Проектирование источника теплоснабжения микрорайона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обозначения и сокращения

ВНД - внутренняя норма доходности;

ГВС - горячее водоснабжение;

ГМГ - газомазутная горелка;

ДКВР - двухбарабанный котел водотрубный реконструированный;

ДСА - деаэратор атмосферный смешивающего типа;

ИД - индекс доходности;

КПД - коэффициент полезного действия;

НДВ - насос двухстороннего входа;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

РД - руководящие документы;

СНиП - санитарные нормы и правила;

ТДМ - тягодутьевые механизмы;

УЗО - устройство защитного отключения;

ФИП - фильтр ионный параллельноточный;

ХВО - химводоочистка;

ЦНС - центробежный насос секционный;

ЦНСГ - центробежный насос секционный горячей воды;

ЦТП - центральный тепловой пункт;

ЧДД - чистый дисконтированный доход;

ЭВП - электрический водоподогреватель;

Введение

В настоящее время в Кировском районе г. Уфы участок земли, ограниченный улицами Мингажева, Чернышевского, Айской и проспектом Салавата Юлаева, планом перспективного развития города определен под застройку нового микрорайона Йондоз, что приводит к увеличению потребления тепловой энергий. Ближайшим тепловым пунктом является ЦТП-347, который пристроен к паровой котельной №22 с тепловой мощностью 19 Гкал/ч.

В качестве оптимального решения предлагается выполнить реконструкцию ЦТП-347 - перевести в режим самостоятельной водогрейной котельной с подключенной тепловой нагрузкой микрорайона Йондоз и собственно абонентов ЦТП-347 - 104 МВт. Это позволит высвободить тепловую мощность на котельной №39 и обеспечить резервирование в размере 44 Гкал/ч (за счет перевода тепловой нагрузки ЦТП-347 на проектируемую котельную), и исключение потерь теплоты по магистральному теплопроводу от котельной №39 до ЦТП-347. Котельная №39 остается в качестве аварийного резервного источника тепловой энергии.

1. Виды, особенности конструкции и эксплуатации систем теплоснабжения

котельная теплоноситель сеть

Котел в общем смысле - устройство для нагревания теплоносителя, в большинстве случаев - воды. Котел - обязательная часть любой системы отопления, использующей теплоноситель. Простейший котел состоит из топки, в которой горит пламя, и рубашки, через которую пропускается теплоноситель. Более сложные котлы могут иметь несколько рубашек для нескольких контуров обогрева, температура в которых отличается, например для обогрева радиаторов температурой 90 °С и теплых полов температурой 50 °С, либо контур для горячего водоснабжения (ГВС).

Котлы работают на различных видах топлив. Наиболее удобным и дешевым видом топлива на сегодняшний момент является магистральный газ. Тем не менее, поскольку газ «магистральный», то существует возможность перебоев его поставки. Кроме того, в сильные морозы потребление газа возрастает, и давление в магистрали падает. Поскольку для работы котла необходимо определенное давление газа, длительное падение давления чревато размораживанием системы теплоносителя.

Наибольшее практическое применение для систем теплоснабжения получили электрические и газовые котлы.

1.1 Электрокотлы

Электрические котлы отопления состоят из стального корпуса, внутри которого находится резервуар с трубчатыми электронагревателями. Котлы электрические имеют встроенный пульт управления, предназначенный для переключения мощности и регулирования температуры нагрева теплоносителя. Регулятором температуры электрического котла служит капиллярный термостат, закрепленный в верхней части резервуара. Термовыключатель служит для дополнительной защиты от перегрева электрических котлов отопления.

Верхний напорный и нижний обратный патрубки предназначены для присоединения котлов в электрическую систему отопления. На лицевой стороне электрические котлы имеют ручку для регулирования температуры теплоносителя, светосигнальные индикаторы включения питания и нагрева, выключатели блоков нагревателей. На боковой части кожуха электрические котлы отопления содержат отверстия для ввода в пульт кабеля питания и кабеля подключения регулятора температуры воздуха в помещении.

В пульте управления на электрические котлы расположены контактная панель для подвода сетевого питания, клеммная колодка для подключения выносного регулятора температуры воздуха в помещении, силовое реле, коммутирующие блоки электронагревателей, капиллярный термостат, позволяющий устанавливать и поддерживать необходимую температуру теплоносителя в системе отопления.

В качестве наглядного примера можно рассмотреть электрический котел отопления ЭВП-3м (рисунок 1.1 и 1.2).

Рисунок 1.1 - Электрический котел отопления ЭВП-3м

Монтируются электрические котлы в систему отопления таким образом, чтобы к ним был обеспечен доступ для обслуживания и ремонта. С целью улучшения условий циркуляции воды в системе отопления котлы электрические установить так, чтобы нижний патрубок был ниже радиаторов отопительной системы.

1 - электрокотел; 2 - напорный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - радиаторы отопления; 5 - циркуляционный насос; 6 - запорная арматура.

Рисунок 1.2 - Схема подключения электрокотла к отопительным приборам

Котлы подключаются к электрической сети через устройство защитного отключения (УЗО) или входной автоматический выключатель, рассчитанный на силу тока в соответствии с мощностью котла отопления. Установку УЗО или автоматического выключателя следует произвести в том же помещении неподалеку от электрических котлов отопления.

Электрические котлы необходимо ежедневно проверять, обращая особое внимание на отсутствие течи воды в местах соединений и наличие достаточного уровня воды в системе отопления, проверяя визуально надежность присоединения заземляющего проводника. Уровень воды в расширительном баке электрической системы отопления необходимо поддерживать на нужном уровне, периодически пополняя водой.

В зимнее время, если потребуется прекратить отопление электрическими котлами на длительный срок, необходимо во избежание замерзания слить воду из отопительной системы. Слитую воду целесообразно использовать повторно, особенно при повышенной жесткости питьевой воды.

Перед сезоном отопления и через каждые два месяца эксплуатации необходимо произвести техническое обслуживание котла электрического:

- проверить состояние и крепление проводников и зажимов на электрическом котле;

- состояние электрооборудования котлов электрических;

- очистить электрические котлы от загрязнения.

Для удаления накипи следует проводить периодическую очистку отопительных блоков ТЭН электрических котлов, используя моющие средства. Обслуживать электрические котлы отопления должен специалист, имеющий квалификационную группу по электробезопасности не ниже третьей. При этом работы должны вестись при отключенном от электрической сети котле отопления.

1.2 Газовые котлы

Газовые котлы - это котлы, в которых в качестве энергии используется тепло, выделяющееся при сгорании природного или сжиженного газа (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Внутреннее устройство газового котла

Газовые котлы могут быть одноконтурные - обеспечивать лишь отопление или двухконтурные - использоваться для отопления и обеспечения горячего водоснабжения. Также газовые котлы делят в зависимости от способа удаления продуктов сгорания на следующие группы:

- газовые котлы с естественной тягой - удаление продуктов сгорания происходит за счёт естественной тяги; их, как правило, устанавливают в небольших домах или нежилых помещениях;

- газовые котлы с принудительной тягой - имеют закрытую камеру сгорания; они работают на принципе забора воздуха снаружи при помощи коаксиального дымохода.

По типу розжига газовые котлы бывают:

- с электронным розжигом - запускаются автоматически;

- с пьезорозжигом - включаются вручную, путём нажатия кнопки.

Газовые котлы с электророзжигом экономичнее, т.к. отсутствует запальник с постоянно горящим пламенем. Благодаря отсутствию постоянно горящего фитилька, использование газовых котлов с электророзжигом позволяет существенно снизить расход газа, что наиболее актуально при использовании сжиженного газа. Экономия сжиженного газа при этом может достигать 100 кг в год. Есть и еще один плюс газовых котлов с электророзжигом - при временном прекращении электропитания котел автоматически включится при возобновлении подачи электроэнергии, а модель с пьезорозжигом придется включать вручную.

По способу установки газовые котлы различают:

- напольные газовые котлы - обладают широким диапазоном мощностей и, как правило, стоят дороже;

- настенные газовые котлы - имеют меньшие габариты, что позволяет экономить пространство помещения, оснащены устройствами, которые обеспечивают безопасность при их эксплуатации;

По виду горелки, настенные газовые котлы могут быть разделены на два типа: с обычной и с модуляционной горелкой.

Модуляционная горелка обеспечивает наиболее экономичный режим работы, т.к. котел автоматически регулирует свою мощность в зависимости от потребности в тепле. Кроме того, модуляционная горелка обеспечивает и максимальный комфорт в режиме ГВС, позволяя поддерживать температуру горячей воды на постоянном, заданном уровне.

По материалу изготовления газовые котлы делят на следующие виды:

- чугунные газовые котлы;

- стальные газовые котлы.

Нельзя однозначно сказать, что какой-то материал имеет неоспоримые преимущества перед другим. Чугунный теплообменник имеет практически неограниченный срок службы, так как чугун обладает более высокой коррозионной стойкостью. Чугунный котел - это всегда секционная конструкция. В случае аварии можно заменить только вышедшие из строя секции, а не весь котел. Еще одно преимущество чугунного газового котла - возможность низкотемпературной эксплуатации, что позволяет достигнуть более высокой степени комфорта и эффективности всей системы отопления. Недостаток - чугун не обладает такой эластичностью как сталь и не переносит большой разницы температур. Стальные газовые котлы тоже имеют свои преимущества. Например, стальной котел всегда легче чугунного. Уже по этой причине он дешевле. Такие котлы не очень боятся ударов при перевозке (погрузке/выгрузке).

Теперь рассмотрим преимущества и недостатки газовых котлов.

Преимущества газовых котлов:

- нет необходимости в том, чтобы следить за пламенем, газ подается непрерывно, а если вдруг по каким-либо причинам пламя погаснет, то датчик подает сигнал на систему электрического розжига, и подача искры вновь зажжет горелку автоматически. Это существенно облегчает эксплуатацию газовых котлов;

- коэффициент полезного действия газового котла очень высок, а стоимость топлива при этом низкая, котел отдает энергии больше, чем потребляет сам;

- с помощью газового котла можно отопить очень большие помещения и объекты.

Недостатки газовых котлов:

- для установки котельного оборудования, работающего на природном газе, мощностью более 100 кВт необходимо согласование этой установки со службой Газтехнадзора;

- при решении использовать газовый котел необходимо предусмотреть дымоход для отвода отработанных газов, обустройство и монтаж газовой котельной необходимо производить в отдельном помещении;

- при понижении давления газа в системе, а также при износе горелки газовые котлы могут начать коптить, так же может понизиться коэффициент полезного действия газового котла;

- пламя в атмосферной горелке газового котла является открытым. Это может послужить для некоторых людей сдерживающим фактором в вопросе безопасности газового отопления;

- необходима установка автоматики, контролирующей утечки газа.

1.3 Химическая водоподготовка

Химическая водоподготовка - процесс, необходимый для гарантированной работы котлов, теплообменников, труб и оборудования различного типа. Химические режимы, которые установлены на основе современных химреагентов, являются неотъемлемой частью нормальной работы всего предприятия, в котором химическая водоподготовка занимает важное место в обеспечении эффективной и экологичной работы комплекса производственной техники или оборудования.

Очистка воды и очистка от накипи может производиться как грубыми, так и более точными способами. К грубым и не всегда эффективным методам относят физическую очистку от накипи. В случае если требуется кардинальное очищение, используются химические реагенты.

Химическая водоподготовка с помощью химических реагентов просто необходима для того, чтобы обеспечить долгую и энергоэффективную деятельность современной компании. Основная задача системы, в которой происходит умягчение воды, заключается в защите от накипи, коррозии и образования различных (минеральных и органических) отложений на внутренней поверхности техники, теплообменников и трубопроводов.

Очистку оборудования от накипи (водогрейных и паровых котлов, бытовой техники), а также тот или иной химрежим чаще всего осуществляют с помощью реагнетов. Это самый известный и проверенный метод из всех существующих, который используется практически повсюду, где в рабочий процесс умягчения воды включён пар, а значит, возможно накипеобразование и коррозия металлического оборудования. Данные системы позволяют проводить удаление накипи, очистку от различных примесей, или предотвращать их вредоносное влияние на оборудование. Существующие системы химической водоподготовки позволяют устранить образование отложений солей жёсткости, накипи, окалин, избежать коррозии при эксплуатации, в том числе при временной остановке.

Установка оборудования для химической водоподготовки на производстве позволяет неустанно контролировать параметры воды в разнообразных системах (к примеру, в теплоэнергетических или котловых). Существуют реагенты, которые уменьшают воздействие, которое производит жесткая вода на оборудование и трубопроводы. Стандартизированный умягчитель воды для котла, который производит умягчение воды, как правило, состоит из дозирующего насоса, бака с химическим содержимым (реагентом), а также датчика по расходу воды с импульсным выходом и обвязки. Установка техники такого типа требует значительных затрат, но при этом может увеличивать срок профпригодности до ремонта или чистки, обеспечивать стабильное КПД оборудования и гарантировать нужное качество воды в ГВС.

Использование химической водоподготовки - важный этап для обеспечения энергоэффективности действия силовых агрегатов. Умягчитель воды такого рода позволяет достичь высокого уровня КПД используемой техники. Существующие технологии удаления накипи в котле и трубах предусматривают применение химвеществ, специально предназначенных для самых разных систем, где удаление накипи является ключевой составляющей успешного функционирования.

Реагенты выбираются в зависимости от необходимости в той или иной очистке от накипи труб. Иногда требуется комплексная очистка от накипи, включающая несколько этапов.

2. Описание существующей котельной №22 и ЦТП-347

2.1 Основное оборудование котельной

Котельная №22 расположена по ул. Тукаева 29 корпус 1 в г. Уфа и предназначена для выработки тепловой энергии для целей теплоснабжения жилых и административных зданий Кировского района, а также выработки пара на технологические нужды потребителей.

Для выработки тепловой энергии в котельной установлены два паровых котла ДКВР-10/13 и один паровой котел ДКВР-10/13, работающий в водогрейном режиме.

В помещении котельной расположен ЦТП-347.

Температурный график работы тепловых сетей от ЦТП:

- зимний период - 130/70 єС;

- летний период - 70/30 єС.

Основное топливо - природный газ.

Резервное топливо - не предусмотрено

Характеристики паровых и водогрейных котлов приведены соответственно в таблице 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Характеристика паровых котлов

Марка котла	Год изготовления	Год ввода в эксплуатацию	Номинальная производительность, т/ч	Абсолютное давление пара, кгс/см2
ДКВР-10/13	1970	1972	10	14,0
ДКВР-10/13	1967	1969	10	14,0

Таблица 2.2 - Характеристика водогрейного котла

Марка котла	Год изготовления	Год ввода в эксплуатацию	Номинальная производительность, Гкал/ч	Расчетное давление, кгс/см2
ДКВР-10/13	1971	1976	6,6	6,0

Для циркуляции воды, на котельной установлены сетевые, подпиточные и питательные насосы. Характеристика установленного насосного оборудования приведена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Насосное оборудование

Назначение	Марка	Год изготовления	Год ввода в эксплуатацию	Номинальная производительность, м3/ч	Напор, м.вод.ст.	Частота вращения, об/мин
1	2	3	4	5	6	7
Питательный	ЦНС-38/176	2013	2014	38	176	2950
Питательный	ЦНСГ-38/176	1972	1972	38	176	2950
Питательный	ЦНСГ-105/98	1972	1972	105	98	2950
Подпиточный	WILO NL-65/250-22-2-12	2014	2014	25	40	2920
Подпиточный	WILO NL-65/250-22-2-12	2014	2014	25	40	2920
Сетевой	6НДВ	1970	1970	325	50	1500
Сетевой	6НДВ	1997	1997	325	50	1500
Насосы ХВО
Солевой	Х-50-32-120Д	1990	1990	12,5	20	2900
Солевой	Х-50-32-120Д	1990	1990	12,5	20	2900
Солевой	Х-100-80-160Д	1990	1990	100	32	1500
Солевой взрыхляющий	Х-50-32-120Д	1998	1998	12,5	20	2900

2.2 Водоподготовка

Для систем водоподготовки используются фильтры натрий-катионирования. Водоподготовка осуществляется для умягчения воды, для предотвращения накипеобразования на греющих поверхностях котлов и теплообменников. В котельной используются три фильтра ФИПа-1-06 и один ФИПа-2-06. Фильтры используются поочередно: часть находится в работе, другая - регенерируется в солевых баках. Характеристики фильтров приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Характеристика фильтров ХВО

Назначение	Марка	Год ввода в эксплуатацию	Номинальная производительность, м3/ч	Температура рабочей среды, єС	Площадь фильтрации, м2	Условный диаметр, м
Умягчение	ФИПа-1-0,6	1994	62,8	20	3,14	2,0
Умягчение	ФИПа-1-0,6	1994	62,8	20	3,14	2,0
Умягчение	ФИПа-1-0,6	1994	26,6	20	1,77	1,5
Умягчение	ФИПа-2-0,6	1994	26,6	20	1,77	1,5

Для деаэрации воды на котельной установлены два деаэратора разной мощности, характеристики предоставлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Деаэраторы

Назначение	Марка	Год изготовления	Год ввода в эксплуатацию	Номинальная производительность, м3/ч	Рабочее давление, (избыт./вакуум), кгс/см2
подпиточный	ДСА-10	1994	1994	12	0,2
питание ПК	ДСА-25	1971	1971	25	0,2

2.3 Топливо

Основным видом топлива для паровых и водогрейных котлов является природный газ, резервное не предусмотрено.Газораспределительная станция для учета расхода газа оборудована счетчиками ИРВИС-4Р и СПГ-761 и находятся за пределами котельной.

2.4 Удаление дымовых газов из котельной

Уходящие газы из котельной удаляются при помощи тягодутьевых механизмов (ТДМ). Характеристики ТДМ представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Характеристики ТДМ

Назначение	Марка	Год изготовлен	Год ввода в эксплуат	Номинальная производител, м3/ч	Напор, мм вод.ст.	Частота вращения, об/мин	Мощность электродвигателя, кВт
Дымосос	Д-12	1976	1976	26900	137	750	30
Дымосос	Д-12	1976	1976	26900	137	750	30
Дымосос	Д-12	1976	1976	26900	137	750	40
Вентилятор	ЦВ-50	1978	1978	14000	154	1000	13
Вентилятор	ЦВ-50	1978	1978	14000	154	1000	13
Вентилятор	ЦВ-50	1978	1978	14000	154	1000	13

Для отвода дымовых газов установлен дымовая труба с характеристикой, которая приведена в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Дымовая труба

Год ввода в эксплуатацию	Тип трубы	Строительная высота, м	Абсолютная отметка, м	Диаметр устья, м	Диаметр основания, м
1961	кирпичная	27,5	27,5	1,7	3,2

3. Климатические условия

В соответствии со СНиП 23-01-99 район строительства относится к III климатической зоне, I «В» климатическому подрайону. Климат участка - континентальный.

Ветровой район - II. Нормативное значение ветрового давления - 30 кг/м². Господствующее направление ветра - южное и юго-западное.

Снеговой район - IV, расчетная снеговая нагрузка - 240 кг/м².

Средняя температура самого жаркого месяца +19,4 єС [8].

Средняя температура самого холодного месяца -13,8 єС [8].

Средняя температура отопительного периода -9,5 єС [8].

Расчетная температура воздуха в холодное время года составляет -33 єС.

Продолжительность отопительного периода 209 сут.

Барометрическое давление = 1005 гПа.

Район строительства находится в зоне с достаточным увлажнением. Средняя годовая относительная влажность воздуха составляет 76 %.

Общие сведения о климатических условиях и состоянии воздушного бассейна в городе Уфа приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Климатические характеристики

Наименование показателя	Единица измерения	Величина показателя
1	2	3
1. Климатические характеристики
Тип климата		Умеренный континентальный
Температурный режим: средние Температуры воздуха по месяцам: Январь	єС	-13,8
Февраль	єС	-12,1
Март	єС	-5,4
Апрель	єС	5,2
Май	єС	13,2
Июнь	єС	17,9
Июль	єС	19,5
Август	єС	16,6
Сентябрь	єС	11,2
Октябрь	єС	3,7
Ноябрь	єС	-4,8
Декабрь	єС	-11,0
Средняя максимальная температура воздуха самого жаркого месяца	єС	+25,5
Продолжительность периода с положительными температурами воздуха	дни	155
Осадки: среднее количество осадков за год	мм	563
-распределение осадков в течение года:
Ноябрь-март	мм	205
Апрель-октябрь	мм	358
Ветровой режим: повторяемость направлений ветра С	%	14
СВ	%	6
В	%	2
ЮВ	%	6
Ю	%	24
ЮЗ	%	25
З	%	9
СЗ	%	14
Штиль	%	21
-максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь	м/с	4,0
-средняя скорость ветра за отопительный период	м/с	3,1
Туманы:
-продолжительность за год и по сезонам гадо	час	54,8
1. Аэроклиматические характеристики
Приземные (приподнятые) температурные инверсии: - повторяемость	%	30-45 (26)
- высота нижней границы инверсионного слоя	км	0 (0,01-0,5)
- мощность инверсионного слоя	км	0.3-0,6 (0,3-0,6)
- совпадение инверсионных явлений и штилей	%	8-18
- преимущественный сезон наблюдений приземных и приподнятых температурных инверсий		Зима
1. Комплексные характеристики
Синоптические ситуации, обусловливающие формирование повышенных уровней загрязнения атмосферы:		Сибирский антициклон, тыл циклона
Застойные ситуации: слабые ветры в сочетании с температурной инверсией	%	8-18
-повторяемость ситуации - скорость 0-1 м/с и приземная инверсия с нижней границей 0,01-0,05 км	%	1-2

4. Расчет нагрузок по подключенным зданиям

Для расчета существующих тепловых нагрузок были использованы нормативные документы [2], [4], [5], [6], [7].

4.1 Обоснование удельных норм расхода тепловой энергии на горячее водоснабжение жилой и общественно-деловой застройки

Значения среднего нормируемого теплового потока на горячее водоснабжение определены по формуле:

(4.1)

где - 4190 Дж/(кгК), теплоемкость воды;

= 243600=86400 с - круглосуточная подача;

1,2 - коэффициент, который учитывает выстывание горячей воды в абонентских системах ГВС;

- нормативный суточный расход горячей воды на одного потребителя;

- температура холодной воды для подготовки ГВС, в течение отопительного периода принимается 5 єС;

Q_пот - потери тепловой энергии во внутридомовых коммуникациях здания.

Расчет показан для нормативного потребления воды на ГВС 85 л/сут на 1-го жильца [7]:



Аналогично выполнены расчеты для оценки теплового потока на ГВС общественно - деловой застройки. При этом использованы рекомендации укрупненной оценки нормативного потребления горячей воды в размере 25 л/сут на одного человека дополнительно к его основному потреблению:

Для оценки максимальной тепловой нагрузки на ГВС был определен максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий с учетом неравномерности водопотребления:

(4.2)

4.2 Обоснование удельных норм расхода тепловой энергии на отопление жилой и общественно-деловой застройки

В соответствии с требованиями [3]нормы удельного расхода тепловой энергии на отопление жилых зданий принята в зависимости от этажности запроектированного жилого дома (таблица 4.1). Исходные данные характеристики климатических условий города Уфы приняты по [4].

Таблица 4.1 - Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление жилых домов

Этажность жилого здания	Дж/(м2ч)	ккал/(м2ч)	Вт/м2
1 - 2	649,5	155	180
3 - 4	372,0	89	103
5 и более	314	75	87

Нормативная потребность в тепловой энергии на отопление общественно-деловой застройки в рамках проектов развития города определена в соответствии с рекомендациями источника [7].

Максимальный тепловой поток на отопление общественных зданий составляет величину:

(4.3)

- нормируемый расход тепловой энергии на отопление жилых зданий проекта, ккал/(м²ч);

А - площадь жилой застройки, м²;

k₁ - доля площади общественно-деловой застройки.

Анализ существующего положения района показал, что площадь отапливаемых общественно-деловых строений по отношению к жилой застройке города составляет около 30%. Таким образом, для оценки теплового потока на отопление общественно-деловой застройки принят коэффициент k₁=0,3.

Расчет теплового потока на отопление жилого здания, которая находится по адресу Матросова ул. 1:

4.3 Обоснование удельных норм расхода тепловой энергии на вентиляцию жилой и общественно-деловой застройки

Максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий составляет величину:

 (4.4)

- коэффициент, учитывающий долю теплового потока на вентиляцию общественно-деловой застройки, рекомендуется принимать для зданий постройки до 1985 г. равным 0,4.

Расчет теплового потока на вентиляцию жилого здания, которое находится по адресу Заки Валиди ул. 40:

Информация по зданиям приведена в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Параметры зданий

Адрес	Количество зданий	Объем, м3	Отапливаемая площадь, м2	Количество этажей	Количество проживающих, чел.
1	2	3	4	5	6
Зайнуллы Расулева ул.	4	30850	10675	2-9	259
Заки Валиди ул.	21	133093	46053	2-14	1508
Коммунистическая ул.	6	2786	964	2-3
Ленина ул.	8	47467	16424	3-5	331
Мотросова ул.	1	10914	3777	3	15
Новомостовая ул.	10	83686	28957	2-14	326
Октябрьской Революции ул.	16	140861	48741	2-9	1990
Пушкина ул.	22	180507	62459	1-12	2339
Салавата ул.	3	20221	6997	5-10
Салавата Юлаева пр-т	2	10615	3673	14
Советская ул.	4	29105	10071	4-5	37
Тукаева ул.	11	44650	15450	1-4	303
Цюрупы ул.	12	172458	59674	3-11	2031

Результаты расчетов удельных норм расхода тепловой энергии на отопление, вентиляцию и ГВС жилой и общественно-деловой застройки сведены в приложение А.

5. Подбор котельных агрегатов

5.1 Выбор котлов для подключенной нагрузки существующей системы теплоснабжения

Выбираю 4 водогрейных водотрубных котлов Eurotherm 11/150 (рисунок 5.1):

Рисунок 5.1 - Котел Eurotherm 11/150

Котлы выполнены в газоплотном исполнении, имеют горизонтальную компоновку. Выбор материалов для изготовления деталей обоснован расчетом на прочность элементов котла, работающих под давлением, выполненным по нормам расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды РД 10-249-98, согласованным с Госгортехнадзором России.

Основные преимущества:

- 12 типоразмеров в 3 модификациях -95 єС, 115 єС, 150 єС;

- тоннельное и L-образное газоплотное исполнение;

- эффективная работа в сетях с открытым водоразбором;

- сертифицированы по системам ГОСТ Р;

- КПД до 95 %;

- срок службы не менее 25 лет;

- гарантия 2 года;

- котлы данной серии максимально адаптированы для применения в российских тепловых сетях;

- широкий модельный ряд позволяет предложить удобный заказчику подбор оборудования;

- полная заводская готовность к установке и монтажу;

- рабочее избыточное давление до 13 бар. Поверхности нагрева выполнены из гладкостенных труб для снижения возможности их загрязнении. Температурный график теплоносителя 95-70 °С, 115-70 °С, 150-70 °С;

- низкий уровень NOx в отходящих газах;

- экономия электроэнергии за счет отсутствия дымососа;

- отсутствие застойных зон теплоносителя за счет поперечного расположения экранов трубных пучков;

- способны работать под нагрузкой менее 20 %;

- успешно работают на газе, легком жидком топливе, нефти или мазуте;

- высокая ремонтопригодность.

Водогрейные котлы газоплотные, имеют большой объем топки, что вызывает низкую теплонапряженность и приводит к полному сгоранию топлива. Циркуляция воды в водогрейных газомазутных котлах принудительная. Характеристика приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Техническая характеристика

Модель котла	Eurotherm 11/150
Номинальная мощность	кВт	11630
	кКал	10000
Габариты котла, мм	длина	8930
	ширина	3000
	высота	3530
Масса, кг	14500
КПД, %	93
Объем воды, л	220
Артикул котла	00-010-11150

Котлы следует размещать в котельной вместе со вспомогательным оборудованием. Конструкция котла адаптирована для применения импортных горелок. Расчетный срок службы котла не менее 25 лет. Отличительной особенностью водогрейных котлов разной теплопроизводительности состоит в схеме движения газов. Водогрейные котлы большой производительности имеют топочный блок и два боковых экрана с вертикальными трубами и охлаждаемым фронтом котлов.

5.2 Выбор котлов для теплоснабжения микрорайона Йондоз

Рисунок 5.2 - Котел Unitherm 20/150

Водогрейные жаротрубные трехходовые котлы серии Unitherm предназначены для получения горячей воды с рабочим давление 0,6 и 1,0 Мпа и допустимой температурой до 115 єС и 150 єС соответственно, используемой в системах отопления и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей (рисунок 5.2).

Преимущества котлоагрегата:

- 20 типоразмеров;

- трехходовая конструкция по движению газов для снижения уровня NOx в отходящих газах;

- простота в обслуживании;

- оптимальное распределение тепловых напряжений;

- сертифицирован по системе ГОСТ Р;

- работает на природном газе, легком жидком топливе, мазуте;

- рабочее избыточное давление до 10 бар;

- диапазон регулирования, % 30-100;

- работает в диапазоне температур как до 115 єС и 150 єС, температура отходящих газов 180 єС;

- срок службы не менее 25 лет;

- гарантия 2 года.

Технические характеристики котла приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Технические характеристики.

Модель	Мощность, кВт	Габариты котла, мм	Масса, кг	КПД, %	Объем воды, л
		длина	ширина	высота
Unitherm 20000	20000	8905	3800	4100	42300	94	43200

6. Подбор горелочных устройств

Горелки газовые квазикинетические блочные серии КП предназначены для сжигания природного газа: в энергетических установках - паровых и водогрейных котлах, теплогенераторах, в технологических агрегатах - промышленных печах, сушилах и т.п.

Отличительной особенностью этих горелок является наличие многоструйного газового смесителя в системе параллельных воздушных каналов, что обеспечивает высокую равномерность концентрационного поля топливной смеси, интенсивное выгорание топлива близкое по характеру протекания процесса к кинетическому горению.

Расчет тепловой мощности горелки:

(6.1)

где - номинальная мощность тепловой установки, кВт;

- КПД тепловой установки.

Выбираю 4 горелки марки КП-12500 и 3 горелки марки КП-25000 с мощностями от 2000 до 12500 кВт и от 4000 до 25000 кВт.

Преимущества горелок:

· снижение расходов газа на 5-10 %, в печах до 25 %;

· двигатель вентилятора с аналоговым управлением;

· экологическая чистота;

· малый коэффициент избытка воздуха во всем диапазоне регулирования;

· малое энергопотребление;

· устойчивость процесса горения;

· высокая равномерность температурного поля в топочном пространстве;

· высокий коэффициент регулирования (до 10);

· цифровая технология управления.

Охрана окружающей среды:

· низкий уровень шума;

· новая технология сжигания газообразного топлива, позволяющая снизить в 3 раза уровень выбросов NOx.

Управление:

· минимум действий для настройки всех функций системы управления;

· автоматическое регулирование качества сжигания с помощью ультрафиолетового датчика.

Комплектность горелки:

Горелка газовая, устройство розжига, газовая запорная арматура со встроенным фильтром и стабилизатором давления DUNGs (Германия), регулятор расхода газа с приводом SIEMENS (Германия), вентилятор с изменяемой частотой вращения (или регулятор расхода воздуха с приводом), датчики давления DUNGS (Германия) и температуры, программируемый электронный блок управления: ВЕГА (Украина), VISION (США), SIEMENS (Германия).

Квазикинетическое горение объединяет лучшие свойства как кинетического горения, так и диффузионного. Горелки серии КП могут применяться для сжигания коксо-доменного газа, шахтных газов дегазации, попутных газов нефтепереработки.

Опыт эксплуатации горелки серии КП показывает, что при замене горелки типа ГМГ достигается экономия газа 5-7 %, а при замене подовых горелок - 10-15 %, срок окупаемости не превышает срока отопительного сезона.

7. Гидравлический расчет тепловых сетей

7.1 Гидравлический расчет существующих тепловых сетей

Расчет выполнен в соответствии с [3].

К гидравлическому режиму работы тепловых сетей предъявляют следующие требования:

- Давление воды в обратных трубопроводах не должно превышать допустимого рабочего давления в присоединенных системах потребителей теплоты и в то же время должно быть высоты здания на 5 м вод.ст. для обеспечения их заполнения.

- Давление воды во всасывающих патрубках сетевых, подпиточных, подмешивающих и повысительных насосов не должно превышать допустимого по условиям прочности конструкции насосов и быть не ниже 0,05 МПа или величины допустимого кавитационного запаса.

- Статическое давление в системе теплоснабжения не должно превышать допустимого давления в оборудовании источника теплоты, в тепловых сетях и системах теплопотребления, и обеспечивать заполнение их водой.

Потеря давления на участке трубопровода, ДН, м, определяют по формуле:

, (7.1)

где -потери давления на трение, м,

- потери давления на местные сопротивления, м,

Потеря напора на трение по длине трубопровода, м, определяют по уравнению Дарси-Вейсбаха;

, (7.2)

где л - коэффициент гидравлического сопротивления трения (величина безразмерная);

l - длина участка трубопровода по плану, м;

d - внутренний диаметр трубы, м;

щ - скорость теплоносителя, м/сек;

g - ускорение свободно падающего тела, м/секІ;

Потери напора в местных сопротивлениях определяют по формуле:

, (7.3)

где ж - значение коэффициентов для каждого вида местных сопротивлений.

Коэффициент гидравлического сопротивления трения л зависит от характера стенки трубы и режима движения жидкости.

При < Re < - зона смешанного трения или гидравлически шероховатых труб, трения стальных труб от числа Re и относительной шероховатости описывается уравнением, предложенным А.Д. Альтшулем:

(7.4)

где - коэффициент эквивалентной шероховатости, м, = 0,2 мм по [6]:

Приведем расчет для наиболее неблагоприятного участка магистрали:

Расход сетевой воды G=7,73 кг/с;

Длина участка l=165 м;

Стандартный диаметр d=200 мм;

Коэффициенты местных сопротивлений:

(десять поворота);

Скорость теплоносителя, м/сек:

Число Рейнольдса:

Коэффициент гидравлического сопротивления трения л:

Потери напора на трение по длине трубопровода, м:

Потери напора на местные сопротивления:

Потери давления на участке, м, трубопровода определяют по формуле:

Аналогично проводятся расчеты для других участков главной магистрали и ответвлений. Результаты гидравлического расчета тепловых сетей представлены в приложении Б.

7.2 Гидравлический расчет проектируемой теплосети до мкр. Йондоз

Расход сетевой воды для мкр. Йондоз:

Приведем расчет для одного участка магистрали от ЦТП-347 до мкр. Йондоз:

Длина участка l=1600м;

Скорость теплоносителя в трубопроводе примем =1,5 м/с;

Для компенсации тепловых удлинений трубопроводов установлены каждые 100 м горизонтальный п-образные компенсаторы.

Коэффициент местных сопротивлений:

(14 п-образных компенсаторов).

Диаметр трубопровода:

Округляем до ближайшего по стандарту: d = 426 мм.

Уточняем скорость теплоносителя, м/сек:

Число Рейнольдса:

Коэффициент гидравлического сопротивления трения л:

Потери напора на трение по длине трубопровода, м:

Потери напора на местные сопротивления:

Потери давления на участке, м, трубопровода определяют по формуле:



Аналогично проводятся расчеты для других участков магистрали и ответвлений. Результаты гидравлического расчета тепловых сетей представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Гидравлический расчет теплосети от ЦТП-347 до мкр. Йондоз

Наименованиеучастка	Расход сетевой воды,кг/с	Длина участка, м	Диаметр трубопровода, мм	Скорость теплоносителя,м/с	Число Re	Коэф. местных сопротивлений, ?	Коэф. гидрав. сопротивления, л	Потери напора на трение, ,м	Потери на местные, ,м	Сумма потери
ЦТП-347, ул. Новомостовая, 3а	ЦТП-Йондоз	218,8	1600	426	1,54	649018	34,2	0,017	7,72	4,13	11,85

Пьезометрический график проектируемой теплосети представлен на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Пьезометрический график

7.3 Подбор сетевого насоса

Величина требуемого напора составит:

Н=20+11,85+11,85+5+12=60,7 м.

Данным характеристикам соответствует насос СЭ 2500-60-11-1 (2 шт.) с подачей Q=2500 м³/час и напором H=60 м. Частота вращения - 1500 об/мин (сек-1), второй резерв.

Максимальная потребляемая мощность - 630 кВт.

Допускаемый кавитационный запас - 3,50 м.

Проверка всасывающей способности насоса

Кавитация начинается тогда, когда на входе в рабочее колесо давление становится меньше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Тогда условие бескавитационной работы может быть записано как:

(7.5)

Расчетный кавитационный запас находим по формуле:

(7.6)

Тогда

Условие выполняется.

7.4 Подбор подпиточного насоса

Требуемый напор подпиточных насосов определяется по статическому напору в тепловых сетях и по потерям напора в подпиточной линии составляет 20 м.

Расход воды на подпитку при потерях 2 % в тепловых сетях:

По напору и подаче подбираем насос WILO NL-65/250-22-2-12 (2 шт.) с напором 40 м и частотой вращения 2920 об/мин, второй резервный.

Номинальная производительность 25 м³/ч.

8. Расчет дымовой трубы

Вид топлива - природный газ.

CH₄ = 94 %;

CO = 0,2 %;

C₂H₆ = 1,2 %;

C₃H₈ = 0,7 %;

C₄H₁₀ = 0,4 %;

C₅H₁₂ = 0,2 %;

N₂ = 3,3 %.

Процесс горения

(8.1)

(8.2)

избыток воздуха;

(8.3)

(8.4)

(8.5)

(8.6)

(8.7)

Скорость газов на выходе из трубы при искусственной тяге принимаем ;

Перепад полных давлений по газовому тракту рассчитывается при уравновешенной тяге по формуле:

(8.8)

- статическое давление, т.е. разность между абсолютным давлением p на данном уровне z и абсолютным атмосферным давлением p₀ на том же уровне;

динамическое давление. (8.9)

Для воздуха:

(8.10)

Для газов:

Перепад полных давлений:



Определяем плотность газов и находим потери давления при истечении газов из трубы:

(8.11)

(8.12)

Потери на трение в трубе, при значении коэффициента трения в кирпичных и железобетонных трубах л=0,03:

Действительный расход газов:

Действительный расход газов со всех котлов.

Eurotherm 11/150:

(8.13)

Расход газов с 4 котлов:

Unitherm 20/150:

Расход газов с 3 котлов:

Общее количество газов:

Планируется поставить две дымовые трубы, отдельно для котлов Unitherm, и отдельно для котлов Eurotherm.

Диаметр устья первой дымовой трубы, м, определяется по формуле:

(8.14)

Диаметр устья второй трубы:

(8.15)

Плотность газов:

(8.16)

(8.17)

Высота трубы, обеспечивающая необходимую тягу, определяется по формуле:

(8.18)

Высота трубы составит:

Самотяга трубы равна:

(8.19)

Полезная тяга, развиваемая дымовой трубой:

(8.20)

9. Выбор вентилятора и дымососа

Вентилятор и дымосос должны надежно обеспечивать подачу необходимого для горения топлива воздуха в топку и удаление продуктов его сгорания из котла при всех режимах его работы, поддерживая заданное постоянное разрежение или давление в топке. При этом на привод вентилятора и дымососа должно расходоваться минимально возможное количество электроэнергии.

Основными параметрами, определяющими выбор вентилятора и дымососа, являются требуемая их подача и давление при номинальной нагрузке котла.

Необходимая подача вентилятора, м³/ч, определяется по формуле:

(9.1)

а подача дымососа, м³/ч, по формуле:

(9.2)

где - расчетный расход топлива, кг/ч или м³/ч;

- теоретический расход воздуха, м³/ч или м³/м³;

- объем продуктов сгорания топлива при б_т, м³/кг или м³/м³;

- коэффициент избытка воздуха в топке, увеличение б_в за счет присосов в газоходах, увеличение б_вп за счет потерь воздуха в воздухоподогревателе, уменьшение б_пл за счет поступление воздуха в топку из системы пылеприготовления; и - температуры воздуха, поступающего в вентилятор, и газов, поступающих в дымосос, ⁰С;

- коэффициент запаса по подаче, принимаемый 1,05;

- доля рециркулирующего воздуха при подаче части горячего воздуха из воздухоподогревателя в вентилятор.

Для котла Eurotherm 11/150:

Для котла Unitherm 20/150:

Необходимое полное давление дымососа - перепад полных давлений во входном и выходном их патрубках, Па, определяется по формуле:

(9.3)

где - перепад полных давлений по воздушному или газовому тракту котла, Па;

- коэффициент запаса по давлению, принимаем 1,1.

Мощность на валу дымососа, кВт, определяется по формуле:

(9.4)

где - КПД дымососа, для современных машин

Q - подача дымососа, м/с.

Для котла Eurotherm 11/150:

Для котла Unitherm 20/150:

Перепад полных давлений для воздушного тракта:

Необходимое полное давление вентилятора - перепад полных давлений во входн...