Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

    (2.9)

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение, определяют по формуле

       (2.10)

где Gv - часовой расход горячей воды, м3/ч; rв - плотность воды, принимается равным 983 кг/м3; Св - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг×оС); tг - расчетная температура горячей воды, равная 55 оС; tх - расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 5 оС, а летний период 15 оС.

(q=250л/ч- расход на 1 душевую)

Для животноводческих помещений максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (tг = 40...60 оС) для санитарно-технических нужд (подмывание вымени, мытье молочной посуды, доильных аппаратов, молокопроводов, шлангов и другого оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле

   (2.11)

где b - коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течение суток, принимают b = 2,5; ni - число животных данного вида в помещении; gi - среднесуточный расход воды на одно животное, кг, принимают для коров 15 кг, телят и молодняка 2 кг, свиноматок 3 кг, свиней на откорме 0,5 кг.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется по следующим формулам:

для жилых и общественных зданий

      (2.12)

для производственных зданий

      (2.13)

Жилые дома:

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, расходуемой на горячее водоснабжение

Животноводческое помещение:

В летний период.

Жилые дома и общественные здания:

Для производственных зданий:

2.1.3 Расход теплоты на технологические нужды

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских и автогаражей, подсчитывают по формуле

         (2.14)

где y - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6...0,7; G - расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h - энтальпия теплоносителя, кДж/кг; hвоз - энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять hвоз = 270...295 кДж/кг); p - коэффициент возврата обратной воды или конденсата, обычно принимаемый равным 0,7.

Расход пара D (G = D) для ремонтных мастерских можно принять равным 100...120 кг/ч.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды животноводческих помещений, определяют по укрупненным нормам расхода пара и горячей воды на тепловую обработку кормов

(2.15)

где b - коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают b = 4; Mi - количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе одного животного, кг; di - удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг; hi - энтальпия используемого пара или горячей воды, кДж/кг; ni - число животных данного вида в помещении.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пастеризацию молока

      (2.16)

где mм - масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч; См - теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/(кг×оС); t’’м - температура молока после пастеризации, принимают t’’м = 85 оС; t’м - температура молока до пастеризации, (у охлажденного t’м = 5 оС, после дойки t’м = 35 оС).

Гараж:

Поток теплоты, расходуемой на технологические нужды животноводческих помещений:

2.2 Построение годового графика тепловой нагрузки

Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур.

Средневзвешенная расчетная внутренняя температура определяется по выражению

      (2.17)

где Vi – объемы зданий по наружному обмеру, м3; ti –расчетные внутренние температуры этих зданий, оС.

мф=6937,39 Вт/мм mτ=16,7 ч/мм

Разделим график на 8 прямоугольников и 8 треугольников:

1) S=267*2=534 S=0,5*7*2=7

2) S=7*248=1736 S=0,5*7*19=66,5

3) S=17*228=3876 S=0,5*20*17=170

4) S=32*208=6656 S=0,5*20*32=320

5) S=55*188=10340 S=0,5*55*20=550

6) S=63*168=10584 S=0,5*63*20=630

7) S=67*147=9849 S=0,5*67*22=737

8) S=88*116=10208 S=0,5*88*31=1364

 (2.18)

где F - площадь годового графика тепловой нагрузки, мм2; mф и mt - масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

Проверка:

,

что примерно соответствует данным, полученным на основе годового графика тепловой нагрузки.

2.3 Подбор котлов

Отопительно-производственные котельные в зависимости от типа установленных в них котлов могут быть водогрейными, паровыми или комбинированными - с паровыми и водогрейными котлами.

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке для зимнего периода

        (2.19)

где Фуст - суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, Вт.

В котельной должно быть не менее двух и не более четырех (стальных) или шести (чугунных) котлов, причем котлы однотипные по теплоносителю должны иметь одинаковую площадь поверхности нагрева. Устанавливать резервные котлы не допускается.

Если для покрытия нагрузок требуется горячая вода, и пар, то в зависимости от принятых параметров теплоносителей котельную оборудуют либо одними паровыми котлами, работающими как на паровые, так и на водяные сети (через водоподогреватели), либо водогрейными и паровыми котлами. В котельных последнего типа летом работают только паровые котлы, покрывающие нагрузку горячего водоснабжения и паровую технологическую нагрузку.

Число котлов в котельной

    (2.20)

где Фк - тепловая мощность одного котла, Вт.

Для более рационального использования котлов значение Фк должно быть равно или кратно летней тепловой нагрузке котельной Фр.л. Допускается работа котлов с перегрузкой или недогрузкой, не превышающей 25 % средней нагрузки.

Котёл «Универсал-5»

Площадь поверхности, м2 33,1

Число секций 30

Тепловая мощность, кВт 463

 - установим 5 котлов.

Отопительный период работает с недогрузкой:

В общем случае недогрузка не превышает допустимого значения 25%

2.4 Составление и расчет тепловой схемы котельной

2.4.1 Расчет расхода теплоносителя в прямой и обратной магистрали сети теплоснабжения

При централизованном теплоснабжении для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и, если возможно, для технологических целей в качестве теплоносителя должна использоваться вода [19].

Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха принимается равной 150 оС, в обратном трубопроводе она составляет 70 оС. И только в тех случаях, когда расчетная тепловая нагрузка Фр £ 5,8 МВт, допускается применение в подающей магистрали воды с температурой 95...110 оС в соответствии с расчетной температурой в местных системах отопления.

Расход воды, м3/ч, в подающей магистрали тепловой сети может быть найден по выражению

 (2.21)

где Фр.в - расчетная тепловая нагрузка, покрываемая теплоносителем водой, Вт; tп и tо - расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды, оС; rо - плотность обратной воды (при tо = 70 оС rо = 977,8 кг/м3).

Расчетная тепловая нагрузка

  (2.22)

где Фс.н - тепловая мощность, потребляемая котельной на собственные нужды (подогрев и деаэрация воды, отопление вспомогательных помещений и др.)

Фс.н = (0,03...0,1)(SФот+ + SФв +SФг.в.+ SФт).

Расход в обратной магистрали Gо меньше Gп на величину потерь в тепловых сетях (1...3 % от Gп) и расхода воды на горячее водоснабжение и технологические нужды. Эти потери восполняются подпиткой тепловой сети Gпп, м3/ч, деаэрированной водой в количестве

         (2.23)

где Фг.в - расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения, Вт; Фт.н.в - часть расчетной тепловой нагрузки на технологические нужды, покрываемой теплоносителем - водой, Вт; tг и tх - расчетная температура горячей и холодной воды, оС; rпп - плотность подпиточной воды, можно принять равной rо, кг/м3.

Расход воды в обратной магистрали, м3/ч

  (2.24)

2.4.2 Составление тепловой схемы котельной

Тепловая схема иллюстрирует взаимосвязь между отдельными элементами оборудования котельной и отображает тепловые процессы, связанные с трансформацией теплоносителя и исходной воды.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной с отпуском теплоты в открытые тепловые сети показана на рисунке 2.2. Вода из обратной магистрали поступает во всасывающий коллектор сетевых насосов СН. Сюда же насосами ПН подается подпиточная вода в количестве Gпп.

Исходная вода для подпитки сети поступает из водопровода, проходит через подогреватель 1, фильтры химводоочистки 2, подогреватель химочищенной воды 3 и вакуумный деаэратор 4. В этом деаэраторе поддерживается вакуум 0,03 МПа за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси водоструйным эжектором 5. Часть воды Gпер после сетевых насосов перепускается в обвод котлов 6 и смешивается с водой, нагретой в котлах, регулируя температуру в подающей магистрали на уровне, соответствующем температурному графику сети.

Для поддержания температуры на входе в котел tвх на уровне, исключающем выпадение конденсата из дымовых газов на хвостовых поверхностях нагрева котла, часть нагретой воды в количестве Gрец рециркуляционным насосом РН возвращается в напорный коллектор сетевых насосов.

Теплота этой воды используется также для нагрева добавочной воды в подогревателях 3 и 1.

При расчете тепловой схемы водогрейной котельной определяются температуры воды на входе и выходе из котла и в линии рециркуляции, а также расходы воды через котел, в линии перепуска и в линии рециркуляции.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной с отпуском теплоты в открытые тепловые сети.

1 - подогреватель исходной воды; 2 - фильтры химводоочистки; 3 - подогреватель химочищенной воды; 4 - деаэратор; 5 - эжектор; 6 - котлы; 7 - бак аккумулятор. ЭН, ПН, РН и СН - насосы соответственно эжекторный, подпиточный, рециркуляционный и сетевой.

Порядок расчета тепловой схемы следующий [4].

1. Температуру воды перед сетевыми насосами tсм определяют из уравнения теплового баланса точки смешения A

      (2.25)

где Gо - расход воды в обратной магистрали, м3/ч; Ср - теплоемкость воды, принимаемая равной 4,19 кДж/(кг×оС); tпп - температура подпиточной воды, принимается равной температуре горячей воды, разбираемой потребителями непосредственно из сети, tпп = 60...70 оС; rпп - плотность подпиточной воды кг/м3,; rсм - плотность смешанной воды, принимают rсм = rо, кг/м3;

2. Расход воды на перепуск Gпер по линии обвода котла находят из уравнения теплового баланса при смешении потоков в точке Б

  (2.26)

где tвых - проектная температура воды за котлом (берется равным 95...115 оС); rвых и rп - плотность воды на выходе из котла и в подающей магистрали, кг/м3.

3. Расход воды в линии рециркуляции Gрец для предварительно принятого значения tрец = 30...60 оС, перед поступлением воды в напорный коллектор сетевых насосов определяют из выражения

    (2.27)

где rрец и rдоб - плотность воды рециркулируемой (для принятого значения tрец) и добавочной (при температуре tх), кг/м3; hп - КПД подогревателя (hп = 0,97...0,98); Gдоб - расход добавочной воды с учетом потерь в тепловой схеме самой котельной (Gдоб = 1,05Gпп), м3/ч; tг - температура воды, подаваемой в деаэратор, tг = 70 оС; tх - температура холодной воды, tх = 5 оС.

4.Температура воды на входе в котел tвх определяется из уравнения теплового баланса точки смешения В

=       (2.28)

где rвх - плотность воды на входе в котел, кг/м3.

Температура tвх должна быть не менее 65 оС, если топливо - газ, и 45..55 оС, если топливо - уголь или мазут. В случае невыполнения этого условия следует повторить расчет пп. 3 и 4, приняв другие значения tрец и соответствующее ему значение Gрец.

5. Расход воды через котлы Gк, м3/ч, с учетом необходимости подогрева добавочной воды

        (2.29)

где rвых - плотность воды при температуре tвых, кг/м3.

Полученное значение должно соответствовать значению Gк из выражения

      (2.30)

Если это условие не выполняется расчет необходимо повторить, приняв новое значение tрец и соответствующее ему значение Gрец п.3.

2.5 Компоновка котельной

Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной.

В зависимости от климатической зоны котельные строят закрытыми (при температуре tн < -30 оС), полуоткрытыми (tн = -20…-30 оС) и открытыми (tн > -20 оС). В закрытых котельных все оборудование размещают внутри здания; в полуоткрытых часть оборудования, не требующего постоянного наблюдения, выносят из здания; в открытых защищают только фронт котлов, насосы и щиты управления.

Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из унифицированных сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай расширения котельной. В котельных площадью более 200 м2 предусматриваются два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, открывающимися наружу. Одна из дверей по размерам должна обеспечивать возможность переноса оборудования котельной (хотя бы в разобранном виде). При размещении оборудования необходимо соблюдать следующие требования.

Расстояние от фронта котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, при механизированных топках не менее 2 м. Для котлов, работающих на газе или мазуте, минимальное расстояние от стены до горелочных устройств 1 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м, а между котлами с боковой обдувкой газоходов - 1,5 м. Чугунные котлы с целью сокращения длины котельной устанавливают попарно в общей обмуровке. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.

2.6 Технико-экономические показатели работы котельной

Работа котельной оценивается ее технико-экономическими показателями.

Часовой расход топлива, кг/ч

        (2.31)

где Фр - расчетная тепловая нагрузка котельной, Вт; q - удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м3),; hк.а - КПД котельного агрегата. Если в котельной установлены паровые и водогрейные котлы, то под hк.а понимают его среднезвешенное значение для котлоагрегатов обоего вида с учетом доли вырабатываемой им теплоты.

Часовой расход условного топлива, кг/ч

         (2.32)

Годовой расход топлива (т или тыс.м3)

    (2.33)

где Qгод - годовой расход теплоты, ГДж/год.

Годовой расход условного топлива (т или тыс.м3)

      (2.34)

Удельный расход топлива (т/ГДж или тыс.м3/ГДж)

    (2.35)

Удельный расход условного топлива (т/ГДж или тыс.м3/ГДж)

  (2.36)

Коэффициент использования установленной мощности котельной

    (2.37)

где Фуст - суммарная тепловая мощность котлов, установленных в котельной, МВт; 8760 - число часов в году.

3. Гидравлический и тепловой расчет сети теплоснабжения

3.1 Общие сведения о тепловых сетях

Тепловыми сетями называют систему трубопроводов, поставляющих тепловую энергию потребителям. В зависимости от вида транспортируемого теплоносителя тепловые сети разделяют на водяные и паровые. Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытой системе вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытой - часть воды из тепловой сети разбирается потребителями на горячее водоснабжение.

По числу параллельно идущих теплопроводов различают одно-, двух-, и многотрубные теплофикационные сети.

Более прогрессивна открытая двухтрубная система теплоснабжения с непосредственным разбором воды на нужды горячего водоснабжения из тепловых сетей. Затраты на строительство таких систем по сравнению с многотрубными снижаются на 40...50 %.

3.2 Гидравлический расчет тепловых сетей

Цель гидравлического расчета - определить диаметры теплопроводов, потери напора в них, подобрать сетевые насосы и другое оборудование, предназначенное для транспортировки теплоносителя.

Потери давления в тепловой сети вызваны трением воды или пара о стенки трубопроводов и местными сопротивлениями (котел, арматура, компенсаторы, фасонные части труб и др.)

Для участка теплопровода постоянного диаметра потери давления, Па, определяют по выражению

        (3.1)

где l - длина прямого участка трубопровода, м; lэ - условная дополнительная длина прямых труб, эквивалентная по потери давления местным сопротивлениям рассматриваемого участка, м; Dр - потери давления на 1 м трубы (для магистральных тепловых сетей принимают Dр = 60...80 Па/м, для ответвлений от главной магистрали Dр = 200...300 Па/м).

Значение lэ находят по формуле

   (3.2)

где Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; d - внутренний диаметр трубы, м; l - коэффициент трения.

По данным профессора С.Ф.Копьева, коэффициент трения и диаметр стальных водопроводов связывает зависимость

(3.3)

Для паропроводов коэффициент l уменьшают на 10...20 %.

Диаметр трубопровода определяют по формуле

(3.4)

где Gп - расход теплоносителя, т/ч, с учетом плотности теплоносителя – воды); r - средняя плотность теплоносителя, кг/м3.

(взяты 2 – задвижки нормальные и 2 – отвода гнутых R=2d)

3.3 Тепловой расчет сетей

Цель теплового расчета сетей - определить толщину тепловой изоляции и падение температуры теплоносителя на данном участке трассы.

Толщину теплоизоляционного слоя определяют по нормам удельных потерь теплоты или на основе технико-экономических расчетов. При этом толщина тепловой изоляции трубопровода данного диаметра условного прохода не должна превышать предельного значения.

Удельные потери теплоты, Вт/м, 1 м трубопровода данного диаметра определяют по формуле

     (3.5)

где t1 - расчетная температура теплоносителя, оС: для водяных сетей - средняя за год температура воды, для паровых сетей и сетей горячего водоснабжения - максимальная температура теплоносителя; t2- температура окружающей среды, оС: для надземной прокладки - среднегодовая температура наружного воздуха, для подземной (в непроходных каналах и бесканальной)- среднегодовая температура на глубине заложения оси трубопровода (принимают равной +5 оС); R - общее тепловой сопротивление, м2× оС /Вт.

Пренебрегая сопротивлением тепловосприятию от теплоносителя к стенке трубопровода и сопротивлением теплопроводности самой стенки, общее тепловое сопротивление при надземной прокладке сети определяют по формуле

(3.6)

Сопротивление теплопроводности слоя тепловой изоляции

    (3.7)

где dн.и и dв.и - наружный и внутренний диаметры изоляции, м; lи - теплопроводность материала изоляции, Вт/(м2× оС).

Тепловое сопротивление наружной поверхности изоляции

         (3.8)

Коэффициент теплоотдачи поверхности изоляции, Вт/(м2× оС), определяют по эмпирической формуле

         (3.9)

где tн.и - температура наружной поверхности изоляции, оС; u - скорость воздуха у поверхности изоляции, м/с.

для подающей трубы:

Полученные удельные потери теплоты удовлетворяют допустимым нормам.

Литература

1.Драганов Б.Х. Курсовое проектирование по теплотехнике и применению теплоты в сельском хозяйстве.—М.: Агропромиздат,1991.

2.Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве.—М.: Колос,1995.

3.Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве.—М.: Агропромиздат,1986.

4.Лекомцев П.Л., Артамонава Л.П. Теплотехника. Методическое пособие к курсовой работе.—Ижевск.: ИжГСХА,1997.

Страницы: 1, 2, 3