_1357,3

_УТ-4

_{Магазин}

₇₅

₄₀

₃₆₀₀

₃₆₀₀

₇₂₀₀

_ТК-5

_{Жилой дом №19}

₂₅

₄₀

₁₂₀₀

₁₂₀₀

₂₄₀₀

_УТ-2

_{Жилой дом №19}

₁₂

₃₅

₅₀₄

₅₀₄

₁₀₀₈

_УТ-2

_{Жилой дом №18}

₄

₃₅

₁₆₈

₁₆₈

₃₃₆

_УТ-21

_Гараж

_45,9

₄₀

₂₂₀₃

₂₂₀₃

₄₄₀₆

_УТ-12

_{Служебное здание №2 (гостиница)}

_9,79

₄₀

_469,92

_469,92

_939,84

_УТ-13

_{Служебное здание №1 (гостиница)}

_12,27

₄₀

_588,96

_588,96

_1178,2

_УТ-20

_{Галерея}

_6,22

₄₀

_298,56

_298,56

_597,12

_ТК-11

_{Адм. здание}

₁₂

₄₀

₅₇₆

₅₇₆

₁₁₅₂

_ТК-17

_Ж/д№4

₆₅

₃₅

₂₇₃₀

₂₇₃₀

₅₄₆₀

_ТК-11

_{Жилой дом №22}

₁₅

₄₀

₇₂₀

₇₂₀

₁₄₄₀

_УТ-5

_{Жилой дом №15}

₁₅

₄₀

₇₂₀

₇₂₀

₁₄₄₀

_ТК-7

_Ж/д№15

₃₅

₃₅

₆₃₀

₆₃₀

₁₂₆₀

_УТ-9

_УТ-10

_60,27

₄₀

₂₈₉₃

₂₈₉₃

₅₇₈₆

_УТ-10

_КПП

_23,25

₄₀

₁₁₁₆

₁₁₁₆

₂₂₃₂

_ТК-17

_Ж/д№14

₁₀

₃₅

₄₂₀

₄₂₀

₈₄₀

_УТ-3

_Баня

₂₀

₃₅

₈₄₀

₈₄₀

₁₆₈₀

_УТ-12

_{Азотная станция}

_11,81

₄₀

_566,88

_566,88

_1134,2

_ТК-17

_Ж/д№13

₄

₃₅

₁₆₈

₁₆₈

₃₃₆

_ИТОГО:

_340859,6

В результате теплового расчета найдены тепловые потери трубопроводов:

- тепловой сети отопления 0,340859 МВт;

Суммарные тепловые потери трубопровода составляют 0,340859 МВт.

7. Расчет эффективного радиуса теплоснабжения

Радиус эффективного теплоснабжения - максимальное расстояние от теплопотребляющей установки до ближайшего источника тепловой энергии в системе теплоснабжения, при превышении которого подключение теплопо-требляющей установки к данной системе теплоснабжения нецелесообразно по причине увеличения совокупных расходов в системе теплоснабжения.

Радиус эффективного теплоснабжения позволяет определить условия, при которых подключение новых или увеличивающих тепловую нагрузку теплопотребляющих установок к системе теплоснабжения нецелесообразно вследствие увеличения совокупных расходов в указанной системе на единицу тепловой мощности, определяемой для зоны действия каждого источника тепловой энергии.

В ФЗ №190 «О теплоснабжении» введено понятие об эффективном радиусе теплоснабжения без конкретной методики его расчета.

Методика для определения эффективного (оптимального) радиуса теплоснабжения приведена в статье В.Н. Папушкина, согласно которой радиус эффективного теплоснабжения рассчитывается по формуле:

_{, (7.1)}

_{где - удельная стоимость характеристики тепловой сети, руб./м²;}

С - стоимость тепловой сети и сооружений на ней, млн.руб.;

M - материальная характеристика тепловой сети, м²;

B - среднее число абонентов на 1 км²;

Дф - расчётный перепад температур, ^оС;

- теплоплотность района, Гкал/(ч•км²);

S - площадь зоны действия источника тепловой энергии, км²;

- тепловая нагрузка источника тепловой энергии, Гкал/ч;

N - среднее число абонентов;

_{- поправочный коэффициент, принимаем =1.}

(7.2)

_{При этом предложено некоторое значение предельного радиуса действия тепловых сетей, которое определяется из соотношения, км:}

(7.3)

_{где - предельный радиус действия тепловой сети, км;}

_{p -разница себестоимости тепла, гкал выработанного на ТЭЦ и в индивидуальных котельных абонентов, руб./Гкал;}

_{C - переменная часть удельных эксплуатационных расходов на транспорт тепла, руб./Гкал;}

_{K -постоянная часть удельных эксплуатационных расходов на транспорт выработанного тепла при радиусе действия тепловой сети, равном 1 км, руб./Гкал. км.}

При этом переменная часть удельных эксплуатационных расходов на транспорт тепла, руб./Гкал:

(7.4)

_{где Э - стоимость электроэнергии для перекачки теплоносителя по главной тепловой магистрали, руб./кВт. ч.}

Постоянная часть удельных эксплуатационных расходов при радиусе действия сети, равном 1 км, руб./Гкал. км:

(7.5)

_{где a - доля годовых отчислений от стоимости сооружения тепловой сети на амортизацию, текущий и капитальный ремонты;}

_{n1 - число часов использования максимума тепловой энергии, ч/год;}

_{о- себестоимость тепла, руб./Гкал.}

_{Последняя величина (переменная часть удельных эксплуатационных расходов) учитывает стоимость сети, стоимость тепловых потерь и переменную часть стоимости обслуживания.}

Результаты расчета радиуса эффективного теплоснабжения представлены в таблице 7.1.

_{Таблица 7.1 - Результаты расчета радиуса эффективного теплоснабжения котельной ФГБУ «ВГНКИ» городского округа Истра}

Наименование источника тепловой сети.	Среднее число абонентов	Расчетный перепад температур,.	Удельная стоимость характеристики тепловой сети, Руб/м2	Среднее число абонентов на 1 км2	Теплоплотность района, МВт	Оптимальный радиус теплоснабжения, км.
Котельная ФГБУ «ВГНКИ»	37	25	124122,24	99,73	12,75	0,968

Рисунок 7.1 - Действительный и эффективный радиусы теплоснабжения котельной ФГБУ «ВГНКИ»

_{Действительный радиус теплоснабжения - 1,8 км, а эффективный радиус теплоснабжения - 0,968 км.}

На основе полученных данных, мы можем сделать вывод, что часть потребителей, присоединенных к существующей котельной ВГНКИ посредством тепловой сети, находятся за пределами эффективного радиуса теплоснабжения. Таким образом, для повышения эффективности системы теплоснабжения поселка Манихино необходимо установить новый источник теплоснабжения.

8. Расчёт тепловой схемы нового источника теплоснабжения

Основное значение системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества.

При выборе системы теплоснабжения учитываются технические и экономические показатели по всем элементам: источнику теплоты, сети, абонентским установкам.

В данной выпускной квалификационной работе необходимо выбрать систему теплоснабжения для жилого района. Наиболее рациональным является выбор централизованной системы теплоснабжения, т.к. с уменьшением числа источников теплоснабжения, повышается экономичность выработки теплоты и снижаются начальные затраты и расходы по эксплуатации источника теплоснабжения.

Котельная - это совокупность сооружений, агрегатов и установок, служащих для производства теплоносителя в виде водяного пара и горячей воды за счет использования теплоты топлива.

Котельная состоит из следующих элементов: котлы, водоподготовительные установки, теплообменники, насосы, тягодутьевые устройства, дымовые трубы и т.д.

Принципиальная тепловая схема котельной представлена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Принципиальная схема котельной: 1 - котел; 2 - теплообменник; 3 - ХВО; 4 - подпиточный бак; 5 - подпиточный насос; 6 - рециркуляционный насос; 7 - сетевой насос; 8 - перепускной клапан.

Основной целью расчёта тепловой схемы котельной является выбор основного и вспомогательного оборудования для нового источника теплоснабжения с определением исходных данных для последующих технико-экономических расчётов.

В данной выпускной квалификационной работе рассматривается двухтрубная система теплоснабжения, присоединение потребителей к новому источнику непосредственное, значит, все параметры теплоносителя регулируются на источнике.

Зона действия системы теплоснабжения ОПХ Манихино с новым источником теплоснабжения представлена на рисунке 8.2

Рисунок 8.2 - Зона действия системы теплоснабжения котельной ОПХ Манихино

Исходные данные для расчёта представлены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Исходные данные для расчета тепловой схемы водогрейной котельной

Наименование величины	Значение величины при характерных режимах работы котельной
	Максимально-зимний режим	Режим наиболее холодного месяца	Летний режим
Расчётная температура наружного воздуха, °С	-26	-8	-
Относительная отопительная нагрузка	1,0	0,6	-
Отопительная нагрузка, МВт	0,831	0,189	-
Нагрузка на горячее водоснабжение, МВт	-	-	-
Суммарная нагрузка, МВт	0,831	0,189	-
Нормируемые тепловые потери тепловыми сетями, МВт	0,341	0,341	-
Температура воды в подающей линии, °С	95	63,2	-
Температура воды в обратной линии, °С	70	49,6	-
Температура сырой воды, °С	5	5	15

_{1. Расход воды на систему отопления, т/ч}

, (8.1)

Расход теплоносителя на систему отопления постоянный для всех режимов работы источника теплоснабжения.

Найдем для максимально-зимнего режима:

т/ч;

2. Расход воды по перепускной линии, т/ч

, (8.2)

_{максимально-зимний режим:}

т/ч;

_{режим наиболее холодного месяца:}

т/ч;

3. Средневзвешенная температура, возвращаемая к котлам, °С

, (8.3)

максимально-зимний режим:

°С;

режим наиболее холодного месяца:

°С;

_{летний режим:}

°С

4. Расход воды через котлы, т/ч:

, (8.4)

Максимально-зимний период:

т/ч;

Режим наиболее холодного месяца:

т/ч;

5. Т.к. расход воды через котел остается постоянным, то определим температуру воды на входе в котел, °С

, (8.5)

максимально-зимний режим:

°С;

режим наиболее холодного месяца:

°С;

6. Расход воды на рециркуляцию, т/ч

, (8.6)

максимально-зимний режим:

т/ч;

режим наиболее холодного месяца:

т/ч;

7. Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловых сетях отопления, т/ч

(8.7)

_{где - объем воды в системах теплоснабжения при отсутствии данных по фактическим объемам воды, допускается принимать равным 65 м³ на 1 МВт расчетного теплового потока при закрытой системе теплоснабжения;}

- средняя плотность теплоносителя в тепловой сети, т/м³.

_{максимально-зимний режим:}

т/ч;

_{режим наиболее холодного месяца:}

т/ч;

_{Результаты расчета сведены в таблицу 8.2.}

_{Таблица 8.2 - Результаты расчёта тепловой схемы котельной для различных режимов работы}

Наименование величины	Максимально-зимний режим	Режим наиболее холодного месяца	Летний режим
Расход воды на подогреватели отопления, т/ч,	28,6	28,6	0
Расход воды по перепускной линии на теплообменники отопления,т/ч	0	20,1	0
Расход воды, поступающий к котлам после подогревателей отопления, т/ч	28,6	8,49	0
Средневзвешенная температура от подогревателей отопления и ГВС, возвращаемая к котлам ,°С	70	63,2	70
Расход воды через котел , т/ч	28,6	6,5	0
Температура воды на входе в котел ,°С	70	70	70
Расход воды на циркуляцию, т/ч,	0	1,39	0
Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловых сетях отопления , т/ч	0,393	0,09	0
Расход подпиточной воды на восполнение утечек в тепловых сетях, т/ч	0,393	0,09	0

9. Выбор основного и вспомогательного оборудования

По результатам расчёта тепловой схемы котельной расположенной в ОПХ Манихино выбирается основное и вспомогательное оборудование.

9.1 Выбор котлов

На основании [10], количество и единичную производительность котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной, необходимо выбирать по расчётной производительности котельной, учитывая работу котлов в тёплом периоде. При этом в случае выхода из строя самого мощного котла остальные должны обеспечивать отпуск тепла потребителям в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.

Производительность котельной рассчитывается как сумма расхода теплоты на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, расчётного расхода теплоты на горячее водоснабжение и потерь теплоты в котельной и тепловых сетях. Минимальное количество котлов, устанавливаемых в котельных равно двум.

Суммарная тепловая мощность:

, МВт, (9.1)

0,831+0+0,341+0=1,175 МВт

, МВт, (9.2)

0,189+0+0,341+0=0,53 МВт

Исходя из расчетной производительности котельной, выбираем к установке два котла КВа 0,63 МВт газовый.

Водогрейный котёл KВа-0,63 применяется для отопления, горячего водоснабжения и технологических нужд на объектах промышленного и бытового назначения. В качестве топлива можно использовать: сжиженный и природный газ, нефть, отработанное масло, дизтопливо или мазут. Котел может работать с широким рядом горелочных устройств как отечественных ГБЛ, так и с импортными WEISTHAUPT, Oilon, UNIGAS и ECOFLAM.

Работает котел KВа-0,63 с уравновешенной тягой, создаваемой вентилятором поддува и дымососом. Вентилятор поддува типа ВР (ВЦ, ВД) обеспечивает интенсивное горение. Дымосос серии ДН обеспечивает отвод дымовых газов. Температура нагрева воды на выходе из котла 95°-115°С. Котел имеет рабочее давление 0,6 МПа (кг/см²) и работает с принудительной циркуляцией воды от насосов, для этого используются сетевой и подпиточный насосы. Создаваемое насосом давление, регулируется манометром, который установлен на напорном трубопроводе насоса. На выходном коллекторе располагаются один или два предохранительных клапана. Для защиты от избыточного давления в топке установлен взрывной клапан, предохраняющий конструкцию котла от разрушения.

Котел KВа-0,63 - это сварная газоплотная конструкция, выполненная из гладкотрубной трубной системы, разделенной на две части: на топочную (радиационную) поверхность нагрева, где проходит непосредственно сам процесс горения, и конвективной поверхности нагрева, где процесс теплообмена происходит уже от горячих дымовых газов, поступающих из топочной части. В конвективной части они делают два хода и удаляются через газоход котла в дымовую трубу. Газоплотность в котлах достигается варкой стальной полосы 4 мм между трубами поверхностей нагрева. Трубная система котлов КВа изготавливается из труб "ГОСТ 10704 Трубы сварные прямошовные": Ш57х3,5, Ш48х3,5 мм или из труб "ГОСТ 8732 Трубы бесшовные горячедеформированные" Ш60х3,5, Ш51х2,5 мм.

Помимо трубной системы котел состоит из опорной рамы и каркаса, обшитого теплоизоляционными материалами из плит типа ПТЭ и муллитокремнеземистым картоном и войлоком, а поверх зашит металлопрофильным листом. Котел KВа-0,63 может быть изготовлен как на опорной раме из швеллера с опорами, так и без, просто блок для установки на кирпичное или бетонное основание.

Котлы КВа производятся на предприятии на протяжении уже нескольких лет, они тщательно отработаны конструктивно и технологически, проверены длительной эксплуатацией.

Таблица 9.1 - Технические характеристики котла КВа

Тип котла	Водогрейный, промышленный
Вид расчетного топлива	Газ
Мощность, МВт	0,63
Давление рабочей среды, МПа (кгс/см2)	0,6
Температура воды, °С	70-95, 90-115
Температура уходящих газов, °С	220
Расчетный КПД (топливо газ), %	92
Расход расчетного топлива (топливо газ), кг/ч	74
Габариты котельного блока, LxBxH, мм	2590х1290х1525
Отапливаемый объем, м3	13900-19900
Масса, кг	2100

Газовая горелка ГБЛ-0,85 применяется для работы с отопительными водогрейными (водотрубными и жаротрубными) котлами, отопительно-производственными паровыми котлами, а также с другими теплоагрегатами (сушилками, плавильными печами, теплогенераторами). Имеет блочную конструкцию, является полностью автоматизированной и предназначена для сжигания природного или попутного нефтяного газа.

Преимущества модулируемых горелок:

- продление срока службы теплоагрегата;

- экономия топлива (более 10%) и электроэнергии (более 20%);

- минимальное количество вредных выбросов в атмосферу (CO = 0%, NOx < 80 мг/м³);

- широкий диапазон регулирования мощности (10 - 100%);

- полная автоматизация и повышение безопасности работы теплоагрегата.

- используется с теплоагрегатами любых типов мощностью до 0,75 МВт.

ГБЛ-0,85 используется с теплоагрегатами мощностью до 0,75 МВт (паропроизводительностью до 1 т/ч). Возможна адаптация горелки для любых типов теплоагрегатов.

Выпускается в различных исполнениях:

-- по типу регулирования мощности: многоступенчатое, плавно-двухступенчатое или модулируемое

-- по размеру факела -- стандартный (ГБЛ-0,85) или длинный (ГБЛ-0,85 Р).

Размеры факела могут быть изменены в зависимости от типа и конструкции теплоагрегата.

Таблица 9.2 - Технические характеристики горелки типа ГБЛ - 0,85

Номинальный расход газа, м3/ч	92,6
Мощность горелки, МВт	0,85
Вид топлива	Газ
Масса, кг	75
Потребляемая электрическая мощность, кВт	1,6
Диаметр арматурной группы, мм	50 - 65
Электрическое питание	220/380 В, 50 Гц

9.2 Выбор вспомогательного оборудования

Вспомогательным оборудованием котельных называются механизмы, устройства, машины и аппараты, необходимые для осуществления технологического процесса и отпуска теплоты соответствующих параметров потребителям [10].

Вспомогательное оборудование нашей тепловой схемы: сетевой, подпиточный, рециркуляционный насосы и аппарат химводоочистки.

Сетевые насосы

Сетевые насосы предназначены для обеспечения циркуляции воды в тепловых сетях. Параметром для выбора насоса является расход сетевой воды, который определяют по тепловой нагрузке при расчетном перепаде температур и напору, который должен преодолевать гидравлическое сопротивление сети при расчетном максимальном расходе сетевой воды, потери напора в теплоприготовительной установке (теплообменник), а также потери напора у абонента.

Сетевые насосы отопления предназначены для создания циркуляции теплоносителя в тепловой сети.

Напор сетевых насосов:

, (9.3)

где - потери напора в теплоприготовительной установке, принимаем= 5 м. вод. ст.;

- потери напора в подающей линии магистрали тепловой сети, по данным гидравлического расчёта = 2,7 м. вод. ст.;

- потери напора в обратной линии тепловой сети, = 2,4 м вод ст;

- располагаемый напор у концевого на магистрали абонента, принимаем = 5 м

Н_с = 5+2,7+2,4+5=15,1 м.вод.ст.

Расчетная присоединенная нагрузка котельной по отоплению составляет 0,831 МВт

Для передачи 0,831 МВт тепловой энергии необходимо, чтобы по теплосети передавалось G = 28,1 т/ч сетевой воды.

_{Потеря напора в тепловых сетях подчиняется квадратичному закону, а характеристика тепловой сети представляет собой квадратичную параболу.}

_{Определяем по формуле:}

,(9.4)

где - потеря напора, м;

- сопротивление сети, выраженное через единицу напора (потеря напора при V=1), .

Величина сопротивления сети зависит от её геометрических размеров, абсолютной шероховатости внутренней поверхности трубопроводов, эквивалентной длины местных сопротивлений и плотности теплоносителя, поэтому потеря напора в сети при любом режиме, отличном от расчётного, может быть определена по расходу теплоносителя при данном режиме.

_{Результаты расчёта напора при различных расходах теплоносителя представлены в таблице 9.3}

_{Таблица 9.3 - Результаты расчёта напора при различных расходах теплоносителя}

V, м3/ч	5	10	15	18	20	23	25	27	29
Н, м	0,43	1,7	3,8	5,5	6,8	9	10,6	12,4	15,5

Рисунок 9.1 - характеристика работы насоса КМ65-50-125а

Рисунок 9.2 - Графики зависимости характеристик сети и насоса КМ65-50-125а 1 - характеристика сети; 2 - гидравлическая характеристика насоса КМ65-50-125а; Р - рабочая точка до регулирования.

_{Для того чтобы насос работал на заданные параметры, необходимо применить частотное регулирование и снизить частоту вращения двигателя. Требуемое число оборотов насоса определяется по уравнению}

(9.5)

_{где nнас - число оборотов насоса, об/мин;}

_{n^т - требуемое число оборотов насоса, об/мин;}

_{Vнас - производительность насоса при нахождении рабочей точки до регулирования, м³/ч;}

_{V^т - требуемая производительность насоса, м³/ч.}

Таким образом, мы выяснили, что имеющийся на котельной ОПХ Манихино насос КМ65-50-125а, может осуществлять подачу теплоносителя V=28,1 м³/ч.

_{Подпиточный насос}

Предназначен для восполнения потерь теплоносителя в сети отопления-вентиляции (подпитку) и ГВС, а также создания статического напора в сети.

Потери напора принимаем = 5 м вод ст., а необходимую подачу G_ут = 0,4 т/ч.

Примем в качестве подпиточного насоса ХЦМ 1/10, с частотой вращения двигателя 2900 об/мин.

Рисунок 9.3 - Характеристика работы насоса ХЦМ 1/10

_{Рециркуляционный насос}

Рециркуляционные насосы водогрейных котлов устанавливают для повышения температуры воды на входе в котлоагрегат в целях защиты конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов от коррозии.

Напор рециркуляционных насосов определяется гидравлическим сопротивлением водогрейного котла и трубопроводов, соединяющих котел и насосы.

Практически сопротивление контура рециркуляции, включая водогрейный котел, лежит в пределах то 20 до 30 м вод. ст. Принимаем Н_рец = 20 м, а необходимую подачу G_рец = 1,39 т/ч.

Примем в качестве рециркуляционного насоса ЦВЦ-Т-4-2,8.

_{Оборудование водоподготовки (химводоочистки)}

На надежность и экономичность работы котельной установки в большой степени влияет качество питательной воды. Природные воды, как правило, содержат примеси в виде растворенных солей, коллоидные и механические примеси, поэтому непригодны для питания котлов без предварительной очистки.

Среди твердых веществ, находящиеся в воде, выделяют: механические взвешенные примеси, состоящие из минеральных и иногда органических частиц, коллоидно-растворенные и истинно растворенные вещества. Вода способна растворять в себе вещества только до образования насыщенного раствора, тогда избыточное количество вещества остается в нерастворенном состоянии и выпадает в осадок.

Различают вещества, хорошо и плохо растворимые в воде. К веществам, хорошо растворимым в воде, относят хлориды (соли хлористоводородной кислоты) СаС₁₂, МgС₁₂, КаС₁, к плохо растворимым -- сульфиды (соли серной кислоты) СаSО₄, МgSО₄, N₃SO₄ и силикаты (соли кремниевой кислоты) СаSiO₃, МgSiO₃. Наличие сульфидов и силикатов в водном растворе является причиной образования твердой накипи на поверхности нагрева котлов.

Растворимость веществ зависит от температуры жидкости, в которой они растворяются. Различают вещества, у которых растворимость увеличивается с ростом температуры, например: СаС₁₂, МgС₁₂, Мg(NO₃)₂, Са(NO₃)₂, и у которых уменьшается, например: СаSО₄, СаSiO₃, МgSiO₃.

Качество воды характеризуется прозрачностью (содержанием взвешенных веществ), сухим остатком, жесткостью, щелочностью, окисляемостью.

Питательная и подпиточная вода, подготовленная для котельной, не должна давать отложений шлама и накипи, разъедать стенки котла и его вспомогательные поверхности нагрева, а также вспениваться.

Са и Mg являются крайне труднорастворимыми примесями. Основные накипеобразователи имеют отрицательный температурный коэффициент растворимости (т.е. при повышении температуры их растворимость падает). По мере испарения воды их концентрация повышается, и после наступления состояния насыщения начинают из нее выпадать. Прежде всего состояние насыщения наступает для солей жесткости Са(НСО 3 )₂, Mg(НСО 3 )₂, СаСО₂, MgСО₂ и др. Кристаллизация происходит на шероховатостях поверхности нагрева, а также на взвешанных и каллоидных частицах, находящиеся в водном объеме, образуя взвешанные частицы - шлам. Вещества, кристаллизующиеся на поверхности нагрева, образуют плотные и прочные отложения - накипь. Теплопроводность накипи составляет 0,1- 0,2(Вт/м*К), поэтому даже тонкий слой накипи способствует значительному снижению условий охлаждения металла поверхностей нагрева, а значит увеличению его температуры, что может привести к потере прочности стенки трубы и ее разрушению. Следствием выше сказанного является снижение КПД котла, уменьшения коэффициента теплопередачи, увеличение температуры уходящих газов.

К вспениванию воды в барабане приводит повышенная щелочность и наличие органических соединений и аммиака. При таких условиях сепарационные устройства не справляются с отделением капель воды от пара, и вода из барабана, содержащая различные примеси, может поступать в пароперегреватель, создавая опасность его загрязнения. Кроме того, повышенная щелочность приводит к щелочной коррозии металла, а также появлению трещин в местах вальцовки труб в коллекторы и барабан.

Содержащиеся в воде коррозийно-активные и агрессивные газы О₂, СО₂ ведут к уменьшению механической прочности металла.

Главная задача водоподготовки в котельных заключается в борьбе с наиболее опасными явлениями: коррозией и накипью. Коррозия поверхности нагрева котлов, подогревателей и трубопроводов тепловых сетей вызывается кислородом и углекислотой, которые попадают в систему вместе с питательной и подпиточной водой.

Как правило, для удаления газов в системе теплоснабжения предусматривают установку деаэратора.

Деаэрация - удаление кислорода и других газов из жидкости.

По принципу действия деаэрация бывает:

1) термическая;

2) десорбционная;

3) химическая.

В данной выпускной квалификационной работе примем к установке автоматическую систему дозировки реагентов Комплексон - 6.

Система дозирования Комплексон-6, в зависимости от типа применяемого реагента, способна решать следующие задачи:

- препятствовать отложению солей и образованию накипи на стенках трубопроводов и оборудования;

- препятствовать образованию коррозии на стенках трубопроводов и оборудования;

- производить химическую деаэрацию воды;

- производить обеззараживание питьевой воды гипохлоридом натрия.

Технические характеристики Комплексон - 6 представлены в таблице 9.4

Таблица 9.4 - Технические характеристики Комплексон - 6

Производительность, м3/ч	Габаритные размеры, мм	Масса установки без реагента, кг
0,5	460Ч190Ч340	10

Преимущества применения системы дозирования Комплексон-6:

– работает в автоматическом режиме;

– не требует практически никакого обслуживания от персонала;

– надежна в реальных условиях эксплуатации;

– компактна;

– экономична - расходует мало реагентов; потребляемая мощность системы дозирования менее 30Вт, напряжение 220 Вольт;

– экологична - у системы дозирования комплексон-6 полностью отсутствуют собственные сточные воды;

– реагенты, поставляемые с установкой Комплексон-6, имеют гигиенические сертификаты и могут применяться для ГВС и открытых систем теплоснабжения.

10. Тепловой расчет теплообменников

Теплообменным аппаратом (ТА) называют устройство, служащее для передачи потока тепловой энергии от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю. По принципу действия все ТА делятся на четыре группы: рекуперативные, регенеративные, смесительные и теплообменные аппараты с внутренним источником теплоты.

Рекуперативные ТА - это такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их непроницаемую стенку. Такой теплообмен называют теплопередачей. В этом случае передача теплоты происходит в три этапа: конвекцией и, возможно, излучением от горячего теплоносителя к стенке, теплопроводностью внутри стенки и от стенки к холодному теплоносителю конвекцией и, если теплоносителем является излучающий газ, то и за счет теплового излучения. Основная масса рекуперативных ТА работают в стационарном режиме.

В регенеративных ТА одна и так же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается горячим или холодным теплоносителями. Сначала горячий теплоноситель нагревает поверхность теплообмена (насадку). Затем через насадку пропускают холодный теплоноситель, который забирает накопленную насадкой теплоту. В процессе нагревания и охлаждения температура насадки и теплоносителей изменяется, поэтому процесс теплообмена в регенеративных теплообменниках является нестационарным.

В смесительных ТА передача теплоты происходит за счет соприкосновения и частичного или полного смешения горячего и холодного теплоносителей, то есть к процессу теплообмена добавляется массообмен.

В ТА с внутренним источником теплоты тепловая энергия генерируется в самом теплообменнике из энергии другого вида и идет на нагрев холодного теплоносителя.

В промышленности наибольшее распространение получили рекуперативные ТА или рекуператоры. Наиболее распространенными теплообменниками являются:

-Кожухотрубный теплообменный аппарат

-Секционный теплообменный аппарат типа «труба в трубе»

-Пластинчатый теплообменный аппарат

Последний тип теплообменников целесообразно применять, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны. Н сегодняшний день пластинчатые теплообменники во многом превосходят большинство кожухотрубных теплообменных аппаратов. По этой причине в нашей выпускной работе выбираем пластинчатые теплообменники.

_{Достоинства:}

- _{легок в обслуживании: при засорении не требует больших затрат времени для разборки и промывки.}

- _{имеет низкий уровень загрязняемости поверхности теплообмена в связи с высокой турбулентностью потока жидкости, которая достигается за счет рифления.}

- _{экономичны, служат более 20 лет, замена пластин обходится в небольшую сумму денег по сравнению с кожухотрубным ТО.}

- _{легко варьируется объем, путем добавления или убавления числа пластин.}

10.1 Расчет подогревателя исходной воды

Для интенсификации процесса химводоподготовки сырую воду, поступающую на источник теплоснабжения необходимо нагревать до 30-40 ^оС. В качестве подогревателя сырой воды примем к установке пластинчатый теплообменник.

Примем теплообменник с пластинами типа 0,6р, т.к. эти пластины большей площади (0,6 м²) и сам теплообменный аппарат получается меньше по габаритам. Технические характеристики пластин и основные параметры теплообменника, собираемого из этих пластин, указаны в таблице 10.1

Таблица 10.1 - Технические характеристики пластин типа 0,6р и основные параметры теплообменников

Показатель	Числовое значение
Габариты (длина х ширина х толщина), мм	1375х600х1
Поверхность теплообмена,м2	0,6
Вес (масса), кг	5,8
Эквивалентный диаметр канала, м	0,0083
Площадь поперечного сечения канала, м2	0,00245
Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала,	1,188
Ширина канала, мм	545
Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм	4,5
Приведенная длина канала, м	1,01
Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие на пластине), м2	0,0243
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм	200
Коэффициент общего гидравлического сопротивления
Коэффициент гидравлического сопротивления штуцера	1,5
Коэффициенты: А Б	0,492 3,0

Расчет теплообменного аппарата системы горячего водоснабжения проводится по следующему расчету, принимаем на систему горячего водоснабжения 2 теплообменника, следовательно, делим расходы теплоносителя на 2.

Соотношение числа ходов для греющей X₁ и нагреваемой X₂ воды находится по следующей формуле:

, (10.1)

_{где - число ходов для греющей воды;}

- число ходов для нагреваемой воды;

- расход воды со стороны греющего (первичного) контура, кг/с;

- расход воды со стороны нагреваемого (вторичного) контура, кг/с;

- потери давления греющего контура, кПа, принимаем кПа [15];

- потери давления нагреваемого контура, кПа, принимаем кПа [16];

- средняя температура воды в нагреваемом контуре, °С;

- средняя температура воды в греющем контуре, °С.

_{Средняя температура в нагреваемом контуре, °С}

(10.2)

_{Средняя температура воды в греющем контуре, °С}

(10.3)

^оС

^оС

Полученное соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка (рисунок 9.1).

_{При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость воды в каналах принимается равной wопт = 0,4 м/с [16].}

, (10.4)

_{Компоновка водоподогревателя симметричная, т.е. mнагр = mгр.}

, (10.5)

(10.6)

(10.7)

м²

м/с

м/с

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, Вт/(м² К)

, (10.8)

Вт/(м² К)

Вт/(м² К)

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

, (10.8)

_{где В - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7 - 0,85 по [15];}

- толщина пластины для пластинчатых теплообменников принимается равной мм по [15];

- коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников принимается равным Вт/мК по [15].

Вт/(м² К)

Определяем необходимую поверхность нагрева по формуле:

, (10.9)

_{где Q - расчетная производительность, Вт;}

- среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой, °С.

_{Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой, °С}

, (10.10)

где Дt_б и Дt_м находятся согласно графику изменения температур теплоносителей;

Рисунок 10.1 - Температурный график для водо-водяного подогревателя

^оС

м²

Количество ходов в теплообменнике X:

, (10.11)

где - площадь одной пластины, ;

Число ходов округляется до целой величины, в нашем случае до 3.

_{В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите.}

Рисунок 10.2 - Принцип работы трехходового теплообменника Т1 - вход греющей среды; Т2 - выход греющей среды; В1 - вход нагреваемой воды; Т3 - выход нагреваемой воды.

Действительная поверхность нагрева всего подогревателя, м²

, (10.12)

.

_{Потери давления в водоподогревателе для нагреваемой воды, кПа}

(10.13)

_{где ч - коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен 1, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данным можно принимать ч = 1,5 - 2 по [16];}

_{Б - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается равным 3,0 по [16].}

кПа

_{Потери давления в водоподогревателя для греющей воды, кПа}

(10.14)

кПа

_{В соответствии [16] с каталогом ЦИНТИ химнефтемаш (М., 1990) в результате расчета в качестве водоподогревателя системы горячего водоснабжения принимаем 2 теплообменника разборной конструкции (Р) с пластинами 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины ИРП1225 (исполнение 4). Поверхность нагрева - 4,2 м².}

Условное обозначении пластинчатого теплообменного аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата - теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение - тип пластины; цифры после тире - толщина пластины; далее - площадь поверхности теплообмена аппарата (м²); затем - конструктивное исполнение, марка материала пластины и марка материала прокладки.

Условное обозначение полученного в результате расчета теплообменного аппарата будет выглядеть следующим образом: Р 0,6р-0,8-4,2-2К-01-4, его габариты 605Х750Х1800 мм.

11. Расчет технико-экономических показателей

1. Установленная мощность котельной (МВт):

(11.1)

2. Годовой отпуск теплоты котельной:

(11.2)

где - средний расход теплоты на отопление;

_{n0 - продолжительность отопительного периода.}

(11.3)

_{где Q0 - суммарная максимальная тепловая нагрузка;}

_{tвн - расчетная температура воздуха внутри зданий;}

- средняя за отопительный период температура наружного воздуха;

_{tро - расчетная температура наружного воздуха.}

3. Годовая выработка теплоты котельной:

(11.4)

где - коэффициент теплового потока, для газообразного топлива примем

4. Число часов использования установленной мощности котельной в году:

(11.5)

5. Удельный расход топлива на 1 ГДж отпущенной энергии:

_{Условного:}

(11.6)

где 340 - количество условного топлива, кг, при сжигании которого выделяется 1 ГДж тепловой энергии

- КПД котла

_{Натурального:}

(11.7)

_{где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива.}

6. Годовой расход топлива котельной:

_{Условного:}

(11.8)

Натурального:

(11.9)

7. Годовой расход электроэнергии на собственные нужды:

(11.10)

где - установленная мощность токоприемников, кВт;

- число часов работы котельной в году, ч/год; при отсутствии данных принимается при наличии горячего водоснабжения 4900 ч/год;

- коэффициент использования установленной электрической мощности (принимается для котельных с равным 0,7-0,8), принимаем

(11.11)

- удельный расход электрической мощности на собственные нужды котельной, кВт/МВт, принимаем 30

8. Годовой расход воды котельной:

(11.12)

, - расход сырой воды при максимальном зимнем и летнем режиме поступающей на ХВО питательной воды, т/ч

9. Удельный расход сырой воды на один ГДж отпущенной теплоты:

(11.13)

10. Расчет топливной составляющей:

(11.14)

- оптовая цена топлива по прейскуранту, руб/тнт, Цт^пр = 4500 р/тут. 5000руб/тнт = 5 руб/м³*1000

11. Расчет годовых эксплуатационных расходов:

_{Расходы на электроэнергию:}

(11.15)

- цена одного киловатт-часа, принимается по прейскуранту, руб/кВт, Цэ =6

12. Годовые затраты на воду:

(11.16)

- цена за 1 т сырой воды, руб/т,

13. Затраты на текущий ремонт котельной:

(11.17)

где Sам - годовые амортизационные отчисления.

(11.18)

где а^стр - средняя норма амортизации общестроительных работ и зданий, принимаем 3%;

_{а^об - норма амортизации оборудования с монтажом, принимаем 5%;}

_{Кстр - стоимость строительных работ и зданий;}

Коб - стоимость оборудования с монтажом

_{dстр - принимается равным 30 %;}

_{dоб - принимается равным 70 %.}

14. Годовые затраты на заработную плату:

(11.19)

где - среднегодовая заработная плата с начислениями в фонд социального страхования, (руб/чел)/год

- ориентировочный штатный коэффициент, принимается равным 0,6, чел/МВт

15. Прочие расходы:

(11.20)

16. Годовые эксплуатационные расходы:

(11.21)

17. Себестоимость отпускаемой теплоты:

(11.22)

18. Топливная составляющая себестоимости:

(11.23)

Заключение

В данной выпускной квалификационной работе было рассмотрен вопрос организации теплоснабжения поселка Манихино, городского округа Истра, Московской области, удовлетворяющего критериям радиуса эффективного теплоснабжения.

_{Особенность работы заключалась в том, что необходимо было установить новый источник теплоснабжения для поселка Манихино.}

_{В ходе разработки проекта были рассчитаны нагрузки на отопление = 2,394 МВт, построен график зависимости нагрузок от температуры наружного воздуха.}

_{Определён температурный график работы системы теплоснабжения .}

_{Метод регулирования для нашей тепловой сети - качественный по отопительной нагрузке, т.е. расход теплоносителя оставляем постоянным, переменной величиной является температура, которая зависит от изменения температуры наружного воздуха.}

_{Следующим этапом было определение расхода сетевой воды в системах отопления и горячего водоснабжения. В расчетах учитывается то, что система горячего водоснабжения работает с циркуляцией.}

_{В данной работе произведён гидравлический расчёт тепловой сети, по результатам которого построен пьезометрический график, и тепловой расчёт тепловой сети, на основе которого была выбрана пенополиуретановая изоляция трубопроводов.}

Следующим этапом после расчета тепловых потерь было определение эффективного радиуса теплоснабжение источника ФГБУ «ВГНКИ». На основе полученных данных, можно сделать вывод, что часть потребителей, присоединенных к существующей котельной ВГНКИ посредством тепловой сети, находятся за пределами эффективного радиуса теплоснабжения. Таким образом, для повышения эффективности системы теплоснабжения поселка Манихино необходимо установить новый источник теплоснабжения.

_{Далее разрабатывалась и производился расчет тепловой схемы, в ходе которого были определены расходы теплоносителя на рециркуляцию, на подпитку тепловых сетей, расход воды на котел и т.д. Расчет был выполнен для 2 характерных режимов: максимально-зимний режим, режим наиболее холодного месяца.}

_{На основе теплового расчёта было выбрано следующее основное и вспомогательное оборудование:}

_{а) котлы:}

_{- для отопительного периода 2 водогрейных котла КВа 0,63 МВт установленной мощностью 0,63 МВт;}

_{б) насосы:}

_{- сетевые для отопления КМ65-50-125а (2 шт.) - для создания давления воды перед подачей на котел и далее в отопительную сеть;}

_{- рециркуляционные насосы котлового контура ЦВЦ-Т-4-2,8 (2 шт.)}

- подпиточные ХЦМ 1/10 (1 шт.)- предназначены для восполнения потерь теплоносителя в сети отопления (подпитку), а также создания статического напора в сети;

в) Оборудование водоподготовки (химводоочистки):

- Комплексон - 6 (1 шт.)

В следующем пункте был выбран тип подогревателя - пластинчатый теплообменный аппарат. Был выполнен расчет его параметров. В ходе расчета на систему отопления будем устанавливать один трехходовой теплообменник с площадью 64,2 м².

Рассчитаны технико-экономические показатели котельной, себестоимость отпускаемой теплоты составила 262,2 руб/ГДж для централизованного отопления.

Список литературы

1. Большой энциклопедический политехнический словарь [Электронный ресурс] https://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/9256/ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

2. СП 131.13330.2020 Строительная климатология. - М.:Энергия 2020.

3. СП 124.13330.2012 Тепло...