Учебное пособие 98

УДК 621.1 ББК 31.361

Составители

А.Т. Курносов, Д. Н. Китаев

Теплогенерирующие установки: метод. указания к вып. выпускных квалификационных работ для студ. бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство» / Воронежский ГАСУ; сост.: А.Т. Курносов, Д. Н. Китаев.

— Воронеж, 2015. — 20 с.

Представлена последовательность выполнения выпускной квалификационной работы, требования к ее содержанию.

Предназначены для студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство».

Библиогр.: 28 назв.

УДК 621.1 ББК 31.361

Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского ГАСУ

Рецензент - Т. В. Щукина, канд. техн. наук, профессор кафедры «Жилищно-коммунальное хозяйство» Воронежского ГАСУ

2

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 29 декабря 2012г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» и Положением об итоговой государственной аттестации выпускников высших учебных заведений Российской Федерации, освоение образовательных программ высшего образования завершается обязательной итоговой аттестацией выпускников.

Целью итоговой государственной аттестации является установление уровня подготовки выпускника к выполнению профессиональных задач и соответствия его подготовки требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, утвержденного Министерством образования и науки Российской Федерации, и основной образовательной программе по направлению подготовки, разработанной на его основе.

К видам итоговых государственных аттестационных испытаний относятся государственный экзамен и защита выпускной квалификационной работы.

Методические указания посвящены итоговой выпускной квалификационной работе студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство» профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция». Представлены общие положения по организации выпускных квалификационных работ, рекомендации по выбору темы, процедура подготовки и защиты работы студентом. Для бакалаврских работ связанных с тематикой теплогенерирующих установок, представлены возможные темы, состав графической и расчетной частей, даны рекомендации и пояснения по объемам работы. Даны ссылки на современную учебную, методическую, справочную и нормативную литературу, используемую при проектировании теплогенерирующих установок.

Методические указания позволят студентам – выпускникам направления 08.03.01 «Строительство» профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция» выполнить выпускную квалификационную работу на высоком техническом уровне в соответствии с действующими требованиями и получить основные сведения о процедуре предстоящей им защиты.

1. ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ

Выполнение выпускной квалификационной работы (далее ВКР) является заключительным этапом обучения в вузе и имеет своей целью:

-систематизацию, закрепление и расширение теоретических и практических знаний и применение этих знаний при решении конкретных научных, технических, экономических и производственных задач;

-развитие навыков ведения самостоятельной работы и овладение методикой исследования при решении разрабатываемых вопросов;

-выяснение подготовленности студентов для самостоятельной работы в условиях современного производства.

3

По качеству выполнения проекта и его защиты в государственной аттестационной комиссии (ГЭК) определяется степень готовности студентов для самостоятельной работы в качестве бакалавра.

Выполнение ВКР является наиболее ответственной учебной работой студента за весь период обучения в университете.

В процессе работы над ВКР студент должен:

-уметь правильно разобраться в поставленной инженерной проблеме и довести её разработку до расчетного и конструктивного решения с экономическим обоснованием;

-показать умение правильно применять полученные теоретические знания, применять для расчетов и выполнения чертежей ЭВМ, в достаточной мере использовать современную отечественную и иностранную техническую литературу.

Согласно положению об итоговой государственной аттестации выпускников Воронежского ГАСУ [1], выпускная квалификационная работа для получения квалификации «бакалавр» выполняется в форме бакалаврской работы (далее БР).

В своей работе выпускник должен отразить основные направления развития рассматриваемой отрасли промышленности, обеспечить применение и соблюдение правил и норм проектирования теплогенерирующих установок, использовать передовой опыт работы промышленности, достижения новаторов производства (по материалам производственных практик), заложить условия для повышения эффективности производства на основе научнотехнического прогресса.

Для подготовки ВКР обучающемуся назначается руководитель, который одновременно является консультантом по общей и специальной частям работы, а также патентным исследованиям, и при необходимости – консультанты из числа преподавателей университета или ведущих специалистов профильных сторонних организаций, которые визируют соответствующие разделы. Консультанты руководят отдельными частями бакалаврской работы (системы ТГС как объект регулирования, обоснование проектов систем ТГС, организация и технология строительства систем ТГС, экологическая безопасность строительства систем ТГС).

Несмотря на наличие руководителя и консультантов, ВКР является самостоятельной работой студента, на основе которой ГЭК решает вопрос о присвоении ему звания бакалавр. Поэтому за качественное и своевременное выполнение, правильность всех разработок и вычислений несет ответственность студент - автор проекта. Одновременно с получением задания студентом составляется календарный план выполнения ВКР.

Выпускные квалификационные работы полежат обязательному рецензированию. Рецензирование ВКР научно-педагогическими работниками выпускающей кафедры не допускается.

4

2. ТЕМА И СОСТАВ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Закрепление за студентами темы ВКР (с указанием руководителя) по представлению выпускающей кафедры оформляется приказом ректора университета.

Тема бакалаврской работы должна быть актуальной, удовлетворять задачам выпускной квалификационной работы и соответствовать современному уровню развитая науки и техники.

Бакалаврская работа, как правило, должна разрабатываться на конкретных материалах и содержать решение определенных производственных задач. Этим условиям наиболее полно отвечает реальное проектирование, являющееся лучшим завершением подготовки бакалавра.

Реальным считается работа, если выполняется одно из требований:

-тема работы предложена письмом предприятия (или организации);

-тема соответствует проводимой кафедрой научно-исследовательской работе (хоздоговорной или госбюджетной).

Практически все студенты заочного обучения, работающие по специальности, должны выполнять реальные работы, направленные на совершенствование теплогенерирующих установок своего производства.

Студент может предложить сам тематику ВКР с необходимым обоснованием целесообразности ее разработки для практического применения. В этом случае тема работы выбирается студентом на основе материалов, собранных во время производственных практик, его работы в студенческих научных кружках или по месту работы. Бакалаврские работы могут основываться на обобщении выполненных курсовых работ и проектов.

Бакалаврская работа по теплогенерирующим установкам должна удовлетворять:

-высокому коэффициенту полезного действия;

-комплексной механизации, автоматизации и диспетчеризации;

-низкой себестоимости отпускаемой энергии;

-требованиям санитарно-гигиенических условий и правил техники безопасности.

В формулировке темы работы должна быть отражена его основная особенность и специфика спецвопроса. В качестве примеров можно привести следующие темы.

1. Отопительно-производственная котельная промпредприятия (или бытового комбината) с разработкой теплоутилизатора.

2. Реконструкция района отопительной котельной для теплоснабжения жилмассива (города) с увеличением ее мощности.

3. Проектирование отопительной котельной жилого комплекса с внедрением энергосберегающих технологий.

Конкретное содержание бакалаврской работы в основном зависит от те-

мы.

В состав ВКР по теплогенерирующим установкам, как правило, входят следующие разделы.

5

1.Социально-экономическое обоснование проекта (1 - 2%).

2.Экономика, включая технико-экономическое сравнение вариантов

(10%).

3.Основная часть проекта (45%), включая вопросы экономии топливно- энергетических ресурсов.

4.Организация работ по строительству и монтажу ТГУ (10%).

5.Автоматика (10%).

6.Охрана труда и техника безопасности при строительстве и эксплуатации ТГУ (10%).

7.Мероприятия по гражданской обороне (25%).

8.Мероприятия по охране окружающей среды (5%).

9.Отопление, вентиляция проектируемых объектов (8%).

10.Общие выводы.

Все дополнительные разделы должны органически сочетаться с основной частью проекта и являться ее более широким развитием.

3. СОДЕРЖАНИЕ И УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ

Расчетно-пояснительная записка включает в себя:

-характеристику и систематизацию потребителей тепла, выявление характера тепловых нагрузок отопительно-производственных объектов, построение графика расхода тепла на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, выбор источника теплоснабжения, теплоносителей по каждому потребителю (вода, пар) и их параметров

[16,17,22,24,26];

-технико-экономическое обоснование выбора типа теплогенератора, их числа с учетом резерва и расширения поверхности нагрева (объемом 8-10%) [3,4,16,17];

-выбор топочных устройств, расчет их габаритов применительно к виду топлива и тепловой нагрузке теплогенератора. Тепловой расчет теплогенера-

тора с применением ЭВМ (объемом 15-18%) [2,9,12,14,15,20,21,25,27];

-разработку схемы и конструкции топливного хозяйства и топливоподачи, составление схемы газопроводов или мазутопроводов; разработку схемы золо-шлакоудаления и выбор оборудования; разработку схемы воздухопроводов, расчет их аэродинамических сопротивлений и сечений, выбор дутьевых вентиляторов; выбор устройств золоулавливания; разработку схемы боровов, расчет аэродинамических сопротивлений котла и боровов, размеров дымовой трубы; выбор дымососов (объемом 12-15%); проверку высоты дымовой трубы на рассеивание вредных выбросов от теплогенераторов

[6,11,18,19,23];

-обоснование и выбор тепловой схемы водоподготовки применительно

ктипу теплогенераторов и параметрам теплоносителей; расчет и выбор основного оборудования водоподготовки; разработку и расчет тепловой схемы котельной с выбором необходимого оборудования; расчет гидравлических

6

сопротивлений и диаметров трубопроводов теплогенерируюшей установки с выбором питательных, подпиточных и сетевых насосов (объемом 15-17%) [5,7,8,10,13];

- выбор типа здания котельной и размещение в нем основного и вспомогательного оборудования; выбор схемы отопления и вентиляции здания котельной и расчет ее по укрупненным показателям (объемом 5%); технико - экономические расчеты, перечень оборудования и общие капиталовложения, калькуляцию себестоимости отпущенной тепловой энергии (объемом 5%) [4,14,19,28].

3.1.Определение тепловых нагрузок и построение их графиков

Вобщем случае тепловая нагрузка складывается из технологической нагрузки, нагрузки горячего водоснабжения, отопительно-вентиляционной нагрузки. При летнем режиме имеются лишь нагрузки технологическая и горячего водоснабжения.

Технологическая нагрузка представляет собой потребление пара на молоты, прессы и другие агрегаты, применяемые для обработки металлов, пластмасс и прочих материалов. Давление пара в этом случае требуется порядка 0,5-0,7 МПа, на выходе пар будет иметь давление 0,02-0,05 МПа. Технологическая нагрузка представляет собой также потребление тепла разнообразными сушилками, выпарными аппаратами и т. п.

Технологическая нагрузка может покрываться в большинстве случаев паром давлением 0,2-0,9 МПа и реже горячий водой с температурой до 150°С. Ее можно считать постоянной в течение года, равномерной по часам смены и по часам суток при трехсменной работе предприятия.

Для определения количества вырабатываемого тепла на котельной необходимо учесть сетевые потери тепла (они учитываются сразу для всех нагрузок) и снижение параметров теплоносителя.

Взависимости от протяженности сетей и качества их изоляции необходимо оценить потерю давления в паропроводах 0,05- 0,1 МПа и снижение температуры воды в водяных сетях в 1-3°С на 1 км трубопровода.

Для технологических целей пар обычно применяется перегретым до 220

-250°С , а температура конденсата может быть различной.

Если пар после технологических агрегатов выбрасывается в атмосферу, то на восполнение потерь пара в котельной будет увеличиваться подача воды на химводоочистку из водопровода. В этом случае температура воды принимается равной 5°С. Если же отработанный пар предполагается использовать для нагревания воды на горячее водоснабжение, а конденсат направить в котельную, то можно принять температуру 100°С. В этом случае энтальпия пара, входящего в пароводяной теплообменник, должна быть определена при давлении отработанного пара 0,02-0,05 МПа и влажности 20%.

Горячее водоснабжение может использоваться для технологических и хозяйственно-бытовых нужд промышленных предприятий, а также хозяйст- венно-бытовых нужд в жилых и общественных зданиях. Нагрузка горячего

7

водоснабжения для технологических нужд, как правило, должна быть известна.

При определении нагрузки горячего водоснабжения для хозяйственнобытовых нужд промпредприятий необходимо сначала разделить все цехи предприятия на группы в зависимости от санитарной характеристики производственных процессов. Oт этого зависит необходимость устройства в цехах умывальников и душевых.

Результатом расчета будет являться среднечасовой расход тепла за сутки. На суточном графике расхода тепла на горячее водоснабжение он будет представлен прямой линией, параллельной оси абсцисс.

Сложив все расходы тепла на горячее водоснабжение, можно получить необходимое количество тепла, которое теплогенерирующая установка должна подать потребителям для покрытия нагрузки горячего водоснабжения. Если к этому прибавить технологическую нагрузку, то будет получена минимальная летняя нагрузка котельной установки, без учета потерь в сетях.

При использовании отработанного пара от технологических потребителей для нагрева воды из общей нагрузки горячего водоснабжения необходимо вычесть долю тепла, полученного за счет утилизации отработанного пара.

Отопительно-вентиляционную нагрузку можно подсчитать по укрупненным показателям. Максимальный часовой расход тепла на отопление зданий определяется по общеизвестным соотношениям с учетом удельной отопительной характеристики здания, усредненной расчетной температуры внутреннего воздуха отапливаемых зданий, расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления и наружного отопительного объема здания.

При разработке проекта котельной для большого микрорайона (или района) города допустимо использование еще более укрупненных показателей.

Расчетную тепловую нагрузку на котельную можно определить по площади застроенного района или по числу жителей. В этом случае используются данные о максимально-часовой и годовой тепловой плотности на 1 га застройки для различных районов или сведения о максимально-часовом и годовом расходе тепла на одного жителя.

Максимальный часовой расход тепла на вентиляцию зданий определяется аналогично расчетам расхода тепла на отопление с учетом удельной вентиляционной характеристики здания, расчетной температуры наружного воздуха для проектирования вентиляции. В результате определяется максимальное потребление тепла как сумма этих нагрузок.

Тепловые нагрузки изменяются по сезонам, кроме того, они могут меняться и по часам суток. Чтобы определить суммарные максимальную и минимальную нагрузки, знание которых необходимо для подбора количества и мощности котлов, требуется построение графиков нагрузки.

При этом технологическая нагрузка и нагрузка горячего водоснабжения считается постоянной в течение года. Отопительно-вентиляционная нагрузка является сезонной.

8

Для полного представления о характере изменения тепловых нагрузок необходимы суммарный график изменения нагрузок в зависимости от наружной температуры, график годовой выработки тепла. По оси абсцисс откладываются температуры наружною воздуха от +8°С до расчетной отопительной температуры (начало и конец отопительного сезона), а по оси ординат - расход тепла.

На графики в виде прямых, параллельных оси абсцисс, должны быть нанесены среднечасовые за сутки расходы тепла на технологические нужды и на горячее водоснабжение.

На графики наносится также среднечасовой за сутки расход тепла на вентиляцию. Изменения расходов тепла на отопление будут выражены прямой линией, наклонной к оси абсцисс. Суммарный график количества потребляемого тепла при изменении наружной температуры будет получен путем сложения ординат всех четырех нагрузок. Над полученной суммарной прямой нужно провести еще одну прямую, ординаты всех точек которой будут больше на 10% ординат построенного графика, что учитывает потери в сетях и расходы на собственные нужды. Это будет линия, выражающая зависимость количества вырабатываемого тепла от наружной температуры.

Затем переходят к построению графика, позволяющего определить годовую выработку тепла производственно-отопительной котельной и годовой расход топлива для этой цели. В этом графике по-прежнему откладываются по оси ординат количество тепла, а по оси абсцисс - годовое количество часов. Используя данные о числе часов отопительного периода с одинаковой температурой наружного воздуха для различных районов, можно построить кривую, выражающую годовую выработку тепла котельной установкой. Построение графика начинается с перенесения на него максимальной выработки тепла при расчетной наружной температуре предыдущего графика. Поскольку на этом графике отражаются продолжительность сезонной и круглогодичной нагрузки, то его еще называют графиком продолжительности нагрузок.

3.2.Выбор источника теплоснабжения и теплоносителя

Впринципе теплоснабжение объектов должно осуществляться централизованно - от одной котельной установки или от ТЭЦ. Выбор между центральной котельной и ТЭЦ может быть сделан лишь на основе всестороннего учета всех технико-экономических условий энергоснабжения данного района.

Врайонах крупных энергетических систем выбор системы централизованного теплоснабжения производится в зависимости от размера суммарных тепловых нагрузок, а именно:

- при суммарной тепловой нагрузке 300МВт и выше во всех случаях сле-

дует применять комбинированную выработку тепла и электроэнергии на ТЭЦ;

9