4. Выбор тепловой мощности источника теплоснабжения
В качестве источника
теплоснабжения выберем установку с
паровыми котлами. Установившаяся
тепловая мощность котельной установки
,
кВт определится из формулы:
(18)
,
где:
-
суммарная расчетная тепловая нагрузка
промышленного района, МВт;
- КПД котельной
(
);
- КПД тепловых
сетей котельной (
);
Суммарная расчетная тепловая нагрузка промышленного района в соответствии с заданием на курсовой проект определяется как сумма максимальных тепловых нагрузок жилого района и двух промышленных предприятий на коммунально-бытовые нужды и технологические процессы производства.
Определим суммарную
расчетную тепловую нагрузку,
,
кВт:
(19)
,
,
кВт.
Определим
установившуюся тепловую мощность
котельной установки,
,
кВт:
кВт.
Определим суммарную выработку пара на всех котельных агрегатах паровой котельной ∑DП, кг/с:
(20)
,
где: hП – энтальпия пара, отпускаемого из котла, кДж/кг;
hк – энтальпия конденсата пара, принятая при температуре возвращаемого конденсата, кДж/кг;
Принимаем, что температура возвращаемого конденсата равна 75оС, тогда энтальпия пара данного конденсата определится как hк, кДж/кг:
(21)
,
где: tк – температура возвращаемого конденсата, оС;
Определим число паровых котельных агрегатов n, шт:
(22)
,
где:
– паропроизводительность одного
парового котла, кг/с;
Выбираем (приложение 17) паровой котел Е 50-14 со следующими параметрами:
паропроизводительность – 20,8 кг/с;
абсолютное давление – 1,4 МПа;
температура пара – 225оС.
Принимаем два паровых котла. С учетом резервного котла принимаем количество паровых котлов Е 50-14 равным трем.
Годовой расход топлива определим по формуле:
(23)
,
где:
- годовая выработка
теплоты в котельной, МВт;
- низшая теплота
сгорания топлива, кДж/кг.
Принимаем, что в качестве топлива для котельной используется природный газ. Низшая теплота сгорания природного газа в среднем равна 45000 кДж/кг.
5 Выбор оптимального направления трассы сети и ее описание
Проектирование тепловых сетей начинается с выбора трассы и способа их прокладки. Проектирование трасс магистральных тепловых сетей должно увязываться с условиями, как существующей застройки города, так и перспективами его дальнейшего развития.
Для проектирования тепловых сетей необходимы исходные данные, определяющие топографические условия местности, характер планировки и застройки городских районов, размещение наземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций, характеристику свойств грунтов и глубину их залегания, режим и физико-химические свойства подземных вод и др. Получение этих данных является задачей инженерных изысканий.
Трасса тепломагистрали, наносимая на топографический план, выбирается по кратчайшему направлению между начальной (ТЭЦ, котельная) и конечной (потребитель) ее точками с учетом обхода труднопроходимых территорий и различных препятствий. Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог и проездов вне проезжей части и полосы зеленых насаждений, а внутри микрорайонов и кварталов – вне проезжей части дорог. Трасса тепловых сетей, проходящая по площадкам предприятий, должна предусматриваться вне проезжей части дорог в специально отведенных технических полосах, совместно с трассой технологических трубопроводов. При выборе трассы теплопроводов необходимо учитывать экономичность и надежность тепловых сетей. Наиболее экономичной является тупиковая схема.
С целью повышения надежности работы тепловых сетей целесообразно устраивать блокировочные перемычки, которые рассчитываются на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого равным 70-75 % расчетного. При диаметре магистралей до 500 мм перемычки можно не устраивать.
Принимаемые расстояния трассы тепловых сетей до других сооружений и параллельно проложенных коммуникаций должны обеспечить сохранность этих сооружений и коммуникаций как при строительстве, так и в период эксплуатации.
Пересечение тепловыми сетями естественных препятствий и инженерных коммуникаций должно выполняться под углом 90°, а при обосновании – под меньшим углом, но не менее 45°. Подробные указания по выбору трассы на территории промышленных предприятий приведены в СНиП «Тепловые сети».
При выборе трассы предусматривается один ввод тепловых сетей в каждый участок предприятия. В местах ответвлений к кварталам или зданиям предусматривают тепловую камеру. Подключать рядом расположенные кварталы целесообразно из одной тепловой камеры.
По результатам расчета и исходным данным начертить расчетную схему тепловой сети.
За расчетную магистраль принять наиболее напряженное и нагруженное направление на трассе тепловой сети, соединяющее источник теплоты с дальними потребителями.
Гидравлический расчет тепловой сети
В задачу гидравлического расчета входит определение диаметра трубопровода, падения давления между отдельными точками, определения давления в различных точках, увязка всех точек системы с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и у абонементов при статических и динамических режимах.
Определение расхода теплоносителя
Расход теплоносителя в сети можно вычислить по формуле:
где
- тепловая мощность системы отопления,
кВт;
- расчетная
температура подающей и обратной воды
в системе отопления, °С;
- теплоемкость
воды, кДж/(кг·°С).
Для участка 1
тепловая мощность будет равна сумме
расходов тепла на отопление и вентиляцию,
то есть
.
Расчетные температуры прямой и обратной
воды примем 95°С и 70°С. Таким образом,
расход воды для участка 1 составит:
Для остальных участков вычисление расходов теплоносителя сведено в таблицу
4.2.Расчет диаметра трубопровода
Оценим предварительный диаметр трубопровода, используя формулу массового расхода:
где
- скорость теплоносителя, м/с.
Скорость движения
воды примем 1,5 м/с [3],плотность воды при
средней температуре в сети 80-85°С составит
.
Тогда диаметр трубопровода составит:
Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр 680×9 мм. Для него проводим следующие расчеты.
Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Д’Арси:
где
- коэффициент гидравлического трения;
–скорость среды,
м/с;
- плотность среды,
кг/м3;
–внутренний
диаметр трубопровода, м;
- массовый расход,
кг/с.
Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от эквивалентной шероховатости и критерия Рейнольдса. Для транспорта тепла применяют шероховатые стальные трубы, в которых наблюдается турбулентное течение. Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д.Альтшулем:
где
- эквивалентная шероховатость, м;
–внутренний
диаметр трубопровода, м;
- критерий Рейнольдса.
Эквивалентная
шероховатость для водяных сетей,
работающих в условиях нормальной
эксплуатации, составляет
.
Критерий Рейнольдса вычисляем по
формуле:
где
– кинематическая вязкость, м2/с.
Для температуры
80°С кинематическая вязкость воды
составляет
.
Таким образом, имеем:
Предполагаем, что трубопровод работает в квадратичной области. Найдем новое значение диаметра по формуле:
Таким образом, предварительно принятый диаметр верен.
7. Гидравлический расчет тепловой сети
Составляем расчетную схему с номерами и длинами участков, расходами воды по участкам тепловой сети. Число кварталов в поселке принимаем n = 6.
Расчетный расход
сетевой воды на один квартал,
,
кг/с:
(40)
,
Гидравлический расчет производится в два этапа: предварительный и проверочный.
Для расчета участков принимаем:
а)
=55
Па/м – удельное линейное падение
давления;
б)
кг/м3
- плотность воды;
в)
м0,62/кг0,19
- постоянный коэффициент для воды;
г)
м - абсолютная эквивалентная шероховатость
трубопровода.
На трубопроводах тепловой сети установлены следующие местные сопротивления:
а) Задвижка у
магистрали у ответвления и на ответвлении
;
б) П - образный
компенсатор на каждые 100м трубопровода
;
7.1 Расчет участка 1 – 2
=
–
расход сетевой воды на участке, кг/с;
=151,4
– длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
(41)
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d=0,258 м (приложение 11, стр.47).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
(42)
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
(43)
;
;
пз= 1 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:
(44)
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
(45)
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м.вод.столба:
(46)
,
7.2 Расчет участка 9-10
=48.56 – расход
сетевой воды на участке, т/ч;
=9,5–
длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 1 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений Приложение 1, стр.56) на участке lЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м.вод.столба:
7.3 Расчет участка 15 – 16
=23,4 – расход сетевой
воды на участке, т/ч;
=14
– длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 2 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м.вод.столба:
7.4 Расчет участка 25-26
=3,12 – расход сетевой
воды на участке, кг/с;
=43–
длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
где:
– расход сетевой воды на участке, кг/с;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,081 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 2 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м.вод.столба:
7.5 Расчет участка 31-32
=27– расход сетевой
воды на участке, кг/с;
=32,5
– длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,207 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 1 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м:
7.6 Расчет участка 40-41
=48,9 – расход сетевой
воды на участке, т/ч;
=25
– длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,258 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 1 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м:
7.6 Расчет участка 51-52
=15,75 – расход
сетевой воды на участке, т/ч;
=43
– длина участка, м.
Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:
;
В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,15 м (приложение 11, /1/).
Тогда, действительное
удельное падение давления составит
,
Па/м:
,
Определим количество компенсаторов пк, шт:
;
;
пз= 1 шт – число задвижек;
Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:
;
Падение давления
на данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
MПа:
;
Падение напора на
данном участке в прямой и обратной
теплосети составит,
,
м:
Определим величины соответствующих напоров в эквивалентных точках тепловой сети.
Определяем располагаемый напор в точке 2 :
(48)
Определим располагаемый напор в точке 3:
(49)
Определим располагаемый напор в точке 4:
(50)
(51)
Определим располагаемый напор в точке 3:
Определим располагаемый напор в точке 5:
(52)
Определим располагаемый напор в точке 6:
Избыточное давление составляет:
м.вод.ст.
Полученные данные занесем в таблицу:
|
Таблица данных гидравлического расчета | ||||||||||||
|
Предварительный расчет |
Проверочный расчет | |||||||||||
|
Н-ра уч-ов |
G,кг/с |
R, Па/м |
L,м |
d,мм |
d',мм |
R', Па/м |
Lэ , м |
∆Ρi, Па/м |
∆Нi, м.вод.ст | |||
|
Главная магистраль | ||||||||||||
|
1-2 |
282,37 |
55 |
1220 |
0,395 |
0,408 |
47 |
293 |
0,071 |
7,1 | |||
|
2-3 |
114 |
55 |
830 |
0,336 |
0,359 |
36,2 |
175,42 |
0,036 |
3,6 | |||
|
3-4 |
171 |
55 |
1185 |
0,3988 |
0,408 |
44,2 |
265,2 |
0,061 |
6,1 | |||
|
4-7 |
87 |
55 |
570 |
0,3036 |
0,309 |
46,4 |
153,8 |
0,033 |
3,3 | |||
|
Ответление | ||||||||||||
|
4-5 |
112 |
55 |
630 |
0,334 |
0,359 |
48,5 |
185,5 |
0,048 |
4,8 | |||
|
5-6 |
169 |
55 |
1176 |
0,401 |
0,408 |
38,2 |
283 |
0,056 |
5,6 | |||