Помощь студентам в учебе
Разработка источника теплоснабжения группы административных и хозяйственных зданий п. Северный Сосновского района Челябинской области
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ИСТОЧНИКА
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ П. СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
3 СРАВНЕНИЕ ОРТЕЧЕЧСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 11
4 РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ П.
СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ. 14
4.1 Расчет тепловых нагрузок систем отопления, вентиляции и ГВС 15
4.1.1 Сезонная тепловая нагрузка системы отопления 16
4.1.2 Круглогодичная нагрузка системы ГВС 18
4.1.3 Годовой расход теплоты на нужды систем отопления и ГВС и
график продолжительности тепловой нагрузки 20
4.1.4 Расчет температур воды в подающем и обратном
трубопроводах построение температурного графика 23
4.1.5 Расчет расходов воды на нужды систем отопления и ГВС и
построение графика расходов 25
4.2 Расчет тепловой схемы водогрейной котельной 26
4.3 Тепловой расчет жаротрубно-дымогарного котельного агрегата
Buderus Logano SK-725 31
4.3.1 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 32
4.3.2 Расчет энтальпий продуктов сгорания газа и воздуховода 34
4.3.3 Расчет теплового баланса котла 35
4.3.4 Расчет топочной камеры 34
4.3.5 Расчет дымогарных труб второго хода дымовых газов 41
4.3.6 Составление поверочного теплового баланса 50
4.4 Тепловой расчет пластинчатого теплообменника 50
4.5 Выбор вспомогательного оборудования 59
5 НАУЧНАЯ ЧАСТЬ. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ
ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГРУППЫ
АДМИНИСТРАТИВНЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
П. СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 66
5.1 Тепловой расчет пластинчатого воздухоподогревателя 66
5.2 Аэродинамический расчет 71
5.3 Экономическое сравнение вариантов 73
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 79
6.1 Актуальность энергосбережения в России 79
6.2 Государственная политика в области энергосбережения в России 79
6.3 Энергосбережение в отопительной котельной 80
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 83
7.1 Расчет массового выброса окислов азота 84
7.2 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 85
7.3 Расчет минимальной высоты дымовой трубы 85
8 АВТОМАТИЗАЦИЯ 92
8.1 Нормативные требования 92
8.2 Автоматизация котельной 93
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ 96
9.1 Выявление опасных и вредных производственных факторов 96
9.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 96
9.2.1 Основные требования безопасности 96
9.2.2 Электробезопасность 98
9.2.3 Пожаровзрывобезопасность 100
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 102
10.1 Расчет сметы капитальных затрат по вариантам проектирования 102
10.2 Расчет сметы текущих затрат по вариантам проектирования 104
10.3 SWOT-анализ вариантов теплоснабжения 109
10.4 Оценка движущих и сдерживающих факторов изменений 110
10.5 Планирование целей проекта в древе целей 112
10.6 Планирование мероприятий по реализации проекта 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 115
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Древо целей проекта 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Развернутая тепловая схема котельной 119
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Котел водогрейный Buderus Logano SK-725 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Функциональная схема автоматики 121
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Компоновка котельной 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Пластинчатый теплообменник Alfa Laval M10BFG/110. 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Демонстрационный лист по научно
исследовательской работе 124
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Демонстрационный лист по экономике и управлению... 125
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ИСТОЧНИКА
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ П. СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
3 СРАВНЕНИЕ ОРТЕЧЕЧСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 11
4 РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ П.
СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ. 14
4.1 Расчет тепловых нагрузок систем отопления, вентиляции и ГВС 15
4.1.1 Сезонная тепловая нагрузка системы отопления 16
4.1.2 Круглогодичная нагрузка системы ГВС 18
4.1.3 Годовой расход теплоты на нужды систем отопления и ГВС и
график продолжительности тепловой нагрузки 20
4.1.4 Расчет температур воды в подающем и обратном
трубопроводах построение температурного графика 23
4.1.5 Расчет расходов воды на нужды систем отопления и ГВС и
построение графика расходов 25
4.2 Расчет тепловой схемы водогрейной котельной 26
4.3 Тепловой расчет жаротрубно-дымогарного котельного агрегата
Buderus Logano SK-725 31
4.3.1 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 32
4.3.2 Расчет энтальпий продуктов сгорания газа и воздуховода 34
4.3.3 Расчет теплового баланса котла 35
4.3.4 Расчет топочной камеры 34
4.3.5 Расчет дымогарных труб второго хода дымовых газов 41
4.3.6 Составление поверочного теплового баланса 50
4.4 Тепловой расчет пластинчатого теплообменника 50
4.5 Выбор вспомогательного оборудования 59
5 НАУЧНАЯ ЧАСТЬ. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ
ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГРУППЫ
АДМИНИСТРАТИВНЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
П. СЕВЕРНЫЙ СОСНОВСКОГО РАЙОНА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 66
5.1 Тепловой расчет пластинчатого воздухоподогревателя 66
5.2 Аэродинамический расчет 71
5.3 Экономическое сравнение вариантов 73
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 79
6.1 Актуальность энергосбережения в России 79
6.2 Государственная политика в области энергосбережения в России 79
6.3 Энергосбережение в отопительной котельной 80
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 83
7.1 Расчет массового выброса окислов азота 84
7.2 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 85
7.3 Расчет минимальной высоты дымовой трубы 85
8 АВТОМАТИЗАЦИЯ 92
8.1 Нормативные требования 92
8.2 Автоматизация котельной 93
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ 96
9.1 Выявление опасных и вредных производственных факторов 96
9.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 96
9.2.1 Основные требования безопасности 96
9.2.2 Электробезопасность 98
9.2.3 Пожаровзрывобезопасность 100
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 102
10.1 Расчет сметы капитальных затрат по вариантам проектирования 102
10.2 Расчет сметы текущих затрат по вариантам проектирования 104
10.3 SWOT-анализ вариантов теплоснабжения 109
10.4 Оценка движущих и сдерживающих факторов изменений 110
10.5 Планирование целей проекта в древе целей 112
10.6 Планирование мероприятий по реализации проекта 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 115
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Древо целей проекта 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Развернутая тепловая схема котельной 119
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Котел водогрейный Buderus Logano SK-725 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Функциональная схема автоматики 121
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Компоновка котельной 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Пластинчатый теплообменник Alfa Laval M10BFG/110. 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Демонстрационный лист по научно
исследовательской работе 124
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Демонстрационный лист по экономике и управлению... 125
Российская система теплоснабжения развивается больше 100 лет и сейчас она является самой большой в мире. На мировом рынке производства тепловой энергии российский рынок занимает примерно 44%, а если рассматривать его с точки зрения внутреннего рынка, то можно увидеть, что он является еще и одним из самых больших много продуктовых рынков нашей страны. За год в России потребляется около 2,3 млрд МВт в год, из них 1,6 млрд МВт приходится на централизованную систему выработки тепловой энергии. На производство тепловой энергии для систем теплоснабжения расходуется 320 млн т. у. т., что составляет 33% потребления первичной энергии в России [6]. Данное обстоятельство объясняется многими факторами, но основным из них является большая продолжительность отопительного сезона практически на всей территории РФ.
Основная задача системы теплоснабжения - это качественное и бесперебойное обеспечение тепловой энергией строго определенных параметров на нужды отопления, горячего водоснабжения и вентиляции как для жилых и общественных зданий, так и для промышленных. Любая система теплоснабжения включает в себя три основных системы: теплоисточник, система доставки (транспортировки) теплоносителя и потребитель энергии.
В зависимости от нахождения потребителей тепловой энергии и размещения теплового источника системы теплоснабжения подразделяют:
- централизованные, в системах один теплоисточник производит тепловую энергию для группы, или нескольких групп, потребителей тепловой энергии. В этом случае носитель тепловой энергии по магистральным тепловым сетям поступает в центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные тепловые пункты (ИТП), а от них по квартальным тепловым сетям поступает потребителю. Централизованные системы теплоснабжения делят на группы: групповые - обеспечивают тепловой энергией группу зданий от одного теплоисточника; районные - обеспечивают тепловой энергией район города от одного теплоисточник; городские - обеспечивают тепловой энергией несколько районов города или весь город от одного теплоисточника и межгородские - обеспечивают тепловой энергией несколько городов от одного теплоисточника.
- децентрализованные или местные, при такой системе теплоисточник расположен в одном здании с потребителем тепловой энергии и необходимость в системе доставки отсутствует, так как носитель тепловой энергии поступает от теплоисточника напрямую к потребителям тепловой энергии.
Системы теплоснабжения так же классифицируют:
- по виду теплоносителя на паровые, водяные, газовые и воздушные;
- по числу трубопроводов на одно-, двух- и многотрубные;
- по способу подключения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям на открытые и закрытые;
- по виду потребителя - коммунально-бытовые и технологические.
В малых населенных пунктах выработка тепловой энергии для нужд жилищно-коммунального сектора производится преимущественно в водогрейных котельных. Оборудование данных котельных построено еще в XX веке. Данное тепловое оборудование морально и технически устарело, требует больших эксплуатационных затрат, коэффициент полезного действия очень низкий. В виду частых аварий такие системы теплоснабжения не могут выполнять основную задачу - качественное и бесперебойное обеспечение тепловой энергией строго определенных параметров. Такое состояние систем теплоснабжения не только ведет к большому перерасходу получаемой тепловой энергии, но и перерасходу природных ресурсов используемых в теплоисточниках для преобразования их химической энергии в тепловую. В условиях ограниченности их запасов и постоянного роста цен на них возникает острая проблема энергосбережения и рационального использования топливных ресурсов и определяет основное направления развития энергетики в целом.
Согласно Энергетической стратегии России до 2030 года от 13 ноября 2009 года Стратегическими целями развития теплоснабжения являются [1]:
- достижение высокого уровня комфорта в жилых, общественных и производственных помещениях, включая количественный и качественный рост комплекса услуг по теплоснабжению (отопление, хладоснабжение, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), высокий соответствующий ведущим европейским странам уровень обеспеченности населения и отраслей экономики страны этим комплексом услуг при доступной их стоимости;
- кардинальное повышение технического уровня систем теплоснабжения на основе инновационных, высокоэффективных технологий и оборудования;
- сокращение непроизводительных потерь тепла и расходов топлива;
- обеспечение управляемости, надежности, безопасности и экономичности теплоснабжения;
- снижение негативного воздействия на окружающую среду.
В ходе реализации плана стратегии в РФ происходит активный отказ от не эффективных источников теплоснабжения. В настоящее время наибольшее распространение получили котельные, оборудованные жаротрубнодымогарными водяными котлами, использующие в качестве основного топлива природный газ, коэффициент полезного действия таких котлов превышает 90%. Системы погодазависимой автоматики этих теплоэнергетических установок не требуют постоянного присутствия обсуждающего персонала, обеспечивают качественное теплоснабжение согласно температурного графика, позволяя экономить топливо, не допуская перерасхода. В данной работе проведена разработка источника теплоснабжения для поселка Северный Сосновского района Челябинской области предусматривающая установку двух водогрейных жаротрубно-дымогарных котлов Buderus Logano SK-725 (Германия) суммарной производительностью 1,74 МВт, работающих на природном газе.
Основная задача системы теплоснабжения - это качественное и бесперебойное обеспечение тепловой энергией строго определенных параметров на нужды отопления, горячего водоснабжения и вентиляции как для жилых и общественных зданий, так и для промышленных. Любая система теплоснабжения включает в себя три основных системы: теплоисточник, система доставки (транспортировки) теплоносителя и потребитель энергии.
В зависимости от нахождения потребителей тепловой энергии и размещения теплового источника системы теплоснабжения подразделяют:
- централизованные, в системах один теплоисточник производит тепловую энергию для группы, или нескольких групп, потребителей тепловой энергии. В этом случае носитель тепловой энергии по магистральным тепловым сетям поступает в центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные тепловые пункты (ИТП), а от них по квартальным тепловым сетям поступает потребителю. Централизованные системы теплоснабжения делят на группы: групповые - обеспечивают тепловой энергией группу зданий от одного теплоисточника; районные - обеспечивают тепловой энергией район города от одного теплоисточник; городские - обеспечивают тепловой энергией несколько районов города или весь город от одного теплоисточника и межгородские - обеспечивают тепловой энергией несколько городов от одного теплоисточника.
- децентрализованные или местные, при такой системе теплоисточник расположен в одном здании с потребителем тепловой энергии и необходимость в системе доставки отсутствует, так как носитель тепловой энергии поступает от теплоисточника напрямую к потребителям тепловой энергии.
Системы теплоснабжения так же классифицируют:
- по виду теплоносителя на паровые, водяные, газовые и воздушные;
- по числу трубопроводов на одно-, двух- и многотрубные;
- по способу подключения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям на открытые и закрытые;
- по виду потребителя - коммунально-бытовые и технологические.
В малых населенных пунктах выработка тепловой энергии для нужд жилищно-коммунального сектора производится преимущественно в водогрейных котельных. Оборудование данных котельных построено еще в XX веке. Данное тепловое оборудование морально и технически устарело, требует больших эксплуатационных затрат, коэффициент полезного действия очень низкий. В виду частых аварий такие системы теплоснабжения не могут выполнять основную задачу - качественное и бесперебойное обеспечение тепловой энергией строго определенных параметров. Такое состояние систем теплоснабжения не только ведет к большому перерасходу получаемой тепловой энергии, но и перерасходу природных ресурсов используемых в теплоисточниках для преобразования их химической энергии в тепловую. В условиях ограниченности их запасов и постоянного роста цен на них возникает острая проблема энергосбережения и рационального использования топливных ресурсов и определяет основное направления развития энергетики в целом.
Согласно Энергетической стратегии России до 2030 года от 13 ноября 2009 года Стратегическими целями развития теплоснабжения являются [1]:
- достижение высокого уровня комфорта в жилых, общественных и производственных помещениях, включая количественный и качественный рост комплекса услуг по теплоснабжению (отопление, хладоснабжение, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), высокий соответствующий ведущим европейским странам уровень обеспеченности населения и отраслей экономики страны этим комплексом услуг при доступной их стоимости;
- кардинальное повышение технического уровня систем теплоснабжения на основе инновационных, высокоэффективных технологий и оборудования;
- сокращение непроизводительных потерь тепла и расходов топлива;
- обеспечение управляемости, надежности, безопасности и экономичности теплоснабжения;
- снижение негативного воздействия на окружающую среду.
В ходе реализации плана стратегии в РФ происходит активный отказ от не эффективных источников теплоснабжения. В настоящее время наибольшее распространение получили котельные, оборудованные жаротрубнодымогарными водяными котлами, использующие в качестве основного топлива природный газ, коэффициент полезного действия таких котлов превышает 90%. Системы погодазависимой автоматики этих теплоэнергетических установок не требуют постоянного присутствия обсуждающего персонала, обеспечивают качественное теплоснабжение согласно температурного графика, позволяя экономить топливо, не допуская перерасхода. В данной работе проведена разработка источника теплоснабжения для поселка Северный Сосновского района Челябинской области предусматривающая установку двух водогрейных жаротрубно-дымогарных котлов Buderus Logano SK-725 (Германия) суммарной производительностью 1,74 МВт, работающих на природном газе.
В выпускной квалификационной работе был предложен вариант разработки источника теплоснабжения для поселка Северный Сосновского района Челябинской области.
В результате расчета тепловых нагрузок была определена максимальная нагрузка систем отопления и ГВС ^Q = 1,57МВт.
При расчете тепловой схемы котельной была определена расчетная мощность котельной с учетом собственных нужд и потерь при транспортировке теплоносителя, которая составила Q = 1,78МВт.
На основе расчета тепловой схемы котельной к установке были выбраны 2 котельных агрегата Buderus Logano SR-725, теплопроизводительностью каждого 0,87 МВт. В ходе теплового расчета был определен КПД установки д = 91,995%, а также расход природного газа на один котел, который составил В = 0,026м3 /с.
В результате теплового расчета пластинчатого теплообменника была определена требуемая площадь теплообмена Fa = 51,606м2.
На основе расчета тепловой схемы и теплообменника к установке было выбрано вспомогательное оборудование котельной производителей Grundfos. Alfa Laval и Hydrotech.
В разделе энергосбережения была рассмотрена актуальность проблем энергосбережения в России и нормативно правовая база. Перечислены основные ресурсо- и энергосберегающие технологии, примененные в данной работе.
В вопросах экологии был рассчитан массовый выброс оксидов азота, составляющий для одного котла Мт = 0,088г/с. была определена максимальная приземная концентрация вредных веществ, для и летнего периода, составляющая соответственно 0,015 мг/м3 и 0,014 мг/м3.
В разделе автоматики рассмотрены основные нормативные требования, предъявляемые к автономным источникам теплоснабжения. Разработана и описана функциональная схема автоматики котельной.
В разделе безопасность жизнедеятельности выявлены опасные и вредные производственные факторы, рассмотрены вопросы безопасности
производственных процессов и оборудования.
В экономико-управленческой части произведен выбор оптимального варианта разработки источника теплоснабжения, которым оказалась газовая котельная. Произведен расчет капитальных и текущих затрат, составляющих для газовой котельной соответственно5,979 млн. руб. и 2,158 млн. руб./год.
В результате расчета тепловых нагрузок была определена максимальная нагрузка систем отопления и ГВС ^Q = 1,57МВт.
При расчете тепловой схемы котельной была определена расчетная мощность котельной с учетом собственных нужд и потерь при транспортировке теплоносителя, которая составила Q = 1,78МВт.
На основе расчета тепловой схемы котельной к установке были выбраны 2 котельных агрегата Buderus Logano SR-725, теплопроизводительностью каждого 0,87 МВт. В ходе теплового расчета был определен КПД установки д = 91,995%, а также расход природного газа на один котел, который составил В = 0,026м3 /с.
В результате теплового расчета пластинчатого теплообменника была определена требуемая площадь теплообмена Fa = 51,606м2.
На основе расчета тепловой схемы и теплообменника к установке было выбрано вспомогательное оборудование котельной производителей Grundfos. Alfa Laval и Hydrotech.
В разделе энергосбережения была рассмотрена актуальность проблем энергосбережения в России и нормативно правовая база. Перечислены основные ресурсо- и энергосберегающие технологии, примененные в данной работе.
В вопросах экологии был рассчитан массовый выброс оксидов азота, составляющий для одного котла Мт = 0,088г/с. была определена максимальная приземная концентрация вредных веществ, для и летнего периода, составляющая соответственно 0,015 мг/м3 и 0,014 мг/м3.
В разделе автоматики рассмотрены основные нормативные требования, предъявляемые к автономным источникам теплоснабжения. Разработана и описана функциональная схема автоматики котельной.
В разделе безопасность жизнедеятельности выявлены опасные и вредные производственные факторы, рассмотрены вопросы безопасности
производственных процессов и оборудования.
В экономико-управленческой части произведен выбор оптимального варианта разработки источника теплоснабжения, которым оказалась газовая котельная. Произведен расчет капитальных и текущих затрат, составляющих для газовой котельной соответственно5,979 млн. руб. и 2,158 млн. руб./год.
