Расчет водоподогревательной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные

1.1 Расчет потребности поселка в горячей воде

1.2 Выбор технологической схемы ТПС

2. Режимы теплопотребления

2.1 Расчет тепловых потоков горячего водоразбора

2.2 Расчет тепловых потоков горячего водоснабжения

2.3 Построение интегральных графиков потребления и выработки

теплоты

3. Выбор и поверочный расчет оборудования ТПС

3.1 Расчет водоподогревательной установки

3.1.1 Массовые расходы рабочих сред

3.1.2 Средние скорости рабочих сред в подогревателе

3.1.3 Коэффициент теплопередачи

3.1.4 Средний температурный напор через поверхность

теплообмена

3.1.5 Площадь поверхности теплообмена подогревателя

3.1.6 Гидравлическое сопротивление подогревателя

3.2 Расчет теплоаккумулирующей установки

3.2.1 Расчет емкости баков-аккумуляторов горячей воды

4. Трубопроводы

Литература



Введение

Централизованная система горячего водоснабжения (ЦСГВ) - это единый для группы зданий комплекс оборудования и трубопроводов для нагрева, транспорта и распределения по водоразборным приборам воды, используемой в бытовых целях - на мойку, купание, стирку, а также - на приготовление пищи. ЦСГВ включает в себя: теплоподготовительную станцию (ТПС) с водоподогревательной установкой (ВПУ), оборудование водообработки и насосные агрегаты; тепловые сети горячего водоснабжения; внутридомовые секционные узлы с подающими и циркуляционными стояками горячей воды и водоразборной арматурой.

Существенна социально-экономическая роль горячего водоснабжения в жизни населения городов и поселков.

Велика доля систем бытового горячего водоснабжения в суммарном расходе энергии системами теплоснабжения зданий. Во многих из них потребление теплоты системой горячего водоснабжения соизмеримо с расходом теплоты на отопление, а в южных районах страны - превышает его. Так, например, в Одессе летом потребление теплоты системами горячего водоснабжения возрастает в 1,5 раза. Этим обуславливается важное направление научно-технического прогресса в рассматриваемой области - решение проблемы экономии органического топлива, расходуемого сегодня на нужды бытового горячего водоснабжения.



1. Исходные данные

Показатели химического состава воды источников водоснабжения

Область	Река	Са++	Щ	Р	рНо
Николаевская	Южный Буг	75	2,85	340	7,15	75	6	9,6

Численность населения, тыс. чел.	Параметры энергоснабжения, оС		Материал труб	Режим подачи энергоносителя, часы суток
	ф1	ф 2			Первый период	второй период
9,1	74	26		оцинкованные	3-8	13-18

1.1 Расчет потребности поселка в горячей воде

Расчет среднечасовой за отопительный период проектной потребности поселка в горячей воде производится по формуле:

где: - средний часовой за отопительный период горячий водоразбор, м³/ч;

U - количество потребителей горячей воды в поселке, чел., известно = 9100

q_ис - норма потребления горячей воды с температурой 55°С в жилых зданиях, принимаем 115 л/(чел.сут.).

b - норма потребления горячей воды общественными зданиями, отнесенная к одному жителю посёлка, принимается равной 25 л/(чел.сут.),

V ? 50м3/ч;

f1(t)	Ca	Щ	f4(P)
2.45	1.9	1,45	8.81

Определяем индекс насыщения:

где: pH_o - показатель концентрации водородных ионов в водопроводной воде принимается по данным химического состава воды, (табл 1);

pH_S - то же, при равновесном насыщении воды карбонатом кальция при температуре 60^оС, рассчитываемый по формуле

где: - величины, зависящие от температуры воды (), содержания в ней ионов кальция, ее щелочности и общего солесодержания соответственно.

; pH_o = 7,15

pH_S = f₁ (t^o) - f₂(Ca⁺²) - f₃(Щ) + f₄(P) = 7,91

1.2 Выбор технологической схемы ТПС

Исходя из рассчитанного индекса насыщения горячей воды карбонатом кальция и содержанию в воде хлоридов и сульфатов, при рассчетном среднечасовом за отопительный период горячем водоразборе более 50 м3/ч к применению рекомендуется принципиальная схема ТПС с вакуумной дегазацией воды:

1.теплообменный аппарат

2.охладитель выпара

3.деаэратор

4.бак аккумулятор

5.водоструйный эжектор

6.бак рабочей воды

7.насос рабочей воды

8.насосная группа

9.водомер



2. Режимы теплопотребления

2.1 Расчет тепловых потоков горячего водоразбора

1. Рассчитаем средний тепловой поток для отопительного периода:

где - средний часовой тепловой поток горячего водоразбора за отопительный период, Дж/ч;

- средний часовой за отопительный период горячий водоразбор, м³/ч.

- плотность нагреваемой воды при средней температуре в водоподогревателе 30°С, принимается равной = 996 кг/м³;

с_р - удельная теплоемкость воды, с_р = 4190 Дж/(кг•К);

- средняя температура горячей воды у водоразборных приборов, по норме = 55°С;

- расчетная зимняя температура водопроводной воды, принимается по заданию 6 °С.

2. Определим средний тепловой поток для суток наибольшего водопотребления - предпраздничного дня

где: - средний часовой тепловой поток горячего водоразбора для суток наибольшего водопотребления, Дж/ч;

- коэффициент суточной неравномерности, принимается равным 1,2

3. Находим максимальный тепловой поток для суток наибольшего водопотребления:

где: - максимальный часовой тепловой поток горячего водоразбора, Дж/ч; горячий водоснабжение теплоподготовительный трубопровод

- коэффициент часовой неравномерности горячего водоразбора, определяемый по формуле

,

где: U - численность населения рассматриваемого жилого района согласно задания, чел.

2.2 Расчет тепловых потоков горячего водоснабжения

Необходимый циркуляционный расход воды в ЦСГВ, обеспечивающий в условиях отсутствия водоразбора в любом водоразборном стояке здания температуру воды не ниже 50°С, определяется по формуле:

где: V_ц - полный циркуляционный расход воды через TПC, м³/ч;

v_ц - удельный циркуляционный расход воды, отнесенный к одному жителю поселка, л/(ч·чел).

Зная циркуляционный расход воды и расчетное снижение температуры воды в циркуляционном контуре, определяем средние потери теплоты по формуле:

где: ДQ - среднечасовый поток тепловых потерь, Дж/ч;

с₅₀ - плотность воды при средней температуре в циркуляционном контуре 50°С, принимаем равной с₅₀ = 988 кг/м³.

Средний часовой тепловой поток горячего водоснабжения расчетных суток определяется по формуле:

,

Максимальный часовой тепловой поток горячего водоснабжения расчетных суток определяется по формуле:

Фактический коэффициент часовой неравномерности теплового потока горячего водоснабжения определяется из выражения:

= 2,31

Заметим, что всегда меньше

Относительные тепловые потери вычисляются по формуле:

= = 0,18

2.3 Построение интегральных графиков потребления и выработки теплоты

Режим работы теплоаккумулирующей установки и расчетный тепловой запас аккумуляторов горячей воды определяется графо-аналитическим способом. Этот способ основан на построении и совместном рассмотрении графиков потребления и выработки теплоты в системе.

График потребления теплоты поселком может быть построен по общим закономерностям потребления горячей воды в жилых зданиях.

Мощность водоподогревательной установки диктуется не только графиком водопотребления, но и режимом подачи энергоносителя к ТПС. Все это вместе позволяет при проектных разработках пользоваться опорной обобщенной гистограммой тепловых потоков горячего водоснабжения по часам расчетных суток.

Площадь каждого столбика гистограммы прямо пропорциональна (а в масштабе - равна) потреблению теплоты ЦСГВ за соответствующий час, а сумма площадей ее столбцов - суточному потреблению теплоты на горячее водоснабжение поселком, таким образом:

,

где: Ф₂₄ и Q_i - суточный и часовые потребности поселка в теплоте для нужд горячего водоснабжения, Дж.

Опорный режим отпуска теплоты в систему ГВ

Интервал времени суток, ч.	Продолжительность интервала, ч.	Тепловой поток в интервале, Дж/чЧ109	Потребление теплоты, ДжЧ109
			за интервал времени	с начала суток
0 - 6	6	4,64	27,81	27,81
6 - 20	14	15,45	216,3	244,11
20 - 22	2	35,69	71,38	315,49
22 - 24	2	27,66	55,31	370,8

Когда подача энергоносителя к ТПС производится периодически, а потребление горячей воды круглосуточное, как это имеет место в нашем случае, установка аккумуляторов горячей воды обязательна. Необходимая мощность ВПУ при таких условиях вычисляется по формуле:

,

где: Q_впу - тепловая мощность ВПУ, Вт;

Z - заданное число часов подачи энергоносителя к ВПУ в сутки.

Далее необходимо графически определить Q_{впу ,} построив интегральный график теплопотребления Ф, линию мощности W и построить интегральный график выработки теплоты Щ.

Для определения запаса теплоты, который должен быть аккумулирован на ТПС, необходимо график Щ переместить параллельно самому себе по вертикали вверх настолько, чтобы у графиков Ф и Щ, оказалась только одна общая точка (см. график).

Образуется ломаная линия Щ', это и есть интегральный график теплопотребления ЦСГВ, с учетом необходимого запаса теплоты, которая должна быть аккумулирована на ТПС.

Таким образом, разность ординат графиков Щ' и Ф есть количество теплоты Ф_а находящейся в данный момент времени в аккумуляторной установке.

Максимальным значением этой разницы и определится расчетное значение запаса теплоты в баках аккумуляторах .

Расчетные параметры для подбора основного оборудования ТПС

Параметр

Город

Количество жителей в поселке, чел.

Продолжительность отопительного периода, nо сут.

Тепловая мощность ВПУ, Qвпу Вт

Полный циркуляционный расход, Vц, м3/ч

Расчетное значение Фа теплоты на ТПС, Дж.

ф1оС

ф2 оС

tг оС

tхол оС

Средняя за год температура tн наружного воздуха оС

Величина

Никола евская обл.

9100

10 час.

10,3*106

48,87

174,1*109

74

26

65

6

15



3. Выбор и поверочный расчет оборудования ТПС

3.1 Расчет водоподогревательной установки

При энергоносителе "горячая вода" на ТПС предусматривается применение водо-водяных скоростных многосекционных подогревателей, серийно выпускаемых промышленностью.

Так как полная тепловая мощность ВПУ больше 10 МВт (, то на ТПС необходимо предусматривать установку трех подогревателей. Установка резервных подогревателей не требуется.

Необходимая тепловая мощность одного подогревателя вычисляется по формуле:

где: Q_вп - тепловая мощность одного подогревателя, Вт;

N - количество принятых к установке на ТПС подогревателей.

3.1.1 Массовые расходы рабочих сред

а) Массовый расход энергоносителя в межтрубном пространстве теплообменника

=

б) Массовый расход нагреваемой воды в трубном пространстве теплообменника

=

где: G_м и G_т - массовые расходы энергоносителя и нагреваемой воды, кг/с;

ф₁, и ф₂ - температуры энергоносителя на входе и на выходе из подогревателя, °С;

з - коэффициент, учитывающий потери теплоты от внешней поверхности подогревателя к окружающей среде з = 0,98;

и - расчетные температуры нагреваемой воды на выходе из подогревателя, =65 ^оС, и на входе в подогреватель =6 ^оС.

По значению расхода нагреваемой воды через трубное пространство G_т принимаем к установке марку подогревателя № 14 и выписываем все его технические характеристики.

Основные технические показатели водо-водяных скоростных подогревателей

марка	Fс, м2	fт, м2	fм, м2	dэ, м	Gт, мах, кг/с
14	20,30	0,01679	0,03077	0,0198	16,79

F_с - площадь поверхности нагрева одной секции, м²

f_т - площадь сечения трубного пространства, м²

f_м - площадь сечения межтрубного пространства, м²

d_э - эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства, м

G_{т, мах} - максимальная пропускная способность по нагреваемой воде, кг/с

3.1.2 Средние скорости рабочих сред в подогревателе

а) скорость энергоносителя в межтрубном пространстве

=

б) скорость нагреваемой воды в трубном пространстве

=

где: W_м и W_т - средние скорости рабочих сред подогревателя в межтрубном и трубном пространствах, м/с;

и - плотности рабочих сред в подогревателе при их средней температуре, кг/м³;

f_м и f_т - площади сечений межтрубного и трубного пространства подогревателя, м².

3.1.3 Коэффициент теплопередачи

а) коэффициент теплоотдачи со стороны энергоносителя:

=

=

где: б₁ - коэффициент теплоотдачи со стороны энергоносителя, Вт/(м²·К);

ф_ср - средняя температура энергоносителя.,⁰С;

d_э - эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства, м

б) коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды:

=

=

где: б₂ - коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды, Вт/(м²·К);

t_ср - средняя температура нагреваемой воды. ,⁰С;

d_тв - внутренний диаметр латунной трубки поверхности нагрева подогревателя, d_тв = 0,014 м.

в) расчетное значение коэффициента теплопередачи

=

где: К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ·К);

в₁ и в₂ - понижающие коэффициенты, учитывающие несовершенство трубного пучка и отложение накипи на поверхности теплообменника. в₁ = 0,92, в₂ =0,8.

3.1.4 Средний температурный напор через поверхность теплообмена

Размещено на http://www.allbest.ru/

=

=

где: Дt_ср - средний логарифмический температурный напор через поверхность теплообмена, °С;

Дt_б и Дt_м - большая и меньшая разности температур рабочих сред на концах подогревателя, °С. '

3.1.5 Площадь поверхности теплообмена подогревателя

=

где: - расчетная площадь поверхности теплообмена подогревателя.

Количество секций подогревателя можно определить по формуле:

=

где: F_с - площадь поверхности нагрева одной секции, м².

Принимаем количество секций n=8.

3.1.6 Гидравлическое сопротивление подогревателя

а) потеря давления в межтрубном пространстве подогревателя.

=, Па

б) потеря давления нагреваемой воды в трубном пространстве подогревателя.

=, Па

3.2 Расчет теплоаккумулирующей установки

3.2.1 Расчет емкости баков-аккумуляторов горячей воды

Необходимая полная водяная емкость теплоаккумулирующей установки ТПС определяется по формуле:

=

где: П - регулируемый (рабочий) объем теплоаккумулирующей установки;

- расчетное значение необходимого запаса теплоты на ТПС, определяется по интегральному графику, Дж;

с₆₅ - плотность воды при = 65°С, с₆₅ = 980 кг/м³

Необходимое значение диаметра бака аккумулятора-дегазатора определяяется по формуле:

=

где: Dш- диаметр шаровых резервуаров, м.

m - количество принятых к установке резервуаров, шт.

Количество резервуаров m принимаем 3 штуки, диаметром 7,5 м.



4. Трубопроводы

Диаметры трубопроводов определяются формуле

где: - расчетный внутренний диаметр трубопровода, мм;

V - объемный расход воды по трубопроводу, м³/с

w - скорость воды в трубе, =2,5 м/с.

а) трубы подключения отдельных водоподогревателей по нагреваемой (холодной и горячей) воде:

= м³/с

тогда

=мм

б) общие для водоподогревателей трубы нагреваемой воды до баков-аккумуляторов и подающие воду потребителям:

=

тогда

=229 мм

в) циркуляционные трубы формула:

== 0,013575 м³/час

тогда

==131,5 мм

г) трубы подключения отдельных водоподогревателей по энергоносителю:

=17,25х10^-3 =0,01725 м3/с

тогда

==94 мм

д) общие для водоподогревателей трубы греющей воды:

=17,25х3х10^-3=0,05175 м³/с

тогда

==162,3 мм



Трубопроводы принятые к установке на ТПС

№ п/п	Наименование трубопровода	V, м3/с	, мм	dв, мм	dн, мм	д, мм	dу, мм
1	Трубы подключения отдельных водоподогревателей по нагреваемой воде	0,01375	132	150	159	4,5	150
2	Общие для водоподогревателей трубы нагреваемой воды до баков аккумуляторов	0,04125	229	259	273	7,0	250
3	Циркуляционные трубы	0,01357	131	150	159	4,5	150
5	Трубы подключения отдельных водоподогревателей по энергоносителю	0,01725	94	100	108	4,0	100
6	Общие для водоподогревателей трубы греющей воды	0,05175	162	150	159	4,5	150



Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети,- М,- Энергоиздат, 1982.- 360 с.

2. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. СН 528-80,- М, Стройиздат, 1981. - 34 с.

3. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. В.И.Манюк и др. - М, Стройиздат, 1988,- 432 с.

4. Строительные нормы и правила. СНиП 2.04.0786, Тепловые сети. - М., Стройиздат, 1988.- 48 с.

5. Козин В.Е. и др. Теплоснабжение.- М., Высшая школа", 1980,-408 с

6. Инструкция по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий. СН 542-81. - М., Стройиздат, 1983.-72 с.

7. Лапотшкина Н.П., Сазонов Р.П Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей.- М, Энергоиздат, 1982.- 200 с.

8. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. - К.:II ДП "Такі справи", 2007.- 252 с

9. Шафлик В. Современные системы горячего водоснабжения. - К.:ДП ИПЦ "Такі справи", 2010, - 316 с

Размещено на Allbest.ru

...