Введение

Рациональная организация теплоснабжения предприятий по переработке сырья животного происхождения – важнейшее условие экономичной работы предприятий, гарантирующей производство мясо- молочных продуктов высокого качества.

От правильного выбора системы теплоснабжения, укомплектованного оборудованием, серийно выпускаемым промышленностью зависит затраты теплоты на выпуск единицы продукции.

В связи с постоянным и неизбежным повышением цен на топливно-энергетические ресурсы возрастает доля стоимости затрат теплоты в структуре себестоимости производимой продукции.

В связи с этим проблема надежного и экономичного обеспечения предприятий по переработке сырья животного происхождения теплоносителями требуемых параметров представляет важную задачу.

Надежность теплоснабжения предприятия должна быть обеспечена как простотой обслуживания всех элементов теплового хозяйства, так и возможностью их быстрого ремонта с минимальными затратами.

Схема теплоснабжения предприятия должна быть компактной, обеспечивая минимальные потери теплоты и утечки теплоносителей в процессе их производства и транспортировки. Она должна быть экономически и экологически безопасной, с минимальным выходом вторичных энергетических ресурсов.

Составление теплового баланса предприятия

Тепловой баланс предприятия показывает распределение теплоты на технологические нужды, на собственные нужды котельной. Он необходим для подбора нужного количества и типов теплогенераторов, определения максимального часового и годового расходов топлива, обоснования мероприятий по обеспечению надежности теплоснабжения предприятия. Тепловой баланс составляют для наиболее напряженного режима работы системы теплоснабжения в период массовой переработки сырья в расчете на дневную рабочую смену.

Тепловой баланс имеет вид:

Q=Q_т.н.+Q_г.в.+Q_от+Q_вен+Q_с.н.,

где Q – выработка теплоты в котельной, ГДж/смена;

Q_т.н.,Q_г.в.,Q_от,Q_вен,Q_с.н. – соответственно расходы теплоты на технологические нужды , горячее водоснабжение, отопление, вентиляцию, отпуск теплоты сторонним потребителям, расход теплоты на собственные нужды котельной и топливного хозяйства, ГДж/смена.

При составлении теплового баланса, необходимо правильно определить параметры пара, используемого в различных цехах предприятия в зависимости от ассортимента производимой продукции Для обеспечения высокого коэффициента полезного действия и отопительного удельного расхода топлива на выработку пара котельная должна вырабатывать 70% пара с давлением близким к номинальному для данного котлоагрегата. Для снижения давления пара в тепловой схеме теплоснабжения предусматривается редукционные клапана.

Определение расхода теплоты на технологические нужды производим по формуле:

где Q_i – расход теплоты на выработку нормируемых видов энергоемкой продукции, ГДж/смена;

Q_Н – расход теплоты на производство ненормируемого видов продукции, ГДж/смена.

где П_i – проектная мощность по выработке отдельных видов продукции, т/смена;

q_i – удельные расходы теплоты на выработку отдельных видов продукции, ГДж/т (для консервов – ГДж/туб).

q_i=(h_i(1-_ГПi)+(h_i-h_ПКСi)_ГПi)10^-3 ,

где h_i – энтальпия пара, поступающего в цех, кДж/кг;

_ГПi – доля «глухого» пара от его общего потребления при выработке отдельных видов продукции;

h_ПКС – энтальпия паро-конденсатной смеси для отдельных видов продукции, кДж/кг.

;

Энтальпия кипящей воды при давлении Р=1МПа и степени сухости пара х=0,97:

h_i =762,6+2014,1∙0,97=2716,277 кДж/кг _.

;

где h_i^’ – энтальпия кипящей воды при давлении P_кот, кДж/кг;

r_i – теплота парообразования при давлении P^’_кот, кДж/кг;

h_i^’’ – энтальпия паро-конденсатной смеси при давлении P^’ для отдельных видов продукции, кДж/кг;

r_i^’ - теплота парообразования при давлении P_i^’ для отдельных видов продукции, кДж/кг;

x_ППi – доля «пролетного» пара в паро-конденсатной смеси для отдельных видов продукции (таблица 1).

Давление пара Р, МПа для от дельных видов продукции (по таблице 1):для мяса Р=0,3МПа, колбасных изделии Р=0,3МПа, сухих животных кормов 0,45МПа, птицы Р=0,3МПа,жира Р=0,3МПа, консервов Р=045МПа и других видов продукции Р=0,3МПа.

По приложению М, при Р=0,3МПа, х_пп=0,18, h_i=561,4 кДж/кг, r_i=2163,6 кДж/кг; при Р=0,45МПа, х_пп=0,15, h_i=(640,1+604,7)/2=622,4 кДж/кг,r_i=(2134,3+2108,9)/2=2121,6 кДж/кг.

h_{ПКС1,2,4,5,7}= 561,4+2163,6∙0,18=950,848кДж/кг;

h_ПКС3,6=622,4+2121,6∙0,15=940,64 кДж/кг.

Доля горячего пара принимаем по таблице 1: для мяса α_гп=0,45;для колбасных изделий α_гп=0,45; сухих животных кормов α_гп=0,6; птицы α_гп=0,7; жира α_гп=0,45; консервов α_гп=0,6 и других видов продукции α_гп=0,45.

Удельный расход теплоты :

q_1,2,5,7=(2716,277∙ (1-0,45)+(2716,277-950,848) ∙0,45) ∙10^-3=2,288 ГДж/т

q_3,6=(2716,277∙ (1-0,6)+(2716,277-940,64) ∙0,6) ∙10^-3=2,151 ГДж/т

q₄=(2716,277∙ (1-0,7)+(2716,277-950,848) ∙0,7) ∙10^-3=2,050 ГДж/т

Расход теплоты:

Q₁=2,288∙1=2,288 ГДж/cмена;

Q₂=2,288∙0=0 ГДж/cмена;

Q₃=2,151∙1=2,151 ГДж/cмена;

Q₄=2,050∙3=6, 15 ГДж/cмена;

Q₅= 2,288∙6= 13,728 ГДж/cмена;

Q₆=2,151∙1=2,151 ГДж/cмена;

Q₇=2,288∙1=2,288 ГДж/cмена.

,

где _d – доля ненормируемого расхода пара на технологические нужды от нормируемого; принимаем _d=0,12.

Q_н=0,12∙ (2,288+0+2,151+6,15+13,728+2,151+2,288)=2,958 ГДж/cмена.

Расход теплоты на технологические нужды:

Q_тн=2,958 +24,656=27,614 ГДж/cмена.

Расход пара на технологические нужды D_ТН:

,

где D_i – расход пара на выработку отдельных видов продукции, т/смена;

D_Н – расход пара на производство ненормируемых видов продукции, т/смена.

D_i=d_iП_i ,

где d_i – удельные расходы пара на выработку отдельных видов продукции, т/смена (для консервов – туб/смена), приведенные в таблицах 2,3,4.

.

Для мяса d_i=0,35; для колбасных изделий d_i=2,4; сухих животных кормов d_i=6,8; птицы d_i=0,72; жира d_i=0,92; консервов d_i=5,1.

D₁= 0,35∙1=0,35 т/смена;

D₂=2,4∙0=0 т/смена;

D₃=6,8∙1=6,8 т/смена;

D₄=0,72∙3=2,16 т/смена;

D₅=0,92∙6=5,52 т/смена;

D₆=5,1∙1=5,1 т/смена;

D_н=0,12∙ (0,35+0+6,8+2,16+5,52+5,1)=2,39 т/смена;

D_тн=19,93+2,39=22,32 т/сменa.

Удельные расходы пара и ряд других используемых в дальнейшем расчетах величин определяются методом табличной интерполяции для характерного типоразмера предприятия. Определяющим фактором при этом для предприятий мясной промышленности является проектная выработка мяса.

Результаты расчета расхода пара и теплоты на технологические нужды сводим в таблицу 1

Таблица 1 Расходы пара и теплоты на технологические нужды.

	Р*, МПа	h, кДж/кг	ГП	ХПП	hПКС, кДж/кг	d	q, ГДж/т (ГДж/туб)	D, т/мену	Q, ГДж/смену
Мясо	0,3	561,4	0,45	0,18	950,848	0,12	2,288	0,35	2,28
Колбасные изделия	0,3	561,4	0,45	0,18	950,848		2,288	0	0
Сухие животные корма	0,45	622,4	0,6	0,15	940,64		2,151	6,8	2,15
Жир	0,3	561,4	0,7	0,18	950,849		2,050	2,16	6,15
Птица	0,3	561,4	0,45	0,18	950,848		2,288	5,52	13,72
Консервы	0,45	622,4	0,6	0,15	940,64		2,151	5,1	2,151

Расход теплоты на горячее водоснабжение Q_г.в. производится по формуле:

Q_г.в.=D_г.в.(h_кот-h_к)10^-3,

где h_кот – энтальпия пара, подаваемого в пароводяные подогреватели, кДж/кг (определяется по диаграмме h, s водяного пара при давлении Р_кот и степени сухости Х_кот);

h_к – энтальпия конденсата, возвращаемого из пароводяных подогревателей, кДж/кг.

h_к=c_р.в.t_к ,

где c_р.в.- теплоемкость воды (c_р.в.=4,19 кДж/кг);

t_к – температура конденсата, ⁰С (принимается на 25…35⁰С выше температуры горячей воды);

h_к=4,19∙ (70+35) =439,95 кДж/кг

D_г.в. – расход пара на нагрев воды в пароводяных подогревателях системы горячего водоснабжения, т/смена.

,

где  - плотность воды, = кг/м³;

t_Х.В. и t_Г.В. – соответственно температуры холодной и горячей воды, t_Х.В =10 ⁰С и t_Г.В.= 55 ⁰С;

 - КПИТ в водоподогревателях (0,92…0,95)принимаем =0,95;

V_Г.В. – расход горячей воды, м³/смена.

,

где V_i – расход горячей воды на выработку отдельных видов продукции, м³/смена;

V_Н – расход горячей воды на производство ненормируемого вида продукции и коммунальные нужды, м³/смена.

V_i=w_i П_i;

,

где: w_i – удельные расходы горячей воды на выработку отдельных видов продукции, м³/т (для консервов – м³/туб), приведены в таблице 6;

α_w – доля ненормируемого расхода горячей воды от нормируемого (таблица 4), принимаем α_w=0,22;

w₁=5 м³/т; w₂ =5,1 м³/т; w₃ =16,8 м³/т; w₄=6 м³/т; w₅=7,2 м³/т; w₆=10,5 м³/т;

V₁=5∙1=5 м³/смена;

V₂=5,1∙0=0 м³/смена;

V₃=16,8∙1=16,8 м³/смена;

V₄=6∙3=18 м³/смена;

V₅=7,2∙6=43,2 м³/смена;

V₆=10,5∙1=10,5 м³/смена;

V_н=0,22∙ (5+0+16,8+18+43,2+10,5)=20,57 м³/смена;

V_гв=93,5+20,57=114,07 м³/смена;

т/смену;

Q_г.в=9,86∙ (2716,277-4,19(70+35)) ∙10^-3=22,44 ГДж/смену.

Определение расхода теплоты на отопление Q_от, ГДж/смена, зданий и сооружений предприятия для средней за отопительный период температуры наружного воздуха t_ср. производим по формуле:

,

где q_отi - удельные отопительные характеристики отдельных зданий, Вт/(м³∙К), приведены в таблице 9;

V_Н – объемы отапливаемых зданий по наружному объему, м³, приведенных в таблице 13;

t_в – температура воздуха в отапливаемых помещениях, ⁰С (принять равной +18⁰С);

t_ср – средняя за отопительный период температура наружного воздуха, t_ср =-6,8⁰С

τ_см – продолжительность смены, с(τ_см=83600с).

q_от1=0,26 Вт/(м³∙К);

q_от2=0,34 Вт/(м³∙К);

q_от3=0 Вт/(м³∙К);

q_от4=0 Вт/(м³∙К);

q_от5=0 Вт/(м³∙К);

q_от6=1,8 Вт/(м³∙К);

q_от7=0,32 Вт/(м³∙К);

q_от8=0,50 Вт/(м³∙К);

q_от9=0,60 Вт/(м³∙К);

Объемы отапливаемых зданий по наружному объему, м³;

V_Н1=9∙1000=9000 м³;

V_Н2=2,5∙1000=2500 м³;

V_Н3=0 м³;

V_Н4=0 м³;

V_Н5=0 м³;

V_Н6=0,6∙1000=600 м³;

V_Н7=4∙1000=4000 м³;

V_Н8=2∙1000=2000 м³;

V_Н9=0,4∙1000=400 м³.

Определение расхода теплоты на отопление Q_от, ГДж/смена,

Q_от1=(0,26∙9000∙ (18-(-6,8)))∙8∙3600∙10^-9=1,67 ГДж/смена;

Q_от2=(0,34∙2500∙ (18-(-6,8))) ∙8∙3600∙10^-9=0,60 ГДж/смена;

Q_от3=0 ГДж/смена;

Q_от4=0 ГДж/смена;

Q_от5=0 ГДж/смена;

Q_от6=1,8∙600∙ (18-(-6,8))) ∙8∙3600∙10^-9=0,77 ГДж/смена;

Q_от7=0,32∙4000∙ (18-(-6,8))) ∙8∙3600∙10^-9=0,91 ГДж/смена;

Q_от8=0,50∙2000∙ (18-(-6,8))) ∙8∙3600∙10^-9=0,71 ГДж/смена;

Q_от9=0,60∙400∙ (18-(-6,8))) ∙8∙3600∙10^-9=0,17 ГДж/смена;

Q_от=1,67+0,60+0+0+0+0,77+0,91+0,71+0,17=4,83 ГДж/смена.

Зная Q_от можно рассчитать расход пара на нужды отопления для средней за отопительный период температуры наружного воздуха D_от, т/смена:

,

где h_к^от – энтальпия конденсата, возвращаемого из пароводяных подогревателей системы отопления, кДж/кг;

h_к^от=с_рв·t_к,

h_к^от=4,19∙110=460,9 кДж/кг

где t_к – температура конденсата, ⁰С (принимается на 35…45⁰С выше температуры обратной воды системы отопления).

D_от=4,83∙10³/((2716,277-460,9) ∙0,95)=2,25 т/смена.

Для подбора типоразмеров и количества водоподогревателей системы водяного отопления определяем максимальный расход теплоты на отопление , ГДж/смена, зданий и сооружений для самой холодной пятидневки года.

,

где - удельные отопительные характеристики зданий для самой холодной пятидневки года, Вт/(м³·К);

,

где: t_н- температура наружного воздуха для самой холодной пятидневки года, t_н=-35 ⁰С(Раевский).

q_от1^max=0,26∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=0,18 Вт/(м³·К);

q_от2^max=0,34∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=0,24 Вт/(м³·К);

q_от3^max=0 Вт/(м³·К);

q_от4^max=0 Вт/(м³·К);

q_от5^max=0 Вт/(м³·К);

q_от6^max=1,8 ∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=1,29 Вт/(м³·К);

q_от7^max=0,32∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=0,22 Вт/(м³·К);

q_от8^max=0,50∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=0,35 Вт/(м³·К);

q_от9^max=0,60∙ (1+0,01(-35-(-6,8)))=0,43 Вт/(м³·К);

Q^max_от1=0,18∙9000∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9=2,47 ГДж/смена;

Q^max_от2=0,24∙2500∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9=0,91 ГДж/смена;

Q^max_от3=0 ГДж/смена;

Q^max_от4=0 ГДж/смена;

Q^max_от5=0 ГДж/смена;

Q^max_от6=1,29∙600∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9=1,18 ГДж/смена;

Q^max_от7=0,22∙4000∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9=1,34 ГДж/смена;

Q^max_от8=0,35∙2000∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9=1,06 ГДж/смена;

Q^max_от9=0,43∙400∙ (18-(-35)) ∙8∙3600∙10^-9= 0,26 ГДж/смена;

Q_от^max=2,47+0,91+0+0+0+1,18+1,34+1,06+0,26=7,22 ГДж/смена.

Расход теплоты на вентиляцию Q_вен, ГДж/смена, для средней за отопительный период температуры наружного воздуха производим по формуле:

,

где q_вен – удельные вентиляционные характеристики зданий для средней за отопительный период температуры наружного воздуха (Вт/(м³·К)) при ведены в таблицах 10, 11, 12;

- объемы вентилируемых помещений технологических цехов, м³ (принимаются равными 0,35…0,45 от общих объемов цехов).

q_вен1=1 Вт/(м³·К); q_вен2=0,35 Вт/(м³·К); q_вен3=0 Вт/(м³·К); q_вен4=0 Вт/(м³·К); q_вен5=0 Вт/(м³·К);

V_н1^вен=1∙9000=9000 м³;

V_н2^вен=0,35∙2500=875 м³;

V_н3^вен=0 м³;

V_н4^вен=0 м³;

V_н5^вен=0 м³;

Q_вен1=1∙9000∙ (18-(-6,8)) ∙8∙3600∙10^-9=6,42 ГДж/смена;

Q_вен2=0,35∙875∙ (18-(-6,8)) ∙8∙3600∙10^-9=0,21 ГДж/смена;

Q_вен3=0 ГДж/смена;

Q_вен4=0 ГДж/смена;

Q_вен5=0 ГДж/смена;

Q_вен=6,42+0,21+0+0+0=6,63 ГДж/смена.

Расход пара на вентиляцию D_вен (т/смена) определяем по формуле:

,

где - энтальпия конденсата, возвращаемого из калориферов системы вентиляции, кДж/кг.

,

h_к^вен=4,19∙90=377,1 КДж/кг

где - температура конденсата, ⁰С (принимаем равной 85...95⁰С).

D_вен=6,63∙10³/((2716,277-377,1) ∙0,95=2,98 т/смену.

Общее потребление теплоты Q_пот (ГДж/смена) и пара D_пот (т/смена) на нужды предприятия в сезон переработки сырья рассчитываем по формуле:

,

Q_пот=27,614+22,44+4,83+6,63=61,51 ГДж/смена.

,

D_пот­=22,32+9,86+2,25+2,98=37,41 т/смена.

Расход теплоты Q_с.н.(ГДж/смена) и пара D_с.н.(т/смена) на собственные нужды котельной и топливного хозяйства равно:

,

Q_сн=0,02∙61,51=1,23 ГДж/смена.

,

D_сн=0,02∙37,41=0,74 т/смена

где β_с.н. – доля теплоты, расходуемый на собственные нужды котельной и топливного хозяйства (для котельных, работающих на твердом топливе β_с.н =0,025...0,035; на мазуте 0,06…0,08; на природном газе – 0,02…0,025).

Результаты расчетов теплового баланса предприятия сводим в таблицу3.

Таблица 3 Структура парового и теплового баланса предприятия

		Технологиче­ские нужды	Горячее водо­снабжение	Отопление	Вентиляция	Общее по­требление
D	т/смену %	59	26	6	7	98
Q	ГДж/смена %	44	36	7	10	97