Проектування газифікованої котельні для теплопостачання адміністративного приміщення

ВСТУП

 

Останнім часом в Україні значно збільшився рівень споживання тепла, для виробництва якого витрачається більш як 30% всього палива. Саме це викликало необхідність вирішення проблеми підвищення енергоефективності, зниження витрат палива та розробки нових більш ефективних схем теплопостачання.

Комплексне рішення  проблеми енергозбереження - один з  найбільш ймовірних для України  шляхів успішного подолання економічної  й енергетичної криз, входження в  родину високорозвинених країн світу.

Рішення цієї проблеми дозволить нашій країні різко зменшити залежність її економіки від імпорту енергоресурсів, провести технологічне перетворення енергоємних галузей і структурне перетворення господарських комплексів, сформувати оптимальні рівні енергозабезпечення регіонів і галузей, створити вітчизняну галузь по випуску і впровадженню економічного конкурентноздатного  обладнання, істотно обмежити вплив техногенних факторів на навколишнє середовище, забезпечити соціально-побутові потреби людини.

Джерелом  теплопостачання  житлових будинків служать  районні і невеликі місцеві котельні.

На відміну від невеликих  котелень, побудованих безпосередньо поблизу будівлі-теплоспоживача, централізоване теплопостачання від районних котелень забезпечує економію палива при виробленні теплової енергії, однак, з іншого боку, спостерігається нерівномірність теплопостачання, що виражається в перегріві окремих будинків, особливо в теплий період опалювального сезону, викликаний тим, що єдині теплові мережі обслуговують споживачів з різним навантаженням (опалення, гаряче водопостачання, вентиляція), що вимагають різних графіків подачі теплоти. Окрім того, при централізованому теплопостачанні збільшуються втрати теплоти на її транспортування і розподіл.

Тому створення невеликих локальних  котелень є одним з найбільш ефективних напрямів розвитку паливно-енергетичного комплексу, так як долаються недоліки централізованих систем теплопостачання. 

Метою даної роботи є  розробка проекту котельні автономного  теплопостачання, що є складовою  будівництва житлових будинків.

Теплопостачання забезпечується обладнанням, що розташовується у вбудованій топковій.

У приміщенні котельні передбачається встановлення водогрійних котлів фірми Viessmann, а також ємкісного водонагрівача. Нагрівання мережевої води здійснюється безпосередньо в котлах. Передбачається робота котельні за температурним графіком 95/70⁰С.

 

 

1 ВИХІДНІ ДАНІ

 

В даній роботі розробляється котельня для теплопостачання адміністративного приміщення за наступними вихідними даними:

1. Населений  пункт: смт Розовка Житомирської області.

2. Будинок:

   2.1 Блок А: м²;

   2.2 Блок Б:  м²;

   2.3 Кількість споживачів гарячої води: людини.

3. Теплова схема котельні:

   3.1  Тип котельні – водогрійно-опалювальна;

   3.2  Система теплопостачання: закрита, двотрубна;

   3.3  Паливо – природний газ;

   3.4 Температурний графік теплової мережі:  (95 / 70) ^оС;

   3.5 Тип котлів: водогрійні.

 

 

 

 

 

2 РОЗРАХУНКИ ТЕПЛОВИХ  НАВАНТАЖЕНЬ СПОЖИВАЧІВ

2.1 Витрати теплоти на опалення

 

2.1.1 Максимальна (розрахункова) витрата теплоти, МВт

Так як задано площа житлових будівель, то

,                                               (2.1)

де  – збільшений показник питомої витрати теплоти на опалення 1м² житлової площі при [1, табл. 1.1, 1.2];

     – площа  житлових будівель;

     – розрахункова температура на опалення, для Київської області визначаємо  = [1, таблиця Д1.24].

При .

Тоді розрахункова витрата теплоти:

;

.

Сумарні розрахункові витрати  теплоти:

,                                                    (2.2)

2.1.2 Середні витрати теплоти, МВт

,                                           (2.3)

де  – розрахункова температура внутрішнього повітря житлового будинку, приймається в залежності від призначення будівлі  [1] ( );

     – середня температура зовнішнього повітря в холодний період, вбирається по населеному пункту в таблиці кліматологічних даних  [1] ( ).

;

.

Сумарні середні витрати  теплоти:

,                                                  (2.4)

2.1.3 Річна витрата теплоти:

,                                          (2.5)

де  – тривалість опалювального періоду (кількість діб) за числом днів із стійкою добовою температурою зовнішнього повітря , , ;

.

 

2.2 Витрати теплоти на гаряче водопостачання

 

2.2.1 Середня витрата теплоти на ГВП за опалювальний період:

,        (2.6)

     де 1,395 – коефіцієнт, яким ураховують тепловіддачу в приміщення від трубопроводів систем гарячого водопостачання (опалення ванних кімнат і приміщень для сушіння білизни);

     – кількість жителів району;

 – норма витрати води в  кілограмах при температурі  для житлових будівель на одну людину за добу ( );

 – те саме для всіх громадських  будівель району (при відсутності  даних на одну людину);

 – температура гарячої води у споживачів, (при відсутності даних )

 – температура холодної (водопровідної)  води в опалювальний період, (при відсутності даних )

.

2.2.2 Середня витрата теплоти на ГВП у літній період:

,        (2.7)

де  – температура холодної (водопровідної) води у літній період, (при відсутності даних );

     – коефіцієнт, яким ураховують зниження середньої витрати води на гаряче водопостачання у літній період відносно опалювального (для Житомирської області );

.

2.2.3 Річна витрата теплоти на ГВП:    

                 ;             (2.8)

Для подальшої зручності  всі результати занесемо до таблиці.

 

Таблиця 2.1 – Максимальні витрати теплоти

 

Навантаження		Позначення	Одиниці вимірювання	Значення величини
Опалення				101,21
Гаряче водопостачання житлових та громадських будівель (середня витрата)	Опалювальний період			34,18
	Теплий період*			21,88
Сумарне навантаження споживачів				135,39

 

Таблиця 2.2 – Річні витрати теплоти

Навантаження	Позначення	Одиниці вимірювання	Значення величини
Опалення
Гаряче водопостачання житлових та громадських будівель
Сумарне навантаження споживачів

 

3   РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОЇ СХЕМИ КОТЕЛЬНІ

 

3   РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОЇ СХЕМИ КОТЕЛЬНІ

3.1 Опис принципової теплової схеми водогрійної котельні

 

Теплова схема котельної — це умовне графічне зображення її основного та допоміжного обладнання, що об'єднується лініями трубопроводів для робочих середовищ. Розрізняють принципову, розгорнуту та робочу (монтажну) теплові схеми котельної.

На принциповій тепловій схемі котельної зазначають лише її головне обладнання (котлоагрегати, підігрівники, деаератори, насоси) і основні трубопроводи без арматури, найрізноманітніших допоміжних пристроїв та другорядних трубопроводів, а також без уточнення кількості й розташування обладнання.

 

 

 

Рис. 1 – Принципова схема водогрійної котельні з закритою системою теплопостачання

 

 

1 – котельний агрегат;

2 – циркуляційний  насос системи опалення та  вентиляції;

3 – насос гріючого контуру системи ГВП;

4 –теплообмінник системи ГВП;

5 – циркуляційний насос системи ГВП;

6 – живильний насос;

7 – ХВО;

8 – фільтри;

9 – рециркуляційний насос.

 

На рис. 1 показана принципова теплова схема водогрійної опалювальної котельної з відпуском води на гаряче водопостачання. Схема використовується, коли теплове навантаження на опалення та гаряче водопостачання майже однакові. Схема передбачає резервування потужності для системи опалення. Вода зі зворотної лінії теплової мережі через фільтр (8) з невеликим напором підводиться до водонагрівача (4). Після водонагрівача нагріта вода до потрібної температури поступає у мережу, де потім потрапляє на мережний  насос і подається у трубопровід прямої води. Роботу опалювального контуру забезпечують 2 насоса (2, 9), один з яких рециркуляційний (9) забезпечує рециркуляцію котлової води.

Передбачається погодне регулювання теплового навантаження на опалення по температурі навколишнього повітря. Навантаження на систему гарячого водопостачання якісно регулюється по вихідній температурі гарячої води з теплообмінника (4). Регулювання необхідної температури води ГВП виконується регулюючим клапаном, який забезпечує якісне регулювання потужності по вихідній температурі гарячої води з теплообмінника (4). У контурі гарячого водопостачання гріюча вода після теплообмінника  поступає у мережу. Вода контуру гарячого водопостачання при відсутності повного розбору води споживачами, повертається із зворотньої мережі ГВП і змішується з холодною водою з трубопроводу холодної води. Потім, проходячи через циркуляційний насос ГВП (5), надходить до теплообмінника, де нагрівається і надходить до споживачів.

Так як водонагрівачі працюють у нестаціонарному режимі і можливе переповнення системи, передбачена можливість зливу води з котельних агрегатів та зворотного трубопроводу.

Втрати води у тепловій мережі компенсуються водою для  підживлення, яка подається з  трубопроводу холодної води через фільтр (8).

 

3.2 Вихідні дані для розрахунку теплової схеми

 

Вони складаються для  п'яти характерних режимів:

I – максимальний зимовий  при t_р.о;

II – режим з середньою  температурою найбільш холодного  місяця t_ср.х.м;

III – режим з середньою температурою зовнішнього повітря за опалювальний період t_ср.о;

IV – режим з температурою  зовнішнього повітря в точці  злому температурного графіка  мережної води t_з.зл;

V – літній режим.

 

3.2.1 Температура повітря всередині опалюваних приміщень (режими  I - IV):

3.2.2 Температура зовнішнього повітря :

I - t_зовн = t_р.о= -22 ^оС;

II - t_зовн = t_ср.х.м=-5,9 ^оС;

III - t_зовн = t_ср.о=-1,1 ^оС;

IV - t_зовн = t_з.зл = t_вн – 0,354 (t_вн– t_р.о)=5,13 ^оС.

3.2.3 Максимальний (розрахунковий) відпуск теплоти на опалення будівель (режим І):

;

3.2.4 Середній та максимальний відпуск теплоти на гаряче водопостачання будівель відповідно:

(режим І);

(режим V);

3.2.5 Максимальна температура прямої мережевої води (режим І):

3.2.6 Мінімальна температура прямої мереженої води в точці зламу її графіка (режим IV):

3.2.7 Максимальна температура поворотної мережевої води (режим І):

3.2.8 Температура сирої води на вході в котельню :

- режим І- IV: ;

- режим V: .

3.2.9 Температура сирої води перед хім. очисткою (для всіх режимів):

.

3.2.10 Питомий  об’єм води в системі теплопостачання відносно сумарного відпуску теплоти на опалення та гаряче водопостачання:

;

3.2.11 Коефіцієнт зниження витікання води в системі теплопостачання:

(режим І-ІV);

(режим V).

3.2.12 Коефіцієнт власних потреб хімічного водоочищення:

Приймаємо

3.2.13 Вид палива – природний газ.

3.2.14 Температура мережної води:

- на  вході  в водогрійний котел при спалюванні  газу (для всіх  режимів):