Электродный котел для теплоснабжения и технологических нужд гидроэлектростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Таджикистан

Таджикский технический Университет имени академика М.С. Осими

ВЫПУСКНАЯ

квалификационная работа бакалавра

на тему: Электродный котел для теплоснабжения и технологических нужд гидроэлектростанции

Выпускник:

Исломбек М.

Руководитель:

Тагоев С.А.

Душанбе - 2016



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Назначение и состав объекта

1.2 Характеристики оборудований электрокотельной

1.3 Электрические защиты, автоматика и управления водогрейных котлов КЭВ-4, КЭВ-5 системы горячего водоснабжения

1.4 Оперативные указания по эксплуатации водогрейных котлов КЭВ-4, КЭВ-5 горячего системы водоснабжения

1.5 Система горячего водоснабжения

1.6 Принцип работы и предназначение электродных котлов

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Исходные данные

2.2 Тепловые нагрузки объекта

2.3 Выбор источника теплоснабжения

2.4 Расчёт режимов регулирования отпуска теплоты

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исходные данные

3.2 Расчёт технических показателей

3.3 Расчет экономических показателей

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов

4.2 Электробезопасность

4.3 Расчет заземления

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА



ВВЕДЕНИЕ

Без развития теплоэнергетики, при любой экономической ситуации невозможно нормальное функционирование экономики, энергетическое обеспечение промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Также гидроэлектростанции нуждаются в тепловой энергии - для отопления помещений и горячее водоснабжения.

Наряду с крупными производственными, производственно-отопительными котельными мощностью в сотни тонн пара в час или сотни МВт тепловой нагрузки имеют перспективу электродные котлы небольших мощностей, работающих на электрическом энергии.

Проектирование котельной, одного из самых сложных и опасных инженерных сооружений, налагает на исполнителя проекта огромную ответственность. Автор проекта не должен упустит из поля зрения ни одну деталь, иначе это грозит неприятными последствиями в процессе эксплуатации - как порчей дорогостоящего оборудования, так и травматизмом обслуживающего персонала.

Основное назначение котельной состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров в виде пара или горячей воды. По роду производимого теплоносителя различают установки с паровыми и водогрейными котлами. Водяной пар используют для нужд промышленности и сельского хозяйства и отопления помещений. Горячую воду предназначают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, для коммунально-бытовых нужд населения.

В данном дипломном проекте рассчитана принципиальная тепловая схема электрокотельной для теплоснабжения рабочего Нурекской ГЭС. На принципиальной тепловой схеме показываются теплоэнергетическое оборудование вместе с линиями (трубопроводами) пара и воды (конденсата), связывающими это оборудование в единую установку. При расчёте принципиальной тепловой схемы достигается основная цель - определение технических характеристик теплового оборудования, обеспечивающие заданный график тепловой нагрузки и требуемый уровень энергетических и технико-экономических показателей котельной.

А также необходимо отражать проблемы организации эксплуатации котлоагрегатов, связанные с образованием отложений на внутренних и внешних поверхностях нагрева и разработать методы борьбы с данными отложениями и сделать соответствующие выводы.

Целью дипломного проектирования является расчет и выбор оборудования котельной для теплоснабжения Нурекской ГЭС. Для этого необходимо решить следующие задачи:

- определить характеристики объекта;

- изучить литературу по электрокотельным установкам;

- выбрать элементы установки;

- провести расчет параметров котельных установок;

- выбрать основные оборудования котельной;

- предложить схемы и чертежи элементов котельных установок;

- рассчитать технико-экономические показатели объекта;

- рассмотреть мероприятия по безопасности жизнедеятельности.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Назначение и состав объекта

Центральная электрокотельная Нурекской ГЭС предназначена для отопления и обеспечения горячей водой помещений корпуса управления, хозяйственного корпуса, щитовой ОРУ-220кВ, маслохозяйство и закрытой монтажной площадки здания станции.

В своем составе котельная имеет две индивидуальная системы: систему отопления и систему горючего водоснабжения. Обе системы полностью автоматизированы и постоянного обслуживанию со стороны оперативного персонала не требуют.

Система отопления состоит из следующих элементов:

- трех водогрейных котлов КЭВ-1 по КЭВ-3;

- двух циркуляционных насосов ЦН1, ЦН2;

- подпиточного бака с шаровым клапаном;

- двух подпиточных насосов ПН-1, ПН-2;

- горизонтального расширительного бака;

- грязевика.

Система горячего водоснабжения состоит из следующих элементов:

- двух водогрейных котлов КЭВ-4, КЭВ-5;

- двух конденсатных насосов КН-1, КН-2;

- бак накопитель V-0,83м3;

- бойлера типа СДТ-3071 - 4 шт.

1.2 Характеристики оборудований электрокотельной

В табл. 1.1 приведены технические характеристики водогрейных электрокотлов.



Таблица 1.1 Технические характеристики водогрейных электрокотлов

№	Параметр	Ед. измерения
1	Тип	-	КЭВ-400/0,4
2	Рабочее давление	кгс/см2	4
3	Максимальное давление	кгс/см2	6
4	Минимальное давление	кгс/см2	3
5	Температура рабочей среды: -на входе - на выходе	°С °С	70 80

В табл. 1.2 приведены технические характеристики электронасосов.

Таблица 1.2 Технические характеристики электронасосов электрокотельной

№	Параметр	Насос
		Конденсатный	Циркуляционный	Подпиточный
1	Тип насосов	2Х-6Е-1 20/31	К45/30 45/30	ВК4/24 4/24
2	Тип электродвигателя	АД132м2у3	А02-42-2	AM-90LZ4
3	Мощность, кВт	7,5	7,5	1,5
4	Номинальный ток, А	16,5	16,5	2,6
5	Номинальный оборот, об/мин	2900	2910	1400

Водогрейный котел трехфазного исполнения имеет три группы плоских электродов в зазоры между которыми входят диэлектрические пластинки (экраны). Экраны с помощью электропривода или вручную могут перемещаться вертикально, чем осуществляется регулирование тока между электродами. Все водогрейные котлы оборудованы предохранительными клапанами и приборами для измерения температуры и давления, а так же устройства для выпуска воздуха из котлов и их опорожнения.

Циркуляционный насос забирает воду из обратного трубопровода системы отопления и подает ее в водогрейные котлы. Из котлов нагретая вода, являющаяся теплоносителем, через горизонтальный проходной расширитель подается потребителям.

Подпитка системы водогрейных котлов осуществляется автоматически с помощью подпиточного насоса через бак с шаровым клапаном.

Для увеличения электропроводимости воды в водогрейном котле предусмотрена подача в подпиточный бак раствора поваренной соли, количество которой определяется согласно данных анализа воды на электропроводимость, при эксплуатации водогрейных котлов.

На подводящих и отводящих трубопроводов системы отопления котельной предусмотрена запорная арматура.

Питание водогрейных котлов КЭВ-1 и КЭВ-2 электроэнергией осуществляется от щита Н-6, котла КЭВ-3 от щита Н-7. Управление котлами производится со шкафа управления, в котором расположена аппаратура управления, защиты и измерительные приборы.

Ключ управления котлом имеет три положения: отключено, автоматическое, местное.

Водогрейных котел может быть включен в работу при наличии следующих факторов:

а) нормальное водоснабжение, т.е. включен насос циркуляции, давление воды после насоса циркуляции не ниже 4кгс/см2.

б) тепловые защиты, защиты от понижения давления воды и электрические защиты не в сработанном положении.

Ключи управления циркуляционных насосов имеют три положения: отключено, местное, резерв. В положении ключа «резерв» насос включается в работу при отключении работающего насоса.

Двигатели приводов экрана водогрейных котлов управляются кнопками управления, расположенными на щите ШАО.

Двигатели насосов циркуляции, насосов подпитки и управления экранов получают питание со сборок Н6-1 и Н6-2.



1.3 Электрические защиты, автоматика и управления водогрейных котлов КЭВ-4, КЭВ-5 системы горячего водоснабжения

Для защиты водогрейных котлов по температуре и давлению воды на выходе каждого котла установлены электроконтактные термометры и манометры. Котел отключается при достижении температуры 95°С и по давлению - 6кгс/см2.

Электрические защиты от перегрузки котла и перекоса фаз выполнены на --х реле. Защита отключает котел при перегрузке 400А перекоса фаз

Защита от потери циркуляции, при отключении циркуляционных насосов отключает. Электрокотел при отключении насосов.

При срабатывании защит на шкафу автоматики ШАВ выпадают соответствующие блинкера, а также блинкер «Авария» с поступлением сигнала на ЦПУ.

При срабатывании любой защиты необходимо выяснить причину работы защиты, с помощью ключа управления деблокировать защиту на шкафу управления переводом ключа в положение «отключено».

Автоматика управления водогрейными котлами обеспечивает контроль водоснабжения котлов, контроль наличия напряжения схемы автоматики котлов, а также контроль температуры воды на выходе котлов.

Каждый электрокотел имеет два режима работы:

а) Режим автоматического управления - 4КР (5КР) в положении «Автомат»:

б) Режим ручного управления КУ- 4КР (5КР) в положение «Местное».

В режиме автоматического управления температуры котла поддерживается автоматически с помощью ЭКТ в заданных пределах. В режиме ручного управления температура на выходе электрокотла контролируется оператором.



1.4 Оперативные указания по эксплуатации водогрейных котлов КЭВ-4, КЭВ-5 горячего системы водоснабжения

Для пуска котла в работу необходимо:

1) проверить положение вентилей и задвижек в контуре циркуляции согласно технологический схеме.

2) включить автоматы питания конденсатных насосов КН-1, КН-2 цепей автоматики ШАВ, цепей контакторов в силовых шкафах, цепей привода экранов в силовых шкафах (цепи привода экранов можно включать только для изменения нагрузки котла).

3) включить конденсатный насос ключом 8КУ (9КУ) на шкафу ШАВ, убедиться в наличии давления после насоса. Ключ второго насоса перевести в положение «резерв».

4) перевести ключ управления котлом 4 КР (5КР) в положение «местное» или «автомат».

5) отрегулировать нагрузку котла путем перемещения вручную вращением штурвала или с помощью электропривода кнопками 4КОВ (5КОВ)- «поднять» экраны, 4КЭВ (5КЭВ) - «опустить» экраны.

6) проверить нагрузок котла по амперметрам: нагрузка регулируется в пределах от 100А до 500А.

При осмотрах системы отопления котельной необходимо:

1) проверить работу системы по контрольным приборам, сигнальным лампам, лампы на ШАВ сигнализируется:

- 2ЛИ - контроль напряжения цепей управления;

- 4ЛП - экраны 4КЭВ подняты;

- 4ЛO - экраны 4КЭВ опущены;

- JIM - «Перегруз» экранов;

- 4ЛP - котел включен;

- 5ЛП - экраны 5КЭВ подняты;

- 5ЛО - экраны 5КЭВ опущены;

- 5ЛМ - перегруз экранов;

- 5ЛК - котел включен.

2) Сигнализация на шкафу ШАВ:

- 1РУ - высокое давление котла;

- 2РУ - аварийная температура;

- 3РУ - электрические защиты.

3) На ЦПУ осуществляется сигнализация при:

- аварийной температуре;

- высоком давлении;

- при работе электрозащит, перегрузке котла, перекосе фаз;

- отсутствии напряжения питания цепей управления КЭВ - 4,5;

- отсутствии водоснабжения котлов.

4) Накладка 1 Н в шкафу ШАВ предусматривает вывод из работы цепей сигнализации при выводе из работы электрокотлов в ремонтные работы.

5) На ЦПУ загорается сигнальное табло в следующих случаях:

- отсутствие напряжения на цепях управления;

- отключено питание привода экранов;

- отключен автомат питания котла;

- нарушено водоснабжения;

- работали защиты котла;

6) При выводе электрокотла в ремонт необходимо соблюдать следующее: вскрытие и ремонт котла производиться только после снятия напряжения с котла и перекрытие задвижек на входе и выходе воды их котла. Автомат питания котла должен быть отключен, на токоведущие жилы наложена заземляющая закоротка. Вода из котла должна быть спущена.

7) Возможные неисправности в системе водогрейных котлов (табл. 1.3)



Таблица 1.3 Возможные неисправности в системе водогрейных котлов

№	Неисправности	Возможные причины
1	2	3
1.	Электрокотел не развивает номинальные мощности	Отложенные накипи, низко опущенные экраны. Большой расход воды.
2.	Электрокотел развивает мощность больше номинальной	Отсутствует проток воды через котел. Высокая температура на входе котла. Высоко поднятый экран.
3.	Перекос тока по фазам превышает допустимый.	Отпали крайние изолирующие пласты электродного пакета. Неправильно вставлены пластины регулирующего пакета. Нарушено водоснабжение.
4.	Котел не включается, положение ключа управления «местное».	Снято напряжение привода экранов. Отключен автомат управления в силовом шкафу. Аварийное повышение давления или температуры.

1.5 Система горячего водоснабжения

Данная система обеспечивает горячей водой корпус управления, щитовую ОРУ-220кВ, помещение маслохозяйства, помещение ЗМП и хоз. корпус.

К системе относятся:

а) два водогрейных котла типа КЭВ 400/0,4;

б) четыре водонагревательных бойлера со змеевиками типа СТД-3071;

в) бак накопитель, емкостью 0,8м3;

г) два циркуляционных насоса марки ВК4/24 и 2х -6Е. Один является рабочим, а второй резервным.

Характеристики циркуляционных насосов:

- тип ВК4/24 2х -6Е

- мощность электродвигателя 7,5кВт 3,0кВт

- число оборотов 2900 об/мин 2900 об/мин

- рабочее давление 30 м. вод. ст. 30 м. вод. ст.

- производительность 14,4м3/час 20м3/час.

Характеристики водонагревателя (бойлер) СДТ-3071:

- расчетное давление:

а) циркулируемой горячей воды - до 3 атм;

б) воды в корпусе - 4 атм;

- поверхность нагрева на №3,4 - 4,87м2 и на №1,2 - 6,5м2;

- рабочий объем 4,1м3;

- температура нагреваемого теплоносителя воды - 80°С.

На бойлерах смонтированы заборные устройства позволяющие отключать их как по греющему, так и по нагревающему теплоносителю, а также грузовые предохранительные клапаны. Для контроля за работой бойлеров имеются термометры и манометры.

Водогрейные котлы аналогичны котлам системы отопления. Котел оборудован грузовым предохранительным клапаном и 2-мя электроконтактными манометрами. Котлы имеют вентили для выпуска воздуха и промывки котлов.

Вода в бойлерах нагревается горячей водой, которая циркулируется насосами ВК4/24 и 2Х-6Е.

Вода-теплоноситель забирается с бака накопителя и подается в водяные котлы №4,5, нагревается и подается на змеевики бойлеров №1,2,3,4. Охлажденная вода сливается в бак-накопитель.

Подпитка системы производится вентилями 51, 52, 53 с хозяйственно- питьевого трубопровода и с дистилляторной химочищенной водой.

Нагретая вода с бойлеров поступает к потребителю через задвижку № 45. Подпитка бойлеров происходит с хозяйственно-питьевого водопровода через задвижки №8, 11, 14, 17 пониженная регулятором «после себя» №3 до 3 атм.

Для отключения системы от потребителей необходимо:

а) отключить котлы КЭВ-400/04;

б) отключить конденсатные насосы;

в) закрыть запорную арматуру на подводящем и отводящем водопроводе.

Для подключения системы перечисленные операции выполнить в обратном порядке.

1.6 Принцип работы и предназначение электродных котлов

Электродные паровые и водогрейные котлы работают по принципу прямого преобразования электрической энергии в тепловую энергию теплоносителя и применяются для теплоснабжения предприятий, отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений [1]. Преимущества электроэнергии - мобильность, широкие возможности автоматизации процесса нагрева воды или получения пара, простота конструктивного исполнения электроотопительных приборов, возможность точного поддержания температурного режима в отапливаемых помещениях и экономия в связи с этим первичных энергетических ресурсов. Электрическая схема включения паровых и водогрейных котлов имеет автоматический выключатель (АВ) для защиты от перегрузок и коротких замыканий; контактор (К) для коммутации цепи подключения электродного котла; трансформаторы тока (ТТ), а также амперметры и вольтметр, предназначенные для контроля токов нагрузки и контроля напряжения питания. Каждый котел имеет защиты, действующие на отключение его от электрической сети при однофазных или междуфазных коротких замыканиях без выдержки времени и перегрузке по току на 15 % от номинальной нагрузки. Защита котлов от превышения давления осуществляется двумя предохранительными клапанами.

Условные обозначения электродного котла: числитель - номинальная электрическая мощность, кВт; знаменатель - номинальное напряжение питающей сети, кВ (например, обозначение КЭВ-400/0,4 расшифровывается: котел электродный водогрейный регулируемый мощностью 400 кВт, номинальным напряжением питающей сети 0,4 кВ (380 В).

Электродные водогрейные котлы предназначены для выработки горячей воды. На рис. 1.1 приведена принципиальная схема электродного водогрейного регулируемого котла с плоскими электродами.

Рис. 1.1. Принципиальная схема электродного водогрейного котла:1 - водопровод;

2 - фильтр-отстойник; 3 - питательный насос; 4 - клапан обратный проходной; 5 - электромагнитный клапан; 6 - байпас; 7 - входной патрубок воды; 8 - цилиндрический корпус; 9 - заземление; 10 - дренажная линия; 11 - фазные электроды; 12 - проходные изоляторы; 13 - трехфазная _____электрическая сеть; 14 - защитные пластины; 15 - диэлектрические пластины (антиэлектроды); 16 - крестовина; 17 - выходной патрубок горячей воды; 18 - шток; 19 - штурвал; 20 - термореле; 21 - предохранительный клапан

Вода из водопровода проходит фильтр, где удаляются механические и грубодисперсные примеси, и питательным насосом подводится через входной патрубок внутрь цилиндрического корпуса. В днище корпуса всех водогрейных котлов через проходные изоляторы устанавливаются фазные электроды - плоские или кольцевые электроды, или цилиндрические стержни определенных размеров, длины и диаметра, к которым по токоведущим шпилькам подводится напряжение трехфазной электрической сети. Вода, заполняющая межэлектродные пространства, образует активные электрические сопротивления, включенные по схеме «треугольник».

Трехфазные электродные водогрейные котлы напряжением 0,4 кВ выполняются с пластинчатыми электродами и наиболее приемлемы для воды с низкой удельной электропроводностью. Электродные водогрейные котлы на напряжение 6…10 кВ изготовляются с цилиндрическими или кольцевыми электродами и применяются при высоком удельном сопротивлении воды. Регулирование мощности электродных котлов осуществляется изменением протекающего через воду электрического тока. Мощность электродных водогрейных котлов рассчитана на определенное удельное сопротивление воды при 20 °С. При нагреве воды с удельным сопротивлением, отличающимся от расчетного (при 20 °С), фактическая мощность электродного котла будет определяться, Вт:

Nфакт=Nсрасч/сфакт,

где Nфакт, Nном - фактическая и номинальная мощности котла, Вт; срасч, сфакт - расчетное и фактическое удельные сопротивления воды, Ом?м. В электродных котлах с плоскими электродами нагрев воды происходит при ее движении между плоскими электродными пластинами. Мощность котла регулируется штурвалом путем вертикального перемещения диэлектрических пластин (антиэлектродов), собранных в пакет и входящих в зазоры между плоскими электродными пластинами.



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Исходные данные

Выбор исходных данных производится согласно заданию, климатических параметров города, нормативных документов (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Исходные данные

Наименование	Значение
Местоположение	г. Нурек
Температура наиболее холодной пятидневки tн5, оС	-17
Расч. температура наружн. воздуха для отопления tно, оС	-14
Расч. температура наружн. воздуха для вентиляции tн, оС	-2
Средняя температура отопительного периода tноср, оС	+3,2
Расчетная температура воздуха внутри зданий tвр, оС	+18
Продолжительность отопительного периода nо, сут	112
Количество персонала n, чел.	650
Объем отапливаемых зданий, м3	40000
Норма расхода горячей воды на персонал а, л/сут	120
Температурный график водяной тепловой сети t1/t2, оС	80/70
Вид доступной энергии	Электроэнергия
Система теплоснабжения	Закрытая

2.2 Тепловые нагрузки объекта

Расчет тепловых нагрузок производится в следующей последовательности.

1. Общий объем зданий по наружному обмеру: V=40000 м3.

2. Расчетная внутренняя температура отапливаемых зданий составляет: tвр = +18 С - для административных зданий.

3. Расчетный расход тепла на отопление зданий:



4. Расход тепла на отопление при любой температуре наружного воздуха определяется по формуле:

где: tвр - температура внутреннего воздуха, С; tн - температура наружного воздуха, С; tн0 - самая холодная температура наружного воздуха за отопительный период, С.

5. При температуре наружного воздуха tн = 0С, получим:

6. При температуре наружного воздуха tн= tнв = -2С, получим:

7. При средней температуре наружного воздуха за отопительный период (при tн = tнср.о = +3,2С) получим:

8. При температуре наружного воздуха tн = +8С получим:



9. При температуре наружного воздуха tн = -17С, получим:

10. Расчетный расход тепла на вентиляцию:

,

где: qв - удельный расход тепла на вентиляцию, Вт/(м3·К), принимаем qв = 0,21- для административных зданий.

11. При любой температуре наружного воздуха расход тепла на вентиляцию определяется по формуле:

12. При средней температуре наружного воздуха за отопительный период (при tн = tнср.о = +3,2С) получим:



13. При температуре наружного воздуха = = 0С, получим:

14. При температуре наружного воздуха = = +8С, получим:

15. При температуре наружного воздуха ==-14С, получим:

16. При температуре наружного воздуха tн = -17С, получим:

17. Среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение, кВт:

где: m - число персонала, чел.; q - расход горячей воды на одного персонала в сутки, л/сут (q = 120 л/сут.); с - теплоемкость воды, кДж/кг (с = 4,19 кДж/кг); tг - температура воды горячего водоснабжения, С (tг = 60С); ti - температура холодной водопроводной воды в зимний tхз и летний tхл периоды, С (tхз = 5С, tхл = 15С);

- среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение зимой, составит:

- среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение летом:

18. Полученные результаты сведем в таблицу 2.2.

19. По полученным данным строим суммарный часовой график расхода тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение объекта:

; ; ; ;

20. На основании полученного суммарного часового графика расхода тепла строим годовой график по продолжительности тепловой нагрузки.

Таблица 2.2 Зависимость расхода тепла от температуры наружного воздуха

Расход теплоты	tнм= -17С	tно= -14С	tнв=-2С	tн= 0С	tср.о=+3,2С	tнк= +8С
, МВт	0,91	0,832	0,52	0,468	0,385	0,26
, МВт	0,294	0,269	0,168	0,151	0,124	0,084
, МВт	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21
, МВт	1,414	1,311	0,898	0,829	0,719	0,554
	1,094	1,000	0,625	0,563	0,463	0,313

Годовой расход теплоты

Для определения расхода теплоты и его распределения по сезонам (зима, лето), режимов работы оборудования и графиков его ремонта необходимо знать годовой расход топлива.

1. Годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию рассчитывается по формуле:

,

где: - средний суммарный расход теплоты на отопление за отопительный период; - средний суммарный расход теплоты на вентиляцию за отопительный период, МВт; - продолжительность отопительного периода.

2. Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение:



где: - средний суммарный расход теплоты на горячее водоснабжение, Вт; - длительность работы системы горячего водоснабжения и продолжительность отопительного периода, ч (обычно ч); - коэффициент снижения часового расхода горячей воды на горячее водоснабжение в летний период; - соответственно температуры горячей воды и холодной водопроводной воды зимой и летом, С.

3. Годовой расход теплоты на тепловые нагрузки отопления, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологическую нагрузку предприятий по формуле:

,

где: - годовой расход теплоты на отопление, МВт; - годовой расход теплоты на вентиляцию, МВт; - годовой расход теплоты на горячее водоснабжение, МВт; - годовой расход теплоты на технологические нужды, МВт.

МВтч/год.



2.3 Выбор источника теплоснабжения

В качестве источника теплоснабжения выберем установку с паровыми котлами.

1. Установившаяся тепловая мощность котельной установки, определится из формулы:

где: - суммарная расчетная тепловая нагрузка объекта, МВт, МВт; к - КПД котельной (к=0,98); ТС - КПД тепловых сетей котельной (ТС =0,96);

МВт.

2. Число электродных водогрейных котлов n, шт:

,

где: Qед - теплопроизводительность (мощность) одного котла, МВт;

Выбираем электродный водогрейный котел КЭВ 400/0,4 со следующими параметрами:

- номинальная мощность - 400 кВт;

- рабочее давление - 4 кгс/см2;

- температура рабочей среды:

-на входе - 70°С;



=3,75 шт.

Принимаем 4 электродных водогрейных котлов КЭВ 400/0,4.

3. Годовой расход электроэнергии определим по формуле:

Где: и - годовые расходы теплоты на отоплении и вентиляции, горячее водоснабжение, МВтч/год.

2.4 Расчёт режимов регулирования отпуска теплоты

Расчёт температурных графиков в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети и в отопительной системе зданий при центральном качественном регулировании по разнородной нагрузке = производится по формулам:

,

,

,

где: Дt/ - расчетная средняя разность температур отопительного прибора, С; дф/ - расчетный перепад температур сетевой воды в отопительной установке, С; И/ - расчетный перепад температур в отопительных приборах, С;

1. Расчетная средняя разность температур отопительного прибора:



С.

4. Расчетный перепад температур сетевой воды в отопительной установке:

С.

3.Расчетный перепад температур в отопительных приборах:

С.

4. Задаваясь различными значениями из табл. 2.2 и различными значениями tн, получаем соответственно значения :

а) при = = -17С:

;

;

б) при = -14С:

;

;

;



б) при = -2С:

;

;

в) при = 0 С:

;

;

г) при = +3,2 С:

;

;

;

д) при = +8,0 С:

;

;

.

5. Полученные результаты сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 Зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха

Наименование параметров	tн5= -17С	tно= -14С	tнв=-2С	tн= 0С	tср.о=+3,2С	tнк= +8С
1	2	3	4	5	6	7
1	2	3	4	5	6	7
Qo, МВт	0,91	0,832	0,52	0,468	0,385	0,26
	1,094	1,000	0,625	0,563	0,463	0,313
ф01, С	84,5	80,0	60,2	56,8	51,1	42,0
ф02, С	73,5	70,0	54,0	51,2	46,5	39,0
ф03, С	84,5	80,0	60,2	56,8	51,1	42,0

6. По данным таблицы 2.3 строим температурные графики сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Из-за наличия горячего водоснабжения температура воды в подающей линии не может быть меньше 60°С. Поэтому температурный график имеет вид ломаной линии. Точка излома температурного графика (,) соответствует определенному значению температуры наружного воздуха или , и в соответствии с этим график температур и расхода сетевой воды разбивается на две зоны: , C и , C.

2.5 Расчёт расход теплоносителя

1. Расчётная тепловая нагрузка подогревателя (бойлера) горячего водоснабжения:

,

где: zmax - максимальный коэффициент суточной неравномерности (zmax=2,2). электрический водогрейный котел теплоснабжение

а) зимой:

б) летом:

2. Расчётный расход сетевой воды на отопление определим при C по формуле:

,

где: - расход тепла на отопление, кВт; , - расчётные температуры сетевой воды, C; - теплоёмкость воды, кДж/кг.

1. Расчётный расход сетевой воды на вентиляцию при расчетной температуре наружного воздуха на вентиляцию , по формуле:

,

где: , - температуры сетевой воды в подающей и обратной линиях отопления, C;

2. Расход водопроводной воды на горячее водоснабжение определим по формуле, кг/с:

,

где: и - равны температурам горячей и холодной воды соответственно (принимается по условию); - расчётная зимняя нагрузка подогревателя горячего водоснабжения.

кг/с.

3. Расчётный расход сетевой воды, подаваемой от источника на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение определим по следующей формуле , кг/с:

,



3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исходные данные

Оценка качества принятого в работе технического решения должна производиться на основе анализа ее технико-экономических показателей, в число которых суммарные и удельные капиталовложения, ежегодные издержки производства, себестоимость продукции.

Задачей работы является расчет и выбор оборудования котельной для теплоснабжения ГЭС, поэтому для оценки эффективности принимаемого технического решения необходимо произвести технико-экономический расчет и сопоставить результаты расчетов между собой.

Данные для расчета приведены на табл. 3.1.

Таблица 3.1 Данные для расчета технико-экономических показателей

Наименование	Обозна-чение	Значе-ние
1. Расчетная мощность отопления, МВт	Qов	0,823
2. Расчетная мощность вентиляции, МВт	Qов	0,168
3. Расчетная мощность ГВС, МВт	Qгв	0,21
4. Расч. температура наружного воздуха на отопление, С	tно	-14
5. Температура воздуха внутри помещения, °С	tвн	+18
6. Продолжительность отопительного периода, сут.	n0	112
7. Средняя температура отопительного периода, °С	tоср	3,2

3.2 Расчёт технических показателей

1. Годовой отпуск теплоты на отопление:

=243,60,381112= 3683 ГДж/год=879 Гкал/год,

где - продолжительность отопительного периода;- средний расход теплоты на отопление и вентиляцию за отопительный период:

=0,823(18-3,2)/(18+14)=0,381 МВт,

где - максимальная часовая отопительная нагрузка на отопление = 0,823 МВт; - расчетная температура воздуха внутри зданий, ; - средняя за отопительный период температура наружного воздуха, , в соответствии со СниП; - расчетная температура наружного воздуха для отопления, в соответствии со СНиП.

2. Годовой отпуск теплоты на вентиляцию:

=243,60,124112= 1203 ГДж/год=287 Гкал/год,

где - продолжительность отопительного периода;- средний расход теплоты на отопление и вентиляцию за отопительный период:

=0,168(18-3,2)/(18+2)=0,124 МВт,

где - максимальная часовая отопительная нагрузка на отопление = 0,069 МВт; - расчетная температура воздуха внутри зданий, ; - средняя за отопительный период температура наружного воздуха, , в соответствии со СниП; - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, в соответствии со СНиП .

3. Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение:

=243,60,105112+243,60,085(350-112)=1016+1748=2764

ГДж/год=660 Гкал/год,

где - средний расход теплоты на горячее водоснабжение за отопительный период:

=0,21/2=0,105 МВт,

где - максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение на ГВС =0,21 МВт, - средний расход теплоты на горячее водоснабжение за летний период.

Средний расход теплоты на горячее водоснабжение за летний период,

, кВт,

где - температура холодной воды в летний период; - температура холодной воды в отопительный период; - коэффициент, учитывающий снижение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному периоду; 350 - число суток в году работы системы горячего водоснабжения.

=0,21((60-15)/(60-5))0,5= 0,085 МВт.

4. Годовой расход теплоты на собственные нужды:

Qснгод=kсн=0,05(879+287+660)=91 Гкал/год.

5. Годовой отпуск тепла от котельной:



=879+287+660+91=1917 Гкал/год.

4. Годовая выработка теплоты котельной:

=1917 100/98= 1956 Гкал/год=8196 ГДж/год.

7. Число часов использования установленной мощности котельной в году:

=1956/1,29=1516 ч/год,

где установившаяся тепловая мощность котельной установки, определится из формулы:

где: - суммарная расчетная тепловая нагрузка объекта, МВт; - КПД котельной (); - КПД тепловых сетей котельной ().

1,414 МВт =1,216 Гкал/ч;

Гкал/ч=1,5 МВт.

5. Годовой расход электроэнергии на выработку тепловой энергии:



=1500151610,75=1705500 ,

где - число часов работы котельной в году;- коэффициент использования установленной электрической мощности, принимается равным 0,75; - установленная мощность котельной, кВт.

6. Годовой расход электроэнергии на собственные нужды котельной:

=27770010,75=155925 ,

где - число часов работы котельной в году, для котельной с горячим водоснабжением =7700 часов;- коэффициент использования установленной электрической мощности, принимается равным 0,75; - установленная мощность токоприёмников,

, кВт,

где - удельный расход электрической мощности на собственные нужды котельной, принимается 18 кВт/МВт; - установленная мощность котельной:

=181,5=27 кВт.

15. Удельный расход электрической энергии на собственные нужды котельной:

=155925/1917=81,3 кВт•ч/Гкал.

16. Годовой расход воды котельной:

=241124,82+24(350-112)1,2=

=12956+6854=19810 т/год.

где - расход сырой воды на химводоочистку (5% от общего расхода) для зимнего и летнего режимов, согласно тепловой схеме: =4,82 т/ч, =1,2 т/ч.

17. Удельный расход сырой воды на 1 Гкал отпущенного тепла:

=19810/1917=10,33 т/Гкал.

3.3 Расчет экономических показателей

Эксплуатационные затраты котельной определяются по формуле:

Икот = Иэ + ИВ + ИЭсн + ИАМ + ИТР + ИЗП + ИПР,

где ИЭ - годовые затраты на электроэнергию для выработки тепловой энергии, сомони; ИВ - годовые затраты на использованную воду, сомони; ИЭ - годовые затраты на электроэнергию на собственные нужды, сомони; ИАМ - годовые амортизационные отчисления, сомони; ИТР - расходы на текущий ремонт оборудования, сомони; ИЗП - годовые затрата на заработанную плату, сомони; ИПР - прочие расходы, сомони.

1. Энергетическая составляющая затрат:

=17055000,022=37,5 тыс. сомони/год,



где Эгод - годовой расход электроэнергии, кВтч/год; - цена электроэнергии, сомони/кВтч

2. Годовые затраты на использованную воду:

= 198101=19810 сомони/год=19,81 тыс. сомони/год,

где Gгод - годовой расход воды, м3/год; Цв - цена 1 м3 воды, сомони/м3.

3. Годовые затраты на электроэнергию на собственные нужды:

Иэсн=Эгод снЦэ=1559250,022=3,43 тыс. сомони/год,

где Эгод - годовой расход электроэнергии на собственные нужды, кВт?ч /год; - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии

4. Капитальные затраты на сооружение котельной:

=300,44=48 тыс. сомони,

где - удельные капитальные вложения для ввода одного котлоагрегата, тыс. сомони/МВт; - номинальная мощность котлоагрегата, МВт; n - количество котлоагрегатов, шт.

5. Стоимость общестроительных работ и оборудования с монтажом:

Кстр = Ккот ? бстр=48 0,3=14,4 тыс. сомони

Коб = Ккот ? боб=48 0,7=33,6 тыс. сомони

где бстр - доля стоимости общестроительных работ, бстр = 0,3; боб - доля стоимости оборудования с монтажом, боб = 0,7.

6. Численность персонала: Ч=4.

7. Годовые затраты на заработную плату:

=440001,4=22,4 тыс. сомони,

где - численность эксплуатационного персонала, чел;- среднегодовая заработная плата с начислениями, руб/чел/год; 1,4 - коэффициент отчислений, 40%.

8. Годовые амортизационные отчисления:

=0,3548=16,8 тыс. сомони,

где- капитальные затраты на сооружение котельной.

9. Затраты на текущий ремонт:

Итр = 0,2 ? ИАМ = 0,216,8=3,36 тыс. сомони.

9. Прочие годовые затраты принимаются в среднем 30% затрат на амортизацию, текущий ремонт, заработную плату:

= 0,3(16,8+3,36+22,4)=12,77 тыс. сомони,

10. Годовые эксплуатационные расходы котельной:

=

=37,5+3,43+19,81+16,8+3,36+22,4+12,77=116 тыс. сомони.

11. Себестоимость отпускаемой теплоты



=116000/1917=60,5 сомони/ Гкал.

12. Энергетическая составляющая себестоимости:

= 37500/1917=19,56 сомони/ Гкал

13. Годовой экономический эффект:

Э = (Sтар _ Sq) ? Qотпгод=(70-60,5)1917=18211 сомони=18,211 тыс. сомони

где Sтар - тариф на продаваемую теплоэнергию.

14. Срок окупаемости капитальных вложений:

Ток = Икот / Э=116/18,211 =6,4 года,

где Э - годовой экономический эффект

15. Данные заносим в табл. 3.2

Таблица 3.2 Технико - экономические показатели котельной

№	Наименование	Ед. измерения	Обозначение	Значение
1	2	3	4	5
1	Месторасположение котельной	-	-	г. Нурек
2	Энергия	-	-	Электрический
3	Марка и количество установленных котлов	-	-	КЭВ_400/0,4, 4 шт.
4	Годовой отпуск тепла	Гкал/год	Qотпгод	1917
		ГДж/год		8032
5	Годовая выработка тепла	Гкал/год	Qвыргод	1956
		ГДж/год		8196
6	Число часов использования установленной мощности	час/год	hуст	1516
7	Уд. расход электроэнергии на 1 Гкал отпущенной теплоты:	тыс. кВтч/Гкал	-	0,89
8	Годовой расход электроэнергии на отпуск тепловой энергии	тыс. кВтч/год	Эгод	1705,5
9	Установленная мощность токоприёмников	кВт	Руст	27
10	Годовой расход электроэнергии на собственные нужды	тыс. кВт•ч/год	Эснгод	155,925
11	Годовой расход сырой воды	т/год	Gсвгод	19810
12	Удельный расход сырой воды на 1 Гкал отпущенной теплоты	т/Гкал	gсв	10,33
13	Численность персонала	чел	Ч	4
1	2	3	4	5
14	Затраты на электроэнергию	тыс. сомони/год	ИЭ	37,5
15	Затраты на электроэнергию на собственные нужды	тыс. сомони/год	ИЭсн	3,43
16	Затраты на воду	тыс. сомони/год	ИВ	19,81
17	Затраты на заработную плату	тыс. сомони/год	ИЗп	22,4
18	Амортизация оборудования	тыс. сомони/год	ИАм	16,8
19	Затраты на текущий ремонт	тыс. сомони/год	ИТР	3,36
20	Прочие затраты	тыс. сомони/год	ИПр	12,77
21	Капиталовложения	тыс. сомони/год	ККот	48
22	Годовые эксплуатационные расходы котельной	тыс. сомони/год	ИКот	116
23	Себестоимость отпускаемой теплоты, в т.ч. энергетическая составляющая	сомони /Гкал	Sотп	60,5
		сомони /Гкал	Sт	19,56
24	Годовой экономический эффект	тыс. сомони/год	Э	18,211
25	Срок окупаемости котельной	лет	Ток	6,4

По результатам расчетов было принято к установке в котельной 4 котла КЭВ-400/0,4 с номинальной мощностью каждой 400 кВт.

Приведенные расчеты показывают, что затраты на сооружение котельной окупятся за 6,4 лет за счет реализации вырабатываемой котельной теплоты. Себестоимость вырабатываемой теплоты по результатам расчетов составляет 60,5 сомони/Гкал.



4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов

В дипломном проекте рассматривается котельная, в которой установлены 4 электродных котла типа КЭВ-400/0,4, работающих в автоматическом режиме. За работой и обслуживанием котлов, насосным оборудованием, трубопроводами горячей воды смотрят операторы котельной.

На оператора котельной в процессе работы действуют опасные и вредные факторы. В помещении, где установлены котельные агрегаты и вспомогательное оборудование, вредными производственными факторами для оператора котельной установки, являются:

а) физические факторы:

- электрический ток;

- повышенная температура воздуха рабочей зоны;

- пониженная влажность воздуха (менее 40 %);

- повышенный уровень шума (резкие перепады давления в трубопроводе, работа предохранительных клапанов, насосы, движение воды - гидродинамические шумы);

- недостаточное освещение (естественное вследствие затененности оборудования, конструкций, искусственное плохая работа осветителей).

б) психофизиологические: напряженность трудового процесса (эмоциональные нагрузки, интеллектуальные нагрузки, монотонность нагрузок, сменность работы).

Среди этих факторов основным является возможность поражения электрическим током, так как электродные котлы работают под большими токами и напряжением 380 В.



4.2 Электробезопасность

Электробезопасность - это система организационных, технических мероприятий, а также средств защиты от поражений человека электрическим током, включают в себя выбор рациональных режимов работы персонала по обслуживанию электроустановок, ограничение мест и времени пребывания персонала в зоне воздействия электрического тока. Опасное и вредное воздействие на людей электрического тока проявляется в виде электротравм и профзаболеваний.

Основными потребителями электроэнергии в данной котельной являются сами электродные котлы и электродвигатели насосов. Действующими нормативными документами являются:

ГОСТ 12.1.019 - 79 "Электробезопасность. Общие требования".

ГОСТ 12.1.038 - 82"Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновений и токов".

Напряжение прикосновения и токи, протекающие через тело человека, не должны превышать значения, указанные в таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 Напряжение прикосновения и токи при нормальных режимах работы

Род тока	Напряжение	Сила тока
50 Гц переменный	Не более 2В	Не более 0,3 мА

Таблица 4.2 Напряжение прикосновения и токи при аварийных режимах работы электроустановок напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц.

Продолжительность воздействия, сек	Нормируемая величина
	Напряжение, В	Сила тока, мА
0,01-0,08	220	220
0,1	200	200
0,2	100	100
0,3	70	70
0,4	55	55
0,5	50	50
0,6	40	40
0,7	35	35
0,8	30	30
0,9	27	27

Для предотвращения поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, следует использовать защитное заземление.

В качестве индивидуальных средств защиты от электрического тока применяются экранирующие комплекты (костюмы, перчатки, обувь), коврики, подставки, контактные выводы и перемычки, проводники с зажимами и т.д. К коллективным методам защиты относятся плакаты, ограждения и знаки безопасности.

4.3 Расчет заземления

Исходными данными для расчета являются следующие параметры:

- напряжение электроустановки - 380В;

- мощность источника питания сети - свыше 100 кВА;

- сеть с заземленной нейтралью;

- форма вертикальных электродов - уголок с шириной полки b = 4 см;

- длина вертикального электрода I = 2 м;

- глубина размещения вертикальных электродов h = 0,7 м;

- отношение расстояний между заземлителями к их длине a/L = 2;

- размеры контура заземления L 1 = 24 м, L 2 =8 м;

- форма горизонтального электрода - полоса шириной b=12 мм;

- грунт, суглинок;

- характеристика климатической зоны: Средняя многолетняя высшая температура + 25 °С.

- ток замыкания на землю 1з=500 А.

- в соответствии с правилами для установок с напряжением до 1000В и мощностью источника питания сети свыше 100кВА допустимое сопротивление растеканию тока R= 4 Ом.

- тип заземляющего устройства - контурный (размер контура 248).

Рассчитаем параметры заземлителя.

1. Суммарная длина горизонтального электрода:

lг=2(24+8)=64м.

2. Bсходя из расстояние между вертикальными электродами (принимают не менее 2,5 - 3,0 м.), примем количество вертикальных электродов n =10 шт.

3. Расчетное значение удельного сопротивление грунта:

- для вертикального заземлителя:

= грКп =702 =140 [Омм];

- для горизонтального заземлителя:

= грКп =707 =490 [Омм];

4. Сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rв определяется по формуле:

где - удельное сопротивление грунта; - коэффициент сезонности, - длина заземлителя; - диаметр заземлителя; - расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя.

5. Рассчитываем число заземлителей без учета взаимных помех, оказываемых заземлителями друг на друга, так называемого явления взаимного “экранирования”:

? 10.

6. Рассчитываем число заземлителей с учетом коэффициента экранирования:

? 18

где - коэффициент экранирования.

Принимаем расстояние между заземлителями .

7. Определяем длину соединительной полосы

8. Рассчитываем полное значение сопротивления растеканию тока с соединительной полосы:

9. Рассчитываем полное значение сопротивления системы заземления



где =0.51 - коэффициент экранирования полосы. Поскольку выполняется условие Rз < расчет защитного заземления выполнено верно.



ВЫВОДЫ

1. Определена величина тепловой нагрузки объекта:

- суммарный расчетный часовой расход тепла на отопление зданий составил 832 кВт;

- суммарный расчетный часовой расход тепла на вентиляцию составил 168 кВт:

- среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение зимой составил 210 кВт.

2. Определены годовые расхода теплоты:

- годовой расход тепла на отопление и вентиляцию составил 1368,2 МВтч/год;

- годовой расход тепла на горячее водоснабжение составил 1349,6 МВтч/год.

3. Произведен выбор источника теплоснабжения - паровой котел КЭВ 400/0,4 со следующими параметрами:

- номинальная мощность - 400 кВт;

- рабочее давление - 4 кгс/см2;

- температура рабочей среды:

4. Составлена тепловая схема системы теплоснабжения и чертеж элементов схемы.

5. Рассмотрены мероприятия по безопасности и жизнедеятельности. Произведен расчет заземления.

...