Отопительно-производственная котельная птицефабрики

Содержание

Введение

Краткая характеристика объекта

1. Расчет тепловой нагрузки

2. Выбор теплоносителя

3. Подбор котлов

4. Регулирование отпуска теплоты котельной

5. Подбор питательных устройств и сетевых насосов

6. Расчет водоподготовки

7. Составление тепловой схемы котельной. Компоновка котельной

8. Технико-экономические показатели работы котельной

Используемая литература

Введение

В энергетическом балансе сельских районов ведущая роль принадлежит тепловой энергии. Она расходуется на отопление производственных, жилых и общественных зданий, создание микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях и сооружениях защищенного грунта, сушку сельскохозяйственных продуктов, получение искусственного холода и на многие другие цели.

Современные птицефабрики, комплексы по производству продуктов животноводства, крупные овощные хозяйства, тепличные комбинаты, предприятия по переработке и хранению сельскохозяйственной продукции, другие специализированные предприятия и объединения промышленного типа требуют для удовлетворения их энергетических потребностей на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды огромного количества теплоты.

В условиях сельского хозяйства наиболее приемлемы водяные двухтрубные тепловые сети открытого типа, из которых часть теплоносителя разбирается потребителями на горячее водоснабжение. местную разводку горячего водоснабжения подсоединяют к подающему и обратному трубопроводам теплосети через смеситель, регулирующий температуру смешанной воды идущей на водоразбор. При открытых тепловых сетях системы горячего водоснабжения работают надежнее, чем при закрытых, так как в них проходит химически обработанная сетевая вода.

Для создания необходимого потока теплоты удовлетворяющего нужды потребителей применяются отопительно-производственные котельные сельскохозяйственного типа. В котельных в результате сжигания топлива в котлах, запасенная энергия топлива переходит в тепловую энергию теплоносителя (воды или пара) и идет потребителям.

Краткая характеристика объекта

Объектом расчета является индивидуальная котельная птицефабрики. Котельная расположена в г. Вологда, топливом для работы котельной является саратовский газ.

Котельная обеспечивает теплоснабжение трех объектов. Потребителями являются:

птичник на 11000 цыплят, V=4700 м3,

птичник на 30000 кур несушек, V=7832 м3,

центральная ремонтная мастерская, V=15239 м3, 60 работающих человек.

Котельная обеспечивает поток теплоты идущий на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды потребителей.

Во время отопительного периода котельная обеспечивает все четыре вида теплопотребления. Когда отопительный сезон заканчивается котельная обеспечивает поток тепла идущий только на горячее водоснабжение и технологические нужды.

В ходе расчета нужно: рассчитать тепловую мощность котельной, подобрать котлы, произвести выбор теплоносителя, подобрать питательные и сетевые насосы, рассчитать водоподготовку, составить тепловую схему котельной, произвести компоновку котельной и рассчитать технико-экономические показатели работы котельной.

1. Расчет тепловой нагрузки

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления [стр.121]:

(1.1)

где , , , - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; 1,2 - Коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение [стр. 122]:

(1.2)

Определим расход теплоты на отопление и вентиляцию.

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты (Вт), расходуемой на отопление и подогрев воздуха в приточной системе вентиляции, ориентировочно определяются по следующим формулам [стр. 122]:

поток теплоты требуемый на отопление

(1.3)

поток теплоты требуемый на вентиляцию

(1.4)

где qот и qв - удельная отопительная и вентиляционная характеристики здания, Вт/(м3*0С); Vн - объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м3; tв - средняя расчетная температура воздуха, характерная для большинства помещений здания, 0С (прил.1,2); tн - расчетная зимняя

температура наружного воздуха, 0С (прил.3); - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий; tн.в - расчетная зимняя вентиляционная температура наружного воздуха, 0С (прил.3).

Определим поток теплоты требуемый на отопление птичника на 11000 цыплят (1.3), объемом Vн=4700 м3:

qот=0,756 Вт/(м3.0С) [таб.20]; tв=18 0C [прил. 2]; tн=-310С [прил. 3]; =1 [стр. 123];

Вт

Определим поток теплоты требуемый на отопление птичника на 30000 кур несушек (1.3), объемом Vн=7832 м3:

qот=0,756 Вт/(м3.0С) [таб. 20]; tв=18C [прил. 2];

,Вт

Определим поток теплоты требуемый на отопление центральной ремонтной мастерской, объемом Vн=15239 м3 (1.3):

qот=0,756 Вт/(м3.0С) [таб. 20]; tв=18 0C [прил. 1];

,Вт

Теперь определим поток теплоты требуемый на вентиляцию птичника 1 (1.4):

qв=1,396 Вт/(м3*0С) [таб. 20]; tн.в= -16 [прил. 3];

,Вт

Определим поток теплоты необходимый на вентиляцию птичника 2 (1.4):

qв=1,396 Вт/(м3.0С) [таб. 20]; tн.в= -16 [прил. 3];

, Вт

Поток теплоты необходимый на вентиляцию ремонтной мастерской (1.4) :

qв=0,17 Вт/(м3.0С) [таб. 20]; tн.в= -16 [прил. 3];

, Вт

Расход теплоты на горячее водоснабжение.

Для производственных зданий максимальный поток теплоты (Вт), расходуемой на горячее водоснабжение, определим по формуле [стр. 123]:

(1.5)

где Qv - часовой расход горячей воды, м3/ч. Для душевых бытовых помещений из расчета одновременной работы всех душевых сеток в течение 1 часа в сутки Qv=ng10-3 (n – число душевых сеток, g=250 л/ч – расход воды на одну душевую сетку); св - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг*0С); - плотность воды (983 кг/м3); tг - расчетная температура горячей воды, равная 550С; tх - расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 50С,а в летний период 150С.

Определим максимальный поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение птичника 1 по формуле (1.5), примем количество душевых сеток в помещении n=5:

,Вт

Максимальный поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение птичника 2 определим по формуле (1.5), примем количество душевых сеток в помещении n=10:

,Вт

Максимальный поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение ремонтной мастерской определим по формуле (1.5), примем количество душевых сеток в помещении n=12:

,Вт

Расход теплоты на технологические нужды.

Поток теплоты (Вт), расходуемой на технологические нужды птицеводческих помещений, определяем по укрупненным нормам расхода горячей воды на тепловую обработку кормов [стр.126]:

(1.6)

где - коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают =4; Мк - количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе животных, кг; dк - удельный расход горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг; hк - энтальпия используемой горячей воды, кДж/кг; Nж – число птиц данного вида.

Определим расчётный поток теплоты (Вт), расходуемой на технологические нужды птичников.

В суточном рационе куриц на откорме присутствуют корнеклубнеплоды; Мкорнеп.=0,07 кг, удельный расход горячей воды (при 450С) равен dк.корн.=0,8 кг/кг [прил.13] . Энтальпию горячей воды определим произведением теплоемкости воды на ее температуру.

Для птичника 1:

,Вт.

Для птичника 2:

,Вт.

Расчётный поток теплоты (Вт), расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских, подсчитывается по формуле:

где - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7 (примем =0,7); D – расход теплоносителя (воды), кг/ч; h – энтальпия теплоносителя, кДж/кг; hвоз – энтальпия обратной воды, кДж/кг (можно принять hвоз=270…295 кДж/кг); p – коэффициент возвращаемой обратной воды, обычно принимаемый равным 0,7.

Примем hвоз=290 кДж/кг.

Определим расчётный поток теплоты (Вт), расходуемой на технологические нужды ремонтной мастерской:

,Вт

Теперь определим расчетную тепловую нагрузку котельной в зимнее время по формуле (1.1):

,Вт

,Вт

,Вт

,Вт

,Вт

Поток теплоты (Вт), расходуемый на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется для производственных зданий по формуле [стр.125]:

(1.7)

где =150С (расчётная температура холодной воды, принимаемая в летний период)

Определим поток теплоты необходимый на горячее водоснабжение:

Для птичника 1:

, Вт

Для птичника 2:

, Вт

Для ремонтной мастерской:

, Вт

Определим тепловую нагрузку котельной в летний период (1.2):

,Вт

,Вт (в летнее и зимнее время равны)

,Вт

Построение годового графика тепловой нагрузки.

Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления может быть подсчитан по аналитическим формулам, но удобнее определять его графически из годового графика тепловой нагрузки, который необходим также для установления режимов работы котельной в течение всего года. Такой график строят в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур [прил. 3].

Строим годовой график тепловой нагрузки:

C помощью графика определяем годовой расход теплоты на все виды теплопотребления [стр. 129]:

, (1.8)

где F - площадь годового графика тепловой нагрузки, мм2; mQ и mn - масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

Площадь равна F= 34014 мм2; масштаб расхода теплоты mQ=10000 Вт/мм; масштаб времени работы котельной mn= 20 ч/мм.

, ГДж/год.

2. Выбор теплоносителя

Согласно СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети. Нормы проектирования"[2]:

В системах централизованного теплоснабжения для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд жилых, общественных и производственных зданий в качестве теплоносителя следует, как правило, принимать воду.

Следует также проверять возможность применения воды как теплоносителя для технологических процессов.

Применение для предприятий в качестве единого теплоносителя пара для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения допускается при технико-экономическом обосновании.

Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха принимается равной 1500С, а в обратном трубопроводе она составляет 700С. И только в тех случаях, когда расчетная тепловая нагрузка Фр 5,8 МВт, допускается применение в подающей магистрали воды с температурой 95...1100С в соответствии с расчетной температурой в местных системах отопления.

Использование одного теплоносителя для всех видов тепловой нагрузки значительно упрощает систему теплоснабжения, делает ее дешевле в сооружении, надежнее в эксплуатации.

При расчете графиков температур сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения начало и конец отопительного периода при среднесуточной температуре наружного воздуха принимается 8 °С.

Выберем теплоноситель воду с температурой в подающей линии 1100С, а в обратном трубопроводе 700С.

3. Подбор котлов

Отопительно-производственные котельные в зависимости от типа установленных в них котлов могут быть водогрейными, паровыми или комбинированными - с парогрейными и водогрейными котлами.

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке для зимнего периода. [стр.130]

(3.1)

где Фуст - суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, Вт.

В котельной должно быть не менее двух и не более четырех (стальных) или шести (чугунных) котлов, причем котлы однотипные по теплоносителю должны иметь одинаковую площадь поверхности нагрева.

Выбирать котлы будем такой тепловой мощности, чтобы она была кратной летней тепловой нагрузке Фр.л. Это делается для того, чтобы более рационально использовать котлы, работающие в летний период на горячее водоснабжение и технологические нужды.

В результате расчетов мы получили расчетную мощность котельной 2,47 МВт, а в летний период 0,4 МВт. По справочнику [прил.14] выберем котлы "Универсал 5" мощностью при работе на газу (в моём случае саратовский газ) 526 кВт, котел имеет 34 секции и габаритные размеры: длину 2095 мм, ширину 2060 мм и высоту 1910 мм.

В зимний период будут работать пять котлов с общей мощностью:

,кВт

В летний период, для обеспечения необходимого потока теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды, в котельной будут работать один котел мощностью:

,кВт

4. Регулирование отпуска теплоты котельной

В связи с тем, что тепловая нагрузка потребителей не постоянна, а изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, режима работы системы вентиляции, расхода воды на горячее водоснабжение и технологические нужды, экономичные режимы выработки тепловой энергии котельной должны обеспечиваться центральным регулированием отпуска теплоты по преобладающему виду тепловой нагрузки. Вид теплоносителя определяет способ регулирования отпуска теплоты потребителям. В водяных тепловых сетях применяется качественное регулирование подачи теплоты, осуществляемое путем изменения температуры теплоносителя при постоянном расходе.

При теплоснабжении жилых, общественных и производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений центральное качественное регулирование в водяных тепловых сетях обычно ведут по отопительной нагрузке. Температуру теплоносителя изменяют в соответствии с температурным графиком, который строят в зависимости от расчетных температур наружного воздуха.

При построении графика температур воды в тепловой сети исходят из аналитических зависимостей температуры воды в подающем и обратном трубопроводах от наружной температуры. Поскольку эти зависимости близки к линейным, ограничимся приближенным построением графика при параметрах теплоносителя 110-700С.

По оси абсцисс откладываем значения наружной температуры, по оси ординат - температуру сетевой воды. Начало координат совпадает с расчетной внутренней температурой производственных(или птицеводческих) зданий (180С) и температурой теплоносителя, также равной 180С. На пересечении перпендикуляров, восстановленных к осям координат в точках, соответствующим температурам =1100С и tн=-310С, находим точку А, а проведя горизонтальную прямую от температуры обратной воды 700С, -точку В. Соединим точки А и В с началом координат, получим график изменения температуры прямой и обратной воды в тепловой сети в зависимости от температуры наружного воздуха.

При наличии нагрузки горячего водоснабжения температура теплоносителя в подающей линии сети открытого типа не должна опускаться ниже 600С, поэтому температурный график для подающей воды имеет точку излома С, левее которой =const. Подачу теплоты на отопление при постоянной температуре регулируют изменением расхода теплоносителя.

Минимальная температура обратной воды определяется, если через точку С провести вертикальную линию до пересечения с графиком обратной воды. Проекция точки D на ось координат показывает наименьшее значение обратной воды (420С)

Перпендикуляр, восстановленный из точки, соответствующей расчетной наружной вентиляционной температуре (-160С), пересекает прямые АС и BD в точках Е и F, показывающих максимальные температуры прямой и обратной воды для систем вентиляции. По графику определим эти температуры соответственно 820С и 540С , которые в диапазоне от tн.в до tн остаются неизменными (линии ЕК и FL). В этом диапазоне температур наружного воздуха вентиляционные установки работают с рециркуляцией, степень которой регулируется таким образом, чтобы температура воздуха, поступающего в калорифер, оставалась постоянной.

5. Подбор питательных устройств и сетевых насосов

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях в котельной устанавливают два сетевых насоса с электроприводом (один из них резервный). Подачу сетевого насоса (м3/ч), равную часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали, определяют по формуле [стр.134]:

, (5.1)

где Фр.в=Фр-Фс.н - расчетная тепловая нагрузка, покрываемая теплоносителем - водой, Вт; tп и t0 - расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды, 0С; - плотность обратной воды (при t0=700С =977,8 кг/м3); Фс.н - тепловая мощность, потребляемая котельной на собственные нужды (подогрев и деаэрация воды, отопление вспомогательных помещений и др.), определим по формуле [стр.134]:

(5.2)

,Вт

Определим подачу сетевого насоса (5.1):

,м3/ч

Напор, развиваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети. Если же теплоноситель получают в водогрейных котлах, то учитывают также потери давления в них. Ориентировочно принимают Рсет.н=200...400 кПа.

Выберем Рсет.н=400 кПа.

Подпиточные насосы компенсируют разбор воды из открытых тепловых сетей на горячее водоснабжение и технологические нужды, а также восполняют утечки воды, составляющие 1...2% ее часового расхода. Подача подпиточного насоса (м3/ч) [стр.134]:

, (5.3)

где Фг.в - расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения, Вт; Фт.н.в - часть расчетной тепловой нагрузки на технологические нужды, покрываемая теплоносителем - водой, Вт; tг и tх - расчетные температуры горячей и холодной воды, 0С; пп - плотность подпиточной воды, можно принять , кг/м3.

м3/ч

Напор развиваемый подпиточными насосами, Рпп.н=200...600 кПа.

Выберем Рпп.н=600 кПа.

В котельной должно быть не менее двух подпиточных насосов, из которых один резервный, Устанавливают их перед сетевыми насосами, подавая в систему химически очищенную воду из деаэраторов или баков - аккумуляторов подпиточной воды. В качестве сетевых и подпиточных используют центробежные консольные насосы типа К и КМ.

Насосы выбирают по расчетным значениям подачи и напора.

Выберем сетевой насос по [прил.15],марки 3К-6 и КПД 60%. Подпиточный насос по этому же приложению выбираем марки 2,5МЦ-0,8М с КПД 40%.

Мощность (кВт), потребляемая центробежным насосом с электроприводом, определяется по формуле [стр. 135]:

, (5.4)

где Qн - подача насоса, м3/ч; Рн - напор, создаваемый насосом, кПа; - КПД насоса.

Определим мощность сетевого насоса по формуле (5.4):

,кВт

Определим мощность подпиточного насоса

,кВт

Теперь по справочнику асинхронных двигателей [3], выберем двигатели для привода сетевого и подпиточного насоса.

Для привода сетевого насоса будем использовать двигатель АИРМ 132М4 мощностью 11 кВт и синхронной частотой вращения 1500 об/мин.

Для привода подпиточного насоса будем использовать двигатель АИРМ 112М4 мощностью 5,5 кВт и синхронной частотой вращения 1500 об/мин.

6. Расчет водоподготовки

В производственно-отопительных котельных получила распространение до котловая обработка воды в натрий-катионитовых фильтрах с целью ее умягчения. Объем катионита (м3), требующийся для фильтров, находят по формуле [стр 135]:

(6.1)

где - расчетный расход исходной воды, м3/ч; - период между регенерациями катионита (принимают равным 8...24 ч); Н0 - общая жесткость исходной воды, мг-экв/кг, для Вологды Н0=3 мг-экв/кг; Е - объемная способность катионита, г-экв/м3 (для сульфоугля Е=280...350г-экв/м3. Примем =10 ч., Е=300 г-экв/м3

Расчетный расход исходной воды [стр. 136]:

(6.2)

где 4,5 - расход воды на регенирацию 1 м3 катионита, м3; - расход исходной воды, м3/ч. Для водогрейной котельной он равен количеству воды, подаваемой подпиточным насосом =Qпп.н.

Определим расчетный расход исходной воды (6.2):

,м3/ч

Объем катионита (6.1):

,м3

Расчетная площадь поперечного сечения одного фильтра [стр. 136]:

(6.3)

где h - высота загрузки катионита в фильтре, равная 2...3 м; n - число рабочих фильтров (1..3).

Примем высоту загрузки h=2 м, а количество рабочих фильтров n=1.

,м2

По таблице [таб. 21] подбираем фильтры с площадью поперечного сечения F, близкой к расчетной Fр (с запасом в сторону увеличения). Дополнительно к выбранному количеству фильтров устанавливают один резервный. В котельной устанавливаем два фильтра с площадью поперечного сечения 0,76 м2 и диаметром 1000 мм.

Далее определяем фактический межрегенерационный период (ч) и число регенерации каждого фильтра в сутки nр [ стр. 136]:

,

(6.4)

где F - площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м2; 1,5 - продолжительность процесса регенерации, ч.