dтр – наружный диаметр трубы, м.
λ = 0,045 + 0,021· tм, (4.9)
где tм – температура воды в трубопроводе, оС.
tм = tпр / 2, (4.10)
tм = 70 / 2 = 35 оС,
λ = 0,045 + 0,021· 35 = 0,05 Вт/м·К.
Толщина изоляции принимается равной 0,08 м.
Rи = (1/2·3,14· 0,05)· ln(0,354 /0,194) = 1,9 м·К/Вт.
Предварительно задаётся температура на поверхности изоляции tн = 34 оС, и определяется коэффициент теплоотдачи:
α = 9,3 + 0,047· (tн – tо) + 7,0 · √W, (4.11)
где tо – температура окружающей среды, оС;
W – скорость движения воздуха, для г. Саранска W=3,8 м/с.
α = 9,3 + 0,047· (34 + 30) + 7,0 · √3,8 = 25,95 Вт/м2 ·К.
Определяется термическое сопротивление трубопровода:
Rн = 1/ Π · αн· dн, (4.12)
Rн = 1/ 3,14· 25,95· 0,194 = 0,063 м·К/Вт.
Уточняется температура на поверхности изоляции:
tн' = ( tпр / Rи – tо / Rн ) / (1/ Rи +1/ Rн ), (4.13)
tн' = ( 70 / 1,9 +30 / 0,063 ) / (1/ 1,9 +1/ 0,063 ) = 33,8 оС.
Определяются линейные потери теплоты:
Qл = l · ( tн – tо ) / ( Rн + Rн), (4.14)
Qл = 90 · ( 70+30) / ( 1, 9+0,063) = 4584,8 Вт.
Тепловой расчёт остальных участков тепловой сети производится аналогично, результаты расчёта заносятся в таблицу 4.
Общие тепловые потери сети определяются по формуле:
Q∑ = Qл + Qм = Qл (1+ β), (4.15)
где β = 0,15[1].
Для прямой магистрали:
Q∑ = (9800,4 + 600 + 1006,9 + 1006,9 + 977,3 + 2443,4 + 2391,6 + 5178,5 +5600 + 2265,7) · (1+0,15) = 35961,3 Вт.
Для обратной магистрали:
Q∑ = (4584,8 + 272,7 + 468,7 + 468,7 + 459,7 + 1149,4 + 1137,7 + 2371,5 + 2545,5 + 1054,7) · (1 + 0,15) = 16690,4 Вт.
Таблица 4.
Результаты теплового расчёта
| № участка | Dн, мм | Трубопроводы | |||||||
| Прямой | Обратный | ||||||||
| Rи, м·К/Вт | Rн, м·К/Вт | tн, оС | Qл, Вт | Rи, м·К/Вт | Rн, м·К/Вт | tн, оС | Qл, Вт | ||
| 1 | 194 | 1,59 | 0,063 | 34,5 | 9800,4 | 1,9 | 0,063 | 34 | 4584,8 |
| 2 | 57 | 3,50 | 0,100 | 33,0 | 600,0 | 4,3 | 0,100 | 33 | 272,70 |
| 3 | 45 | 4,02 | 0,270 | 37,0 | 1006,9 | 4,85 | 0,270 | 36 | 468,70 |
| 4 | 45 | 4,02 | 0,270 | 37,0 | 1006,9 | 4,85 | 0,270 | 36 | 468,70 |
| 5 | 38 | 4,40 | 0,320 | 38,0 | 977,3 | 4,9 | 0,320 | 37 | 459,70 |
| 6 | 38 | 4,40 | 0,320 | 38,0 | 2443,4 | 4,9 | 0,320 | 37 | 1149,4 |
| 7 | 89 | 2,72 | 0,140 | 35,0 | 2391,6 | 3,2 | 0,140 | 35 | 1137,7 |
| 8 | 159 | 1,80 | 0,077 | 35,0 | 5178,5 | 2,2 | 0,077 | 34 | 2371,5 |
| 9 | 57 | 3,50 | 0,100 | 33,0 | 5600,0 | 4,3 | 0,100 | 33 | 2545,5 |
| 10 | 45 | 4,02 | 0,270 | 37,0 | 2265,7 | 4,85 | 0,270 | 36 | 1054,7 |
5. Теплоприготовительные установки систем теплоснабжения
5.1. Виды теплоприготовительных установок систем теплоснабжения
Теплоприготовительная установка системы теплоснабжения, это комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для выработки тепла в виде пара или горячей воды за счёт сжигания топлива, а также подготовки теплоносителя и подачи его в систему теплоснабжения.
В зависимости от назначения теплоприготовительные установки делятся на три основные группы: паровые, пароводогрейные и водогрейные котельные.
Паровые котельные в основном предназначены для обеспечения паром технических потребителей промышленных предприятий. Отпуск тепла системам отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производится в небольшом количестве, только для нужд предприятия.
Вторая группа котельных, при мощности более 60 МВт на основании технико-экономических расчётов оборудуется паровыми и водогрейными котлами и предназначается для отпуска тепла как в виде пара промышленным предприятиям, так и в виде воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения предприятий и жилищно‑коммунального сектора. Мощность паровых и водогрейных котлов определяется соотношением тепловых нагрузок по пару и горячей воде.
Водогрейные котельные предназначены для отпуска тепла системам отопления и горячего водоснабжения потребителям жилищно-коммунального сектора или промышленных предприятий, где пар не используется на технологические нужды.
Так как на данном предприятии тепловая мощность не превышает 60 МВт, а на технологические нужды используется насыщенный пар с давлением 0,7 МПа, то в дальнейшем будем рассматривать паровую котельную.
5.2. Тепловая схема паровой котельной
Рекомендуемый вариант тепловой схемы котельной представлен на листе 4 графической части.
Котельная оборудуется паровыми котлами с параметрами пара обусловленными необходимостью технологических процессов.
Вырабатываемый пар отпускается потребителям, как с параметрами свежего пара, так и через редукционно-охладительную установку РОУ. На собственные нужды котельной, используется редуцированный пар с давлением – 0,6 Мпа. Водо-питательная установка котельной состоит из атмосферного деаэратора, пароводяных подогревателей химически очищенной воды и питательных насосов. Установка атмосферных деаэраторов обеспечивает получением деаэрированной питательной воды с температурой 104 оС, отвечающей требованиям, предъявляемым устанавливаемыми котлами.
В целях поддержания расчётного водо‑химического режима котлов предусмотрена их непрерывная и периодическая продувка. Тепло непрерывной продувки котлов используется в рабочем цикле котельной с помощью сепаратора непрерывной продувки(СНП) и охладителя непрерывной продувки (ОНП). Отсепарированный пар из сепаратора отводится в деаэраторы питательной воды, а от сепарированная продувочная вода охлаждается сырой водой в охладителе непрерывной продувки до 40 оС, после чего сбрасывается в канализацию.
После подогрева в теплообменнике (ОНП) сырая вода подогревается до 25‑30 оС в пароводяном подогревателе исходной воды, после чего после чего поступает на химводоочистку. Пройдя химводоочистку, вода с температурой
23‑ 28 оС (принимается, что в аппарате ХВО вода остывает на 2 оС) поступает на водоподогреватель химически очищенной воды, где в паровом теплообменнике нагревается до температуры 70 ‑ 80 оС. После чего направляется в деаэратор.
Все использованные в котельной пароводяные подогреватели обогреваются редуцируемым паром 0,6 Мпа, и конденсат после них через регуляторы уровня (конденсатоотводники) выдавливается непосредственно в деаэратор питательной воды. Конденсат, возвращающийся с производства, поступает в промежуточные баки и после контрольной проверки его качества насосами перекачивается в деаэраторы.
Отпуск тепла системам отопления вентиляции и горячего водоснабжения производится с горячей сетевой водой, которая нагревается в сетевых подогревателях.
Вода для подпитки тепловых сетей берётся из бака запаса подпиточной воды, пройдя охладитель подпитки, подпиточными насосами подаётся в обратный трубопровод перед сетевыми насосами.
5.3. Расчёт тепловой схемы паровой котельной
5.3.1. Расчёт тепловой схемы паровой котельной для максимально-зимнего периода
Расход технологического конденсата с производства определяется по формуле:
Gтех = μ · Dтех / 100, (5.1)
где Dтех – расход пара на технологические нужды, кг/с;
μ - доля возврата конденсата, %;
Gтех = 60 · 1,1 / 100 = 0,66 кг/с.
Потери технологического конденсата:
Gтехпот =Dтех–Gтех, (5.2)
Gтехпот = 1,1 – 0,66 = 0,44 кг/с.
Нагрузка отопления, вентиляции, горячего водоснабжения:
Qов = Qовр · ( tвнр – tнв ) / (tвнр – tор), (5.3)
где Qовр – расчётная нагрузка отопления и вентиляции, кВт;
tвнр – расчётная температура внутри помещений, оС;
tор – расчётная температура для проектирования отопления, оС;
tнв – температура наружного воздуха, оС.
Qов = 11116,1 · (18 + 30) / (18 + 30) = 11116,1 кВт.
Расход пара на сетевые подогреватели определяется по формуле:
Dсп = (Qов + Qгв ) / (i0,7 "– iк), (5.4)
где i 0,7 "– энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 0,7МПа, кДж/кг [2];
iк – энтальпия конденсата возвращённого от потребителя, кДж/кг;
Dсп = (1111,6 + 1162,6) / ((2763 – (55 · 4,19)) = 4,84 кг/с.
Общий расход пара потребителями:
Dвн = Dтех + Dсп, (5.5)
Dвн = 1,1 + 4,84 = 5,94 кг/с.
Потери пара в тепловой схеме:
Dпот = 0,03 · Dвн, (5.6)
Dпот = 0,03 · 5,94 = 0,2 кг/с.
Расход пара на собственные нужды ТГУ:
Dсн = 0,08 · Dвн, (5.7)
Dсн = 0,08 · 5,94 = 0,5 кг/с.
Расход сетевой воды:
Gс= (Qов + Qгв) / (iс' − iс''), (5.8)
где iс', iс'' − энтальпия воды в прямой и обратной магистрали, кДж/кг;
Gс= (11116,1 + 1162,6) / [(150 · 4,19) − (70 · 4,19)] = 36,6 кг/с.
Расход воды на подпитку тепловой сети:
Gпод = 0,015 · Gс, (5.9)
Gпод = 0,015 · 36,6 = 0,55 кг/с.
Паропроизводительность котельной определяется по формуле: