2. Тепловой расчет коммунальной котельной

2.1 Исходные данные

Задание: определить схему коммунальных источников и произвести расчет тепловых потерь

Котел ДКВР-2 в коммунальной котельной.

Рисунок 1. Типовая схема коммунальной котельной.

Максимальная тепловая нагрузка на нужды теплофикации населенного пункта (отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию) составляет 2 Гкал/ч (2326 МДж).

Среднюю теплоемкость продуктов сгорания в температурном диапазоне от 10 до 200^оС принять равной 0.405 ккал/(м³ град).

Потери вследствие неполноты сгорания топлива принять 2%.

Таблица 1. Расчетные данные

№	Тепловая нагрузка Q, Гкал/ч	КПД, %	Марка угля	Влажность, %	Температура воздуха на входе Т1	Температура воздуха на выходе Т2
5	3,0	82%	Куз3	17%	20	190

Таблица 2. Характеристика твердого топлива

Место­рождение

Наиме­нование

Марка

Состав

Выход летучих веществ

Теплота сгорания (Qн)

С

Н

N

О

S

Vл,%

ккал/кг

МДж/кг

Кузнецкий

Каменные угли

Ж

ЖР (Куз3)

85,5

5,6

2,4

5,8

0,7

36,0

8222

34,4

2.2 Теоретическая часть

Виды энергоресурсов:

1. Первичные энергоресурсы: ископаемое топливо, гидравлическая, ветровая, солнечная, геотермальная энергия; ядерная и термоядерная энергия; энергия гравитации;

2. Вторичные энергоресурсы: сбросное тепло; биотопливо; энергия, получаемая при утилизации отходов и пр

Структура производства, распределения и потребления энергоресурсов:

• Добыча, переработка и транспорт первичных энергоресурсов;

• Производство тепловой и электрической энергии;

• Системы транспорта, распределения и управления режимами производства и потребления энергетических потоков;

• Потребители.

Источники тепловой и электрической энергии:

1. Тепловые электростанции (ТЭС), газотурбинные (ГТЭС) и дизельные (ДЭС);

2. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);

3. Комбинированные ЭС;

4. Котельные.

Показатели эффективности электростанций:

1. КПД

2. Маневренность

3. Надежность

4. Экологичность

5. Уд.стоимость ЭЭ и ТЭ

6. Уд.капиталоемкость.

Основные компоненты теплоэлектростанций:

1. Системы топливоприготовления, топливоподачи;

2. Системы воздухоподачи и водоподготовки;

3. Топка, теплообменные поверхности;

4. Турбогенераторы;

5. Системы газоудаления, шлакоудаления;

6. Насосы.

3. Расчет коммунальной котельной

   1. Расчет расхода топлива

Определим расход топлива на обеспечение заданной нагрузки при полезной нагрузке на выходе котла, равной 2 Гкал/ч получим:

Расход топлива на обеспечение работы котла равен:

Здесь q^н – низшая теплота сгорания топлива = 8222 ккал/кг.

2.3.2 Расчет расхода кислорода на обеспечение сгорания топлива

Расход кислорода на сжигание 1 кг топлива, определяется по формуле:

Содержание кислорода в воздухе равно 23% (массовых). Расход воздуха определяется по формуле:

Плотность воздуха ρ=1,293 кг/м³.Таким образом, объем воздуха на сжигание 1 кг топлива, м3/кг:

З десь - содержание углерода, %

- содержание серы %;

- содержание водорода, %.

Состав антрацита марки ЖР следующий:

Углерод = 85.5% Сера = 0.7% Кислород = 5.8%

Азот = 2.4 % Водород = 5.6 % Влажность = 17%

Т аким образом, расход кислорода равен:

= 0,01{(2,67 *(85,5+0,375*0,7)%+8*5,6%-5,8} =2,6799 м3/кг

2,6799м³/кг

2.3.3. Расчет стехиометрического расхода воздуха на обеспечение сгорания топлива

Содержание кислорода в воздухе равно 23% (массовых). Отсюда массовый расход воздуха при сжигании в стехиометрических условиях определяется по формуле:

Плотность воздуха ρ=1,293 кг/м³. Таким образом, объем воздуха на сжигание 1кг топлива (антрацита ЖР), м³/кг:

= (2,67 *(85,5+0,375*0,7)%+8*5,6%-5,8)/30 = 8,933 м3/кг

З десь: - 85,5% - содержание углерода,

= 5,6% содержание водорода,

= 0,7% содержание серы,

=5,8 %-содержание кислорода.

Определим количество продуктов сгорания при сжигании 1 кг топлива:

Суммарный объем продуктов сгоранияв стехиометрических условиях определяется по формуле:

О бъем углекислого газа:

Объем диоксида серы:

О бъем паров воды с учетом содержания влаги в топливе:

О бъем влажных продуктов сгорания:

О бъем сухих продуктов сгорания:

2.3.4. Расчет расхода воздуха на обеспечение сгорания топлива с учетом нормативного избытка воздуха

О пределим продуктов сгорания при сжигании 1 кг топлива с учетом избытка воздуха Объем воздуха при коэффициенте избытка =1,25

Объем азота в продуктах сгорания с учетом избытка воздуха:

О бъем избыточного кислорода: Суммарный объем:

Т аким образом, при сжигании 333 кг/ч угля с коэффициентом избытка воздуха 1,25 суммарный объем продуктов сгорания составит:

2.3.5. Расчет объема продуктов сгорания при стехиометрических условиях и при заданном коэффициенте избытка воздуха с учетом влажности топлива и воздуха, подаваемого в топку

Теплоемкость продуктов полного сгорания в стехиометрическом объеме воздуха:

При сгорании углерода топлива в воздухе по уравнению:

На каждый объем СО₂ в продуктах сгорания приходится 79/21=3,76 объема N₂

При сгорании водорода топлива в воздухе по уравнению:

На каждый объем H₂О в продуктах сгорания приходится 79/42=1,88 объема N₂

Теплоемкость реальных продуктов сгорания отражена в табл. 2.2. согласно (Равич, гл. VI и VIII) можно принять приближенно:

С=0,405 ккал/(м^3*оС)

Итого потери тепловой энергии при температуре дымовых газов Т₂ = 190^оС и при начальной температуре воздуха на входе в котел Т₁ = 20^оС потери с дымовыми газами составят:

Q₂= C*V_Σ*(T₂-T₁) = 0,405 ккал/(м^3оС)*3310,02м³/ч *170^оС = 227895 ккал/ч Q₂= 0,228 Гкал/ч.

3.Гидравлический расчет тепловых сетей

3.1Исходные данные

Задание: 1. Определить расходы теплоносителя по участкам сетей, скорости теплоносителя, местные сопротивления. 2. Рассчитать потери напора и нормативные тепловые потери

Рисунок 1. Схема тепловых сетей

Таблица 1. Расчетные данные

№	Нагрузка на отопление и вентиляцию Q, Гкал/ч	Нагрузка на горячее водоснабжение Q, Гкал/ч	Диаметр условного прохода, м
1	2	0,3	0,3
2	3	0,25	0,3
3	4	0,2	0,3
4	2	0,2	0,3
5	2	0,2	0,3

Принять: Потери на утечки = 0,25 %/год Расход сетей на промывку = 2,5% от объема Год ввода сетей в эксплуатацию – 1995 Температура горячей воды Т_гор = 65 ^оС Давление на вводе Р₀₁ = 1 МПа Давление на обратном трубопроводе Р₀₂ = 0,4 МПа Температура на вводе Т₁ = 110 ^оС Температура на обратном трубопроводе Т₂ = 70 ^оС Теплоемкость воды с= 1000 ккал/(т* ^оС)

3.2 Теоретическая часть

Цель эксплуатации тепловых сетей – обеспечение надежного, бесперебойного, энергетически и экономически эффективного теплоснабжения с заданными параметрами теплоносителя по всем участкам сетей и на входах у потребителей.

Задачи эксплуатации сетей:

1. Обеспечение температурных и гидравлических режимов по всем участкам трубопроводов;

2. Своевременная диагностика и устранение потерь;

3. Обеспечение эффективности работы сетей.

Факторы, вызывающие потери в тепловых сетях:

1. Изношенность сетей. Трещины, свищи, разрывы;

2. Неисправность арматуры;

3. Сливы у потребителей;

4. Несанкционированное (промышленное) потребление;

5. Технологические потери.

Повышение надежности и эффективности работы тепловых сетей:

1. Оптимизация структуры и управление режимами;

2. Выбор оптимальной теплоизоляции;

3. Диагностика и устранение утечек;

4. Снижение увлажнения теплоизоляции;

5. Изоляция арматуры и фланцевых соединений;

6. Борьба с отложениями солей жесткости.

Методы очистки трубопроводов от отложений солей жесткости:

1. Гидропневматический;

2. Ультразвуковой (акустический);

3. Механический;

4. Кавитационный;

5. Электроимпульсный;

6. Гидрохимическая промывка систем теплоснабжения.

Тепловые потери:

Нормативные значения потерь теплоносителя за год с его нормируемой утечкой, м3, определяются по формуле G_ут.год. = a*V*n*10 = m*n Где:a - норма среднегодовой утечки теплоносителя, м³/ч, , в пределах0,25% среднегодовой емкости трубопроводов тепловых сетей в час; V - среднегодовая емкость трубопроводов тепловых сетей, м3; n- продолжительность функционирования тепловых сетей,ч/год; m - среднегодовая норма потерь теплоносителя, обусловленных утечкой, м3/ч.

Значение среднегодовой емкости трубопроводов тепловых сетей, м3, определяется из выражения:

Vгод = (Vот nот + Vл nл )/(nот+nл) = (Vn+Vn) / n

Где:V_{от пот} и V _{л пот} - емкость трубопроводов тепловых сетей в отопительном инеотопительном периодах, м3;

n_от и n_л - продолжительность функционирования тепловых сетей вотопительном и неотопительном периодах, ч.

Затраты теплоносителя, обусловленные его сливом средствами автоматического регулирования и защиты, предусматривающими такой слив, определяются конструкцией указанных приборов и технологией обеспечения нормального функционирования тепловых сетей и оборудования.

Значения годовых потерь теплоносителя в результате слива, м3, определяются из формулы:

Где:m - технически обоснованный расход теплоносителя, сливаемого каждымиз действующих приборов одного типа, м3/ч;

N - количество действующих приборов одного типа,шт.;

n_авт - продолжительность функционирования приборов в теч. года, ч;

k - количество групп однотипных действующих приборов.

Значения нормативных часовых тепловых потерь, Гкал/ч, участков трубопроводов тепловых сетей, определяются для трубопроводов подземной и надземной прокладки отдельно по формуле (8):

Где: q - удельные часовые тепловые потери трубопроводами каждого диаметра, ккал/чм;

k - поправочный коэффициент для определения нормативных часовых итепловых потерь.

β - коэффициент местных тепловых потерь, учитывающий тепловые потери арматуры, компенсаторами и опорами, (принимается 1,2 придиаметре трубопроводов до 150 мм и 1,15 - при диаметре 150 мм и более.L - длина участка трубопроводов тепловой сети, м;

Значения поправочного коэффициента k определяются по формуле:

Где:Qиз.н.год. и Qиз.год.. - тепловые потери, определенные в результате испытаний, Гкал/ч.

Максимальные значения коэффициента k не должны быть больше значений, приведенных в таблице 5.1 приложения 5 (Приказ 325).

Значения тепловых потерь трубопроводами тепловых сетей за год, Гкал, определяются на основании значений часовых тепловых потерь при среднегодовых (среднесезонных) условиях эксплуатации.

3.3 Расчет потерь напора и нормативных тепловых потер ь.

Данные на схеме
Участок	Q, Гкал/ч	Q, Вт	G, кг/c	l, м
1	2	2326000	5,848	500
2	3	3489000	8,772	500
3	4	4652000	11,695	500
4	2	2326000	5,848	600
5	2	2326000	5,848	700

Принято
Dу, мм	S,м2	ω, м/с	λ	R, Па/м	Rl, Па	lэ	Z, Па	Rl+Z, Па
300	0,07065	0,08277	0,0223	0,093	46,434387	7,4	0,68723	47,12
300	0,07065	0,12415	0,0223	0,313	156,71606	11,9	3,72984	160,45
300	0,07065	0,16554	0,0223	0,743	371,47509	15,35	11,4043	382,88
300	0,07065	0,08277	0,0223	0,093	55,721264	2,3	0,2136	55,93
300	0,07065	0,08277	0,0223	0,093	65,008141	0,8	0,0743	65,08
								711,46

Формулы:

4. Проектирование индивидуального теплового пункта 4.1 Исходные данные

Задание: Спроектировать индивидуальный тепловой пункт Характеристики теплового пункта: 1. Закрытая система горячего водоснабжения 2. Независимая система присоединения схемы отопления

4.2 Теоретическая часть

Тепловой пункт (ТП) — комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, преобразование, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по видам потребителей.

Основными задачами ТП являются:

1. Преобразование вида теплоносителя

2. Контроль и регулирование параметров теплоносителя

3. Распределение теплоносителя по системам теплопотребления

4. Отключение систем теплопотребления

5. Защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя

6. Учет расходов теплоносителя и тепла

Тепловые пункты различают по количеству и типу подключенных к ним систем теплопотребления, индивидуальные особенности которых определяют тепловую схему и характеристики оборудования ТП, а также по типу монтажа и особенностям размещения оборудования в помещении.

Различают следующие виды ТП:

1. Индивидуальный тепловой пункт (ИТП)

Используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Располагается в подвальном (техническом) помещении здания, также может быть размещён в отдельно стоящем сооружении.

2. Центральный тепловой пункт (ЦТП) Используется для обслуживания группы потребителей (зданий, промышленных объектов). Располагается в отдельно стоящем сооружении, но может быть размещен в подвальном или техническом помещении одного из зданий.

3. Блочный тепловой пункт (БТП) Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП.

Источником тепла для ТП служат теплогенерирующие предприятия (котельные, теплоэлектроцентрали).

ТП соединяется с источниками и потребителями тепла посредством тепловых сетей. Тепловые сети подразделяются на магистральные (первичные) теплосети, соединяющие ТП с теплогенерирующими предприятиями, и разводящие (вторичные) теплосети, соединяющие ТП с конечными потребителями.

Участок тепловой сети, непосредственно соединяющий ТП и магистральные теплосети, называется тепловым вводом.

Магистральные тепловые сети, имеют большую протяжённость, для строительства магистральных сетей используют стальные трубопроводы (Ø до 1400 мм). В качестве теплоносителя в магистральных теплосетях используется специально подготовленная вода. Неподготовленная для использования в тепловых сетях вода непригодна для использования в качестве теплоносителя, так как при высоких температурах, вследствие образования отложений и коррозии, будет вызывать повышенный износ трубопроводов и оборудования.

Вторичные тепловые сети имеют небольшую протяжённость (до 500 метров). При строительстве вторичных тепловых сетей могут использоваться как стальные, так и полимерные трубопроводы (Ø от 50 до 150 мм)

Системы потребления тепловой энергии в ТП:

1. Система горячего водоснабжения (ГВС). Для снабжения потребителей горячей водой. Различают закрытые и открытые системы горячего водоснабжения.

2. Система отопления. Для обогрева помещений с целью поддержания в них заданной температуры воздуха. Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления.

3. Система вентиляции. Для обеспечения подогрева поступающего в вентиляционные системы зданий наружного воздуха. Может использоваться для присоединения зависимых систем отопления потребителей.

4. Система холодного водоснабжения. Не относится к системам, потребляющим тепловую энергию, однако присутствует во всех тепловых пунктах, обслуживающих многоэтажные здания. Предназначена для обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения потребителей.

4.3 Проектирование теплового пункта

Теплоноситель, поступающий в тепловой пункт по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает своё тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

Водопроводная вода, поступающая в ТП, проходит через насосы холодного водоснабжения, где часть холодной воды отправляется потребителям, а другая часть нагревается в подогревателе первой ступени ГВС и поступает в циркуляционный контур системы ГВС. В циркуляционном контуре вода при помощи циркуляционных насосов горячего водоснабжения движется по кругу от ТП к потребителям и обратно, а потребители отбирают воду из контура по мере необходимости. При циркуляции по контуру вода постепенно отдает своё тепло и для того, чтобы поддерживать температуру воды на заданном уровне, её постоянно подогревают в подогревателе второй ступени ГВС.

Система отопления также представляет замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от теплового пункта к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

Рисунок 2. Индивидуальный тепловой пункт