Реферат: Расчет теплопотребления и источника теплоснабжения промышленного предприятия
Название: Расчет теплопотребления и источника теплоснабжения промышленного предприятия Раздел: Промышленность, производство Тип: реферат | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Тольяттинский государственный университет Кафедра «Электроснабжение и электротехника» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине «Общая энергетика» на тему «Расчет теплопотребления и источника теплоснабжения промышленного предприятия» Выполнила студентка группы ЭСз-631 Галыгина Ирина Вячеславовна Допущен к защите Руководитель работы Кретов Дмитрий Алексеевич Защищен «__»____________ г. Оценка ___________________ Тольятти 2011 г. Аннотация. Настоящая курсовая работа включает расчет теплопотребления промышленного предприятия на отопление и вентиляцию производственных цехов, а также горячее водоснабжение бытовых нужд. Исходя из общего теплопотребления на указанные цели и теплопотребления на технологические нужды, дается изложение методики расчета и выбора котельного агрегата, достаточного для обеспечения тепловой энергией пара потребности промышленного предприятия. Подробно рассмотрены вопросы выбора основного и вспомогательного оборудования котельной установки, включая резервные насосы с паровым приводом для случая перерыва в электроснабжении. Даны в качестве приложений справочные таблицы по выбору оборудования котельных агрегатов. Содержание: 1 Описание тепловой схемы котельной 4 2 Исходные данные для расчета 6 3 Расчет теплопотребления промышленного предприятия 10 3.1 Расход тепла на отопление 10 3.2 Расход тепла на вентиляцию 11 3.3 Расход тепла на горячее водоснабжение 11 4 Расчет элементов тепловой схемы 12 4.1 Расчет потоков пара и конденсата 12 4.2 Расчет сетевого теплообменника 13 4.3 Предварительное определение полной производительности котельной 14 4.4 Определение потоков теплоносителей в тепловой схеме 15 4.5 Расширитель непрерывной продувки (РНП) 16 4.6 Водоподогревательные установки 17 4.7 Конденсатный бак 20 4.8 Редукционно-охладительная установка (РОУ) 21 4.9 Деаэратор 23 4.10 Проверка правильности расчета 23 4.11 Определение диаметра паропровода и конденсатопровода от котельной до технологического потребителя 24 5 Выбор основного оборудования котельной 25 Заключение 27 Список литературы 28 1 Описание тепловой схемы котельной Тепловая схема паровой промышленной котельной приведена на рисунке 2.1. Условные обозначения к тепловой схеме приведены на рисунке 2.2. Сырая вода в количестве Wсв , необходимом для восполнения потерь конденсата у потребителей 18 и потерь пара и воды в котельной, поступает с температурой t'св из системы технического водоснабжения. Ее предварительный подогрев происходит в водо-водяном теплообменнике 11 водой непрерывной продувки. В паровом теплообменнике 12 ее подогревают до температуры 300 С. С этой температурой вода поступает в систему химводоочистки 13. Умягченную воду в водо-водяном теплообменнике 8 подогревают деаэрированной водой и подают в деаэратор 7. Сюда же насосом 14 перекачивают смесь потоков конденсата из конденсатного бака 15. Нагрев воды до температуры насыщения, при которой осуществляется дегазация, происходит в головке деаэратора при смешивании воды с паром. Умягченную деаэрированную (питательную) воду питательными насосами с электрическим 6 или паровым 5 приводом нагнетают через водяной экономайзер 2 в верхние барабаны парогенераторов 1. Здесь вода, смешиваясь с паром, нагревается до температуры насыщения при давлении в котле РК и поступает в контуры естественной циркуляции, где превращается в насыщенный пар. Пар заданных параметров в количестве Dнт ку идет на технологические нужды промышленного предприятия. Из цехов предприятия конденсат возвращается в котельную в количестве mK , % от Dнт ку с температурой tK . Часть генерируемого пара расходуют на собственные нужды котельной: деаэрацию питательной воды Dд , подогрев сырой воды Dсв и привод резервных питательных насосов Dпн . Отпуск пара производят через редукционно-охладительную установку (РОУ) 3. Здесь в процессе дросселирования происходит уменьшение давления пара. Энтальпия пара при этом практически не уменьшается. Уменьшение давления позволяет снизить металлоемкость теплового оборудования. Редуцированный пар является теплоносителем в подогревателе сетевой воды 16. Для уменьшения потерь тепла с продувочной водой устанавливают расширитель непрерывной продувки (РНП) 4. Здесь кипящая вода при давлении РК превращается в пар и кипящую воду при давлении, близком к атмосферному. Пар подают в головку деаэратора. Тепло продувочной воды используют в теплообменнике 11. В смесительном теплообменнике (барбатере) 9 горячие сбросы котельной охлаждаются водой и сбрасываются в канализацию. 2 Исходные данные для расчета Исходные данные выписывают из таблицы 2.1 по двухзначному номеру варианта. Номер варианта соответствует двум последним цифрам присвоенного студенту шифра, указанного в зачетной книжке. Недостающие параметры для расчета указаны непосредственно на тепловой схеме в соответствии с рисунком 2.1. Пояснения к таблице 2.1:
Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета
Продолжение таблицы 2.1
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3 18
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
![]() ![]()
Рисунок 2.1 – Тепловая схема паровой промышленной котельной
600 тепла
Теплообменник Насос смешивающий
поверхностный фильтр
10 расширитель
отводчик Рисунок 2.2 – Условные обозначения к тепловой схеме 3 Расчет теплопотребления промышленного предприятия Расход тепла на отопление производственного цеха с известным наружным строительным объемом QOT , кВт, расположенного в Чапаевске, может быть найден по приближенной формуле
где q0 – удельная отопительная характеристика здания, кВт/(м3 ∙К); tВН – внутренняя расчетная температура в цехе промышленного предприятия в зимний период, 0 С. Можно принять равной 12 … 16 0 С; tВН =12 0 С=285К t' H – расчетная температура наружного воздуха (средняя температура самой холодной пятидневки). t' H =-160 С=257К Удельную отопительную характеристику здания q0 , кВт/(м3 ∙К), численно равную потерям тепла на 1 м3 здания в единицу времени при разности внутренней и наружной температур в 10 С, с достаточной степенью точности можно подсчитать по эмпирической формуле ВТИ:
где а – постоянный коэффициент, принимаемый для кирпичных зданий равным 1,9, а для железобетонных зданий – от 2,3 до 2,6. а =2,5
тогда,
Тепловыделениями оборудования и людей, а также поступлением тепла в цех от солнечной радиации при расчете расхода тепла на отопление можно пренебречь. В нерабочее время отопление в цехах переключают на дежурный режим. При этом внутренняя температура в цехе принимается tBH =5 0 С. Расход тепла нерабочего времени суток при tBH =5 0 С =278К определяется по формуле 3.1
3.2 Расход тепла на вентиляцию Расход тепла на подогрев в зимнее время воздуха, поступающего для вентиляции производственных цехов,
3.3 Расход тепла на горячее водоснабжение Расход тепла на горячее водоснабжение производственных цехов
4 Расчет элементов тепловой схемы 4.1 Расчет потоков пара и конденсата Прежде, чем приступить к расчету тепловой схемы, ее вычерчивают на листе формата А4, проставляют возле элементов все известные параметры теплоносителей (P, x, t, h и т. д.). При этом энтальпию воды (конденсата)
где
Энтальпию влажного насыщенного пара
где
Величины h и r определяют по давлению из таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения». Результаты расчета сводят в таблицу 4.1. Таблица 4.1 – Энтальпия потоков пара
4.2 Расчет сетевого теплообменника Расчет тепловых схем начинают с расчета теплообменника 16, в котором вода подогревается для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных цехов. Тепловой баланс пароводяного теплообменника:
где Dсет – расход пара на подогрев сетевой воды от tобр до tпр , кг/с; Wсет – расход сетевой воды, кг/с; hx , hК , hпр , hобр – соответственно энтальпия греющего пара, конденсата, воды, идущей в тепловую сеть (в прямой магистрали) и воды, возвращаемой от отопительных приборов (в обратной магистрали), кДж/кг; hисп – коэффициент, учитывающий потери тепла теплообменником в окружающую среду. Принимают равным 0,96 … 0,98. hисп = 0,96
hx , hК , hпр , hобр определим по формуле 4.2 по температуре Величины h и r определяют по температуре из таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения». hx =1,01∙394=398 кДж/кг hК =1∙333=333 кДж/кг hпр =1∙366=366 кДж/кг hобр =1∙321=321 кДж/кг Из уравнения (4.3) найдем расход пара на подогрев сетевой воды.
Из уравнения (4.3) найдем расход сетевой воды.
Определив расход пара на подогрев сетевой воды и расход сетевой воды вычислим расход воды для восполнения безвозвратных потерь на горячее водоснабжение Wпод , кг/с:
4.3 Предварительное определение полной производительности котельной Производительность котельной «брутто» складывается из производительности «нетто» Dнт ку ; расходов пара на подогрев воды, циркулирующей в тепловой сети Dсет ; на подогрев воды перед химводоочисткой до 30 0 С для недопущения выпадения влаги из воздуха на холодных поверхностях трубопроводов и другого оборудования Dсв ; на термическую деаэрацию питательной и подпиточной воды Dд и на привод резервных питательных насосов с паровым приводом Dпн . Так как расходы Dсв , Dд и Dпн пока неизвестны, то для предварительного определения величины Dбр ку необходимо задаться суммарным расходом пара на собственные нужды Sdсн в размере (8¸6)% от полной производительности котельной. Расходом пара на привод питательных насосов в работе можно пренебречь. Тогда на известные расходы Dнт ку +Dсет будет приходиться (100-Sdсн )% от Dбр ку . Решение пропорций относительно величины Dбр ку , кг/с, можно представить в виде
4.4 Определение потоков теплоносителей в тепловой схеме 4.4.1 Расход питательной воды Wпв , кг/с, с учетом продувок паровых котлов dпр и потерь пара внутри котельной dут :
Суммарные потери (dпр +dут ) принимают равными (4¸10)%. (dпр +dут ) =4%
4.4.2 Расход сырой воды, поступающей из системы технического водоснабжения и идущей на восполнение потерь конденсата у технологических потребителей, потерь воды в тепловой сети, утечек пара в котельной и потерь воды с продувкой Wсв , кг/с:
где mK – суммарный процент возврата конденсата в котельную от технологических потребителей Dнт ку . mK =60%
4.5 Расширитель непрерывной продувки (РНП) При расчете каждого элемента изображают его схему, на которой отмечают все входящие и выходящие потоки и их количественные (W, D) и качественные (t, h, P, x) характеристики. Схема расширителя непрерывной продувки приведена на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 – Схема расширителя непрерывной продувки Количество пара, выделяющегося из продувной воды, W6 *h'6 , кг/с определяют из уравнения теплового баланса расширителя:
где W6 – расход продувочной воды, кг/с: dпр – величина продувки котельных агрегатов. Принимается dпр = (2 ¸ 8) %; dпр =5% h'6 – энтальпия кипящей жидкости при давлении Рк в барабане котла, кДж/кг; h'6 = 417.5 кДж/кг hx 1 – энтальпия влажного насыщенного пара в расширителе, кДж/кг. Давление в расширителе принимают равным (0,11 … 0,15) МПа, степень сухости пара – х = (0,96 – 0,98). принимаем Р= 0,12 МПа, х = 0,96, тогда: hx 1 = 2414.4 кДж/кг Тепловыми потерями трубопроводов и потерей давления в них при расчете тепловой схемы можно пренебречь. Решением уравнения (4.8) получим следующее выражение для определения количества пара, выделяющегося из продувочной воды D1 ,кг/с: где W6 = W7 + D1 ; h'7 – энтальпия кипящей жидкости при давлении в РНП, равном Р = (0,11 … 0,15) МПа. Принимаем Р = 0,12 МПа, тогда: h'7 =29.3 кДж/кг
W7 =W6 - D1 = 1,5-0,24=1,26 кг/с 4.6 Водоподогревательные установки Схема водоподогревательной установки приведена на рисунке 4.2. Рисунок 4.2 – Схема водоподогревательной установки В котельном агрегате используют, главным образом, поверхностные кожухотрубные водоподогреватели. Теплоносителем может быть либо водяной пар, либо вода (конденсат). Расходы или температуры теплоносителей определяют из уравнения теплового баланса: - для водо-водяных подогревателей:
- для пароводяных подогревателей:
где Wn , Wn +1 – расходы теплоносителей, кг/с; Сpm – теплоемкость воды, кДж/(кг∙К); t'n , t'n +1 , t''n , t''n +1 – начальные и конечные температуры теплоносителей, 0 С; Dn – расход греющего пара, кг/с; hx – энтальпия греющего пара, кДж/кг; hK – энтальпия конденсата, кДж/кг; hисп – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду. hисп = (0,96 … 0,98). При расчете водо-водяного теплообменника 11 определяют конечную температуру добавочной воды t''в . Начальную температуру горячего теплоносителя принимают равной температуре насыщения при давлении в РНП. По формуле 4.9 определим конечную температуру добавочной воды t''в водо-водяного теплообменника 11: где Wn = W7 = 1,26кг/с; Wn +1 = Wсв = 5,9 кг/с;
t'n =1110 С =384К;
t'n +1 = t'св = 90 С =281К; t''n = 1040 С =377К; t''n +1 = t''в
При расчете пароводяного теплообменника 12 определяют расход пара Dсв , необходимый для подогрева добавочной воды от t''в до tсв =300 С. Температуру конденсата за теплообменником принимают равной температуре насыщения при давлении греющего пара. По формуле 4.10 найдем Dсв пароводяного теплообменника 12, при этом: Wn +1 = Wсв = 5,9кг/с; hx =398 кДж/кг; hK =333 кДж/кг; hисп = 0,96; t'n +1 = t''в =100 С=283К; t''n +1 = tсв =300 С=303К
При расчете водо-водяного теплообменника 8 определяют конечную температуру химоочищенной воды tхво , считая начальную температуру деаэрированной воды равной температуре насыщения при давлении греющего пара, а конечную – равной температуре воды на входе в экономайзер t'эк = tпв . По формуле 4.9 определим конечную температуру химоочищенной воды tхво водо-водяного теплообменника 8: где Wn = Wпв = 31,2 кг/с; Wn +1 = 23 кг/с;
t'n =940 С =367К;
t'n +1 = t'св = 300 С =303К; t''n = 700 С =343К; t''n +1 = tхво
Схема узла сбора конденсата приведена на рисунке 4.3. Рисунок 4.3 – Схема узла сбора конденсата Конденсат, возвращаемый от технологических потребителей пара и водоподогревательных установок, собирают в сборные (конденсатные) баки, которые устанавливают в котельной или на предприятии. В конденсатные баки часто поступает и добавочная вода, прошедшая химводоочистку. Температуру смеси конденсата и добавочной воды в конденсатном баке tсм , 0 С, определяют из уравнения теплового баланса
где Mi – расход конденсата, кг/с; ti – температура потоков конденсата, 0 С; Wсм – суммарное количество конденсата, поступающего в конденсатный бак, кг/с.
4.8 Редукционно-охладительная установка (РОУ) Назначение РОУ – снижение параметров пара дросселированием (мятием). При этом пар охлаждается в результате впрыскивания химически очищенной воды, вводимой в охладитель. В охладителе большая часть воды, забирая тепло от пара, испаряется, а другая часть с температурой кипения отводится либо в конденсатный бак, либо непосредственно в деаэратор. При расчете принимают, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется. Схема редукционно-охладительной установки представлена на рисунке 4.4. Рисунок 4.4 – Схема редукционно-охладительной установки Расход редуцированного пара Dред c параметрами Р2 = 0,12 МПа, х = 0,96 … 0,98 и hx 5 , кДж/кг и охлаждающей воды W5 , кг/с, определяют из уравнения теплового и материального балансов:
Решая совместно уравнения (4.12) и (4.13), получаем
где D4 – расход острого пара, кг/с, давлением Рк , МПа и степенью сухости хк : hx 4 – энтальпия пара, поступающего в РОУ, кДж/кг; h5 – энтальпия деаэрированной воды.
4.9 Деаэратор Расход пара на деаэрацию питательной и подпиточной воды определяют из уравнения теплового баланса деаэратора:
где Sqвход – сумма входящих тепловых потоков, кВт; Sqвых – сумма выходящих тепловых потоков, кВт. Любой входящий или выходящий тепловой поток определяют как произведение массового расхода теплоносителя (Di или Wi ) на его энтальпию hi . Входящие в деаэратор потоки: - пар на деаэрацию из РОУ Dд ; - пар из РНП d1 ; - смесь потоков конденсата Мсм ; - добавочная вода Wсв . Выходящие потоки: - питательная вода Wпв ; - подпиточная вода Wпод ; - «выхлоп деаэратора». Все потоки, за исключением «выхлопа», определены при расчете. «Выхлоп» (пар + воздух) в работе считать сухим насыщенным паром при давлении греющего пара. Его расход принять 0,3 % от суммарного расхода питательной и подпиточной воды.
4.10 Проверка правильности расчета Полученная при расчете тепловой схемы величина не должна отличаться более чем на 2 % от предварительно принятой. 30=30,1 Это равенство соответствует условию, следовательно расчет тепловой схемы правильный. 4.11 Определение диаметра паропровода и конденсатопровода от котельной до технологического потребителя Диаметр паропровода dп , м, или конденсатопровода dк , м, вычисляют по приближенным формулам:
где Dнт ку – расход пара, кг/с; Мк – возврат конденсата, кг/с; Кэ – коэффициент эквивалентной шероховатости. Для паропроводов Кэ = (1,5 … 2) ∙ 10-4 м, для конденсатопроводов К э = (0,8 … 1,1) ∙10-3 м; r - плотность влажного насыщенного пара или конденсата, кг/м3 ; Rl - удельное падение давления, Па/м. Плотность пара вычисляют с учетом давления и степени сухости вырабатываемого пара. Плотность конденсата принимают 980 кг/м3 . Удельное падение давления Rl для паропроводов принимают ориентировочно (80 … 100) Па/м, а для конденсатопроводов – (50 … 60) Па/м.
При выборе типа и количества котельных агрегатов руководствуются следующим: - количество и производительность котлов выбирают по максимальному расходу пара так, чтобы при выходе из строя одного из котельных агрегатов, оставшиеся обеспечивали максимальный отпуск тепла; - котлов должно быть не менее двух и не более шести; - котлы должны устанавливаться однотипные; - при мало изменяющейся нагрузке предпочтительнее котлы с большей единичной производительностью; - резервные котлы устанавливают только при особых требованиях к надежности теплоснабжения. Выбрав тип котельного агрегата, выписывают его характеристики и определяют его действительную производительность:
где n – число установленных в котельной агрегатов; n=6 Dбр ка – производительность единицы котельного агрегата, кг/с.
Данные о номинальной паропроизводительности котельных агрегатов ДКВР приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Типоразмеры котлоагрегатов ДКВР
Первая цифра типоразмера указывает на паропроизводительность, т/ч, вторая – давление, кг/см2 , третья – температуру перегретого пара, 0 С. Если в типоразмере отсутствует третья цифра, то данный котлоагрегат вырабатывает сухой насыщенный пар. Выбираю 6 котельных агрегатов марки ДКВР-20-13-250 номинальной производительностью 5,6 кг/с. Заключение В настоящей курсовой работе произвели методику расчета тепловой энергии, потребляемой промышленным предприятием. Расчитали расходы тепловой энергии различными группами потребителей, расчетам, связанным с определением количества топлива, необходимого для выработки тепловой энергии. Выбрали оборудование котельных установок согласно расчетным характеристикам. Выбрали 6 котельных агрегатов марки ДКВР-20-13-250 номинальной производительностью 5,6 кг/с. 1. Немцев З. Ф. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение / Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. –М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с. 2. Ривкин С. Л. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара / Ривкин С. Л., Александров А. А. – М.: Машгиз, 1984. 3. Голубков Б. Н. Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция / Голубков Б. Н., Пятачков В. И., Романова Т. М. – М.: Энергоиздат, 1982. – 231 с. 4. Гольстрем В. А. Справочник энергетика промышленных предприятий / Гольстрем В. А., Иванченко А. С. – Киев: Техника, 1979. – 400с. 5. Щукин А. А. Теплотехника. – М.: Металлургия, 1973. – 479 с. |