
=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 Рдеаэр
=1,04–1,1 атм.
Средняя энтальпия потоков воды, поступающих в деаэратор.
 (7.2.15)
где: tтк
=800
С – 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
=1040
С – температура питательной воды
hд
=0,99 – коэффициент, учитывающий потери теплоты деаэратором
GS
= 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=1900
С.
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.
|