Проектирование отопительно-производственной котельной сельскохозяйственного назначения

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО "Башкирский государственный аграрный

университет"

Факультет: Энергетический

Кафедра: АТД и Т

Специальность: Электрификация и автоматизация с/х

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Проектирование отопительно-производственной котельной сельскохозяйственного назначения"

Мухамедьяров Ильнур Равилович

Форма обучения: очная

Курс, группа: АХ 301/1

"К защите допускаю"

Руководитель:

Динисламов М. Г..

Уфа 2009

РЕФЕРАТ

Курсовой работа включает в себя 24 страницы расчётно-пояснительной записки, 1 лист графического материала формата А1.

Объектом работы является проектирование отопительно-производственной котельной сельскохозяйственного назначения.

Расчётно-пояснительная записка включает в себя: расчет тепловых нагрузок, выбор источника теплоснабжения, определение годовых расходов теплоты и топлива, регулирование отпуска теплоты, подбор питательных устройств и сетевых насосов, расчёт водоподготовки, тепловую схему котельной, компоновку котельной и расчёт технико-экономических показателей производства теплоты.

Графическая часть курсовой работы, содержит тепловую схему с указанием всего оборудования, участвующего в тепловом процессе, графики годовой тепловой нагрузки и температур воды в тепловой сети.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Задание

2. Расчет тепловой нагрузки

2.1 Определение расчетной тепловой мощности на отопление и вентиляцию

2.2 Расход теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды

3. Выбор теплоносителя

4. Подбор котлов

5. Годовой расход топлива

6. Регулирование отпуска теплоты котельной

7. Подбор питательных устройств и сетевых насосов

8. Расчет тепловой схемы котельной

9. Технико-экономические показатели производства тепловой энергии

Библиографический список

1. Задание

1. Рассчитать по удельным показателям расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для объектов, указанных в таблицах 1 и 2 и годовой расход теплоты. При расчете принять: расчетно-климатические условия по последней цифре номера зачетной книжки по таблице 4; высоту помещений ремонтной мастерской -5 м, школы, клуба и гаража - 4 м, остальных объектов - 3 м; давление и температуру пара по предпоследней цифре номера зачетной книжки.

2. Выбрать тип и количество котлов в котельной, определить максимальный часовой расход топлива. Вид топлива принять по таблице 3.

3. Рассчитать внутренний диаметр трубопроводов теплотрассы для отопления объекта, указанного в таблице 3.

Таблица 1 Характеристика потребителей теплоты жилого сектора

Таблица 2 Характеристика потребителей теплоты производственного сектора

Таблица 3 Вид топлива и объект для расчета трубопроводов

Таблица 4 Расчётно-климатические условия

2. Расчёт тепловой нагрузки

2.1Определение расчетной тепловой мощности на отопление и вентиляцию

Определение расчётной тепловой мощности на отопление и вентиляцию, в Вт:

где q_от и q_в - удельная отопительная и удельная вентиляционная характеристики здания, Вт/(м³×К); применяется в зависимости от назначения и размеров здания.

V_н - объем здания, м³;

t_в - средняя расчетная температура воздуха, характерная для большинства помещений зданий, ⁰С;

t_н.о. и t _н.в. - расчётная температура наружного воздуха для системы отопления и вентиляции, ⁰С;

а - поправка на разность температур, ⁰С.

a=0,54+22/(t_В- t_НО) (3)

Тепловая мощность на отопление жилых домов:

принимаем площадь одного жилого дома S=100 м², тогда количество домов равно 190;

V_Н=100×3=300 м³ —объем одного дома;

q_0Т=0,87 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_В=20°C (приложение 1 /1/);

t_Н.О.= -35 ⁰С (по заданию);

а=0,54+22/(20-(-35))=0,94;

Фо=0,87×300×190×(20-(-35))×0,94=2563803 Вт.

Тепловая мощность на отопление общественных зданий:

Тепловая мощность на отопление и вентиляцию школы:

q_oт=0,41 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_В = 16°C(приложение 1 /1/);

t_Н.О.= -35 С (по заданию);

а=0,54+22/(16-(-35))=0,971;

V_Н=3000×4=12000 м³;

Ф₀=0,41×12000×(16-(-35))×0,971=243643,32 Вт;

q_В=0,09 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_H.B.=-20 ⁰С (по заданию);

Фв=0,09×12000×( 16-(-20))=38880 Вт.

Тепловая мощность на отопление и вентиляцию клуба:

q_oт=0,43 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_B=16°C (приложение 1 /1/);

t_H.О.= -35°C (по заданию);

а=0,54+22/(16-(-35))=0,971;

V_Н= 300×4=1200 м³;

Ф_от=0,43×1200×(16-(-35))×0,98 =25552,8 Вт;

q_В=0,29 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_H.B=-20°C (по заданию);

Фв=0,29×5600×(16-(-20))=12528 Вт.

Тепловая мощность на отопление и вентиляцию бани:

q_oт=0,33 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_B=25 °C (приложение 1 /1/);

t_H.О.= -35°C (по заданию);

a=0,54+22/(25-(-35))=0,907;

V_Н=35×3=105 м³;

Фо=0,33×105×(25-(-35))×0,907=271081,77Вт;

q_в= 1,16 Вт/(м³×К) (приложение11 /2/);

t_н.в. =-20 ⁰С (по заданию);

Ф_в=1,16×105×(25-(-20))=5781 Вт

Тепловая мощность на отопление производственных зданий:

Тепловая мощность на отопление и вентиляцию ремонтной мастерской:

q_o=0,61 Вт/(м³×К) (приложение 12 /2/);

t_В = 18°C (приложение 1 /1/);

t_H.0.= -35 ⁰С (по заданию);

а=0,54+22/(18-(-35))=0,955;

V_Н =1800×5=9000 м³;

Ф_ОТ=0,61×9000×(18-(-35))×0,955=277876,35 Вт;

q_B=0,17 Вт/(м³×К) (таблица 1, /2/);

t_Н.В.=-20 ⁰С (по заданию);

Фв=0,17×9000×(18-(-21))=58140 Вт.

Тепловая мощность на отопление гаража:

q_oт=0,64 Вт/(м³×К) (таблица 1, /2/);

t_В= 10 °C (страница 157, /1/);

t_Н.О.= -35 С (по заданию);

а=0,54+22/(10-(-35))=1,03;

V_H=200×4=800 м³;

Ф_ОТ=0,64×800×(10-(-35))×1,03=23731,2 Вт.

Суммарная тепловая мощность на отопление:

∑Ф_0Т= 2563803+243643,32 +25552,8 +271081,77+277876,35 +23731,2 =3405688,44 Вт

Суммарная тепловая мощность на вентиляцию:

∑Ф_в=38880+1252+5781+58140=104053 Вт.

2.2 Расход теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды

Определение расходов теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды

2.2.1 Расход теплоты на горячее водоснабжение:

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение Ф_г.в.^ср (в Вт), жилых и общественных зданий в отопительный период определяется:

 (4)

 m - расчётное количество населения обслуживаемого системой горячего водоснабжения;

q_г.в. - укрупненный показатель среднего теплового потока, Вт, на горячее водоснабжение на одного человека. Принимается в зависимости от среднесуточной за отопит. период нормы расхода воды при температуре 60 ⁰С

на одного человека g,л/сут;

По формуле (4) найдём Ф^ср_г.в для жилых зданий:

 q_г.в=320 Вт для g= 85л/сут (рекомендация на стр.124/2/)

 Вт.

По формуле (4) найдём Ф^ср_г.в для школ:

q_г.в=146 Вт для g= 40л/сут (рекомендация на стр.124/2/)

Вт

Тепловая мощность на горячее водоснабжение клуба:

При среднем за отопительный период норме расхода, воды при температуре 60 ⁰С на горячее водоснабжение одного душа в час g=110 л/час с горячим водоснабжением (рекомендация на стр.124/2/);

Ф_г.в =0,278×V_t×ρ_в×с_в×(t_г.в.-t_х.в.), (5)

где V_t – часовой расход горячей воды, м³/ч;

r_в – плотность воды (983 кг/м³), (124/1/);

C_в – удельная массовая теплоемкость воды, уравненная 4,19 кДж/(кг× К).

Для душевых помещений из расчета одновременной работы всех душевых сеток в течение 1 часа в сутки:

G=n×g×10^-3 , (6)

где n – число душевых сеток;

g – расход воды на 1 душевую сетку, л/сут.

 Ф_г.в. =0,278×10×110×0,001×983×4,19×(65-5)=75571,2 Вт.

Тепловая мощность на горячее водоснабжение бани.

При среднем за отопительный период норме расхода воды при температуре 60⁰С на горячее водоснабжение одного посетителя g=120 л/сутки с горячим водоснабжением (рекомендация на стр.124/2/);

Для бань и предприятий общественного питания:

G=m×g×10^-3 (7)

m- число посетителей равное числу мест в раздевальной;

m=50

По формуле (5) найдем Ф^ср_г.в:

Ф^ср_г.в.= 0,278×50×120×0,001×983×4,19×(65-5)= 412206,5 Вт.

Максимальный поток теплоты (в Вт), расходуемый на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Ф_г.в.^max =(2…2,4)×(672000+27740+75571,2 +412206,5)=2612538,9 Вт.

В животноводческих помещениях максимальный поток теплоты (Вт), расходуемый на горячее водоснабжение (t_г=40…60 ⁰С), для санитарно-гигиенических нужд.

 (9)

где b - коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течение суток; b= 2,5;

- массовая теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/кг, ⁰С

 m - число животных данного вида в помещении;

g - норма среднесуточного расхода горячей воды на одно животное, кг (принимают для коров молочных пород 15 кг.)

Ф_г.в.= Вт

Максимальный поток на горячее водоснабжение ремонтных мастерских:

 (10)

G- расход горячей воды м³ /ч

 -плотность воды

-расчетная температура холодной воды принимаемая зимой -5 ⁰С

- расчетная температура горячей воды равная 60 ⁰С

Вт

Поток теплоты, Вт, расходуемый на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному снижается и определяется по следующим формулам:

 для жилых и общественных зданий:

=0,65×2612538,9 =1698150,3Вт

для производственных зданий:

=0,82×(6726,8+36903,9)=35777,2 Вт.

2.2.2 Тепловая мощность на технологические нужды.

Тепловую мощность системы теплоснабжения, Вт, на технологические нужды определяем по формуле:

где y- коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6...0,7;

D - расход теплоносителя, кг/ч;

р - коэффициент возврата конденсатора или обратной воды, принимаемый равным 0,7;

h и h_воз. - энтальпия теплоносителя и возвращаемого конденсатора или обратной воды, кДж/кг.

h_воз.=c_B×t_K (13)

где: t_K - температура конденсата, принимаем равной температуре в обратном трубопроводе 70 ⁰С;

с_В- теплоёмкость воды, с_В=4,19 кДж/(кг×К);

h_воз.=4,19×70=293,3 кДж/кг.

Тепловая мощность на технологические нужды ремонтной мастерской:

Энтальпия пара при р=0,2 МПа и при степени сухости пара 0,95 (по h,s - диаграмме)

h=2600 кДж/кг;

По формуле (12) найдём Ф_т.н.рм:

Ф_т.н.рм=0,278×0,65×540×(2600-0,7×293,3)=161828,4 Вт.

Тепловая мощность на технологические нужды гаража

Расход смешанной воды для автогаражей:

Расчетная суммарная мощность котельной:

Расчётную тепловую нагрузку на котельную, Вт, подсчитывают отдельно для зимнего и летнего периода годов по расчётным расходам тепловой мощности каждым объектом, включенным в систему централизованного теплоснабжения: для зимнего периода:

Ф_р^зим= 1,2×(∑Ф_ОТ+∑Ф_вен+∑Ф_г.в.^max+∑Ф_т.н.), (15)

для летнего периода

Ф_р^лет=1,2×(Ф_г.в.лет^max+∑Ф_т.н), (16)

где: ∑Ф_от,∑Ф_вен,∑Ф_г.в.^max+∑Ф_т.н -максимальные потоки теплоты на отопление, вентиляцию, горячего водоснабжение и технологические нужды, (в Вт);

1,2 - коэффициент запаса, учитывающий расход теплоты на собственные нужды котельной, теплопотери в тепловых сетях;

ζ - коэффициент, учитывающий снижение расхода теплоты на горячее водоснабжение в летний период по отношению к зимнему (ζ=0,82 для производственных зданий и ζ=0,65 для жилых и общественных зданий).

Вт.

 Вт.

3. Выбор теплоносителя

Согласно СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети" при теплоснабжении для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, и если возможно, для технологических нужд в качестве теплоносителя используется вода.

Температура воды в падающей магистрали принимается равной 150 ⁰С, в обратном трубопроводе - 70 ⁰С. Если расчетная тепловая нагрузка Фр<5,8 МВт допускается применение в падающий магистрали воды с температурой 95... 110⁰С в соответствии с расчетной температурой в местных системах отопления.

Если для технологических нужд необходим пар, то в производственных зданиях и сооружениях при соответствующем технико-экономическом обосновании его можно использовать в качестве единого теплоносителя. В отопительно-производственных котельных допускается применение двух теплоносителей: воды и пара.

Подбор котлов

Ф_уст=Ф_р= Вт

Учитывая величину Ф_уст и необходимость в технологическом паре, выбираем для котельной котлы ДКВР. Зная что тепловая мощность котла ДКВР-2,5-13 при работе на угле состовляет 1,75 МВт(см. таблица 9 /2/), принимаем котельную с четырьмя котлами ДКВР-2,5-13 с общей тепловой мощностью 1,75×4=7 МВт

Так как в летний период максимальная тепловая нагрузка, равна Вт

Что как раз соответствует тепловой мощности одного котла ДКВР-2,5-13, работающего с допустимой перегрузкой до 25

Характеристики котла ДКВР-2,5-13:

5. Годовой расход топлива

Годовой расход тепла на отопление:

 ;  (17)

Где - суммарный максимальный расход тепла на отопление,Вт

t_в- средняя расчетная по всем потребителям температура внутреннего воздуха (16…18⁰ С);

t_н- расчетная отопительная температура наружного воздуха, ⁰С;

t_о.п- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, сут.

n_от- продолжительность отопительного периода, сут.

Годовой расход тепла на вентиляцию:

 (18)

t_н.в- расчетная зимняя вентиляционная температура

z_в-усредненное за отопительный период среднесуточное число работы системы вентиляции; при отсутствии данных принимают z_в=16ч.

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение:

 (19)

-коэффициент, учитывающий снижение часового расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к зимнему. Для жилых и общественных зданий =0,65, для производственных =0,82;350- число суток

в году работы системы горячего водоснабжения.

Годовой расход тепла на технологические нужды:

 (20)

Общий годовой расход тепла:

Годовой расход топлива подсчитываем по формуле:

 (21)

-низшая теплота сгорания рабочего топлива(кДж/кг- для твердого и жидкого топлива кДж/м³- для газообразного топлива )

Для каменного угля  ;

- средний КПД котельной(при работе на твердом топливе =0,6,на жидком и газообразном- =0,8);

6 Регулирование отпуска теплоты котельной

В системах теплоснабжения сельскохозяйственных объектов основной является тепловая нагрузка систем отопления. Поэтому при применении водяных тепловых сетей применяют качественное регулирование подачи теплоты на основании температурных графиков, с помощью которых определяют зависимость температуры воды в трубопроводах тепловых сетей от температуры наружного воздуха при постоянном расходе.

При наличии систем горячего водоснабжения температур воды в подающем трубопроводе открытых систем теплоснабжения принимают не ниже 60 ⁰С, закрытых - не ниже 70 ⁰С. Поэтому температурный график для падающий линии имеет точку излома С, левее которой t_п=const.

Минимальная температура обработанной воды определяется, если через точку С провести вертикальную линию до пересечение с графиком обратной воды. Масштаб построения m_t=0,23 ⁰С/мм.

7. Подбор питательных устройств и сетевых насосов

Для паровых котлов с избыточным давлением пара свыше 68,7 кПа устанавливают конденсатные и питательные баки. Конденсат конденсатными насосами перекачивается из конденсатных в питательные баки, расположенные на высоте 3...5 м от чистого пола. В эти баки подается также химически может выполнить резервуар термического деаэратора, объем которого должен быть равен 2/3× V_п.б

Вместимость питательных баков (м³) из расчета часового запаса воды

V_п..б. = , (22)

 - расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/ч.

Вместимость конденсатных баков:

V_к.б. = , (23)

где - коэффициент возвращаемого конденсата, =0,7 (стр.131/1/);

 - расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/ч.

Расход питательной воды найдем по формуле:

 (24)

D- расчетная паропроизводительность всех котлов, кг/ч;

П- продувка котлов, %(при питании котлов химически очищенных водой П=0,5…3,0%);

Вместимость питательных баков:

Вместимость конденсатных баков:

V_к.б. = ,

Подача конденсатного насоса (м³/ч) должна быть равна часовому объему конденсата V_к.б а напор создаваемый насосом принимают 150…200кПа.

Выбираю центробежный насос 1,5К-6 (приложение 21/1/): подача 6 м³/ч; развиваемое давление 199 кПа; КПД=50%.

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях устанавливают два сетевых насоса с электроприводом (один из них резервный). Производительность насоса, м³/ч, равная часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали:

где - расчетная тепловая нагрузка, покрываемая водой, (в Вт);

 - плотность обратной воды, кг/м³, =977,8 кг/м³ (132/1/),

 и - расчетный температуры прямой и обратной воды, °С.

Тепловая нагрузка , покрываемая паром, Вт

Вт

- тепловая мощность, потребляемая котельной на собственные нужды(подогрев и диарация воды, отопление вспомогательных помещений и др.)

 (26)

 Вт

Ориентировочно принимаем напор развиваемый сетевым насосом:

;

Выбираем два центробежных насоса 4КМ-12 (приложение 21/1/): подача 65 м³/ч; развиваемое давление 370 кПа; КПД=75%.

Подпиточные насосы компенсируют разбор воды из открытых тепловых сетей на горячее водоснабжение и технологические нужды, а также восполняют утечки сетевой воды, состовляющие 1…2% ее часового расхода.

 Количество подпиточных насосов должно быть не менее двух. Устанавливают подпиточные насосы перед сетевыми насосами во всасывающую линию для обеспечения давления в обратной магистрали.

 Подача подпиточного насоса(м /ч)

 (27)

- расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения, Вт

- часть расчетной технологической нагрузки, покрываемой теплоносителем, Вт

 и  - расчетные температуры горячей и холодной воды, ⁰С

- плотность подпиточной воды, можно принять равной  кг/м³,

Ориентировочно принимаем напор развиваемый подпиточными насосами:

Выбираем насос 3КМ-6 (приложение 21/1/): подача 45 м³/ч; развиваемое давление 358 кПа; КПД=70%. Устанавливают подпиточные насосы перед сетевыми насосами во всасывающую линию для обеспечения давления в обратной магистрали

Мощность, кВт, на привод центробежного насоса с электродвигателем,

где V_t - производительность насоса, м³/ч; Р_н - давление, создаваемое насосом, кПа; - к.п.д. насоса.

 Для насоса 1,5К-6:

N= кВт,

Для насоса 4КМ-12:

N= кВт,

Для насоса 3КМ-6:

N=кВт

Расчет водоподготовки

В производственно- отопительных котельных получила распространение докотловая обработка воды в натрий-катионитовых фильтрах с целью ее умягчения. Объем катионита (м³), требующийся для фильтров,

; (29)

-расчетный расход исходной вод, м³/ч

- период между регенерациями катионита(принимаем равной 8…24ч)

- общая жескость исходной воды, мг∙экв/ м³ ( рекомендация на стр. 133/1/)

- обменная способность катионита, г∙ экв/ м³ (для сульфоугля Е=280…300, г∙ экв/ м³);

 (30)

-расход исходной воды, м³/ч(для паровой котельной  )

Расчетная площадь поперечного сечения одного фильтра:

 (31)

h- высота загрузки катиона в фильтре, равная 2…3м

n- число рабочих фильтров(1…3)

По таблице 4.3 стр.134/1/подбираем фильтры с площадью поперечного сечения с запасом в сторону увеличенияА=0,39 м²

Далее определяем фактический межрегенерационный период (ч) и число регенераций каждого фильтра в сутки:

Число регенераций в сутки по всем фильтрам:

Для регенерации натрий- катионитовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl(6…8%).

Расход соли (кг) на одну регенерацию фильтра:

 (32)

а- уднельный расход поваренной соли равный 200г/(г∙экв.).

Суточный расход соли по всем фильтрам:

8. Расчет тепловой схемы паровой котельной

Один из возможных вариантов принципиальной тепловой схемы котельной, работающей на открытые тепловые сети, представлен на рис. 4.

Вырабатываемый в котле К пар используется для подогрева сетевой воды в подогревателе ПС (Д_пс). Конденсат этого пара через охладитель конденсата ОК подается в деаэратор питательной воды ДР 1. В этот же деаэратор поступает конденсат греющего пара подогревателя сырой воды ПСВ и подогревателя химочищенной воды ПХВ, а также добавка химочищенной воды m_хов и отсепарировавшийся пар из расширителя непрерывной продувки СНП. Небольшой расход пара  необходимый для подогрева этих потоков до 102...104 °С, подается в деаэратор Др1 через редукционную установку РУ. Подпитка тепловой сети осуществляется деаэрированной водой, подаваемой насосом сырой воды НСВ через ПСВ, химводочистку ХВО, охладитель деаэрированной воды ОДВ в деаэратор ДР2 и оттуда подпиточным насосом НП_од подпиточным насосом в обратную магистраль перед сетевым насосом НС. Некоторое количество редуцированного пара используется на нагрев подпиточной воды в деаэраторе ДР2 (), на технологические нужды (D_т), на паровое отопление ( )и на собственные нужды (D_сн).

В задачу расчета тепловой схемы паровой котельной входит определение расходов, температур и давлений теплоносителей (пара и воды) по их потокам в пределах установки, а также суммарной паропроизводительности котельной.

D_o = D_т +  D_сн + + + D_псв + D_пхв + D_сп. (33)

Расход пара на технологические нужды:

где  - тепловая мощность, отпускаемая технологическим потребителям, кВт;

 - энтальпия пара, кДж/кг (определяется по давлению и по температуре для перегретого пара или же по давлению (температуре) насыщения и по степени сухости пара).

D_т =

Расход пара на отопление производственных помещений, если отопление паровое:

где  - тепловая мощность, идущая на отопление производственных помещений, кВт;

- тепловая мощность, идущая на вентиляцию производственных помещений, кВт;

 - энтальпия возвращаемого конденсата (= 4,19×t_к, где t_к=70 °С).

Расход пара на собственные нужды принимается

Расход пара на деаэрацию потока подпиточной воды  определяется из уравнения теплового баланса деаэратора ДР2:

где - температура воды на входе в деаэратор ДР2, (=80...85 °С);

t_д - температура деаэрированной воды, равная температуре насыщенного пара в деаэраторе при р_д=0,12 МПа, определяем t_д=105 ⁰С;

h_o - энтальпия пара, вырабатыв