Проектирование закрытой системы теплоснабжения микрорайона города Томск
Федеральное агентство по образованию (Рособразование)
Архангельский государственный технический университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине Источники и системы теплоснабжения предприятий
На тему Проектирование закрытой системы теплоснабжения микрорайона города Томск
Выполнил Александров Сергей Александрович
Руководитель доцент, к.т.н З.Г. Марьина
Архангельск
2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
РЕФЕРАТ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПЛАНИРОВКА МИКРОРАИОНА И ТРАССИРОВКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
2 ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ МИКРОРАЙОНА
2.1 Расчет тепловых нагрузок при максимальном зимнем режиме
2.1.1 Нагрузки отопления
2.1.2 Нагрузки вентиляции
2.1.3 Нагрузки горячего водоснабжения
2.2 Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы
2.2.1 Нагрузки отопления
2.2.2 Нагрузки вентиляции
2.2.3 Нагрузки горячего водоснабжения
3 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ
3.1 Расчётная тепловая схема котельной
3.2 Расчёт расширителя продувки
3.3 Расчёт подогревателя химически очищенной воды
3.4 Расчёт деаэратора
3.5 Выбор основного оборудования
4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
5 ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК
6 ВЫБОР СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
7 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК
8 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
РЕФЕРАТ
Александров С.А. Разработка системы теплоснабжения микрорайона города
Томска. Руководитель – доцент, к.т.н. З.Г. Марьина.
Курсовая работа. Пояснительная записка объемом страниц содержит 5 рисунков, 8 таблиц, 4 источника, графическая часть выполнена на 3 листах формата А3 и на двух А4.
В данной работе представлены основные инженерно-технические шаги по разработке теплоснабжения микрорайона. Расчет начинается с планировки района теплоснабжения, определения тепловых нагрузок. Отдельным пунктом рассмотрен расчет тепловой схемы котельной с выбором основного оборудования. Гидравлический расчет трубопроводов тепловой сети выполнен с помощью MsExcel; на основании гидравлического расчета построен пьезометрический график, а также выбрана схема присоединения типовых абонентов. Проведен расчет опор и компенсаторов с учетом возможности самокомпенсации на отдельных магистральных участках и ответвлениях.
Графическая часть представлена графиком центрального качественного регулирования (А4), пьезометрическим графиком (А3) и планировкой микрорайона теплоснабжения с трассировкой трубопровода тепловой сети и нанесением опор с компенсаторами (А3), тепловой схемой котельной (А3).
Данная работа позволила закрепить навыки инженера-проектировщика тепловых сетей, ознакомиться с основными методиками, связанными с решениями вопросов по теплофикации и энергообеспечению.
Дата мая 2010г.
Подпись_______________
ВВЕДЕНИЕ
Развитие теплоснабжения осуществляется в основном за счет крупных тепловых электростанций. В то же время в районах страны или города, где концентрация потребителей теплоты не достигает уровня, оправдывающего экономическую целесообразность сооружения ТЭЦ, основным источником теплоснабжения остаются районные и квартальные котельные.
Система централизованного теплоснабжения состоит из источника теплоты, тепловых сетей и потребителей тепловой энергии (абонентов).
Целью курсовой работы является закрепление знаний важнейших разделов курса «Источники и системы теплоснабжения предприятий», а именно выбор системы теплоснабжения и трассировка тепловой сети, определение расчетных тепловых нагрузок, расчет и построение температурного графика, гидравлический расчет тепловой сети и построение пьезометрического графика, выбор схемы присоединения типового потребителя. Индивидуальное задание включает в себя расчет тепловой схемы котельной.
Содержание задания предусматривает аргументацию принятых технических решений и расчетных методик, анализ графиков и ссылки на использованный справочный материал и литературу.
1 ПЛАНИРОВКА МИКРОРАЙОНА И ТРАССИРОВКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Первичным структурным планировочным элементом селитебной части города является микрорайон. Под микрорайоном понимают жилой массив, ограниченный красными линиями магистральных и жилых улиц. Жители микрорайона обеспечиваются всеми видами учреждений повседневного обслуживания микрорайонного значения. Планировка микрорайона производится «по свободной схеме». Жилые дома проектируют внутри микрорайона жилыми группами со своими детскими садами, школами, предприятиями торговли, площадками отдыха, ориентируют их по сторонам горизонтов, рельефу местности, имеющимся зеленым насаждениям и водоемам. В практике расчетов часто возникает необходимость определить площадь микрорайона, приходящуюся на одного жителя. В крупных городах нормами рекомендуется смешанная застройка в 9 этажей и более с частичным применением зданий в 5 этажей.
Принимается, что в одной квартире в среднем проживают в 5-ти этажном доме — 3 человека, в 9-ти этажном доме – 4 человека. В 5-ти этажном доме на площадке находится 3 квартиры, в 9-ти этажном доме – 4 квартиры. Тогда в одной секции пятиэтажного дома — 15 квартир, в одной секции девятиэтажного дома – 36 квартир, т.е. в пятиэтажном доме в среднем в одной секции проживает 45 человек, а девятиэтажном – 144 человека. Из этих условий определяется число секций соответствующих зданий и число жителей, проживающих в 5-ти и 9-ти этажных домах, а также число этих зданий.
Составим и решим уравнение, где Х – общее число домов.
Таким образом, в нашем микрорайоне будет 13 жилых домов.
Определим число пятиэтажных и девятиэтажных домов.
Примем в микрорайоне 3 пятиэтажных и 10 девятиэтажных домов.
Результаты занесём в таблицу 1.
Таблица 1 – План расселения жителей микрорайона
Тип здания
Кол-во домов
Число жителей
Девятиэтажный шестисекционный жилой дом
10
8640
Пятиэтажный пятисекционный жилой дом
3
675
Всего
13
9315
Затем определяется средняя этажность микрорайона, и вычисляются площадь территории, приходящейся на одного жителя, и площадь всего микрорайона. Рассчитываются габаритные размеры территории с округлением в большую сторону. При планировке зданий учитываются их размеры, приведенные в таблице 4, а также принятое число секций.
Площадь территории, приходящейся на одного жителя , м2 определяется по формуле
,(1.1)
где — коэффициент, характеризующий отношение площади застройки к общей площади (таблица 2) =1,33 ;
— коэффициент, характеризующий отношение площади участков учреждений обслуживания, приходящихся на одного жителя, к норме обеспеченности жилой площадью, — для микрорайонов;
— коэффициент застройки (таблица 3), ;
— обеспеченность населения общей площадью; на одного человека на расчетный период;
— средняя этажность жилых зданий микрорайона;
,(1.2)
где — этажности зданий, ,;
— доля жителей, проживающих в соответствующих зданиях, , .
м2
Площадь микрорайона, м2
,(1.3)
где N — число жителей микрорайона;
м2
Для удобства примем площадь микрорайона 311100 м2. Это будет прямоугольник 510×610 м.
Таблица 2 – Значение коэффициента i0 (отношение площади застройки к общей площади)
Типы домов
Жилая площадь квартир
35
40
45
50
5-9 этажей
1,36
1,33
1,32
1,28
Таблица 3 — Показатели коэффициента застройки [1].
Кол-во секций
Этажность
5
6
7
8
9
3
0,218
0,201
0,177
0,159
0,144
4
0,236
0,216
0,189
0,167
0,155
5
0,244
0,221
0,198
0,180
0,162
6
0,248
0,224
0,201
0,183
0,166
Таблица 4 – Характеристики зданий микрорайона
Тип здания
Размер в плане, м
Высота Н, м
, Вт/(м3∙0 С)
Пятиэтажный жилой дом 94 серии рядовая секция торцевая секция
12,9×15,9 12,9×18,6
15
0,440 0,450
Девятиэтажный жилой дом 93 серии рядовая секция торцевая секция
12,6×24 12,6×24
27
0,374 0,421
Детский сад на 280 мест
57×27
6,7
0,430
Школа на 844 учащихся
71,4×32,6
10
0,304
Магазин, пристроенный к 9-ти этажному дому
27×21
3,1
0,454
Кинотеатр двухзальный на 200 и 100 мест с видеотекой
36×24
6
0,442
Принимаем, учитывая данные из таблицы 4
Таблица 5 – Расчёт площадей всего микрорайона
Тип здания
Количество зданий
Размер в плане, м
Площадь, м2
Площадь всего, м2
Девятиэтажный шестисекционный жилой дом
9
12,6×144
1814,4
16329,6
Пятиэтажный шестисекционный жилой дом
7
12,9×100,8
1300,32
9102,24
Пятиэтажный трехсекционный жилой дом
1
12,9×69
890,1
890,1
Детский сад на 280 мест
1
57×27
1539
1539
Школа на 844 мест
1
71,4×32,6
2327,64
2327,64
Незастроенная площадь также зависит от габаритов здания и главным образом от их высоты. Требования по обеспечению инсоляции квартир не менее трёх часов в сутки являются основным фактором, от которого зависит величина разрывов между зданиями. В действующих нормах проектирования минимальные разрывы между длинными сторонами установлены для 5-этажных зданий – 30 м, 9-этажных – 48 м. Разрывы между торцами стен с окнами из жилых помещений соответственно 15 и 24 м (У 5-этажных зданий 94 серии есть окна на торцевых стенах, у 9-этажных зданий торцевые стены без окон). Размеры земельных участков для общеобразовательных школ предусматриваются 2 га, для детских садов – 35 м2 на одно место. С учетом этих требований выполняем планировку микрорайона.
Планировка микрорайона представлена на рисунке 1.
План микрорайона выполнен на отдельном листе формата А3 (лист 1).
2 РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК
Расчетный (максимальный) расход на отопление здания , Вт, зависит от температуры наружного и внутреннего воздуха, объёма здания по наружному обмеру и определяется по формуле
,(2.1)
где qov – удельная тепловая характеристика зданий (отопительная характеристика), Вт/(м3∙0С) – показывает тепловые потери через наружные ограждения единицы объема здания при разности внутренней и наружной температур Δt=1ºС;
V – объем здания по наружному обмеру, м3, (по таблице 4);
tвp – усредненная температура внутреннего воздуха в отапливаемом помещении;
Климатические характеристики района для города Томск
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления tно, 0С
tно = – 40 0С;
Расчётная температура вентиляции tнв, 0С
tнв = – 25 0C;
Средняя температура наружного воздуха наиболее холодного месяца tнхм, 0С
tнхм = –19,2 0С;
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tоп, 0С
tоп= -8,80С
Расчетная температура внутреннего воздуха при tно = –400 С для жилых домов tв = 200 С, для детского сада tв = 220 С, для школы tв = 180 С.
β – поправочный коэффициент на температуру наружного воздуха отличную от -30ºС (поправка вводится только для жилых зданий) при tвр=180С, в остальных случаях поправка берется по таблице
, (2.2)
Примем для всех жилых домов и общественных зданий как постоянную величину.
При расчете тепловых нагрузок жилых домов учитываются объемы и удельные отопительные характеристики торцевых и рядовых секций здания
(2.3)
где — удельные отопительные характеристики соответственно торцевой и рядовой секций здания;
Vт, Vр – объёмы соответственно торцевой и рядовой секций;
– количество рядовых секций;
После определения расчетной (максимальной) тепловой нагрузки составляется сводная таблица тепловых нагрузок для четырёх характерных режимов максимально-зимнего, среднего для наиболее холодного месяца, средне-отопительного и летнего. Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы производится по формуле
(2.4)
2.1 Расчет тепловых нагрузок при максимальном зимнем режиме
2.1.1 Нагрузки отопления
Расчетный (максимальный) расход на отопление здания , Вт,
Нагрузка на отопление 5-этажного пятисекционного дома , Вт
,(2.5)
где — удельная отопительная характеристика торцевой секции здания, Вт/(м3 0С);
— удельная отопительная характеристика рядовой секции здания, Вт/(м3 0С);
Vт – объём торцевой секции,
м3
Vр – объём рядовой секции,
м3
Вт
Нагрузка на отопление 9-этажного шестисекционного дома , Вт
,(2.6)
где — удельная отопительная характеристика торцевой секции здания, Вт/(м3 0С);
— удельная отопительная характеристика рядовой секции здания, Вт/(м3 0С);
Vт – объём торцевой секции,
м3
Vр – объём рядовой секции,
м3
Вт
Нагрузка на отопление школы , Вт
,(2.7)
где — удельная отопительная характеристика школы, Вт/(м3 0С);
Вт
Нагрузка на отопление детского сада , Вт
,(2.8)
где — удельная отопительная характеристика детского сада, Вт/(м3 0С);
Вт
Суммарная отопительная нагрузка для жилых и общественных зданий , кВт
,(2.9)
Вт =12376,835 кВт
2.1.2 Нагрузки вентиляции
Расчетный расход теплоты на вентиляцию для общественных зданий определяется по формуле , Вт
,(2.10)
где qв – удельный расход теплоты на вентиляцию (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м3∙0С), то есть расход теплоты на 1 м3 вентилируемого объёма здания по наружному обмеру при разности температур воздуха внутри вентилируемого помещения и наружного воздуха в 1оС;
V – наружный объем вентилируемого здания, м3;
tвp – усредненная температура внутреннего воздуха;
tнв – расчетная температура наружного воздуха для систем вентиляции tнв = -25 ºС
Определим расход теплоты на вентиляцию для школы , Вт
,(2.11)
где – удельный расход теплоты на вентиляцию в школе (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м3∙0С)
V – наружный объем вентилируемого здания, м3;
Вт
Определим расход теплоты на вентиляцию для детского сада , Вт
,(2.12)
где – удельный расход теплоты на вентиляцию в школе (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м3∙0С)
V – наружный объем вентилируемого здания, м3;
Вт
Суммарный расход теплоты на вентиляцию, Вт
,(2.13)
кВт
2.1.3 Нагрузки горячего водоснабжения
Cредненедельный тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение для жилых и общественных зданий рассчитывается по формуле, Вт
, (2.14)
где с – теплоемкость воды, с = 4,187 ;
т – количество единиц измерения (людей);
а – норма расхода горячей воды с температурой tг=55ºС, кг (л) на единицу измерения в сутки;
для жилых зданий а = 105 л/сут на человека,
для школы а = 8 л/сут на человека,
для детского комбинатаа = 30 л/сут на человека,
tx – температура холодной водопроводной воды; её принимают в отопительный период 5оС и в летний период 15 оС;
1,2 – коэффициент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских системах.
Cредненедельный тепловой поток , Вт, на горячее водоснабжение для жилых зданий определяется по формуле
Вт
Вт
Cредненедельный тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение школы и детского сада
Вт
Вт
Суммарная нагрузка на горячее водоснабжение , Вт
,(2.15)
Вт
2.2 Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы
Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы средний для наиболее холодного месяца, средне-отопительный и летний, производится по формуле
(2.16)
2.2.1 Нагрузки отопления
Определим, пользуясь этой зависимостью, среднюю нагрузку отопления, за холодный месяц для жилых зданий, , Вт
, (2.17)
где tх.м – средняя температура самого холодного месяца (Приложение 1 [2]);
Вт
Определим среднюю нагрузку отопления, за холодный месяц для общественных зданий, Вт
Вт
Вт
Суммарная нагрузка отопления за холодный месяц для жилых и общественных зданий , Вт
,(2.18)
Вт
Определим тепловую нагрузку за средне-отопительный период для жилых зданий , Вт
, (2.19)
где tо.п – средняя температура отопительного периода (Приложение 1 [2]);
Вт
Определим тепловую нагрузку за средне-отопительный период для общественных зданий, Вт
Вт
Вт
Суммарная нагрузка отопления за средне-отопительный период для жилых и общественных зданий , Вт
,(2.20)
Вт
2.2.2 Нагрузки вентиляции
Определим среднюю нагрузку вентиляции, за холодный месяц для общественных зданий, Вт
, (2.21)
Вт
Вт
Суммарная средняя нагрузка вентиляции за холодный месяц для общественных зданий , Вт
кВт
Определим среднюю нагрузку вентиляции за средне-отопительный период для школы и детского сада, Вт
, (2.22)
Вт
Вт
Суммарная средняя нагрузка вентиляции за средне-отопительный период для общественных зданий , Вт
, (2.23)
Вт
2.2.3 Нагрузки горячего водоснабжения
В летний период тепловой поток, необходимый для приготовления горячей воды уменьшится и находится по формуле
, (2.24)
где КS – коэффициент, учитывающий снижение летнего расхода воды по отношению к зимнему. При отсутствии данных принимается КS = 0,8;
(2.25)
Определим среднюю нагрузку на ГВС, за летний период для жилых зданий, Вт
Вт
Вт
Определим среднюю нагрузку на ГВС, за летний период для общественных зданий, Вт
Вт
Вт
Определим нагрузку на ГВС за летний период , кВт
,
Вт
Результаты расчетов занесём в таблицу 3.
Таблица 3 — Сводная таблица тепловых нагрузок
Потребитель теплоты
Тепловая нагрузка, кВт
Максимальный зимний
Холодного месяца
Средне- отопительный
Летний
Отопление
12376,83
10042,23
5938,35
—
Вентиляция
158,24
137,56
100,49
—
ГВС
2887,94
2887,94
2887,94
1848
Итого
15423
13067,73
8926,78
1848
3 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ.ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ
3.1 Расчётная тепловая схема котельной
Рисунок 1 – Принципиальная схема котельной с паровыми котлами
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Система теплоснабжения закрытая.
Температурный график 150-70;
Расход пара Dп = 5,8 кг/с;
давление пара Р = 0,7 МПа;
Температура пара tп = 180 0С;
Доля возврата конденсата β = 0,73;
Температура возвращаемого конденсата tк =95 ºС.
Нагрузка микрорайона 15423 кВт
Дросселирование пара только для собственных нужд и на сетевые подогреватели до давления 6 МПа и слабо перегретый пар 190ºС.
Расход сетевой воды, , кг/с
, (3.1)
где i11, i12 – энтальпии воды в подающей и обратной магистрали тепловой сети;
кг/с
Расход пара на подогреватели сетевой воды, , кг/с
, (3.2)
где i¢¢р – энтальпия редуцированного пара, при р = 0,6 МПа, t = 190 ºC, i¢¢р = 2867 кДж/кг (слабо перегретый пар);
i¢к – энтальпия конденсата после сетевых подогревателей, i¢к = 80С, i¢к = 335,2 кДж/кг
кпд подогревателей ()
кг/с
Суммарный расход свежего пара до редуцирования на внешних потребителей, , кг/с
, (3.3)
, (3.4)
, (3.5)
где i¢р – энтальпия свежего пара, при р = 0,7 МПа, tп = 180 ºС i¢р = 2798,83 кДж/кг;
кг/с
кг/с
кг/с
Расход пара на собственные нужды, кг/с, предварительно принимается в размере 5 % от внешнего потребления пара
, (3.6)
кг/с
Потери внутри котельной принимаем 2-5% от общего расхода пара. Принимаем потери пара 3%.
, (3.7)
кг/с
Общая паропроизводительность котельной будет
(3.8)
кг/с
Количество потерянного на производстве конденсата, , кг/с
, (3.9)
кг/с
Количество возвращаемого конденсата тогда будет кг/с
(3.10)
= 12,772-6,11-0,59-0,372-1,566 = 4,134 кг/с.
Потери конденсата с учётом 3% его потерь внутри котельной, , кг/с
, (3.11)
кг/с
Расход химически очищенной воды при величине потерь в тепловой сети 2% от общего расхода сетевой воды, , кг/с
, (3.12)
кг/с
Расход на собственные нужды ВПУ принимаем равным 25% от расхода химически очищенной воды, получим расход сырой воды, , кг/с
, (3.13)
кг/с
Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды, , кг/с
, (3.14)
кг/с
Количество воды поступающей от непрерывной продувки,, кг/с
Продувка может составлять 2-10% номинальной производительности котла. Если Gпр > 0,28 кг/с необходимо устанавливать расширитель продувки. Примем размер продувки 5%.
; (3.15)
кг/с
Расширитель продувки необходим.
3.2 Расчёт расширителя продувки
Рисунок 2 — Схема потоков расширителя продувки
Количество пара, полученного в расширителе продувки, , кг/с
, (3.16)
где i¢пр – энтальпия воды при давлении в котле 0,7 МПа;
i¢¢пр – энтальпия воды при давлении в расширителе продувки 0,12 МПа;
i¢п – энтальпия пара при давлении в расширителе продувки;
х – степень сухости пара, выходящего из расширителя;
i¢пр = 4,19×195 = 817,1 кДж/кг;
i¢¢пр = 4,19×104 = 435,8 кДж/кг;
i¢п = 2684,5 кДж/кг;
x = 0,98 кг/кг;
кг/с
3.3 Расчёт подогревателя химически очищенной воды
Подогрев химически очищенной воды после ВПУ производится в водоводяном теплообменнике за счет охлаждения подпиточной воды для тепловой сети после деаэратора со 104 до 70оС.
Рисунок 3 — Схема работы теплообменника для подогрева ХОВ
Температура химически очищенной воды, поступающей в деаэратор, определяется из уравнения теплового баланса , оС
, (3.17)
ºС
Энтальпия ХОВ, поступающей в деаэратор
кДж/кг
3.4 Расчёт деаэратора
Рисунок 4 – Схема потоков, поступающих в деаэратор
Параметры потоков
конденсат с производства – Gк = 4,134 кг/с; tкп = 95 0С; iкп = 398 кДж/кг;
конденсат из подогревателей сырой воды – Dсв = 0,174 кг/с; iк// = 670,5 кДж/кг
пар из расширителя продувки – Dпр = 0,11 кг/с; i/п = 2683 кДж/кг;
конденсат сетевых подогревателей – Dпсв = 6,21 кг/с; iк/ = 335,2 кДж/кг; tк/ = 80 0C;
ХОВ – Gхов = 2,858 кг/с; t//хов = 40,9 0C; i/хов = 171,37 кДж/кг;
греющий пар – iр// = 2867 кДж/кг.
Суммарное количество воды и пара, поступающего в деаэратор без учета расхода греющего пара, , кг/с
, (3.18)
кг/с
Средняя энтальпия смеси в деаэраторе, , кДж/кг
кДж/кг
Температура смеси , оС
,
оС
Расход пара на деаэратор, , кДж/кг
, (3.19)
где iпв – энтальпия питательной воды, кДж/кг;
кг/с
Суммарный расход редуцированного пара для собственных нужд внутри котельной, , кг/с
, (3.20)
кг/с
Расход свежего пара на собственные нужды, , кг/с
, (3.21)
кг/с
Паропроизводительность котельной, т/ч, с учетом внутренних потерь 3 %
, (3.22)
кг/с = 46 т/ч
Расхождение
% < 3 %
3.5 Выбор основного оборудования
Принимаем для установки газомазутные котлы марки ДЕ–6,5–14ГМ производительностью 6,73 т/ч каждый. Принимаем к установке 8 котлов, общая паропроизводительность
т/ч, запас 14,56%.
Проверим соответствие условию надёжности в случае выхода из строя одного большого котла, оставшиеся должны покрывать нагрузку холодного месяца, т.е. паропроизводительность котельной должна быть не меньше 44,1 т/ч
, (3.23)
кг/с
, (3.24)
кг/с
, (3.25)
кг/с
, (3.26)
5,7 = 10,87 кг/с
; (3.27)
кг/с = 42,53 т/ч;
В случае выхода из строя одного из котлов общая паропроизводительность будет
т/ч > 42,53 т/ч – условие выполняется.
Принципиальная схема котельной с паровыми котлами представлена на формате А3 (Лист 2).
4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Задачей гидравлического расчета является определение диаметров участков теплосети и падение давления в них. Поскольку в начале расчета неизвестен ряд требуемых величин, то задачу решают методом последовательных приближений.
Расчет начинают с магистральных участков и ведут от самого дальнего участка в направлении источника.
Задают удельное линейное падение давления. Для магистральных участков трубопроводов принимается Rл = 80 Па/м, в ответвлениях по расчету, но должно выполняться условие Rл ≤ 300 Па/м.
Расход сетевой воды в трубопроводах G, кг/с, определяется по формуле
, (4.1)
где Q – тепловая нагрузка расчетного участка, кВт;
с – теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/(кг×град);
t 1, t2 – температуры сетевой воды в подающей и обратной линиях.
Рассчитывают необходимый диаметр трубопровода d, м, по формуле
d = А G0.38 / R, (4.2)
где А= 117 ∙ 10-3 м0,62 / кг0,19 при kэ = 0,0005 м.
Затем округляют его до стандартного и уточняют значение Rл по формуле
= А G2 / d5.25 , (4.3)
где А = 13,62 ∙ 10-6 м3,25 кг, если kэ = 0,0005 м.
Полное падение давления на участке , Па
ℓ(1+α), (4.4)
где α – коэффициент местных потерь давления;
α =, (4.5)
где Z – опытный коэффициент, принимаем .
Потери напора на участке , м
, (4.6)
где ρ – плотность воды при средней температуре теплоносителя, кг/м3.
Произведём расчёт второго участка.
Участок 1.
,
кг/с
м, стандартный принимаем d1 = 0,082 м
Па/м
Па
м.
Аналогичным образом рассчитываются остальные участки магистралей. Затем переходят к ответвлениям. Ответвления рассчитывается как транзитный участок с заданным падением давления. Падение давления в ответвлении равно сумме падений давления на участках, расположенных от места ответвления к абоненту до конца главной магистрали, Па
(4.7)
Определяется предварительное удельное линейное падение давления в ответвлении
(4.8)
По этому значению рассчитывается предварительный диаметр, далее он округляется до стандартного, затем уточняется значение удельного линейного падения давления, определяются потери давления и напора аналогично расчету главной магистрали.
Произведём расчёт тринадцатого участка.
Участок 13
Па;
кг/с;
Па/м
м, стандартный принимаем d14 = 0,07 м;
Па/м
Па
м.
Аналогичным образом рассчитываются все остальные ответвления. Затем определяются суммарные потери напора от котельной до рассматриваемого абонента SDН. Полученные результаты занесены в таблицу 6.
Необходимо, чтобы суммарные потери давления по магистральным линиям расходились не более чем на 15 %.
% < 15 %.
Таблица 6 – Гидравлический расчет трубопроводов
№ участка
Q, кBт
G, кг/с
l, м
предварительный расчёт
окончательный расчёт
P, Па
Rл, Па/м
d, мм
d, мм
Rл, Па/м
P, Па
H, м
H, м
1
388,7
1,547
42
—
80
60
51
199,9
0,049
8807
0,936
8,625
2
777,4
3,094
164
—
80
78
82
65,75
0,07
11537
1,22
7,329
3
2212,6
8,807
222
—
80
116
125
58,22
0,118
14449
1,536
6,109
4
4341,8
17,282
190
—
80
150
150
86,07
0,166
19067
2,027
4,573
5
6471
25,758
186
—
80
174
184
65,42
0,203
14638
1,557
2,546
6
8600,2
34,233
100
—
80
194
207
62,26
0,234
7682
0,817
0,989
8
233,9
0,931
152
—
80
49
51
72,42
0,038
11426
1,21
8,485
9
1011,3
4,025
352
—
80
86
82
111,2
0,08
42273
4,49
7,275
10
1643,8
6,543
126
—
80
103
100
103,69
0,102
14397
1,531
2,785
11
3097,1
12,328
62
—
80
132
150
43,8
0,140
3095
0,329
1,254
12
4550,4
18,113
64
—
80
153
150
94,55
0,170
7079,9
0,753
0,925
13
13152
52,35
28
8807
80 139,9
229
259
44,89
0,289
1620
0,172
0,172
14
388,7
1,547
60
54
70
37,72
0,049
2374
0,252
7,581
15
1064,6
4,237
38
20344
300
68
70
282,9
0,082
11634,9
1,237
7,346
16
370,6
1,475
190
20344
102,1
56
70
34,29
0,048
6831
0,726
6,835
17
1064,6
4,237
36
34793
300 300
68
70
282,9
0,082
11022
1,172
5,745
18
1064,6
4,237
50
68
70
282,9
0,082
15309
1,628
6,201
19
1064,6
4,237
42
53860
300
68
70
282,9
0,082
12859
1,367
3,913
20
1064,6
4,237
52
53860 68498
300 300
68
70
282,9
0,082
15921
1,693
4,239
21
1064,6
4,237
42
68
70
282,9
0,082
12859
1,367
2,356
22
1064,6
4,237
52
68498
300
68
70
282,9
0,082
15921
1,693
2,682
23
388,7
1,547
60
11426
181,5
51
70
37,7
0,049
2372
1,338
8,613
24
388,7
1,547
44
11426 53698
247,5 300
48
51
199,9
0,049
9226
0,981
8,256
25
388,7
1,547
44
46
51
199,9
0,049
9226
0,981
3,776
№ участка
Q, Bт
G, кг/с
l, м
предварительный расчёт
окончательный расчёт
P, Па
Rл, Па/м
d, мм
d, мм
Rл, Па/м
P, Па
H, м
H, м
26
243,8
0,970
168
53698
300
39
40
284,7
0,039
49694
5,285
8,07
27
1064,6
4,237
96
68095 68095
300 300
68
70
282,9
0,082
29393
3,126
4,38
28
388,7
1,547
76
46
51
199,9
0,049
15936
1,695
2,949
29
1064,6
4,237
96
71190
300
68
70
282,9
0,082
29393
3,126
4,051
30
388,7
1,547
44
71190
300
46
51
199,9
0,049
9226
0,981
1,906
5 ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК
Пьезометрический график позволяет установить взаимное влияние профиля местности, высоты абонентских систем и падения давления в сети. По графику можно определить напор в подающей и обратной линии и располагаемый напор в любой точке сети и в абонентских системах, напоры сетевого и подпиточного насосов, а также выбрать схемы присоединения систем абонентов.
Пьезометрический график строится для главной магистрали и всех ответвлений от неё. Перед построением на планировку микрорайона наносится заданный рельеф местности. Изолинии рельефа проводим параллельно заданным сторонам прямоугольного микрорайона. Понижение местности в соответствии с заданием равномерными изолиниями наносятся в пределах границ района.
На графике в масштабе наносятся пьезометрические высоты положения участков магистрального трубопровода по всей его длине. Строятся ответвления от магистрали ко всем домам. Наносятся высоты зданий в соответствии с их местоположением.
Давление в обратном коллекторе тепловой сети в источнике (положение точки О1) выбирается так, чтобы предотвратить явления кавитации в сетевом насосе (больше 10 – 15 м) и обеспечить залив систем отопления близко расположенных к источнику зданий, обычно 25 – 35 м. Далее от этой точки откладываются потери напора по участкам в соответствии с гидравлическим расчетом в направлении от источника к дальнему потребителю. Располагаемый напор у последнего потребителя принимается в зависимости от типа теплового пункта. Необходимо обеспечить располагаемый перепад давлений в ИТП не менее требуемого для работы элеваторного узла (8 – 15 м), при этом расчетная потеря давления в отопительной системе не должна превышать 15 кПа (1,5 м вод. ст.). При безэлеваторном подключении систем отопления располагаемый напор на вводе должен быть не менее удвоенных расчетных потерь напора в местной системе, но не менее 10 м вод. ст. Для ЦТП принимается располагаемый напор 25 м, при непосредственном присоединении систем отопления ≥ 5 м. Строится линия потерь давления в подающей магистрали. В закрытых системах теплоснабжения она является зеркальным отображением пьезометрической линии обратной магистрали. В открытых системах потери давления в подающей линии больше потерь давления в обратной линии из-за наличия горячего водоразбора у абонентов.
Потери давления в источнике для котельных с узлом сетевых подогревателей принимаются 10 – 15 м. Далее строятся линии потерь давления на ответвлениях к потребителям и определяются раполагаемые напоры у каждого абонента.
При остановке сетевого насоса в тепловой сети устанавливается статическое давление, развиваемое подпиточным насосом. При выборе значения необходимо учесть требования к линии статического давления, указанные в курсе лекций.
Пьезометрический график представлен на отдельном листе формата А3 (Лист 3) и на рисунке 6.
График приведен для наиболее протяженной и нагруженной магистрали 11-10-9-8-7-6 и ее ответвлений (рисунок 1).Потери давления в ответвлениях строим на основании данных гидравлического расчета для H (от соответствующих ответвлению точек на графике подающей и обратной магистрали откладываем по вертикали потери давления на участке). Из графика видно что располагаемый напор любого абонента на ответвлении не меньше располагаемого напора у последнего абонента(6).Давление в обратной магистрали перекрывает верхние точки отопительных систем не менее чем на 5 метров.
6 ВЫБОР СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Все абоненты могут быть присоединены по типовой схеме зависимого подключения с элеватором, т.к. удовлетворяются все требования, предъявляемые к зависимым схемам с элеватором
1) напор в обратной магистрали должен быть достаточен для залива местных систем отопления, т.е. на 5 м выше здания, но давление в этой линии должно быть меньше допустимого для нагревательных приборов (<60 м);
2) располагаемый напор в тепловом пункте должен быть достаточен для преодоления гидравлического сопротивления разводящих сетей и местных систем отопления (10м);
3) напор в тепловой сети при статическом режиме обеспечивает залив местных систем отопления, но меньше допустимого для нагревательных приборов.
Схема применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям (например, со 150ºС до 95ºС). Для этого применяют водоструйные насосы (элеваторы). Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора.
Так же одновременно присоединяем систему горячего водоснабжения. Выбираем двухступенчатую последовательную схему исходя из повышенного температурного графика 150 – 70 и соотношения
< 0,6
Преимущество схемы заключается в выравнивании суточного графика тепловой нагрузки, лучшем использовании теплоносителя, что приводит к уменьшению расхода воды в сети. Возврат сетевой воды с низкой температурой улучшает эффект теплофикации, т.к. для подогрева воды можно использовать отборы пара пониженного давления.
Схема подсоединения тепловых потребителей представлена на рисунке 7 и на листе формата А4 (Лист 4).
Рисунок 5 – Схема подсоединения тепловых потребителей
7 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК
При автоматизации абонентских вводов основное применение в городах имеет в настоящее время центральное качественное регулирование, дополняемое на тепловых пунктах количественным регулированием. Центральное качественное регулирование производится путем изменения температуры теплоносителя, отпускаемого с источника, в зависимости от температуры наружного воздуха при сохранении постоянным расхода теплоносителя. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона. Основным достоинством центрального качественного регулирования является стабильность гидравлического режима тепловой сети, что облегчает эксплуатацию и наладку сети. Однако расходы на перекачку теплоносителя больше, чем при количественном регулировании.
Центральное регулирование выполняется обычно по преобладающей тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов тепловой сети. В большинстве районов такой преобладающей нагрузкой является отопление.
Если средненедельная нагрузка ГВС не превышает 15% расчетного расхода теплоты на отопление, то центральное регулирование производится по отопительной нагрузке (отопительный температурный график). При этом температура сетевой воды в подающем трубопроводе закрытых систем не должна быть ниже 70оС, так как при более низких температурах нагрев водопроводной воды в теплообменнике до 60оС будет невозможен. Требуемый расход сетевой воды на горячее водоснабжение и вентиляцию устанавливается соответствующими местными регуляторами. В этих условиях присоединение подогревателей горячего водоснабжения выполняется по параллельной или двухступенчатой смешанной схеме.
Наличие нагрузки горячего водоснабжения увеличивает расход сетевой воды, что приводит к увеличению диаметров труб, а следовательно, и стоимости тепловой сети. Значительное сокращение расчетных расходов сетевой воды на абонентский ввод достигается при регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. При этом используется повышенный температурный график для закрытых тепловых сетей или скорректированный график для открытых тепловых сетей. Условия применения повышенного температурного графика в закрытых тепловых сетях 1) если средненедельная нагрузка ГВС составляет более 15% расчетного расхода теплоты на отопление; 2) присоединение подогревателей горячего водоснабжения должно быть выполнено по двухступенчатой последовательной схеме не менее чем у 75% абонентов. В этом случае на абонентских вводах реализуются схемы связанного регулирования, которые позволяют обеспечивать нагрузку горячего водоснабжения почти без увеличения расчетного расхода сетевой воды по сравнению с расходом на отопление. Неравномерности суточного графика суммарной нагрузки отопления и ГВС выравниваются за счет теплоаккумулирующей способности зданий.
Вид температурного графика выбирают ориентируясь на преобладающую нагрузку района и наиболее распространенную схему присоединения абонентских установок. Для отопительной нагрузки температуры сетевой воды определяются по зависимостям, которые выводятся из уравнения тепловых балансов отопительной установки при расчетном и текущем режимах.
По таблицам 4.5 [3] и 4.3 [3] выберем температуры сетевой воды в обратном трубопроводе и воды, подаваемой в отопительную систему по температурному графику 150 – 70 ºС соответственно при tно = -40 ºС, и занесём их в таблицу 5.
Так как температурный график 150-70 ºС, и >75% потребителей подключены по двухступенчатой последовательной схеме, то применяем повышенный температурный график.
Определим относительную балансовую нагрузку ГВС
Рассчитаем снижение температуры сетевой воды в двух ступенях подогревателей ГВС
.
Таблица 7 – Значения температур воды в подающей и обратной линиях
Температура сетевой воды,при расчётной температуре -40оС
tнар,оС
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
t10
57,5
68,5
79,1
89,6
100
110,2
120,3
130,3
140,2
150
dt
7
5,9
5
4
3,1
2,1
1,2
0
t1п
86,1
95,5
105
114,2
123,4
132,4
141,4
150
t20
37,5
41,8
45,8
49,6
53,3
56,9
60,3
63,6
66,8
70,0
По рисунку 4.14 (а, б) [3] находим температуру наружного воздуха τпи в точке излома графика.
τпи = 77,90С
0С
По рисунку 4.14 (в) [3] находим надбавки к температуре воды δt1 в подающем трубопроводе по отопительному графику при повышенном графике. Значения заносим в таблицу 5.
По рисунку 4.15 (б) [3] находим значения температур обратной воды, поступающей из теплового пункта при последовательной схеме включения подогревателей, при среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения и повышенном графике.
t2П = 310С при 0С ;
t2П = 380С при t1 = 1100С;
t2П = 46,50С при tно = -400С.
Температурный график представлен на отдельном листе формата А4 (Лист 5)
8. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ
Определим размеры П-образных компенсаторов.
Произведём расчёт на участке 2.
Участок 2.
Ду = 80 мм;
lн = 97,75 м;
t1 = 150 ºС;
tно = -40 ºС.
Определим тепловое удлинение, , мм
, (8.1)
где a — коэффициент линейного расширения стали, мм/мºС;
мм.
Расчетное тепловое удлинение с учетом предварительной растяжки в размере 50% составит
мм
По рисунку 2 (а) лист VI.13 [4] определим следующие величины
Н = 2,65 м,
Рк = 1,1 кН;
В = 0,5Н, (8.2)
В = 0,5× 2,65 = 1,33 м.
Аналогично выполняем оставшиеся участки.
Результаты занесём в таблицу 8.
Таблица 8 – Размеры П-образных компенсаторов
№ уч
Dу, мм
l, м
Δl, мм
Δlрасч, мм
Н, м
В,м
Рк,
12
250
50
118,8
59,38
3,6
1,8
0,9
11
250
113
267,2
133,6
4,3
2,15
0,8
10
200
66,2
157,2
78,61
3,1
1,55
0,68
9
175
73,6
174,8
87,4
3,1
1,55
0,43
8
175
66,2
157,2
78,61
2,9
1,45
0,45
7
125
114
270,8
135,4
3,9
1,95
0,14
5.1
125
78,5
186,4
93,22
2,8
1,4
0,19
5.2
125
78,5
186,4
93,22
2,8
1,4
0,19
4
100
51,3
121,8
60,92
2,1
1,05
0,22
3
100
55
130,6
65,31
2,3
1,15
0,2
2.1
80
97,8
232,2
116,1
2,65
1,33
0,11
2.2
80
97,8
232,2
116,1
2,65
1,33
0,11
Проверим возможность использования для самокомпенсации Г-образного участка трубопровода.
Проводим расчёт самокомпенсации для двух участков 11-го и 5.2(рисунок 1).
Участок 11.
Дн = 27,3 см;
S = 7 мм;
угол поворота j = 90º;
длина большего плеча lб = 90 м, меньшего – lм = 22,5 м;
t1 = 150 ºС;
tно = -40 ºС.
Определим соотношение плеч
; (8.3)
.
Найдём расчётную разность температур, , ºС
; (8.4)
ºС.
По номограмме (лист VI.23 [4]) определим вспомогательные коэффициенты
A = 20;
B = 2;
C = 7.
Определим продольное изгибающее компенсационное напряжение в заделке меньшего плеча, , кгс/мм2
, (8.5)
где — определяется по таблице лист VI.28 [4], = 0,29 кгс м/мм2 оС.
кгс/мм2 =1714 кгс/см2 =171,4МПа,
что больше 80 МПа. Размеры плеч не дают возможность использования для самокомпенсации теплового расширения Г-образного участка трубопровода. На данном участке необходимо ставить П-образный компенсатор(рассчитан выше).
Участок 5.2.
Дн = 13,3 см;
S = 4 мм;
угол поворота j = 90º;
длина большего плеча lб = 67,2 м, меньшего – lм = 22,6 м;
t1 = 150 ºС;
tно = -40 ºС.
Определим соотношение плеч
,
.
Найдём расчётную разность температур, , ºС
,
ºС.
По номограмме (лист VI.23 [4]) определим вспомогательные коэффициенты
A = 17;
B = 2,2;
C = 5,6.
Определим продольное изгибающее компенсационное напряжение, , кгс/мм2
,
где — определяется по таблице лист VI.28 [4], = 0,08 кгс м/мм2 оС.
кгс/мм2 = 376 кгс/см2 =37,6 МПа,
что меньше 80 МПа, и это дает возможность использовать для самокомпенсации теплового расширения Г-образный участка трубопровода.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Системы теплоснабжения жилых микрорайонов и промышленных предприятий методические указания к курсовой работе по курсу «Источники и системы теплоснабжения предприятий» /сост. З.Г. Марьина. – Архангельск Издательство АГТУ, 2006. – 22 с.
2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М. Энергоиздат, 1988. – 376 с.
3. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей Справочник / В.М. Манюк, Я.И. Каплинский и др. М. Стройиздат, 1988. – 432 с.
4. Справочник по теплоснабжению и вентиляции, книга 1./Р.В. Щекин С.М. Кореневский и др. – Киев Будивельник, 1976. – 416 с.