Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Тольяттинский государственный университет Кафедра «Электроснабжение и электротехника» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине «Общая энергетика» на тему «Расчет теплопотребления и источника теплоснабжения промышленного предприятия» Выполнила студентка группы ЭСз-631 Галыгина Ирина Вячеславовна Допущен к защите Руководитель работы Кретов Дмитрий Алексеевич Защищен «__»____________ г. Оценка ___________________ Тольятти 2011 г. Аннотация. Настоящая включает расчет теплопотребления промышленного предприятия на отопление и вентиляцию производственных цехов, а также горячее водоснабжение бытовых нужд. Исходя из общего теплопотребления на указанные цели и теплопотребления на технологические нужды, дается изложение методики расчета и выбора котельного агрегата, достаточного для обеспечения тепловой энергией пара потребности промышленного предприятия. Подробно рассмотрены вопросы выбора основного и вспомогательного оборудования котельной установки, включая резервные насосы с паровым приводом для случая перерыва в электроснабжении. Даны в качестве приложений справочные таблицы по выбору оборудования котельных агрегатов. Содержание: 1 Описание тепловой схемы котельной 4 2 Исходные данные для расчета 6 3 Расчет теплопотребления промышленного предприятия 10 3.1 Расход тепла на отопление 10 3.2 Расход тепла на вентиляцию 11 3.3 Расход тепла на горячее водоснабжение 11 4 Расчет элементов тепловой схемы 12 4.1 Расчет потоков пара и конденсата 12 4.2 Расчет сетевого теплообменника 13 4.3 Предварительное определение полной производительности котельной 14 4.4 Определение потоков теплоносителей в тепловой схеме 15 4.5 Расширитель непрерывной продувки (РНП) 16 4.6 Водоподогревательные установки 17 4.7 Конденсатный бак 20 4.8 Редукционно-охладительная установка (РОУ) 21 4.9 Деаэратор 23 4.10 Проверка правильности расчета 23 4.11 Определение диаметра паропровода и конденсатопровода от котельной до технологического потребителя 24 5 Выбор основного оборудования котельной 25 Заключение 27 Список литературы 28 1 Описание тепловой схемы котельной Тепловая схема паровой промышленной котельной приведена на рисунке 2.1. Условные обозначения к тепловой схеме приведены на рисунке 2.2. Сырая вода в количестве Wсв
, необходимом для восполнения потерь конденсата у потребителей 18 и потерь пара и воды в котельной, поступает с температурой t'св
из системы технического водоснабжения. Ее предварительный подогрев происходит в водо-водяном теплообменнике 11 водой непрерывной продувки. В паровом теплообменнике 12 ее подогревают до температуры 300
С. С этой температурой вода поступает в систему химводоочистки 13. Умягченную воду в водо-водяном теплообменнике 8 подогревают деаэрированной водой и подают в деаэратор 7. Сюда же насосом 14 перекачивают смесь потоков конденсата из конденсатного бака 15. Нагрев воды до температуры насыщения, при которой осуществляется дегазация, происходит в головке деаэратора при смешивании воды с паром. Умягченную деаэрированную (питательную) воду питательными насосами с электрическим 6 или паровым 5 приводом нагнетают через водяной экономайзер 2 в верхние барабаны парогенераторов 1. Здесь вода, смешиваясь с паром, нагревается до температуры насыщения при давлении в котле РК
и поступает в контуры естественной циркуляции, где превращается в насыщенный пар. Пар заданных параметров в количестве Dнт
ку
идет на технологические нужды промышленного предприятия. Из цехов предприятия конденсат возвращается в котельную в количестве mK
, % от Dнт
ку
с температурой tK
. Часть генерируемого пара расходуют на собственные нужды котельной: деаэрацию питательной воды Dд
, подогрев сырой воды Dсв
и привод резервных питательных насосов Dпн
. Отпуск пара производят через редукционно-охладительную установку (РОУ) 3. Здесь в процессе дросселирования происходит уменьшение давления пара. Энтальпия пара при этом практически не уменьшается. Уменьшение давления позволяет снизить металлоемкость теплового оборудования. Редуцированный пар является теплоносителем в подогревателе сетевой воды 16. Для уменьшения потерь тепла с продувочной водой устанавливают расширитель непрерывной продувки (РНП) 4. Здесь кипящая вода при давлении РК
превращается в пар и кипящую воду при давлении, близком к атмосферному. Пар подают в головку деаэратора. Тепло продувочной воды используют в теплообменнике 11. В смесительном теплообменнике (барбатере) 9 горячие сбросы котельной охлаждаются водой и сбрасываются в канализацию. 2 Исходные данные для расчета Исходные данные выписывают из таблицы 2.1 по двухзначному номеру варианта. Номер варианта соответствует двум последним цифрам присвоенного студенту шифра, указанного в зачетной книжке. Недостающие параметры для расчета указаны непосредственно на тепловой схеме в соответствии с рисунком 2.1. Пояснения к таблице 2.1: Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета
0
С
0
С
0
С
0
С Продолжение таблицы 2.1
кг/с
МПа
м3
0
С
0
С
%
0
С 3 18 Dбр
ку
Рк
, Хк
Рисунок 2.1 – Тепловая схема паровой промышленной котельной 600
тепла Теплообменник Насос смешивающий поверхностный фильтр 10 расширитель отводчик Рисунок 2.2 – Условные обозначения к тепловой схеме
3 Расчет теплопотребления промышленного предприятия
Расход тепла на отопление производственного цеха с известным наружным строительным объемом QOT
, кВт, расположенного в Чапаевске, может быть найден по приближенной формуле
где q0
– удельная отопительная характеристика здания, кВт/(м3
∙К); tВН
– внутренняя расчетная температура в цехе промышленного предприятия в зимний период, 0
С. Можно принять равной 12 … 16 0
С; tВН
=12 0
С=285К t' H
– расчетная температура наружного воздуха (средняя температура самой холодной пятидневки). t' H
=-160
С=257К Удельную отопительную характеристику здания q0
, кВт/(м3
∙К), численно равную потерям тепла на 1 м3
здания в единицу времени при разности внутренней и наружной температур в 10
С, с достаточной степенью точности можно подсчитать по эмпирической формуле ВТИ:
где а
– постоянный коэффициент, принимаемый для кирпичных зданий равным 1,9, а для железобетонных зданий – от 2,3 до 2,6. а
=2,5 тогда, Тепловыделениями оборудования и людей, а также поступлением тепла в цех от солнечной радиации при расчете расхода тепла на отопление можно пренебречь. В нерабочее время отопление в цехах переключают на дежурный режим. При этом внутренняя температура в цехе принимается tBH
=5 0
С. Расход тепла нерабочего времени суток при tBH
=5 0
С =278К определяется по формуле 3.1 3.2 Расход тепла на вентиляцию
Расход тепла на подогрев в зимнее время воздуха, поступающего для вентиляции производственных цехов,
3.3 Расход тепла на горячее водоснабжение Расход тепла на горячее водоснабжение производственных цехов
4 Расчет элементов тепловой схемы 4.1 Расчет потоков пара и конденсата
Прежде, чем приступить к расчету тепловой схемы, ее вычерчивают на листе формата А4, проставляют возле элементов все известные параметры теплоносителей (P, x, t, h и т. д.). При этом энтальпию воды (конденсата)
где Энтальпию влажного насыщенного пара
где Величины h и r определяют по давлению из таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения». Результаты расчета сводят в таблицу 4.1. Таблица 4.1 – Энтальпия потоков пара Давление Р, МПа Степень сухости х Энтальпия кипящей жидкости h', кДж/кг Теплота парообразования r, кДж/кг Энтальпия влажного насыщенного пара hx
, кДж/кг 4.2 Расчет сетевого теплообменника Расчет тепловых схем начинают с расчета теплообменника 16, в котором вода подогревается для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных цехов. Тепловой баланс пароводяного теплообменника:
где Dсет
– расход пара на подогрев сетевой воды от tобр
до tпр
, кг/с; Wсет
– расход сетевой воды, кг/с; hx
, hК
, hпр
, hобр
– соответственно энтальпия греющего пара, конденсата, воды, идущей в тепловую сеть (в прямой магистрали) и воды, возвращаемой от отопительных приборов (в обратной магистрали), кДж/кг; hисп
– коэффициент, учитывающий потери тепла теплообменником в окружающую среду. Принимают равным 0,96 … 0,98. hисп
= 0,96 hx
, hК
, hпр
, hобр
определим по формуле 4.2 по температуре Величины h и r определяют по температуре из таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения». hx
=1,01∙394=398 кДж/кг hК
=1∙333=333 кДж/кг hпр
=1∙366=366 кДж/кг hобр
=1∙321=321 кДж/кг Из уравнения (4.3) найдем расход пара на подогрев сетевой воды. Из уравнения (4.3) найдем расход сетевой воды. Определив расход пара на подогрев сетевой воды и расход сетевой воды вычислим расход воды для восполнения безвозвратных потерь на горячее водоснабжение Wпод
, кг/с:
4.3 Предварительное определение полной производительности котельной
Производительность котельной «брутто» складывается из производительности «нетто» Dнт
ку
; расходов пара на подогрев воды, циркулирующей в тепловой сети Dсет
; на подогрев воды перед химводоочисткой до 30 0
С для недопущения выпадения влаги из воздуха на холодных поверхностях трубопроводов и другого оборудования Dсв
; на термическую деаэрацию питательной и подпиточной воды Dд
и на привод резервных питательных насосов с паровым приводом Dпн
. Так как расходы Dсв
, Dд
и Dпн
пока неизвестны, то для предварительного определения величины Dбр
ку
необходимо задаться суммарным расходом пара на собственные нужды Sdсн
в размере (8¸6)% от полной производительности котельной. Расходом пара на привод питательных насосов в работе можно пренебречь. Тогда на известные расходы Dнт
ку
+Dсет
будет приходиться (100-Sdсн
)% от Dбр
ку
. Решение пропорций относительно величины Dбр
ку
, кг/с, можно представить в виде
4.4 Определение потоков теплоносителей в тепловой схеме 4.4.1 Расход питательной воды Wпв
, кг/с, с учетом продувок паровых котлов dпр
и потерь пара внутри котельной dут
:
Суммарные потери (dпр
+dут
) принимают равными (4¸10)%. (dпр
+dут
) =4% 4.4.2 Расход сырой воды, поступающей из системы технического водоснабжения и идущей на восполнение потерь конденсата у технологических потребителей, потерь воды в тепловой сети, утечек пара в котельной и потерь воды с продувкой Wсв
, кг/с:
где mK
– суммарный процент возврата конденсата в котельную от технологических потребителей Dнт
ку
. mK
=60% 4.5 Расширитель непрерывной продувки (РНП) При расчете каждого элемента изображают его схему, на которой отмечают все входящие и выходящие потоки и их количественные (W, D) и качественные (t, h, P, x) характеристики. Схема расширителя непрерывной продувки приведена на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 – Схема расширителя непрерывной продувки Количество пара, выделяющегося из продувной воды, W6
*h'6
, кг/с определяют из уравнения теплового баланса расширителя:
где W6
– расход продувочной воды, кг/с:
dпр
– величина продувки котельных агрегатов. Принимается dпр
= (2 ¸ 8) %; dпр
=5% h'6
– энтальпия кипящей жидкости при давлении Рк
в барабане котла, кДж/кг; h'6
= 417.5 кДж/кг hx
1
– энтальпия влажного насыщенного пара в расширителе, кДж/кг. Давление в расширителе принимают равным (0,11 … 0,15) МПа, степень сухости пара – х = (0,96 – 0,98). принимаем Р= 0,12 МПа, х = 0,96, тогда: hx
1
= 2414.4 кДж/кг Тепловыми потерями трубопроводов и потерей давления в них при расчете тепловой схемы можно пренебречь. Решением уравнения (4.8) получим следующее выражение для определения количества пара, выделяющегося из продувочной воды D1
,кг/с:
где W6
= W7
+ D1
; h'7
– энтальпия кипящей жидкости при давлении в РНП, равном Р = (0,11 … 0,15) МПа. Принимаем Р = 0,12 МПа, тогда: h'7
=29.3 кДж/кг W7
=W6
- D1
= 1,5-0,24=1,26 кг/с 4.6 Водоподогревательные установки
Схема водоподогревательной установки приведена на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 – Схема водоподогревательной установки В котельном агрегате используют, главным образом, поверхностные кожухотрубные водоподогреватели. Теплоносителем может быть либо водяной пар, либо вода (конденсат). Расходы или температуры теплоносителей определяют из уравнения теплового баланса: - для водо-водяных подогревателей:
- для пароводяных подогревателей:
где Wn
, Wn
+1
– расходы теплоносителей, кг/с; Сpm
– теплоемкость воды, кДж/(кг∙К); t'n
, t'n
+1
, t''n
, t''n
+1
– начальные и конечные температуры теплоносителей, 0
С; Dn
– расход греющего пара, кг/с; hx
– энтальпия греющего пара, кДж/кг; hK
– энтальпия конденсата, кДж/кг; hисп
– коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду. hисп
= (0,96 … 0,98). При расчете водо-водяного теплообменника 11 определяют конечную температуру добавочной воды t''в
. Начальную температуру горячего теплоносителя принимают равной температуре насыщения при давлении в РНП. По формуле 4.9 определим конечную температуру добавочной воды t''в
водо-водяного теплообменника 11: где Wn
= W7
= 1,26кг/с; Wn
+1
= Wсв
= 5,9 кг/с; t'n
=1110
С =384К; t'n
+1
= t'св
= 90
С =281К; t''n
= 1040
С =377К; t''n
+1
= t''в
При расчете пароводяного теплообменника 12 определяют расход пара Dсв
, необходимый для подогрева добавочной воды от t''в
до tсв
=300
С. Температуру конденсата за теплообменником принимают равной температуре насыщения при давлении греющего пара. По формуле 4.10 найдем Dсв
пароводяного теплообменника 12, при этом: Wn
+1
= Wсв
= 5,9кг/с; hx
=398 кДж/кг; hK
=333 кДж/кг; hисп
= 0,96; t'n
+1
= t''в
=100
С=283К; t''n
+1
= tсв
=300
С=303К При расчете водо-водяного теплообменника 8 определяют конечную температуру химоочищенной воды tхво
, считая начальную температуру деаэрированной воды равной температуре насыщения при давлении греющего пара, а конечную – равной температуре воды на входе в экономайзер t'эк
= tпв
. По формуле 4.9 определим конечную температуру химоочищенной воды tхво
водо-водяного теплообменника 8: где Wn
= Wпв
= 31,2 кг/с; Wn
+1
= 23 кг/с; t'n
=940
С =367К; t'n
+1
= t'св
= 300
С =303К; t''n
= 700
С =343К; t''n
+1
= tхво
Схема узла сбора конденсата приведена на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 – Схема узла сбора конденсата Конденсат, возвращаемый от технологических потребителей пара и водоподогревательных установок, собирают в сборные (конденсатные) баки, которые устанавливают в котельной или на предприятии. В конденсатные баки часто поступает и добавочная вода, прошедшая химводоочистку. Температуру смеси конденсата и добавочной воды в конденсатном баке tсм
, 0
С, определяют из уравнения теплового баланса
где Mi
– расход конденсата, кг/с; ti
– температура потоков конденсата, 0
С; Wсм
– суммарное количество конденсата, поступающего в конденсатный бак, кг/с. 4.8 Редукционно-охладительная установка (РОУ)
Назначение РОУ – снижение параметров пара дросселированием (мятием). При этом пар охлаждается в результате впрыскивания химически очищенной воды, вводимой в охладитель. В охладителе большая часть воды, забирая тепло от пара, испаряется, а другая часть с температурой кипения отводится либо в конденсатный бак, либо непосредственно в деаэратор. При расчете принимают, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется. Схема редукционно-охладительной установки представлена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 – Схема редукционно-охладительной установки Расход редуцированного пара Dред
c параметрами Р2
= 0,12 МПа, х = 0,96 … 0,98 и hx
5
, кДж/кг и охлаждающей воды W5
, кг/с, определяют из уравнения теплового и материального балансов:
Решая совместно уравнения (4.12) и (4.13), получаем
где D4
– расход острого пара, кг/с, давлением Рк
, МПа и степенью сухости хк
:
hx
4
– энтальпия пара, поступающего в РОУ, кДж/кг; h5
– энтальпия деаэрированной воды. 4.9 Деаэратор Расход пара на деаэрацию питательной и подпиточной воды определяют из уравнения теплового баланса деаэратора:
где Sqвход
– сумма входящих тепловых потоков, кВт; Sqвых
– сумма выходящих тепловых потоков, кВт. Любой входящий или выходящий тепловой поток определяют как произведение массового расхода теплоносителя (Di
или Wi
) на его энтальпию hi
. Входящие в деаэратор потоки: - пар на деаэрацию из РОУ Dд
; - пар из РНП d1
; - смесь потоков конденсата Мсм
; - добавочная вода Wсв
. Выходящие потоки: - питательная вода Wпв
; - подпиточная вода Wпод
; - «выхлоп деаэратора». Все потоки, за исключением «выхлопа», определены при расчете. «Выхлоп» (пар + воздух) в работе считать сухим насыщенным паром при давлении греющего пара. Его расход принять 0,3 % от суммарного расхода питательной и подпиточной воды. 4.10 Проверка правильности расчета
Полученная при расчете тепловой схемы величина
не должна отличаться более чем на 2 % от предварительно принятой. 30=30,1 Это равенство соответствует условию, следовательно расчет тепловой схемы правильный. 4.11 Определение диаметра паропровода и конденсатопровода от котельной до технологического потребителя Диаметр паропровода dп
, м, или конденсатопровода dк
, м, вычисляют по приближенным формулам:
где Dнт
ку
– расход пара, кг/с; Мк
– возврат конденсата, кг/с; Кэ
– коэффициент эквивалентной шероховатости. Для паропроводов Кэ
= (1,5 … 2) ∙ 10-4 м, для конденсатопроводов К
э
= (0,8 … 1,1) ∙10-3 м;
r - плотность влажного насыщенного пара или конденсата, кг/м3
; Rl
- удельное падение давления, Па/м. Плотность пара вычисляют с учетом давления и степени сухости вырабатываемого пара. Плотность конденсата принимают 980 кг/м3
. Удельное падение давления Rl
для паропроводов принимают ориентировочно (80 … 100) Па/м, а для конденсатопроводов – (50 … 60) Па/м. При выборе типа и количества котельных агрегатов руководствуются следующим: - количество и производительность котлов выбирают по максимальному расходу пара так, чтобы при выходе из строя одного из котельных агрегатов, оставшиеся обеспечивали максимальный отпуск тепла; - котлов должно быть не менее двух и не более шести; - котлы должны устанавливаться однотипные; - при мало изменяющейся нагрузке предпочтительнее котлы с большей единичной производительностью; - резервные котлы устанавливают только при особых требованиях к надежности теплоснабжения. Выбрав тип котельного агрегата, выписывают его характеристики и определяют его действительную производительность:
где n – число установленных в котельной агрегатов; n=6 Dбр
ка
– производительность единицы котельного агрегата, кг/с. Данные о номинальной паропроизводительности котельных агрегатов ДКВР приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Типоразмеры котлоагрегатов ДКВР ДКВР- 2,5-13 ДКВР- 4-13-250 ДКВР- 6,5-13-250 ДКВР- 10-13-250 ДКВР- 20-13-250 Номинальная производительность, кг/с Первая цифра типоразмера указывает на паропроизводительность, т/ч, вторая – давление, кг/см2
, третья – температуру перегретого пара, 0
С. Если в типоразмере отсутствует третья цифра, то данный котлоагрегат вырабатывает сухой насыщенный пар. Выбираю 6 котельных агрегатов марки ДКВР-20-13-250 номинальной производительностью 5,6 кг/с. Заключение В настоящей курсовой работе произвели методику расчета тепловой энергии, потребляемой промышленным предприятием. Расчитали расходы тепловой энергии различными группами потребителей, расчетам, связанным с определением количества топлива, необходимого для выработки тепловой энергии. Выбрали оборудование котельных установок согласно расчетным характеристикам. Выбрали 6 котельных агрегатов марки ДКВР-20-13-250 номинальной производительностью 5,6 кг/с. 1. Немцев З. Ф. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение / Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. –М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с. 2. Ривкин С. Л. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара / Ривкин С. Л., Александров А. А. – М.: Машгиз, 1984. 3. Голубков Б. Н. Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция / Голубков Б. Н., Пятачков В. И., Романова Т. М. – М.: Энергоиздат, 1982. – 231 с. 4. Гольстрем В. А. Справочник энергетика промышленных предприятий / Гольстрем В. А., Иванченко А. С. – Киев: Техника, 1979. – 400с.
|