Оптимизация режимов работы теплогенерирующих установок систем теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Факультет инженерии и природообустройства

кафедра «Природообустройства, строительства и теплоэнергетики»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Эксплуатация котельных установок, парогенераторов и энергетического оборудования»

Оптимизация режимов работы теплогенерирующих установок систем теплоснабжения

Саратов - 2020



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Определение тепловых нагрузок источника теплоснабжения

1.1 Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

1.2 Построение годового графика тепловой нагрузки

2. Регулирование отпуска теплоты в источниках теплоснабжения

3. Расчет и выбор теплоэнергетического оборудования котельной

3.1 Составление и расчёт тепловой схемы котельной

3.1.1 Исходные данные для расчета тепловой схемы

3.1.2 Расчет тепловой схемы

3.2 Расчёт установленной мощности и подбор котлов

3.3 Подбор вспомогательного оборудования тепловой схемы котельной

3.3.1 Подбор деаэратора

3.3.2 Подбор циркуляционных насосов

Заключение

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

В объеме курсового проекта выполняется расчет и построение температурных графиков регулирования тепловой нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение; составление и расчет тепловой схемы котельной, с подбором основного и вспомогательного оборудования.

Курсовой проект выполняется в соответствии с заданием кафедры. Для сельскохозяйственного объекта подлежащего теплоснабжению предусматривается двухтрубная водяная система теплоснабжения, источником теплоты является котельная.

На основе тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение заданного предприятия, выполняется расчет и построение температурных графиков регулирования тепловой нагрузки.

Основной задачей регулирования отпуска теплоты в системах теплоснабжения является обеспечение требуемой тепловой нагрузки на отопление при изменяющихся в течении отопительного сезона внешних климатических условиях и заданной температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения при изменяющемся расходе этой воды. Выбор метода регулирования определяется типом преобладающей нагрузки, схемами присоединения потребителей к тепловым сетям, и другими условиями. тепловой поток отопление котельная

Для полученных в результате построения графика регулирования тепловой нагрузки режимов производится расчет тепловой схемы котельной, которую необходимо запроектировать на температурный график тепловой сети 95/70 С с применением вакуумного деаэратора.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Максимальные тепловые потоки на отопление Q_omax, вентиляцию Q_vmax и горячее водоснабжение Q_hmax административных и производственных зданий принимаем по соответствующим проектным данным. Для производственного объекта суммарные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение составляют, МВт:

Максимальный тепловой поток на отопление

0,919 МВт

Максимальный тепловой поток на вентиляцию

0,204 МВт

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение

на санитарно-бытовые нужды

1,131 МВт

Суммарный максимальный тепловой поток на ГВС

1, 5754 МВт

Суммарный тепловой поток Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, МВт

(1)

где Q_{o max} - максимальный тепловой поток на отопление, МВт;

Q_{v max} - максимальный тепловой поток на вентиляцию, МВт;

- средний тепловой поток на горячее водоснабжение включая технологическую нагрузку, МВт.

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение определим из выражения

(2)

где - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды. Определяется в соответствии с нормами технологического проектирования для соответствующей отрасли (для санитарно-бытовых нагрузок принимается 2,5).

Суммарный максимальный тепловой поток на ГВС, МВт:

,

Тогда получим 0,4524 МВт

Суммарный тепловой поток составит

1, 5754 МВт

Среднечасовой тепловой поток за отопительный период

на отопление:

(3)

на вентиляцию:

(4)



на горячее водоснабжение в неотопительный период:

(5)

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий (определяется по назначению здания);

- средняя температура наружного воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха 8 ^оС и менее (отопительный период), ;

- расчетная температура наружного воздуха для отопления, ;

- расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, ;

t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС);

t^s_c - температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период (при отсутствии данных принимается равной 15 ^оС);

- коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (при отсутствии данных принимается для жилищно-коммунального сектора равным 0,8, для предприятий - 1,0).

Величины , являются климатическими данными для района, в котором располагается рассчитываемая котельная (определяются по заданию).

Получим, для условий средней температуры воздуха за отопительный период:

Рассчитаем для температур: +8, -4, -14, -28, результаты сведем в таблицу:



	+8	-4	-14	-28
	0,184	0,429	0,633	0,919
	0,059	0,138	0,204

На ГВС в неотопительный период:

=0,370

1.2 Построение годового графика тепловой нагрузки

Для построения часовых графиков расходов теплоты на отопление и вентиляцию используют два значения тепловых потоков: максимальные Q_omax и Q_vmax, определенные при температурах наружного воздуха .

Для построения годового графика по месяцам, используя среднемесячные температуры наружного воздуха определяют по формулам (3) и (4) тепловые потоки на отопление и вентиляцию для каждого месяца отопительного периода.

Среднечасовой расход на горячее водоснабжение рассчитывается для двух случаев - для отопительного и неотопительного периодов. График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой для отопительного периода и с ординатой для неотопительного периода.

Суммируя ординаты часовых графиков по отдельным видам теплопотребления, строят суммарный часовой график расходов теплоты Q.

Суммарный тепловой поток для каждого месяца отопительного периода определяется как сумма тепловых потоков на отопление, вентиляцию и среднечасового теплового потока для данного периода на горячее водоснабжение.

Для неотопительного периода (при ), суммарный тепловой поток будет равен среднечасовому тепловому потоку на горячее водоснабжение в данный период, .

Задавшись долей тепловых потерь в тепловых сетях, (q принимается в пределах от 0,04 до 0,08) определим тепловой поток теплоты отпускаемой котельной .

Расчёты среднечасовых расходов теплоты сводим в таблицу 1.

Используя полученные данные, строят годовой график теплового потребления по месяцам (см. рисунок 1)

Таблица 1 - Среднечасовые расходы теплоты по месяцам года

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам, МВт	Среднемесячные температуры наружного воздуха, С
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	-8,7	-8,4	-2,5	8,4	15,9	20,2	22,3	20,6	14,3	6,7	-0,6	-6,4
	0,525	0,518	0,398	0,176	-	-	-	-	-	0,210	0,359	0,478
	0,761	0,752	0,578	0,254	-	-	-	-	-	0,305	0,521	0,694
	0,452	0,452	0,452	0,452	0,370	0,370	0,370	0,370	0,370	0,452	0,452	0,452
	1,738	1,785	1,428	0,882	0,370	0,370	0,370	0,370	0,370	0,967	1,332	1,624
	1,825	1,874	1,499	0,926	0,389	0,389	0,389	0,389	0,389	1,015	1,399	1,705



Рисунок 1 - Годовой график теплового потребления по месяцам



2. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Центральное регулирование ведётся по типовой тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки, например отопление, так и два разных вида при определенном их количественном соотношении, например отопление и горячее водоснабжение при определенном количественном отношении расчетных значений этих нагрузок, определенном по формуле

(6)

Получим

= =0,403.

Центральное качественное регулирование по нагрузке отопления целесообразно в случае, если тепловая нагрузка на горячее водоснабжение составляет менее 15 % от суммарной максимальной нагрузки на отопление при отношении ( < 0,15).

Регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения целесообразно в системах теплоснабжения при соотношении среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение к расчетному расходу теплоты на отопление, лежащего в пределах от 15 до 30 % ( = 0,15…0,30).

Выполним расчет центрального качественного регулирования по нагрузке отопления.

При таком способе регулирования, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления (в закрытых и открытых системах) температуру воды в подающей и обратной магистралях, а так же после элеватора в течение отопительного периода определяют по следующим выражениям

(7)

(8)

(9)

где t - расчетный температурный напор нагревательного прибора, ⁰С;

- расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети, ⁰С;

- расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления, ⁰С;

- относительный расход теплоты на отопление.

Относительный расход теплоты на отопление, при температуре наружного воздуха t_н определяется по формуле

(10)

Расчетный температурный напор нагревательного прибора, ⁰С, определяется по формуле

, (11)

где ₃ и ₂ - расчетные температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловой сети определенные при . Температуру теплоносителя для систем внутреннего теплоснабжения (в соответствие с СП 60.13330.2012) следует принимать, как правило, не более 95°С (как правило, ₃= 95 ⁰С; ₂= 70 ⁰С);

Получим

Расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети, ⁰С, определяется по формуле

= ₁ - ₂ , (12)

где ₁ - расчетная температура воды в подающей магистрали тепловой сети определенные при , ⁰С.

Получим

=

Расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления, ⁰С, определяется по формуле

. (13)

Задаваясь различными значениями температур наружного воздуха t_н (обычно t_н= +8; 0; -10; t_нрv; t_нро) определяют _{01; 02}; ₀₃ и строят отопительный график температур воды (см. рисунок 2).

Отсюда:

= = 0,2;

t= - 17 = 65,5⁰С;

= 95 - 70 = 25⁰С;

= 95 - 70 = 25⁰С.

Тогда:

₀₁= 17 + 65,5 • 0,2^0,8 + (25 - 0,5•25) • 0,2 = 37,6;

₀₂ = 17 + 65,5 • 0,2^0,8 - 0,5 • 25 • 0,2 = 32,6;

₀₃ = 17 + 65,5 • 0,2^0,8 +0,5 • 25 • 0,2 = 37,6.

Для корректного построения температурных графиков центрального регулирования для системы теплоснабжения в осях и все расчеты этого раздела сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчет графика качественного регулирования тепловой нагрузкидля зависимых схем присоединения систем отопления

tН	01	02	03			вент
8	37,6	32,6	37,6	0,2	0,184	0,059
-4	38,5	46,8	58,5	0,467	0,429	0,138
-14	74,2	56,99	74,2	0,689	0,633	0,204
-28	95	70	95	1	0,919

Определим условия подрезки температурного графика.

В соответствии с СП 30.13330.2016 (СНиП 2.04.01-85) температура горячей воды в местах водоразбора должна быть не ниже 60 ⁰С и не выше 65 ⁰С как при открытой так и при закрытой системах теплоснабжения.

Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения с учетом снижения температуры воды в местных коммуникациях горячего водоснабжения и перепада температур между греющей и нагреваемой водой в подогревателях горячего водоснабжения температура воды в подающей магистрали ₀₁ равной или выше 65 ⁰С как в открытых, так и закрытых системах теплоснабжения. Для этого отопительный график спрямляется на уровне указанных температур.



Рисунок 2 - График качественного регулирования

По результатам расчета и построения графика, с учетом определения условий подрезки, формируется фактический график качественного регулирования тепловой нагрузки, данные которого заносим в таблицу 3.

Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графиков температур воды t_н ^', делит отопительный период на диапазоны с различными режимами регулирования:

· в диапазоне I с интервалом температур наружного воздуха от +8 ⁰С до t_н^' осуществляется групповое или местное регулирование, задачей которого является недопущение "перегрева" систем отопления и бесполезных потерь теплоты;

· в диапазоне II с интервалом температур наружного воздуха от t_н^' до t_нро осуществляется центральное качественное регулирование.



Таблица 3 - Параметры графика качественного регулирования тепловой нагрузки для открытой системы теплоснабжения

№ п/п	Характерный режим работы	tн	1	2	3	__ Qo	Qo	Qv	Qhm	Q
1	Максимально-зимний	-28	95	70	95	1	0,919	0,204	0,4524	1,372
2	Наиболее холодного месяца	-14	74,2	56,99	74,2	0,689	0,633	0,204	0,4524	1,29
3	В точке излома температурного графика	-8	65	50,9	64,8	0,555	0,51	0,165	0,4524	1,13
4	Начало отопительного периода	+8	65	60	37,6	0,2	0,184	0,059	0,4524	0,059
5	Летний	+18	65	60	-	-	-	-	0,4524	0,4524



3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

3.1 Составление и расчёт тепловой схемы котельной

3.1.1 Исходные данные для расчета тепловой схемы

На рисунке 3 показана принципиальная схема отопительной котельной с водогрейными котлами.Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 мвод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же от подпиточных насосов 5подводится вода, компенсирующая утечки теплоносителей в тепловых сетях. Кнасосам подается и горячая сетевая вода, теплота которой частичноиспользована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 исырой воды 7.

Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 3,перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети,кроме максимального зимнего, часть воды из обратной линии после сетевыхнасосов 2, минуя котлы, подают в количестве G_пep по линии перепуска вподающую магистраль. Здесь обратная вода, смешиваясь с горячей водой изкотлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавляемая в трубы химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8, 11 и освобождается от растворенных газов в деаэраторе 10. Для подпитки тепловых сетей из бака 6 подпиточный насос 5 подает воду в обратную линию теплотрассы.



Рисунок 3 - Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами:1 - котел водогрейный; 2 - насос сетевой воды; 3 - насос рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химически очищенной воды; 9 - деаэратор; 10- охладитель выпара.

Для уменьшения наружной коррозии труб водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. принимаем температуру воды на входе в котлы: - 70°С;

В связи с тем, что температура воды в обратной линии тепловых сетей почти всегда ниже 70°С, в тепловой схеме водогрейных котельных предусматривают линии рециркуляции с рециркуляционными насосами.

Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Для обеспечения требуемой расчетной температуры воды в тепловых сетях к выходящей из котлов воде подмешивается вода из обратного трубопровода по линии перепуска воды.

Наличие подмешивания и рециркуляции воды обуславливает отличие режимов работы стальных водогрейных котлов от режима тепловых сетей.

При работе водогрейных котлов на природном газе принимаем температуру воды на входе в котел постоянной ₂₂ = 70°C, на выходе из котлов в соответствии с температурным графиком, но не ниже ₁₁ = 95°C. Основной расчет ведется на максимальный зимний режим.

Деаэрация осуществляется при температуре 72-75°C в вакуумном деаэраторе (серия ДВ) при давлении 0,03 МПа.

Определение расходов сетевой воды

Расчетный расход сетевой воды на выходе из источника теплоснабжения, кг/ч, в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

на отопление

; (14)

на вентиляцию

; (15)

на горячее водоснабжение

в открытых системах теплоснабжения (СТО):

среднечасовой

; (16)



Максимальный

; (17)

где с - теплоёмкость сетевой воды, принимается равной ;

q - коэффициент, учитывающий долю тепловых потерь в тепловых сетях, принимается в пределах от 0,04 до 0,08.

В формулах (38 - 41) расчетные тепловые потоки приводятся в Вт.

Получим:

G_omax== 33187;

G_vmax== 7366;

G_lhm==7426;

G_lhmax==18565;

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты определяют по формуле

, (18)

где k₃ - коэффициент_, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании.

При регулировании по нагрузке отопления в открытыхсистемах теплоснабжения, принимаем k₃ =0,8.

Получим:

G_d=33187+7367+0,8*7426=46494.

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период, , следует определять по формуле

(19)

где - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаем для предприятий равным 1,0.

Тогда:

= 1 • 18565 =18565.

Для расчета тепловой схемы необходимо принять параметры характеризующие расход воды и тепловой энергии на собственные нужды котельной. Так расход исходной воды, принимается с учетом затрат исходной (сырой) воды на нужды установки ХВО. Расход химически очищенной воды G_хов, принимается с учетом затрат на собственные нужды, в том числе с учетом потерь на выпар.

Расход воды на подпитку в открытых и закрытых тепловых сетях с учетом потерь 2% в тепловых сетях:

- для открытых тепловых сетей

, (20)

Получим:

0,02 • 46494+18565= 19495.

Расход сырой воды на химводоочистку при собственных нуждах последней 25% производительности, кг/ч

(21)

Получим:

1,25 • 19495 = 24368.

Температура греющей воды поступающей в деаэратор и в подогреватель химически очищенной воды принимается равной температуре на выходе из котельного агрегата .Температура греющей воды после подогревателя химически очищенной воды ,принимается исходя из принятой компоновки тепловой схемы, в соответствии с которой теплообменники 7 и 8 (рисунок 3.1.) включены последовательно. Так при температурном графике 95/70 температура греющего теплоносителя после теплообменника 8 может быть принята в диапазоне 80-85^оС, чтобы получить температуру воды поступающую в деаэратор в диапазоне 35-62^оС, по условиям работы вакуумного деаэратора. Для тепловой схемы с атмосферным деаэратором (при температурном графике 115/70; 150/70) температура греющего теплоносителя после теплообменника 8 может быть принята в диапазоне 95-100^оС, так чтобы температура воды поступающей в деаэратор была в диапазоне 65-93^оС.

В соответствии с этим принимается расход греющего теплоносителя - расход греющей воды поступающей в теплообменник 8 на подогрев химически очищенной воды. Расход греющего теплоносителя должен обеспечивать нагрев исходной воды в теплообменнике 7 от 5 ^оС (в отопительный период) до не менее чем 20^оС.

Основные исходные и принятые для расчета данные сведем в таблицу 7.

Таблица 7 - Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной

Наименование показателя	Обозначение	Значение величины при характерных режимах работы котельной
		18	8	-8	-14	-28
Максимальные расходы теплоты, МВт: на отопление	Gomax	-	0,0332	0,0327	0,0332	0,0332
на вентиляцию	Gvmax	-	0,01065	0,01071	0,01073	0,0074
на горячее водоснабжение	Glhmax		0,0186	0,0186	0,0186	0,0186
Суммарный расчетный расход сетевой воды, кг/ч	Gd					46494,23
Температура сырой воды, °C		15	5	5	5	5
Температура сырой воды перед водоочисткой, °C		25	20	20	20	20
Принятый расход химически очищенной воды, кг/ч		23670	20500	20500	20500	20500
Принятый расход воды на подогрев химически очищенной воды, кг/ч		12017	37300	37300	37300	37300
Температура греющей воды после подогревателя химически очищенной воды, °C		-	80	80	80	80
КПД подогревателей.	з	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98

Расчет и выбор теплоэнергетического оборудования котельных выполняют для пяти характерных режимов:

- максимального зимнего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;

- зимнего или наиболее холодного месяца - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц;

- в точке излома температурного графика - при температуре наружного воздуха определяющего переход отопительного графика ниже t_h;

- начала отопительного периода - при температуре наружного воздуха ;

- летнего - при температуре наружного воздуха, равной расчетной внутренней температуре помещений.

Приняв предварительно указанные величины, можно выполнить первое приближение расчета тепловой схемы. При отличии расчетных величин от ранее принятых более трех процентов нужно повторить расчет, принимая в качестве исходных полученные значения. Как правило, второе приближение, обеспечивает необходимую сходимость вычислений.

3.1.2 Расчет тепловой схемы

Подогрев сырой воды перед химводоочисткой принимаем 20 °С, и 15 °С летом.

Если температура воды на выходе из деаэратора превышает принятую температуру воды на входе в котел, предусматриваем в схеме теплообменника-охладителя подпиточной воды.

Температура химически очищенной воды после теплообменника-охладителя подпиточной воды, установленного после деаэратора

, (47)

где - предварительно принятый расход химически очищенной воды, кг/ч;

- температура подпиточной воды на выходе из деаэратора и после теплообменника-охладителя подпиточной воды, °С;

- КПД подогревателя.

В случае использования вакуумного деаэратора с давлением 0,03 МПа, в схеме теплообменник-охладитель не предусматривается, а .

Задаваясь расходом греющей воды кг/ч и температурой на выходе из подогревателя следующей ступени подогрева химической очищенной воды , определяем температуру воды, поступающую в деаэратор

, (48)

Химически очищенная вода поступающая в деаэратор, где её температура повышается до величины, требующейся для вскипания в вакуумном деаэраторе, то есть до 72…75 °С, подачей греющей воды из котельного агрегата .

С учетом подсчитанных величин температура сырой воды перед химводоочисткой равна

; (49)

Расход греющей воды на деаэратор, кг/ч:

(50)

При составлении баланса количество воды в котельной установке величину следует учитывать при определении расхода воды на подпитку тепловых сетей.

Расход химически очищенной воды на подпитку составит, кг/ч:

=19494,625-7245=12250,(51)

Расход теплоты на подогрев сырой воды для максимально-зимнего режима, Вт:

; (52)

Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды для максимально-зимнего режима, Вт:

; (53)

Расход теплоты на деаэрацию химически очищенной воды для максимально-зимнего режима, Вт

; (54)

Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды в охладителе деаэрированной воды, Вт

для максимально-зимнего режима

; (55)

Суммарный расход теплоты, необходимый в водогрейных котлах, Вт

- для открытых тепловых сетей

-

=2475182 Вт=2,47 МВт (56.1)

Расход воды через водогрейные котлы

для максимально-зимнего режима

; (57)

Расход воды на рециркуляцию

. (58)



Расход воды по перепускной линии

.(59)

Расход сетевой воды от внешних потребителей через обратную линию

=46494,23-19494,63=26999,6(60)

Расчетный расход воды через котлы:

.=46494,23+37300=83794,23 (61)

Расход воды, поступающей к внешним потребителям по прямой линии:

=83794,23-7245=76549,23 (62)

Разница между найденным ранее и уточненным расходом воды:

- через котлы

=1,6 (63.2)

Если разница между найденным ранее и уточненным расходами воды внешними потребителями незначительна (?3%), при условии, что расчетный расход воды через котлы соответствует заданному, то выполненный расчет принципиальной тепловой схемы может считаться законченным.

Для других режимов работы котельной расчет тепловой схемы производится аналогично.



Таблица 8 - Расчет тепловой схемы водогрейной котельной

Наименование параметра	Расчетные режимы
	Максимально- -зимний	Средний наиболее холодного месяца	В точке излома температурного графика	Начало отопительного периода	Летний режим
1	2	3	4	5	6
Температура наружного воздуха , °С	-28	-14	-8	+8	+18
Температура прямой сетевой воды на выходе из котельной , °С	95	74,2	65	65	65
Температура обратной сетевой воды после системы теплоснабжения , °С	70	56,99	50,9	60	60
Расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение , кг/ч.	46494,23	46494,23	46494,23	46494,23	46494,23
Расход воды на подпитку при потерях 2% в тепловых сетях , кг/ч.	19494,625	19494,625	19494,625	19494,625	18936,03
Расход сырой воды на химводоочистку при собственных нуждах последней 25% производительности , кг/ч.	24368,28	24368,28	24368,28	24368,28	23670
Температура химически очищенной воды после теплообменника-охладителя подпиточной воды, установленного после деаэратора , .	20	20	20	20	20
Температура воды, поступающая в деаэратор , .	42,5	42,5	42,5	42,5	39,99
Температура сырой воды перед химводоочисткой , .	20	20	20	20	25
Расход греющей воды на деаэратор , кг/ч.	7245	7245	7245	7245	6004,7
Расход химически очищенной воды на подпитку , кг/ч.	12250	12250	12250	12250	12931,33
Расход теплоты на подогрев сырой воды .	432656	432656	432656	432656	280175,6
Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды .	648984	648984	648984	648984	560070,84
Расход теплоты на деаэратор, . при к = … °С = const	214392	214392	214392	648984	382661,8
Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды в охладителе деаэрированной воды, .	0	0	0	0	0
Общая теплопроизводительность котельной (с учетом потерь), , МВт	2,47	2,17	2	1,55	1,22
Расход воды через водогрейные котлы , кг/ч.	85126,87	74798,9	68948,8	53240,2	42058,46
Расход воды на рециркуляцию , кг/ч. при к = 70 °С = const	0	25718,26	43538,2	17746,7	12016,7
Расход воды по перепускной линии , кг/ч. при к = 70 °С = const	0	25382,68	39852,2	39852,2	5912
Расход сетевой воды от внешних потребителей через обратную линию , кг/ч.	26999,6	26999,6	26999,6	26999,6	-371,3
Расчетный расход воды через котлы , кг/ч.	83794,23	84129,81	87480,23	61688,7	38822,44
Расход воды, поступающей к внешним потребителям по прямой линии , кг/ч.	76549,23	76549,23	76549,23	76549,23	36713,04
Температуры воды на входе в котел, °С, при к = … °С = const	95	95	95	95	95
Температуры воды на выходе из котла, °С, при к = 70 С = const	70	70	70	70	60
Разница между найденным ранее и уточненным расходом воды внешними потребителями %	1,6	12,5	11	16	7,6

Аналогично ведется расчет для остальных режимов работы источника теплоснабжения и определяются параметры тепловой схемы. Все результаты расчета сводятся в таблицу, выполняется проверка соответствия расхода воды внешним потребителям с ранее принятым.

По результатам расчета и на основании типовой схемы составляется тепловая схема проектируемой котельной, с нанесением расчетных температур теплоносителя и расхода теплоносителя на участках тепловой схемы.

3.2 Расчёт установленной мощности и подбор котлов

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке при максимально-зимнем режиме

Q_уст = (1+) Q_max (35)

где Q_уст - суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, МВт;

Q_max - максимальная теплопроизводительность котельной (с учетом потерь), МВт;

- коэффициент учитывающий запас мощности котлоагрегатов (0,05…0,1).

Получим

Q_уст =2475182…2722700,2

Количество отпущенной теплоты определяется с учетом дополнительных теплозатрат, обусловленных потерями в тепловых сетях при транспортировании теплоносителя от источника до потребителей. Расход тепла на собственные нужды котельной, определяется расчетным или опытным путем исходя из потребностей конкретного теплоисточника, как сумма расходов теплоты (пара) на отдельные элементы затрат: расход теплоты на технологические процессы подготовки воды; потери теплоты на нагрев воды; расход теплоты на отопление помещений котельной и вспомогательных зданий. Следует учитывать и другие статьи (выпар из деаэраторов, отбор проб, утечки через неплотности, горячее водоснабжение на бытовые нужды персонала котельной), которые условно оцениваются в размере 0,2 % установленной теплопроизводительности котлов.

При отсутствии всех необходимых сведений рядом величин можно предварительно задаваться на основе опыта проектирования. Долю тепловых потерь в тепловых сетях принимают от 4 до 8 %. Для определения затрат теплоты на собственные нужды котельной следующие величины расходов теплоты:

- на деаэрацию питательной воды и подогрев сырой и химически очищенной воды при закрытой системе теплоснабжения от 1 до 10 % суммарного отпуска тепловой энергии внешним потребителям;

- на потери теплоты внутри котельной 2 - 3 % той же величины.

После расчета тепловой нагрузки и расходов теплоносителя необходимо выбрать число устанавливаемых котлов.

В котельной должно быть не менее двух и не более четырех (стальных) или шести (чугунных) котлов, причем котлы однотипные по теплоносителю должны иметь одинаковую площадь поверхности нагрева. Но следует учесть, что для нужд отопления и вентиляции требуется как минимум два котла, один из которых будет работать в среднеотопительный период, когда тепловая нагрузка значительно снижается, или в случае аварии может служить резервным.

Количество и теплопроизводительность котлоагрегатов выбираются по максимальному расходу тепла с тем, чтобы при выходе из строя одного из котлоагрегатов оставшиеся обеспечивали максимальный отпуск тепла на технологические нужды, средний за наиболее холодный месяц отпуск тепла на отопление и вентиляцию и среднечасовой отпуск тепла на горячее водоснабжение с учетом расхода тепла на собственные нужды котельной.

Выбирать котлы следует такой тепловой мощности, чтобы она была кратной летней тепловой нагрузке. Это делается для того, чтобы более рационально использовать котлы, работающие в летний период на горячее водоснабжение и технологические нужды.

Для принятых к установке водогрейных котлов соответствующей марки и тепловой производительности приводятся технические характеристики.

Принимаем котел КСВа-0,63 в кол-ве 4 шт в таблицу 4.

Таблица 4 - Характеристики котельного агрегата

№ п/п	Показатель	Ед.изм.
1	Производитель / марка	-	КСВа-0,63
2	Мощность котла	МВт	0,63
3	КПД котла	%	91
4	Максимальная температура воды на выходе	С	115
5	Расход топлива (природный газ)	м3/ч	65
6	Сопротивление газового тракта	Па	680
7	Сопротивление водяного тракта	кПа	65
8	Водяная емкость котла	м3	1,08
9	Рабочее давление воды в котле	МПа	0,6
10	Расход теплоносителя	т/ч	12,7

Далее определяются режимы работы котлов.

Для этого рассчитывается процент загрузки Z_к. Для наименее нагруженного периода он должен быть не ниже 30 (40)%, в противном случае следует заново подобрать котлоагрегаты.

,(36)

где фактическая тепловая нагрузка системы теплоснабжения, МВт;

мощность котла, МВт;

количество котлов, шт.

Фактическая тепловая нагрузка системы теплоснабжения с учетом принятых потерь определится по формуле

+ Q_сн (37)

Нагрузка на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжения определяют по формулам (9), (10), (11).

Температура, при которой процент загрузки каждого из котлов равен 50%, является температурой изменения количества работающих котлов. Как только процент загрузки станет равным (100/N_К)%, следует дальше расчет вести для одного котла.

,°С;	, МВт	, МВт	, шт	, %
-28	2,475	0,63	4	98,2
-14	2,175	0,63	4	86,3
-8	2,004	0,63	4	79,5
+8	1,548	0,63	3	81,9
+18	1,222	0,63	2	96,9

Итоговую таблицу заполняем для пяти характерных режимов работы котельной.

Таблица 6 - Количество котельных агрегатов в работе

№ п/п	Характерный режим работы	Нагрузка, МВт	Кол-во работающих котлов	Процент загрузки
1	Максимально-зимний	2,475	4	98,2
2	Наиболее холодного месяца	2,175	4	86,3
3	В точке излома температурного графика	2,004	4	79,5
4	Начало отопительного периода	1,548	3	81,9
5	Летний	1,222	2	96,9



3.3 Подбор вспомогательного оборудования тепловой схемы котельной

3.3.1 Подбор деаэратора

Для обеспечения надежности работы котельных с водогрейными котлами необходимо удаление из воды растворенных в ней коррозионно-активных газов - кислорода и свободной углекислоты.

Процесс деаэрации для водогрейных котлов с температурой воды до 100 ^оС осуществляется с давлением над поверхностью воды меньше атмосферного, т.е. когда вода кипит при температуре ниже 100 ^оС. Для этих целей используют вакуумный деаэратор серии ДВ.

Деаэратор подбирают с номинальной производительностью по расходу воды на подпитку.

G_пит = 19494,625

Принимаем вакуумный деаэратор ДВ-25

Характеристики принятого деаэратора приводим в виде таблицы 9.

Таблица 9 - Характеристика деаэратора

Наименование	Марка деаэратора
	ДВ-25
Номинальная производительность, т/ч	25
Рабочее давление, МПа	0,0075-0,05
Температура деаэрированной воды, єС	40-80
Размеры колонки, мм: диаметр корпуса высота	816 2870
Комплектация: (бак деаэрационный; охладитель выпара; водоструйный эжектор)	Тип охладителя выпара - ОВВ-2. Тип эжектора - ЭВ- 30 и ЭВ-60.

Бак деаэрированной воды размещают на нулевой отметке.

Для работы вакуумного деаэратора предусматривается водоструйный эжектор и бак охладитель выпара, который необходимо подобрать по марке деаэратора.

3.3.2 Подбор циркуляционных насосов

Для циркуляции воды в тепловых сетях в котельной устанавливают не менее двух сетевых насосов, один из которых резервный. Подача сетевого насоса, равна максимальному часовому расходу сетевой воды через обратную линию, и определяется по формуле, м³/ч

(64)

где n - количество одновременно работающих насосов, шт;

₂ - плотность воды, принимаем по максимальной температуре теплоносителя в обратном трубопроводе, т/м³.

Получим на лето

9,7

Получим на зиму

9,2

Напор создаваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети, и равен сумме потерь напора в котельном агрегате, в подающем и обратном трубопроводах расчетной магистрали и теплопотребляющих системах.

Принимаем центробежный сетевой насос соответствующей производительности ВК (С,О) 4/28

На линии рециркуляции котла устанавливаем рециркуляционный насос с подачей:

(65)



где ₁ - плотность воды, принимаем по максимальной температуре теплоносителя на выходе из котла, т/м³.

Производительность рециркуляционного насоса определяется по режиму с максимальным значением рециркуляции через котлы, с учетом количества одновременно работающих котлов. Количество насосов принимается в зависимости от принятой конфигурации тепловой схемы.

Получим на лето

6,3

Получим на зиму

11,4

Принимаем центробежный насос соответствующей производительности и напором для преодоления гидравлического сопротивления котла К8/18а.

Для компенсации водоразбора и утечек сетевой воды в тепловой сети и тепловой схеме, предназначены подпиточные насосы. В котельной должно быть не менее двух подпиточных насосов, один из которых резервный. Устанавливают их перед сетевыми, подовая в систему химически очищенную воду из деаэратора.

Подача подпиточной воды подпиточным насосом, м³/ч:

(66)

Получим на лето

19,4

Получим на зиму

19,9

Принимаем центробежный насос соответствующей производительности К20/18.

Для подачи воды в систему предусматриваются два насоса исходной воды, один из которых резервный.

Подача сырой воды насосом исходной воды, м³/ч:

(67)

где ₀ - плотность сырой водопроводной воды, т/м³.

Получим на лето

23,7

Получим на зиму

24,4

Принимаем центробежный насос соответствующей производительности К-65-50-160.

Результаты подбора всех насосов сводят в итоговую таблицу 10.

Таблица 10 - Итоговая таблица подбора насосов

Назначение насоса	Кол-во, шт	Марка насоса	Производи-тельность, м3/ч	Напор, м	Мощность, кВт
Сетевой насос	2	ВК (С,О) 4/28	7,5-18	15-66	7,5
Рециркуля-ционный насос	1	К8/18а	4-12,5	10-16	1,5
Подпиточный насос	2	К20/18	17-23	16-19	2,2
Насос исходной воды	2	К-65-50-160	15-32	28-34	5,5

Все насосы комплектуются запорной арматурой до и после, по ходу движения теплоносителя.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате курсового проектирования была достигнута цель и выполнены следующие задачи:

Определены тепловые нагрузки источника теплоснабжения. Суммарная нагрузка составляет МВт.

Построен график качественного регулирования тепловой нагрузки, запроектированный на температурный график тепловой сети 95/70 ⁰С.

Рассчитано и выбрано основное и вспомогательное оборудование котельной, определены режимы отпуска теплоты котельной.

Для покрытия заданных тепловых нагрузок подобраны зимние водогрейные котлы марки КСВа-0,63 с номинальной теплопроизводительностью 0,63 МВт с максимальной температурой воды на выходе 115 в количестве - 4 шт.

Произведены составление и расчет тепловой схемы котельной, для пяти характерных режимов её работы, выполнен расчет регулирования тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для 5 расчетных режимов: максимально зимнего режима, среднего наиболее холодного месяца, в точке излома температурного графика, начало отопительного периода, летнего режима. По результатам расчетов были построены: годовой график теплового потребления по месяцам и график качественного регулирования.

По результатам расчетов выбрано вспомогательное оборудование котельной. Подобран деаэратор марки ДВ-25 с номинальной производительностью 25 т/ч, для которого предусмотрены: водоструйный эжектор ЭВ-30 и ЭВ-60, охладитель выпара ОВВ-2 .

Также был произведен подбор циркуляционных...