Теплоснабжение района города

Размещено на /

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Восточно-Сибирский Государственный

Технологический Университет

Факультет: Строительный

Кафедра: Теплогазоснабжение и вентиляция

Допущен к защите

Руководитель проекта

_____________________

Курсовая работа

Тема: Теплоснабжение района города

Исполнитель:

студент ускоренной формы обучения

группы МР ИПК (набор 2007)

Изместьев Денис Александрович

Улан-Удэ, 2009

Содержание

Введение

Исходные данные

Определение расчетных расходов теплоты

Построение часовых и годовых графиков расхода теплоты

Расчет и построение графиков регулирования отпуска теплоты

Расчет графика температур воды на выходе из калориферов систем вентиляции

Расчет графика сетевой воды на отопление и вентиляцию

Выбор трассы и типа прокладки тепловой сети.

Определение расчетных расходов сетевой воды

Гидравлический расчет и монтажная схема водяной тепловой сети

Построение пьезометрических графиков

Подбор сетевых насосов

Подбор подпиточных насосов

Введение

Применение крупных источников тепла, газовые выбросы которых содержат меньше концентрации токсичных веществ, по сравнению с мелкими отопительными установками, способствуют решению крупной задачи современности – охраны окружающей среды.

Благодаря социальным и экономическим преимуществам теплофикация является одним из основных направлений развития энергетики в нашей стране. теплоснабжение жилой район

Но ограниченные ресурсы органического топлива, которое используется на ТЭЦ до настоящего времени, вызывают трудности использования его в дальнейшем.

В перспективе основными источниками для теплоснабжения будут атомные котельные и атомные ТЭЦ. Использование этих источников приведет к увеличению концентрации тепловых нагрузок, увеличению радиуса действия систем и необходимости решения новых научных и инженерных задач. Наряду с ядерным топливом будут применятся восстанавливаемые энергоресурсы: геотермальные воды, тепло солнца и воды. Существенную экономию энергии даст использование для теплоснабжения вторичных энергоресурсов, которые будут находить все более широкое применение.

Тепловые сети многих городов в настоящее время нуждаются в реконструкции и ремонте. Основной причиной этого является их интенсивное использование и неправильная эксплуатация. В конечном итоге нормальная работа тепловых сетей обеспечивает жизнь города.

В ходе работы определяются расходы тепла, производится трассировка теплосетей, выполняется гидравлический расчет, подбирается и рассчитывается основное оборудование тепловых сетей.

1. Характеристика объекта теплоснабжения

Город - Барнаул

Расчетная температура наиболее холодной пятидневки - -390С.

Расчетная температура для проектирования системы вентиляции - -230С.

Продолжительность стояния наружных температур

Характеристика кварталов:

Система теплоснабжения двухтрубная закрытая, зависимая с центральным качественным регулированием.

Параметры теплоносителя τ1=1500С, τ2=700С

Источник тепла ТЭЦ. Нагрузка на промышленность отсутствует.

Рисунок 1. Схема теплоэнергоцентрали

1-Энергетический котел; 2-турбина; 3- электрогенератор; 4- конденсатор; 5,6-сетевые подогреватели; 7-пиковый котел; 8-бустерный насос; 9-сетевой насос; 10-химводоочистка; 11-деаэраторъ; 12-подпиточный насос; 13-регулятор подпитки; 14-насос; 15,16-обратный и подающий коллектора; 17-трубный пучок; 18-конденсантный насос; 19-подогреватель низкого давления; 20-деаэратор; 21-питательный насос; 22-подогреватель высокого давления.

2. Определение расчетных часовых расходов теплоты

Расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района города определяется по укрупненным показателям в зависимости от tно, этажности и нормы расхода тепла на горячее водоснабжение на одного человека в сутки с учетом общественных зданий по /2/.

Пример расчета расходов тепла для 1 квартала:

Площадь квартала - S =30га

Этажность квартала - 5

Плотность жилого фонда - r=3100 м2/га

Площадь жилого фонда определяется по формуле:

А= S*r, м2

А=30*3100=93000 м2

Принимая, что на одного человека приходится 18м2 жилой площади, находим число жителей квартала:

m =93000/20=4650 человек

Максимальный расчетный расход тепла на отопление определяется по формуле:

Qoмакс= Qoж+ Qoобщ

Qoж = q0·A, Вт

Qoобщ= Qoж*к

где q0 = 95 Вт/м2 – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади, /2, табл. 4/.

Максимальный часовой расход тепла на вентиляцию:

Qvmax = к1* Qoобщ , Вт

где K2 = 0,6 – коэффициент учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий.

Среднечасовой расход теплоты за отопительный период на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий:

Qhm = 2,9*m(a+b), Вт

где m– число человек в 1 квартале;

a = 115 л/сут – норма расхода воды в жилых зданиях на одного человека в сутки;

b = 25 л/сут норма расхода воды в общественных зданиях .

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий:

Qhmax = 2.4 * Qhm , Вт

Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение в летний период составит:

где β = 0,8 – коэффициент, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному.

Qo=95 *93000 =8835000 Вт

Qообщ =8835000*0,25=2208750 Вт

Qoмакс= 8835000 + 2208750= 11043750 Вт

Qvmax =0,6* 2208750=1325250 Вт

Qhm = 2,9m(a+b) =2,9*4650(115+25)= 1887900 Вт

Qhmax =2,4*1887900 = 4530960 Вт

Qhmaxлет=0,8*1887900*0,8 =1208256 Вт

Тепловые нагрузки кварталов представлены в таблице 2.

Расчеты сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчетные тепловые потоки на район города

3. Построение часовых и годовых графиков расхода теплоты

Построение графиков производится по суммарным расходам тепла на отдельные виды нагрузок, а также по данным о продолжительности стояния наружных температур.

При построении часового графика выделяют три переломные точки при наружной температуре: tн = 8 єС, tв = 20 єС, tно = -39 єС.

Тепловая нагрузка на систему отопления при tн = 8 єС составляет:

Qo = Qomax·(tв-tн) / (tв-tно) = 471 * (20-8) / (20+39) = 96 МВт

Тепловая нагрузка на систему вентиляцию при tн = 8 єС составляет:

Qv = Qvmax·(tв-tн)/(tв-tнв) = 57*(20-8) / (20+23) = 15,9 МВт

По известным значениям расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение строим график измерения расходов теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в интервале от 8 до -390С и график суммарного часового расхода теплоты путем сложения соответствующих ординат (рис.2). График годового расхода теплоты построен на основании графика суммарных расходов теплоты (рис.2).

Рисунок 2 - Часовой и годовой график расхода теплоты

4. Выбор и расчет режимов регулирования отпуска тепла

В соответствии с /1/ принимаем в системе теплоснабжения расчетную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе тепловых сетей t1 = 1500С. Регулирование отпуска теплоты – центральное, на ТЭЦ, качественное, т.к. тепловая сеть водяная.

При отношении > 0,15- значит принимаем регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, для закрытой системы – повышенный график.

Схема подключения абонентского ввода к тепловой сети представлена на рис. 3.

4-повРис. 3 Схема подключения абонентского ввода к тепловой сети

1 - водоподогреватель; 2 – повысительно-циркуляционный насос; 3 – регулятор перепада давления; 4- водомер холодной воды; 5-обратный клапан; 6 – задвижка; 7 – регулятор подачи воды на ГВ; 8- водомер горячей воды

Расчет графиков регулирования отпуска тепла ведется в следующем порядке:

1) Расчет и построение температурного графика качественного регулирования по отопительной нагрузке.

Температура воды в подающей магистрали определяется по формуле:

где – расчетная средняя разность температур отопительного прибора,;

– расчетный перепад температур сетевой воды в отопительной установке;

– расчетный перепад температур в отопительных приборах;

Температура воды в обратной магистрали определяется по формуле:

Пример расчета при tн = -5 єС

При остальных значениях температуры результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3- Температура сетевой воды в подающем и обратном теплопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха.

По данным таблицы 3 строится графика качественного регулирования отопительной нагрузке (рис. 3).

На температурном графике сделана срезка при t = 70 єС, tни = - 0,4єС (Рис.3)

2) Расчет повышенного графика.

Для построения повышенного графика необходимо определить перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней δ1 и нижней δ2 ступеней при балансовой нагрузке горячего водоснабжения Qгвг=к*Qгвср=1,2*81=97,2

Принимаем недогрев водопроводной воды до температуры греющей воды в подогревателе нижней (первой) ступени Δtн”=100С.

По графику (рис. 3) tни=-0,40С, τ1,о”=700С, τ2,о”=42,40С

Температура нагреваемой водопроводной воды после нижней ступени подогревателя равна:

tп”= τ2,о”- Δtн”=42.4-10=32.40C

Приняв температуру воды в подающей τ1,о и обратной τ2,о магистралях по отопительно-бытовому температурному графику (рис. 3), определяем перепад температур сетевой воды δ2 в нижней ступени подогревателя:

При tни:

При tно:

При tнв:

Определяем температуру сетевой воды в обратной магистрали для повышенного температурного графика:

τ2’= τ2,о’- δ2’=70-15,5=54,50С

τ2’’= τ2,о’’- δ2’’=42.4-8,9=33,50С

τ2’’’= τ2,о’’’- δ2’’’=59,4-12,9=420С

Строим график τ2= f(tн) - рис. 3.

Суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях нижней и верхней ступеней:

Находим перепад температур сетевой воды в верхней ступени подогревателя при:

При tно:

При tнв:

При tни:

Температура сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети для повышенного температурного графика:

τ1’= τ1,о’- δ1’=150+1,8=151,80С

τ1’’’= τ1,о’’’- δ1’’’=117,8+4,4=122,20С

τ1’’= τ1,о’’- δ1’’=70+8,4=78,40С

Строим график τ1= f(tн) - рис. 3.

5. Расчет графика температур воды на выходе из калориферов систем вентиляции

Расчет регулирования вентиляционной нагрузки. Для регулирования отпуска тепла на вентиляцию применяется, дополнительно к центральному, местное количественное регулирование с определением в характерных точках температуры воды после вентиляционных калориферов τ2в.

По отопительному графику (рис.3) определяем, что при tно = -39єС τ’1,0 = 150єС, при tнв = -23єС , τ,10 =117,8 єС, τ,20 = 59,4єС.

Принимаем, что расчетная температура воды на выходе из калорифера при tнв = -23єС , т.е. τ2,0 =117,8; τ2,в = 59,4єС.

Температура τ2,в при tно = -39єС определяем из уравнения:

Решение находится графоаналитическим способом. Обозначим левую часть уравнения f(τ2,в):

при τ2,в = 30 єС, f(τ2,в) =0,98

при τ2,в = 50 єС, f(τ2,в) = 1,11

Строим график зависимости f(τ2,в) от τ2,в (рис.3).

f(τ2,в) = 1 при τ2,в = 37,3єС

Находим τ2,в при температуре наружного воздуха в точке излома tни = -0,4 єС (рис.3). При tни =- 0,4 єС, τ 1,0 = 70 єС.

Относительная вентиляционная нагрузка:

Тогда τ2,в = τ1.0 – (τ1.0 - τ2,в)· = 70 – (117,8-60)·0.47 = 42,80С

Значение τ2,в при tни = 8єС определяется из уравнения:

Уравнение решается аналитическим способом:

при τ2,в = 30 єС, f(τ2,в) = 0,54

при τ2,в = 20 єС, f(τ2,в) = 0,45

Интерполируя, находим истинное значение температуры:

τ2,в = 20+(30-20)·(0,54-0,45/0,63-0,44) =29єС

По найденному значению построен график температуры воды на выходе из калориферов τ2,в = f(tн) - рис.3.

Рисунок 3 - График центрального качественного регулирования, повышенный график регулирования отпуска теплоты и температуры воды после калорифера

6. Расчет графика сетевой воды на отопление и вентиляцию

Зная температуру воды на выходе из калориферов, определяется расходы сетевой воды на вентиляцию при различных температурах наружного воздуха:

При tно = -39 єС:

При tнв = -23 єС:

При tни = -0,4 єС расход тепла на вентиляцию:

При tн = 8 єС:

Расчетные расходы сетевой воды на отопление:

При tн = -39 єС:

При tн = 8 єС:

На рис. 4 представлен график расхода теплоносителя на отопление и вентиляцию.

Рисунок 4 - График расходов сетевой воды на отопление и вентиляцию

7. Выбор трассы и типа прокладки тепловой сети

Трасса тепловых сетей выбирается в соответствии с требованиями /1/ и наносится на генплане района города от источника тепла до ввода в кварталы. Схема тепловой сети – тупиковая. Сети прокладываются по наиболее теплоплотным районам.

Принимается три типа прокладки тепловой сети: надземная и подземная, в свою очередь подземная прокладка принимается канальной и бесканальной.

За пределами района города предусматривается наземный тип прокладки с целью обеспечения легкого доступа для обслуживания сети. За пределами города такой тип прокладки не нарушает архитектурного и эстетического решения облика города.

Главная магистраль выбирается таким образом, чтобы нагрузки ответвлений были равномерными и потери напора в них были как можно ближе к располагаемому напору в месте подключения ответвления к магистральному трубопроводу. В черте города производится подземная прокладка теплотрассы в целях обеспечения эстетического облика города. В местах прокладки трубопроводов к кварталам производится подземная бесканальная прокладка.

Тепловые сети проложены с уклоном 0,002.

Все трубопроводы теплоизолируются, устанавливается запорная арматура через каждые 1000м на подающей и обратной магистрали, компенсирующие устройства.

8. Гидравлический расчет и монтажная схема водяной тепловой сети

Гидравлический расчет производится методом удельных потерь давления на трение. Рассчитывается главная магистраль (участки 1-11) и одно ответвление (участки 12-19). Расчетная схема с указанием длин участков и расходов представлена на рис.5.

Рисунок 5 - Расчетная схема тепловой сети

Первоначально определяются расчетные расходы на каждый квартал. Расчет производится по (1) в соответствии со схемой теплоснабжения и методом регулирования отпуска тепла. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, суммарный расход равен:

Gd = Gomax + Gvmax+к3*Ghm

где Gomax - расчетный расход воды на отопление, определяемый по формуле:

Gomax = 3,6·Qomax/(c·(τ1-τ2)), кг/ч

Gvmax – расчетный расход воды на вентиляцию:

Gvmax = 3,6·Qvmax/(c·(τ1-τ2)), кг/ч

Ghm – расчетный расход воды на горячее водоснабжение:

Ghm =Qhm /4,19*(60-5), кг/ч

где Qomax, Qvmax Qhm– максимальный тепловой поток соответственно на отопление и на вентиляцию, на горячее водоснабжение, Вт;

τ1, τ2 – температура воды в подающем и обратном трубопроводе;

с = 4,19 кДж/кг·єС – удельная теплоемкость воды.

Все расчеты сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Определение расчетных расходов сетевой воды

Затем составляется расчетная схема тепловой сети. На ней указываются номера участков, их длины, которые определяют по генплану с учетом масштаба, а так же расчетные расходы сетевой воды на участках и ответвлениях

Задаваясь удельной потерей давления по главной магистрали района города от (30 – 80) Па/м и до 300 Па/м для ответвлений тепловых сетей комплекса зданий; или задаваясь скоростью течения воды в трубах 1—2 м/с; и, зная расчетный расход сетевой воды на участках, производится предварительный гидравлический расчет.

Рассмотрим участок 1:

Длина участка: lуч=190 м;

Расход теплоносителя на участке: Gd=36,9 кг/с.

Исходя из удельных потерь давления (или скорости теплоносителя) и расхода, по номограмме определяется диаметр трубопровода.

D=207 мм (R=70 Па/м ; v=1,2 м/с) /4, рис. 6.2/.

Потери напора в местных сопротивлениях при предварительном расчете учитываются коэффициентом местных потерь

lпр=l·(1+a)=190·(1+0,5)=285 м.

Тогда потеря давления на участке составляет:

DР=R1·lпр=285*70=19950 Па.

Другие участки рассчитываются аналогично, полученные значения заносятся в таблицу 5.

Таблица 5 - Предварительный гидравлический расчет тепловой сети

После предварительного расчета производится окончательный гидравлический расчет, при котором потери напора в местных сопротивлениях определяются более точно по эквивалентным длинам. Для этого разрабатывается монтажная схема тепловой сети с указанием трубопроводов, арматуры, неподвижных опор, компенсаторов, углов поворота, теплофикационных камер. Расстояние между неподвижными опорами принимается по /4/.

Секционирующие задвижки размещаются на выходе из ТЭЦ и далее по трассе в среднем через каждый километр. Исходя из монтажной схемы определяются коэффициенты местных сопротивлений по участкам магистрального трубопровода и количество местных сопротивлений /4/. Полученные данные заносятся в таблицу 6.

Таблица 6 - Эквивалентные длины