ProektSystem
.pdf621.311.22.001.2 |
Міністерство освіти і науки України |
|
К858 |
Запорізька державна інженерна академія |
|
|
|
|
Є.М. Крючков
ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
Навчально-методичний посібник
для студентів спеціиальності 7.090510 „Теплоенергетика”та
7.000008 «Енергетичний менеджмент»
Запоріжжя
2010
Міністерство освіти і науки України Запорізька державна інженерна академія
Є.М. Крючков
Затверджено до друку рішенням вченої ради ЗДІА
протокол № 1 від 22 вересня 2010р.
ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
Навчально-методичний посібник
для студентів спеціиальності 7.090510 „Теплоенергетика”
до дисциплін «Теплові мережі», «Джерела та системи теплопостачання» , спеціальності 7.000008 «Енергетичний менеджмент» до дисциплін «Теплопостачання підприємств і теплові мережі», «Джерела енергії та енергоустаткування» та дипломного проектування
Рекомендовано до видання на засіданні кафедри ТЕ,
протокол № 13 від 18.05..2010 р.
2
УДК 621.311.22. 001. 2
Проектування систем теплопостачання
Навчально-методичний посібник для студентів спеціальності 7.090510 «Теплоенергетика», 7000008 «Енергетичний менеджмент». /Укладач: Є.М. Крючков. - Запоріжжя: Вид - во ЗДІА, 2010, - 303 с./
Укладач:
Є.М. Крючков – кандидат технічних наук професор
Відповідальний за випуск: Зав. кафедрою теплоенергетики
доктор технічних наук професор Яковлева І.Г.
В навчально-методичному посібнику детально розглянуті основні питання проектування систем централізованого теплопостачання, розрахунку теплових схем і вибору основного і допоміжного устаткування промислових, промислово-опалювальних та опалювальних котелень. Приведені технічні характеристики цього устаткування, а також методики теплових і гідравлічних розрахунків теплообмінних апаратів, які застосовуються в системах теплопостачання. Приведена методика розрахунку проектних техніко-економічних показників роботи джерел теплопостачання. У всіх розділах наведені приклади розрахунків.
Навчально-методичний посібник розрахований на студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за енергетичними спеціальностями. Він може бути викорисний також експлуатаційним персоналом котелень і теплових мереж та в проектних організаціях.
Рецензенти:
Качан Ю.Г., доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою електротехніки та енергетичного менеджменту Запорізької державної інженерної академії
Улітенко О.М., кандидат технічних наук, доцент кафедри теплотехніки і гідравліки Запорізького національного технічного університету.
3
|
ЗМІСТ |
Вступ |
.................................................................................................................................7 |
1Розрахунок теплоспоживання……..…………………..………………….………..8
1.1Витрата теплоти на опалення і вентиляцію промислових будівель………....9
1.2Витрата теплоти на опалення і вентиляцію житлових, суспільних і адміністративних будівель………....................................................................10
1.3Витрата теплоти на гаряче водопостачання промислових
|
будівель............................................................................................................... |
11 |
1.4 Витрата теплоти на гаряче водопостачання житлових будівель................... |
11 |
|
1.5 Регулювання теплового навантаження……....................................................12 |
||
1.6 Розрахунок витрати теплоносія........................................................................ |
15 |
|
2 Гідравлічний розрахунок теплових мереж.......................................................... |
17 |
|
2.1 |
Розрахунок водяних мереж............................................................................... |
17 |
|
2.1.1 Попередній розрахунок............................................................................ |
17 |
|
2.1.2 Перевірочний розрахунок........................................................................ |
19 |
2.2 |
Розрахунок паропроводів.................................................................................. |
23 |
|
2.2.1 Попередній розрахунок............................................................................. |
23 |
|
2.2.2 Перевірочний розрахунок........................................................................ |
23 |
2.3 |
Розрахунок теплових втрат............................................................................... |
24 |
3 Експлуатаційні витрати на транспортування теплоносія…............................25 |
||
4 Приклад розрахунку системи теплопостачання................................................. |
27 |
|
4.1 |
Вихідні дані........................................................................................................ |
27 |
4.2 |
Розрахунок теплоспоживання.......................................................................... |
28 |
4.3 |
Гідравлічний розрахунок теплових мереж..................................................... |
30 |
|
4.3.1 Розрахунок водяних мереж...................................................................... |
34 |
4.3.1.1Попередній розрахунок магістралі 0-1-2-3-ХII………….……..35
4.3.1.2Перевірочний розрахунок магістралі 0-1-2-3-ХII…....….…......36
4.3.2 Розрахунок паропровода........................................................................... |
43 |
4.3.2.1Попередній розрахунок………………………………….……....43
4.3.2.2Перевірочний розрахунок……………………….........................43
4.3.2.3Розрахунок теплових втрат…………………………….…..........44
Контрольні питання до розділів 1,2,3,4…………………………….....................47 |
|
Додатки до розділів 1,2,4………………………………........................................48 |
|
5 Розрахунок теплових схем джерел теплопостачання........................................ |
56 |
5.1 Загальні положення .......................................................................................... |
56 |
5.2 Розрахунок теплової схеми виробничо-опалювальної |
|
котельної з паровими котлами......................................................................... |
58 |
4
5.2.1 Приклад розрахунку теплової схеми котельної з паровими |
|
котлами для закритої системи теплопостачання.................................. |
58 |
5.2.2 Приклад розрахунку теплової схеми котельної з паровими |
|
котлами для відкритої системи теплопостачання................................ |
75 |
5.3 Розрахунок теплової схеми опалювальної котельної з |
|
водогрійними котлами...................................................................................... |
94 |
5.3.1 Загальні положення.................................................................................. |
94 |
5.3.2Приклад розрахунку теплової схеми котельної з водогрійними котлами для закритої системи теплопостачання…….…………97
5.3.3Приклад розрахунку теплової схеми котельної з водогрійни-
ми котлами для відкритої системи теплопостачання......................... |
105 |
5.4 Розрахунок теплової схеми промислово-опалювальної котельної |
|
з паровими і водогрійними котлами............................................................... |
113 |
5.4.1 Загальні положення................................................................................. |
113 |
5.4.2Приклад розрахунку теплової схеми котельної з паровими і водогрійними котлами для закритої системи теплопостачання……115
5.4.3Приклад розрахунку теплової схеми котельної з паровими і водогрійними котлами для відкритої системи теплопостачання…..127
|
Контрольні питання до розділу 5…………………………….…..................141 |
|
|
Додатки до розділу 5……………………....………………………….……...142 |
|
6 Вибір основного і допоміжного устаткування котельної................................ |
158 |
|
6.1 |
Вибір котлоагрегатів........................................................................................ |
158 |
6.2 |
Димарі .............................................................................................................. |
165 |
6.3 |
Вибір димососів і вентиляторів...................................................................... |
170 |
6.4 |
Вибір насосів..................................................................................................... |
171 |
6.5 |
Хімічна і термічна обробка води.................................................................... |
176 |
6.5.1Показники якості підживлючої і живильної води……….………….173
6.5.2Вибір методу і схеми підготовки води……..……………..................174
6.5.3Хімічна обробка води………….…………………………….…….….177
6.5.4Деаерація води…………………….….…………………….……….…181
6.6 Розрахунок газоводяного ежектора................................................................ |
183 |
|
6.7 Вибір ємкостей................................................................................................. |
185 |
|
Контрольні питання до розділу 6……………...…………………….………......187 |
||
7 Розрахунок і вибір обладнання водопідготовчої установки…….…..............188 |
||
7.1 |
Вихідні дані...................................................................................................... |
188 |
7.2 |
Вибір схеми приготування води...................................................................... |
190 |
7.3 |
Визначення продуктивності водопідготовчої установки.............................. |
191 |
7.4 |
Вибір обладнання водопідготовчої установки............................................... |
191 |
|
7.4.1 Натрій-катіонітні фільтри II-ї ступені……...………………………..193 |
5
7.4.2Натрій-катіонітні фільтри I-ї ступені……….…….………………….195
7.4.3Насоси вихідної води…………………………….…..………………..197
7.4.4Підігрівач вихідної води…………………………..………………….198
7.4.5Мірник розчину солі…………………………….…………………….199
7.4.6Резервуар «мокрого» зберігання солі………………….…………….199
7.4.7Бак промивочної води……………………..………………………….200
7.4.8Насос промивочної води……………………………….……………..200
7.5 |
Перевірка хімічних аналізів води.................................................................... |
200 |
7.6 |
Визначення сухого залишку хімічно очищеної води.................................... |
201 |
7.7 |
Підрахунок кількості і якості скидних вод від натрій- |
|
|
катіонітних фільтрів......................................................................................... |
202 |
7.8 |
Загальна технічна характеристика водопідготовчої установки…….......... |
204 |
Контрольні питання до розділу 7……………...…………….…………………..206 |
||
8 Розрахунок і вибір теплообмінних апаратів...................................................... |
207 |
|
8.1 Теоретичні основи розрахунку теплообмінників.......................................... |
207 |
8.1.1Розрахунок пароводяних теплообмінників………..…………………207
8.1.2Розрахунок водоводяних теплообмінників………..…………………220
8.2 Приклади розрахунку теплообмінних апаратів............................................. |
231 |
8.2.1Приклад розрахунку пароводяного теплообмінника……....…….…231
8.2.2Приклад розрахунку водоводяного теплообмінника………..……....239
8.3Графо-аналітичний метод розрахунку теплообмінних апаратів…….…….248
8.3.1Загальні положення….…………...……………………………............248
8.4Розрахунок гідравлічних втрат в теплообмінниках……………………...…259
Контрольні питання до розділу 8……………………………......……..………..261 |
|
Додатки до розділу 8…………………..…………………………..………..........262 |
|
9 Розрахунок техніко-економічних показників котельних |
................................271 |
9.1 Загальні положення.......................................................................................... |
271 |
9.2Методика розрахунку техніко-економічних показників…………..............273
9.3Приклад розрахунку техніко-економічних показників
промислово-опалювальної котельної............................................................ |
284 |
9.3.1 Вихідні дані.............................................................................................. |
284 |
9.3.2 Розрахунок техніко-економічних показників....................................... |
291 |
Контрольні питання до розділу 9……………………………..…………….... |
301 |
Література.................................................................................................................... |
302 |
6
ВСТУП
У ХХ1 сторіччя людство вступило з широкорозвинутою промисловою інфраструктурою. Подальший розвиток цивілізації пов’язаний із збільшенням обсягів видобування, переробки і споживання енергоресурсів.
Ефективна державна політика у сфері енергоспоживання повинна бути направлена не тільки на зменшення енергоємності виробництва продукції, але і на використання у промисловості сучасної техніки і нових технологій.
Вирішення енергетичних проблем багато в чому залежить від рівня наукових досліджень в сфері розробки енергозберігаючих технологій і реалізації освітньої програми населення України з питань енергозбереження.
На виробництво теплової енергії витрачається більше 30% споживаних первинних енергоресурсів. За експертними оцінками за 2008 рік структура покриття теплових навантажень різними джерелами була наступною: ТЕЦ – 30%,
промислові, промислово-опалювальні і комунальні котельні – 55%, індивідуальні джерела теплопостачання – 15%.
У зв'язку з тим, що на долю промислово-опалювальних і комунальних котелень припадає більше половини споживаного палива, питання проектування нових джерел теплопостачання, реконструкції і модернізації діючих являються в даний час особливо актуальними.
Внавчальному посібнику узагальнені і систематизовані методичні матеріали
зпроектування систем централізованого теплопостачання, зокрема, методичні вказівки до курсової роботи із спецкурсу „Теплофікація і теплові мережі” [15],
методичні матеріали по розрахунку і вибору основного і допоміжного устаткування котелень [16,17,18], а також по розрахунку техніко-економічних показників систем теплопостачання [23].
Навчальний посібник рекомендовано студентам вищих навчальних закладів,
які навчаються за фахом «Теплоенергетика».
7
1 РОЗРАХУНОК ТЕПЛОСПОЖИВАННЯ
Проектування систем теплопостачання може здійснюватися за наявності
наступних вихідних даних.
1Генплан району теплофікації.
2Кліматологічні дані району проектування.
3Найменування і розташування споживачів теплової енергії.
4Будівельний об'єм промислових споруд.
5Число мешканців району теплофікації.
6Окремі вказівки на конструктивне опрацювання вузлів теплової мережі.
На підставі завдання проектування виконується в наступному обсязі:
1 Розрахунок теплоспоживання промисловими підприємствами і
населеними пунктами.
2Вибір траси і профілю тепломережі.
3Складання розрахункової схеми тепломережі.
4Гідравлічний розрахунок теплових мереж і побудова п'єзометричного графіка.
5Підбір мережних і підживлюючих насосів.
6Вибір схеми приєднання абонентських систем до теплової мережі.
7Ескізне опрацювання одного із вузлів або ділянок тепломережі
(вибирається самостійно або виконується за вказівкою викладача).
8Розрахунок техніко-економічних показників системи теплопостачання.
8
1.1 Витрата теплоти на опалення і вентиляцію промислових будівель
Теплові втрати будівель і споруд компенсуються теплом гарячої води, яке надходить від теплової станції. Підрахунок цих тепловтрат здійснюється порізно, залежно від призначення споруди.
Максимальні витрати теплоти на опалення промислових будівель визначаються за формулою [1], Дж/с
Qomax 1 qo V tв tно . |
(1.1) |
||||
Витрата теплоти на вентиляцію підраховується за формулою [1], Дж/с |
|
||||
Qmax q V t t |
нв |
, |
(1.2) |
||
в |
в |
в |
|
|
де - коефіцієнт інфільтрації;
α-поправочний коефіцієнт на температуру зовнішнього повітря, визначається за [11];
V - об'єм будівлі за зовнішнім обміром, м3 ;
tв - внутрішня розрахункова температура повітря в будівлі, о С ;
tн о , tнв - розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування
опалення та вентиляції, оС, приймаються за [1,2,3]; |
|
|||||
qo , qв - опалювальна і вентиляційна характеристики будівлі, |
Вт м3 К , |
|||||
приймаються за [1]. |
|
|
|
|
|
|
Коефіцієнт інфільтрації визначається за формулою [1] |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
2 |
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
в , |
(1.3) |
||||
b 2 g h 1 T |
||||||
|
|
в |
|
|
|
де b - постійна інфільтрації, см; (приймається: b 35 40 10 3 - для промислових будівель і b 8 10 10 3 - для житлових і суспільних будівель);
g - прискорення вільного падіння, g 9,81м сек2 ; |
|
h - висота будівлі, м, (у всіх розрахунках умовно приймати h |
6 10 м ); |
T н |
273 |
t н - абсолютна температура навколишнього середовища, К; |
Tв |
273 tв |
- абсолютна температура в опалюваному приміщенні, К. |
9
в - швидкість вітру, мс. Значення в приймається залежно від кліматологічного поясу і району за [2,3]. У розрахунках швидкість вітру можна приймати в межах в 0 6 мс;
Для виробничих цехів, складів можна приймати tв 10 оС. У гарячих цехах частина тепловтрат будівлі компенсується внутрішніми тепловиділеннями. В цьому випадку витрата теплоти на опалення будівель повинна бути зменшена на величину тепловиділень Qвн , а розрахункова витрата теплоти, що підводиться від системи опалення визначиться з рівняння
Qoр Qomax Qвн , |
(1.4) |
де Qomax - максимальні тепловтрати будівлі, обчислені за формулою (1.1) без урахування внутрішніх тепловиділень, Дж/с;
Qвн - внутрішні тепловиділення будівлі, Дж/с.
Для чавуноливарних, сталеливарних, мідноливарних цехів можна приймати
Qвн 0,5 0,75 Qomax ; для термічних і ковальських цехів |
Q вн 0 ,3 0 ,5 Q omax ; для |
решти цехів Qвн 0 . |
|
1.2 Витрата теплоти на опалення і вентиляцію житлових, суспільних і адміністративних будівель
Розрахункові витрати теплоти на опалення житлових, суспільних і адміністративних будівель визначаються за формулою (1.1), як для промислових будівель, але без врахування коефіцієнта інфільтрації ?. Розрахунок теплових втрат на вентиляцію виконується за формулою (1.2).
В разі відсутності даних по кількості будівель та їх призначенню розрахунок проводиться за укрупненими нормами витрат, виходячи з норми витрати теплоти на одного мешканця, які приймаються з Додатку 1-А або з [1].
Від загальної витрати теплоти на одного мешканця qовmax на опалення приймається 90%. Тоді розрахункова витрата теплоти на опалення і вентиляцію житлового району визначається за рівняннями
Qomax 0,9 qовmax m, |
(1.5) |
|
Qmax 0,1 q max m, |
(1.6) |
|
в |
ов |
|
де m - кількість мешканців, чол;
qoв - максимальна витрата теплоти на опалення і вентиляцію на одного
10