Дипломний проект. Розрахунок котельні потужністю 123 кВт на твердому паливі із встановленими двома водогрійними котлами КВ-80

1

Анотація

В даному дипломному проекті проводиться розрахунок котельні потужністю 123 кВт на твердому паливі із встановленими двома водогрійними котлами КВ-80.

В проекті проведемо аналіз літературних та патентних джерел, техніко-економічне обґрунтування вибору джерела теплопостачання, розрахунок теплової схеми для максимально, середньо та міжопалювального періоду. Підберемо основне та допоміжне обладнання котельні.

Спроектуємо ємкісний теплообмінник, для якого складемо математичну модель. Теплообмінник призначений для підігріву води до температури 55ºС на гаряче водопостачання. Проведемо тепловий, гідравлічний, компонувальний розрахунок теплообмінника.

Розробимо систему автоматики котельні після модернізації.ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………………………7

1. Техніко-економічне обґрунтування вибору джерела теплопостачання…………8

2 Аналіз і розрахунок теплової схеми котельні…………………………………… 11

2.1 Аналіз теплової схеми котельні………………………………………………….11

2.2 Розрахунок теплової схеми для максимально-опалювального періоду……….12

2.3 Розрахунок теплової схеми для середньо-опалювального періоду……………14

2.4 Розрахунок теплової схеми для міжопалювального періоду…………………..18

3 Вибір основного та допоміжного обладнання…………………………………….20

3.1 Підбір котлоагрегатів……………………………………………………………  20

3.2 Вибір насосів………………………………………………………………………20

3.3 Підбір мембранного розширювального бака……………………………………21

3.4 Розрахунок димової труби………………………………………………………  24

3.4.1 Розрахунок висоти димової труби……………………………………………..24

3.4.2 Розрахунок діаметра димової труби…………………………………………...24

4 Математичне моделювання роботи ємкісного теплообмінника………………....25

5 Розрахунок ємкісного водоводяного теплообмінника…………………………....27

5.1 Аналіз вихідних даних і розробка технічних вимог до об’єкту проектування…………………………………………………………………………..27

5.2 Конструктивні розміри теплообмінника………………………………………...27

5.3 Тепловий розрахунок пластинчастого теплообмінника………………………..27

5.4 Гідравлічний розрахунок ємкісного водонагрівача ……………………………33

6 Автоматизація котельні потужністю 123 кВт на твердому паливі………………37

6.1 Автоматичне регулювання параметрів теплової схеми котельні……………...37

6.1.1 Автоматичне регулювання температури мережної води в зворотному трубопроводі…………………………………………………………………………..37

6.1.2 Автоматичне регулювання температури прямої мережної води………….....38

6.1.3 Автоматичне регулювання тиску на виході з котла………………………….39

6.1.4 Автоматичне регулювання температури води на гаряче водопостачання….40

6.2 Технологічний захист теплової схеми котельні…………………………….......41

6.3 Технологічний контроль фізичних величин теплової схеми котельні………...42

6.4 Технологічна сигналізація………………………………………………..............42

7. Економічна ефективність опалення житлового будинку………………….…….44

8. Розрахунок електропостачання котельні…………………………………………47

8.1 Характеристика схеми…………………………………………………………….47

8.2 Розрахунок електричних навантажень котельні………………………………...47

8.3 Вибір комутаційно-захисної апаратури та провідників цехової мережі………49

9 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях на котельні……………….51

9.1 Технічні рішення з гігієни праці та виробничої санітарії………………………51

9.1.1 Мікроклімат та склад повітря робочої зони…………………………………...51

9.1.2 Виробниче освітлення…………………………………………………………..52

9.1.3 Виробничі віброакустичні коливання…………………………………………53

9.2 Технічні рішення щодо безпечного виконання робіт…………………………..54

9.3 Технічні рішення з пожежної безпеки…………………………………………..55

9.4 Розрахунок природного освітлення……………………………………………...56

10 Безпека в надзвичайних ситуаціях………………………………………………..59

10.1 Дія радіації на людину…………………………………………………………..59

10.2 Оцінка стійкості роботи ОГ в умовах радіоактивного забруднення…………60

10.3 Розрахунок режиму радіаційного захисту людей в умовах дії радіації……...61

Висновки……………………………………………………………………………….65

Література……………………………………………………………………………...66

Додаток А. Технічне завдання………………………………………………………..69

Додаток Б. Розрахунок витрати димових газів……………………………………...73

Додаток В. Математична модель та розрахунок ємкісного водоводяного теплообмінника в середовищі Excel…………………………………………………

Додаток Г. Специфікація до ємкісного теплообмінника…………………….

Додаток Д. Перелік елементів до функціональної схеми автоматизації………….

Додаток Е. Локальний кошторис…………………………………………………….

Вступ

За нових економічних умов, коли зростають ціни на паливо і електроенергію, а в країні спостерігається дефіцит поливно-енергетичних ресурсів, енергозбереження є одним з основних факторів виходу країни із скрутного економічного стану. Експертні оцінки свідчать про те, що навіть у разі істотного прогресу в енергозбереженні зростання національного валового продукту неможливе без випереджувального вводу нових енергетичних потужностей. При цьому, очевидно, буде зберігатись використання природного газу, яке дозволяє здійснити реконструкцію енергетики і розв’язати екологічні проблеми найбільш дешевими для економіки країни засобами.

Широке використання водогрійних котлів для пікових навантажень на електростанціях, і в районах опалювальних котелень значно полегшило задачу забезпечення теплом нових жилих мікрорайонів і промислових підприємств. Особливо велике значення використання потужних водогрійних котлів має при теплопостачанні жилих мікрорайонів у великих містах і промислових центрах.

Водогрійні котли незалежно від місця їх встановлення призначені для підігріву води, яка використовується в теплофікаційних цілях.

Підігрів води в котлах приймається, виходячи із умов роботи теплофікаційної системи і її температурного графіка.

За нашого часу, коли економія паливно-енергетичних ресурсів і охорона навколишнього середовища набувають все більш пріоритетного значення, задача підвищення ефективності теплотехнологічних систем стає актуальною.

Основною метою дипломного проекту є зменшення використання первинних енергоносіїв шляхом встановлення котельні на деревині потужністю 123 кВт.

Задачі дипломного проекту:

– розробка теплової схеми котельні,

– компоновка обладнання в котельні,

– розробка пластинчастого водоводяного теплообмінника для системи гарячого водопостачання,

– розробка системи автоматизації котельні,

– розробка системи електропостачання,

– розрахунок техніко-економічних показників,

– розробка заходів з охорони праці та цивільної оборони.

1 Техніко-економічне обґрунтування вибору джерела теплопостачання

Опалення твердим паливом – це використання дров, вугілля, торф’яних брикетів, та інше. Для країни окремі види такого опалення дуже перспективні. Зараз, опалення твердим паливом з використанням сучасних твердопаливних котлів тривалого горіння, дозволяють робити закладку дров 1-2 рази на добу. Опалювальні котли на твердому паливі дозволяють суттєво заощаджувати на підігріві води і опаленні приміщень.

Яке паливо або енергію вибрати для опалення залежить:

– від доступності;

– від ціни;

– від зручності й комфорту у використанні даного виду палива.

Перерахуємо всі недоліки та переваги різних видів палива.

Найголовніший недолік використання газу як палива для котла – це постійний ріст цін. У найближчі 10-15 років за прогнозам фахівців очікується ріст цін на газ в 3-5 разів.

– висока вартість підключення;

– падіння взимку тиску газу, який знижує потужність котла, що іноді приводить до відключення й неможливості роботи устаткування;

– використання для підключення й поточного ремонту тільки сертифікованих підрядників.

Опалення електрикою найдорожчий вид опалення. Для підключення електрокотла потрібний потужний  кабель, дозвіл постачальної організації.

Недоліками використання мазуту як палива насамперед є його вміст шкідливих речовин в димових газах, які під час взаємодії з водою чи повітрям утворюють небезпечні для здоров’я і експлуатації кислоти. Для того щоб зменшити концентрацію шкідливих речовин, на підприємствах необхідно встановлювати високоякісне і дороге очисне технологічне обладнання, яке збільшує термін окупності [1,2].

На сьогодні гостро стоїть питання світової нестачі видобутку нафти. За підрахункам фахівців в надрах нашої планети запасів нафти залишилося приблизно років на 50. Також для транспортування мазуту необхідний спеціальний транспорт, і створення на підприємстві окремого мазутного господарства, а для невеликих і малопотужних підприємств, де є обмеження в території і ускладнена транспортна система це питання досить складне.

Дрова – широко поширене, доступне і недороге паливо.

Опалення дровами налічує багатовікову історію і бере свій початок ще від первісних людей. За цей час, людство придумало, винайшло і розробило безліч конструкцій печей, камінів, плит, котлів та інших опалювальних пристроїв, що працюють на дровах і виробляють тепло. З появою вугілля і газу, опалення дровами відійшло на другий план і стало вважатися анахронізмом..

Люди змінили своє ставлення до дров'яного опалення після появи нових опалювальних технологій та регулярних енергетично криз, що роздувають ціни на класичні види палива.

Дещо втративши свою актуальність, дров'яне опалення не зникло зовсім і повернулося в оновленому вигляді в наш техногенний світ. Нові опалювальні та промислові технології дозволили значно збільшити ККД дров'яного опалення і поставити його в один ряд з вугільним і газовим опаленням.

Нові опалювальні агрегати на дровах надзвичайно ефективні та економічні, вони обладнані електронікою, що полегшує контроль над процесом горіння.

Також вони мають спеціальні пристрої та пристосування для саморозпиловки, саморубства, самотранспортування та самозакидання в печі та котли.

Поява нових опалювальних технологій та агрегатів вирішує далеко не всі проблеми дров'яного опалення, велика частина яких носить організаційний характер. Головний мінус дров'яного опалення криється у великому обсязі паливної маси, яку потрібно буде заготувати і перевезти, щоб потім зберігати, пиляти, складати, закладати в котел тощо.

Тягати, колоти і підкидати дрова подобається не кожному. Присутність диму і кіптяви в топковому приміщенні, відсутність повного контролю над процесом горіння, неповна автоматизація процесу обслуговування і економічні проблеми постачальників палива - теж не додають оптимізму користувачам дров'яного опалення.

Надалі - економічна вигода з лишком покриє всі організаційні проблеми та інші неприємні моменти опалення деревиною.

Повна вартість дров'яного палива складається з вартості самих дров та вартості їх доставки, навантаження-розвантаження, розпилювання, складування, зберігання, завантаження в топковий приміщення, утилізації відходів, тощо.

Іноді, це може бути досить великою сумою.

Незважаючи на всю свою доступність і поширеність, дрова краще купувати готові або сплачувати за їх заготівлю (розпилювання) спеціалізованим бригадам та підрозділам.

Самостійна заготівля дров в потрібному обсязі – це велика рідкість в реальному житті.

Зберігання дров вимагає додаткових площ і додаткових витрат на обладнання цих площ навісами та іншими атрибутами сховища.

Зберігання дров – це важливо. Звалені на купу, засипані снігом та обмерзлі дрова – паливо яке не відповідає нормам [10,11].

Тому на котельні передбачено склад палива розмірами 8×4 м.

Переваги опалення дровами:

– дрова – екологічне та відновлювальне джерело енергії;

– регулювання потужності та процесу горіння забезпечують оптимальне згорання;

– низькі показники концентрації шкідливих викидів;

– зручне і просте обслуговування;

– хороший ККД;

– попіл може використовуватися як добриво для сільськогосподарських цілей.

З кожним роком ціни на паливо в Україні зростають з космічною швидкістю. Дослідивши ринок України за 2015 рік, можна дійти висновку, що ціни на паливо по всій території країни різні. Це залежить від місця розташування підприємства, наявність поряд магістральних та залізничних доріг, лісових господарств, автомобільного транспорту та багато іншого. Вартість деревини коливається від 1 до 1,2 грн/кг. [3-6] Вартість газу для промислових, комунально-побутових підприємств, бюджетних установ і організацій становить 11200 грн за 1000 м3 з урахуванням ПДВ. [7,8] Вартість кам’яного вугілля коливається від 2800 грн/т до 3200 грн/т. [9,10] Для розрахунків беремо середні ціни на паливо.

Порівняємо техніко-економічні показники котельні, яка працюватиме на газу, кам’яному вугіллі, дровах та системі баків-акумуляторів на електроенергії. Результати розрахунків наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Техніко-економічні показники вибору джерела теплопостачання

Найменування величиниПозначенняДроваПриродний газКам’яне вугілляЕлектр(бак-ак)Наявна теплота паливаQнр10,224 МДж/кг35,9 МДж/м319,61 МДж/кг-ККД котла80%95%85%100%Розрахункова витрата паливаВр0,0113 кг/с0,00272 м3/с0,00553 кг/с-Ціна на паливоЦ1,1 грн/кг11,2 грн/м33 грн/кг1,8 грн/кВтСобівартість теплотиСВ204 грн/ГДж400 грн/ГДж245грн/ГДж132 грн/ГДж

З таблиці 1.1 видно що найдешевшим джерелом теплопостачання по собівартості є система використання баків-акумуляторів на електричній енергії собівартість якої становить 132 грн/ГДж, але, зважаючи на те, що баки-акумулятори малопоширені у нашій країні, а також потребують багато місця для встановлення, найвигіднішим видом палива, для даної котельні, є дрова, які по собівартості теплоти майже в 2 рази дешевші за природний газ, та в 1,2  – за кам’яне вугілля.

2 Аналіз і розрахунок теплової схеми котельні

2.1 Аналіз теплової схеми котельні

Водогрійні котельні, як правило, є опалювальними і проектуються виходячи з кількості теплоти, що відпускається на опалення, вентиляцію та гаряче водопостачання з використанням як теплоносія гарячої води. Нагрівання мережної води здійснюється безпосередньо у водогрійних котлах.

В даному випадку розглядається схема водогрійної опалювальної котельні при закритій системі теплопостачання. Котельня призначена для теплопостачання системи опалення житлового будинку. На котельні встановлені два стальних водогрійних котла КВ-80, які працюють на дровах.

Котельня забезпечує відпуск води з температурою 80ºС для потреб системи опалення та з температурою 55ºС для гарячого водопостачання житлового будинку. Мережний насос забирає зворотну мережну воду з тепломережі і подає на нагрів в нижню зону котла. Нагріта вода по прямому трубопроводу подається споживачу.

При роботі котлоагрегатів можлива корозія поверхонь нагрівання внаслідок конденсації Н2О і SО3 з димових газів на зовнішніх поверхнях труб. Щоб уникнути або зменшити її інтенсивність, температуру води на вході в котлі необхідно підтримувати вище температури точки роси димових газів. Теплова схема передбачає постійну витрату води через котел і підтримання температури в зворотному трубопроводі не менше заданої (60ºС). Задана температура підтримується перепуском мережної води із прямого в зворотній трубопровід.

Для видалення повітря із системи на трубопроводі встановлюються повітровипускні вентилі.

На виході із котла встановлений запобіжний клапан. Напірний трубопровід від запобіжного клапана виведений окремою лінією.

Для запобігання протитоку теплоносія на лінії рециркуляції, підживлювальному трубопроводі і після мережних насосів передбачено встановлення зворотних клапанів.

Для зливу води із котлів передбачений дренажний трубопровід.

Водопостачання котельні і пожежного резервуару здійснюється з водопроводу.

Гаряче водопостачання здійснюється за закритою системою постачання води. Вода на гаряче водопостачання нагрівається від мережної води в рекуперативному теплообміннику і береться безпосередньо із водопроводу.

2.2 Розрахунок теплової схеми для максимально-опалювального періоду

Система опалення живиться від водогрійної котельні. Згідно розрахунку потужність системи опалення Qоп=38,03 кВт, потужність гарячого водопостачання Qгвп=68,3 кВт, система закрита, графік мережної води 80/60°С, температура сирої води 5ºС, температура води на гаряче водопостачання 55ºС. Температура зовнішнього повітря -24ºС.

Витрата мережної води на опалення

,           (2.1)

(кг/с).

Витрата мережної води на теплообмінник системи гарячого водопостачання

,           (2.2)

(кг/с).

Загальна витрата мережної води

,                          (2.3)

(кг/с).

Витрата води для підживлення мережі

 [кг/с],    (2.4)

(кг/с).

Витрата зворотної води

[кг/с],          (2.5)

(кг/с).

Витрата води через мережний насос

     (2.6)

(кг/с).

Температура води на виході з мережного насосу

,                                    (2.7)

(ºС).

Витрата мережної води перед лінією рециркуляції

 

                                               (2.8)

    

Витрата води в лінії рециркуляції

                                    (2.9)

      

Витрата води в лінії перепустки

                               (2.10)

     

Витрата котлової води

,     (2.11)

(кг/с).

 Потужність котельні

,   (2.12)

(кВт).

 

Розрахункова витрата палива

,     (2.13)

де  – наявна теплота палива, яка для дров з вологістю 40% дорівнює 10,224 МДж/кг;

ηкот – ККД котла, який дорівнює 80%.

(кг/с) = 54 (кг/год).

Витрата умовного палива

,       (2.14)

(кг/с) = 18,72 (кг/год) [4].

ККД котельні

,        (2.15)

.

2.3 Розрахунок теплової схеми для середньо-опалювального періоду

Із зміною температури зовнішнього повітря кількість теплоти для систем опалення необхідно збільшувати або зменшувати. Потепління, тобто підвищення температури, викликає зменшення витрати теплоти, похолодання – збільшення. Для цього використовують методи регулювання.

У нашій тепловій схемі ми будемо використовувати центральне якісне регулювання (ЦЯР). ЦЯР – це регулювання подачі теплоти на ТЕЦ, у районній чи виробничій котельні, тобто в центрі її приготування. При якісному регулюванні подача теплоти регулюється зміною температури теплоносія і сталою витратою [5].

Розрахуємо температуру в подавальному і зворотному трубопроводі при середній температурі зовнішнього повітря за опалювальний період  

tз= - 0,9 ºС. Розрахункова температура навколишнього повітря для опалення tз.о=-21ºС. Температурний графік мережної води 80/60 ºС. Розрахункова внутрішня температура опалювальних приміщень tв.р=20ºС.

Відносне теплове навантаження для опалення при tз

,     (2.16)

.

Відносне теплове навантаження для вентиляції при tз

Температурний напір опалювального приладу в розрахунковому режимі

,        (2.17)

(ºС).

 

Перепад температур мережної води для розрахункового режиму

 

,     (2.18)

(ºС).

Перепад температур води в опалювальній системі для розрахункового режиму

(ºС).

Температура в подавальному трубопроводі при tз

,  (2.19)

(ºС).

Температура в зворотному трубопроводі при tз

,  (2.20)

(ºС).

Проведемо розрахунок теплової схеми при температурному графіку мережної води 54/44ºС.

Витрата мережної води в системі опалення

,   (2.21)

  (кг/с).

Витрата мережної води в системі гарячого водопостачання

,               (2.22)

(кг/с).

Загальна витрата мережної води

(кг/с).

Витрата води для підживлення мережі

 [кг/с],                                        (2.23)

(кг/с).

Витрата мережної води перед лінією рециркуляції

 

                                                                (2.24)

    

Витрата води в лінії рециркуляції

                              (2.25)

Витрата води в лінії перепустки

                                (2.26)

     

Витрата котлової води

,    (2.27)

(кг/с).

Потужність котельні

,               (2.28)

(кВт).

 

Розрахункова витрата палива

(кг/с) = 39,6 (кг/год).

Витрата умовного палива

(кг/с) = 14,15 (кг/год).

ККД котельні

                                   =92% [7].

2.4 Розрахунок теплової схеми котельні в міжопалювальний період

Для даного періоду працює тільки система гарячого водопостачання.

Витрата мережної води на теплообмінник системи гарячого водопостачання

,           (2.29)

(кг/с).

Загальна витрата мережної води

,                     (2.30)

    (кг/с).

Витрата води для підживлення мережі

,    (2.31)

(кг/с).

Витрата зворотної води

[кг/с],          (2.32)

(кг/с).

Витрата води через мережний насос

[кг/с],     (2.33)

(кг/с).

Температура води на виході з мережного насосу

,                                    (2.34)

(ºС).

Витрата котлової води

,     (2.35)

(кг/с).

Потужність котельні

,    (2.36)

     (кВт).

 

Розрахункова витрата палива

,     (2.37)

де  – наявна теплота палива, яка для дров з вологістю 40% дорівнює 10,224 МДж/кг;

ηкот – ККД котла, який дорівнює 80%.

     (кг/с) = 30,06 (кг/год).

Витрата умовного палива

,       (2.38)

         (кг/с) = 10,5 (кг/год) .

ККД котельні

,        (2.39)

  = 80,1%.

3 Вибір основного та допоміжного обладнання

Вибір типу, кількості та одиничної продуктивності котлів і іншого устаткування проводиться за результатами теплового розрахунку котельні.

3.1 Вибір котлоагрегатів

Вибір водогрійного котла проводимо по розрахунковій продуктивності котельні для максимально-опалювального періоду.

кВт

Гкал/год

До встановлення приймаємо стальні водогрійні котли КВ-80 в кількості 2 шт. Теплотворна здатність котла при роботі на дровах складає 0,053 Гкал/год.

3.2 Вибір насосів

Мережні насоси призначені для забезпечення циркуляції теплоносія в тепловій мережі. Їх подача визначається за максимальною масовою витратою мережної води. В разі паралельної роботі кількох насосів подача кожного менше, ніж в технічній характеристиці, то загальну подачу слід приймати з відповідним запасом 10...20 %. Згідно з Правилами Держтехнагляду встановлюється не менше двох мережних насосів, причому у випадку зупинки будь-якого з насосів сумарна подача працюючих агрегатів повинна забезпечувати максимальну розрахункову подачу мережної води (для однотипного обладнання потрібно встановлювати додатково один резервний насос) [15-17].

На котельні встановлено два мережних насоси марки ІРL 30/110-0,75/2, характеристики якого: подача V=6,5 м3/год, напір H=14,2 м, потужність електродвигуна Nмн =0,69 кВт.

Перевіримо чи правильно підібраний насос для даної системи за формулою:

,       (3.1)

де Gмн – масова витрата мережної води, кг/с;

мн – густина мережної води на вході в мережний насос, яка дорівнює 983,2 кг/м3 при температурі 60ºС.

Подача мережного насосу

(м3/год).

Тобто дані насоси підібрані доволі точно і це сприяє максимально ефективній роботі насосу для даної системи.

Також на котельні встановлено два підживлювальні насоси для підживлення мережі хімочищеною водою марки TOP-S 30/10, характеристики якого: подача V=0,5 м3/год, напір H=10 м, потужність електродвигуна Nпн=0,39кВт.

Перевіримо чи правильно підібраний насос для даної системи за формулою:

,       (3.2)

де Gпж – масова витрата підживлювальної води, кг/с;

пж – густина підживлювальної води на вході в підживлювальний насос, яка дорівнює 999,8 кг/м3 при температурі 5ºС.

Подача підживлювального насосу

(м3/год).

Тобто дані насоси підібрані доволі точно і це сприяє максимально ефективній роботі насосу для даної системи.

Розрахункову електричну потужність котельні знаходимо як суму активних потужностей працюючого обладнання котельні, а саме одного мережного насосу, одного підживлювального насосу та дуттєвого вентилятора котла [3].

Nвп = Nмн + Nпн + Nвент ∙ 2 = 0,69 + 0,39 + 0,2 ∙ 2 = 1,48 (кВт).

3.3 Підбір мембранного розширювального бака

Розширювальний бак в системі опалення призначений для компенсації надлишкового тиску викликаний нагріванням теплоносія. При підвищенні тиску в системі вище допустимого може статися розрив опалювальних елементів, труб або кранів, що виведе з ладу всю систему опалення. Фактично розширювальний бак збільшує об’єм системи опалення при нагріванні теплоносія, тим самим знижуючи тиск теплоносія і запобігаючи можливим проблемам.

В залежності від типу системи опалення можуть застосовуватися розширювальні баки двох видів: відкриті і закриті. Відкриті баки призначені для системи опалення, в яких циркуляція теплоносія здійснюється природним чином, тобто тиск в системі приблизно дорівнює атмосферному. Закриті розширювальні баки застосовуються в системах опалення, в яких циркуляція теплоносія здійснюється з допомогою циркуляційного насоса.

Розширювальний бак системи опалення закритого (мембранного) типу являє собою закриту ємність, в якій встановлена еластична мембрана. Мембрана ділить розширювальний бак на дві порожнини, в одній з яких знаходиться повітря під тиском, в іншій надлишки теплоносія.

Принцип роботи дуже простий. Перед пуском системи опалення за допомогою автомобільного насоса закачують в повітряну камеру розширювального бака повітря. Величина тиску повітря приблизно дорівнює початковому тиску системи опалення. При збільшенні тиску в системі опалення надлишки теплоносія потрапляють в розширювальний бак, тому тиск в повітряній камері стає менший ніж у системі опалення, то за рахунок еластичної мембрани обсяг камери з теплоносієм збільшується, тим самим компенсуючи надлишковий тиск в системі. При знижені тиску теплоносія повітряна камера розширюється, тим самим компенсуючи тиск теплоносія.

Суть розрахунку розширювального бака зводиться до визначення надлишкового обсягу теплоносія при нагріванні і коефіцієнта заповнення розширювального бака. Відношення цих двох величин і є необхідний обсяг розширювального бака системи опалення.

Необхідний об’єм бака-розширника

,      (3.3)

де Vрас – надлишковий об’єм теплоносія викликаний нагріванням;

f – коефіцієнт заповнення розширювального бака.

Надлишковий обсяг теплоносія, викликаний його нагріванням

,      (3.4)

де Vсист – повний обсяг системи опалення;

β – коефіцієнт об’ємного розширення теплоносія, який дорівнює 4% для водяних систем опалення з максимальною температурою теплоносія до 80ºС.

Під обсягом системи опалення мається на увазі обсяг усіх трубопроводів, батарей опалення та нагрівальних котлів. Об’єм системи опалення можна визначити за потужність котла або теплової потреби будівлі з розрахунку 14 л/кВт.

Повний обсяг системи опалення

                            (3.5)

(л).

Надлишковий обсяг теплоносія, викликаний його нагріванням

(л).

Коефіцієнт заповнення бака показує, який максимальний відсоток обсягу розширювального баку може займати теплоносій і визначається за формулою:

,         (3.6)

де Рmax – максимальний тиск теплоносія в системі опалення, який може бути прийнятий рівним тиску спрацювання запобіжного клапана і дорівнює 1,6 МПа.;

Ргаз – тиск газу в розширювальному баку.

Тиск газу в розширювальному баку визначається за формулою

,    (3.7)

де Рг – гідростатичний тиск системи опалення, який визначається за формулою:

,    (3.8)

де ρ – щільність теплоносія, для води дорівнює 1 г/см3;

hг – відстань по вертикалі від найнижчої до найвищої точки системи опалення. Для нашої теплової схеми ця відстань дорівнює 5,28 м.

Гідростатичний тиск системи опалення

(бар).

Тиск газу в розширювальному баку

(бар).

Коефіцієнт заповнення розширювального бака

.

Необхідний об’єм бака-розширника

(л).

Підбираємо мембранний розширювальний бак “ELBI ERCE” об’ємом 150 л [18,19].

3.4 Розрахунок димової труби

3.4.1 Розрахунок висоти димової труби

Розрахункова висота димової труби

[м],   (3.9)

де S=7 мм.вод.ст – необхідне розрідження;

В=745 мм.рт.ст – барометричний тиск;

tнп= - 24 ºC – температура навколишнього повітря;

tвг= 160 ºС – температура відхідних газів

(м).

Оскільки висота будинку 14 м приймаємо висоту димової труби Н=16 м.

3.4.2 Розрахунок діаметра димової труби

Розрахунковий діаметр димової труби

[м],     (3.10)

де Vг=526,2 м3/год – витрата димових газів, з додатку Б;

ω – швидкість виходу димових газів, приймаємо 4 м/с.

(м)

Приймаємо діаметр димової труби 0,35 м [21].

4 Математичне моделювання роботи ємкісного теплообмінника

Математична модель призначена для розрахунку площі нагріву ємкісного теплообмінника при зміні швидкості грійної води і води на гаряче водопостачання. Наведемо алгоритм обрахунку даного теплообмінника.

Початкові дані:

а) температура теплоносія на вході в теплообмінник, , ºС;

б) температура теплоносія на виході з ТО, , ºС;

в) температура води на вході в ТО, , ºС;

г) температура води на виході з ТО, , ºС;

д) потужність теплообмінника, Qто, кВт.

Площа теплообміну .

Швидкістю руху грійної води і води на гаряче водопостачання задаємося в першому наближені: ω1 і ω2, м/с.

Середня температура теплоносія

.     (4.1)

Середня температура води

.                                               (4.2)

Для знайдених температур визначаємо теплофізичні властивості грійної води і води на гаряче водопостачання.

Температура стінки

.                                              (4.3)

Масова витрата теплоносія

 .          (4.4)

Об’ємна витрата води

.     (4.5)

Масова витрата води на гаряче водопостачання

 .     (4.6)

Об’ємна витрата води на гаряче водопостачання

.         (4.7)

Еквівалентний діаметр каналу для проходу грійної води, м

dE1=2·δ1 [м].     (4.8)

Критерій Рейнольдса для грійної води

.     (4.9)

Критерій Нуссельта для грійної води

.    (4.10)

Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки

, ;    (4.11)

Площа для проходу грійної води

.                                                 (4.12)

Площа для проходу води для водопостачання

.       (4.13)

З іншого боку рівняння площі для проходу грійної води

.        (4.14)

Кількість проходів для грійної води

.     (4.15)

Кількість проходів для води для гарячого водопостачання

.     (4.16)

Площа проходу для води для гарячого водопостачання

.    (4.17)

Еквівалентний діаметр каналу для проходу води

.        (4.18)

Критерій Рейнольдса для води на гаряче водопостачання

.     (4.19)

Критерій Нусельта для води

.     (4.20)

Коефіцієнт тепловіддачі від води для гарячого водопостачання

.    (4.21)

Середній температурний напір для протитоку:

Різниця температур між теплоносіями

  •  більша

.     (4.22)

- менша

.     (4.23)

Середній температурний напір

.       (4.24)

Коефіцієнт теплопередачі

.    (4.25)

Площа теплообміну

.       (4.26)

Для визначення оптимальних швидкостей скористаємося середовищем Excel. Будемо задаватися швидкостями грійної води і води на гаряче водопостачання. Результати розрахунків представлені в додатку В.

На рисунку 4.1 показаний зведений графік залежності площі теплообміну від швидкості теплоносіїв [23,25,28].

     Рисунок 4.1 – Залежність зміни площі нагріву від швидкості грійної води

   і води на гаряче водопостачання.

Висновки: отже, оптимальними швидкостями будуть грійної води 0,18 м/с і води на гаряче водопостачання 0,09 м/с, площа при цьому складе 0,39 м2. Отримані значення будемо використовувати в подальших розрахунках.

5 Розрахунок ємкісного водоводяного теплообмінника

5.1 Аналіз вихідних даних і розробка технічних вимог до об’єкту проектування

Початкові дані для розрахунку:

– теплообмінник – ємкісний водонагрівач;

– грійне та нагріване середовище – вода;

– температура грійної води на вході  = 80 (°С);

– температура грійної води на виході  = 60 (°С);

– температура води, що нагрівається на вході = 5 (°С);

– температура води, що нагрівається на виході = 55 (°С);

– потужність змійовика Qзм = 46,556 кВт.

До числа загальних вимог до теплообмінників можна віднести:

1. Дотримання умов технічного режиму в цілях збереження високої якості виготовленого продукту особливо важливо дотримуватись температурного режиму.

2. Висока продуктивність і, відповідно, інтенсифікація теплообміну, яка досягається підвищенням коефіцієнта теплопередачі та збільшенням усередненої різниці температур.

3. Висока економічність, для яких першочергове значення має вибір теплоносія та їх параметрів з тим щоб використання цих теплоносіїв було пов’язане з мінімальними витратами палива. Дуже важливе значення набуває використання вторинних теплових ресурсів (відхідних газів, відпрацьованих або вторинних парів, гарячої води).

4. Надійність та безпечність устаткування, яке досягається можливістю регулювання температурного режиму процесу, зручність контролю, дотримання умов техніки безпеки.

5. Раціональне оформлення апаратури, досягнення простоти конструкції, компактності приладу, економії металу, зручність монтажу, ремонту, експлуатації [33].

5.2 Конструктивні розміри теплообмінника

Зовнішній діаметр теплообмінника dзв=810 мм, висота становить H=2020 мм, кількість витків змійовика n=12.

5.3 Тепловий розрахунок ємкісного теплообмінника

Середня температура теплоносія

                                           (5.1)

(°С).

Теплофізичні властивості грійної води при середній температурі:

  •  коефіцієнт теплопровідності 1  = 0,667 Вт/(м/К);
  •  густина води 1 = 977,5 (кг/м3);
  •  критерій Прандтля Pr1 = 2,595;
  •  кінематична в’язкість 1 = 0,421510-6  (м2/с);
  •  теплоємність води =4,187 (кДж/(кгК)).

Витрата грійної води

                                            (5.2)

.

Середня температура води, що нагрівається                                          

                                                 (5.3)

Теплофізичні властивості води при середній температурі:

  •  коефіцієнт теплопровідності 2  = 0,617 Вт/(м/К);
  •  густина води 2 = 995,2 (кг/м3);
  •  критерій Прандтля Pr2 = 5,665;
  •  кінематична в’язкість 2 = 0,829810-6  (м2/с);
  •  теплоємність води =4,179 (кДж/(кгК)).

Витрата води, що нагрівається

                                            (5.4)

Різниця температур між теплоносіями:

  •  більша різниця  температур між теплоносіями

                                               (5.5)

  •  менша різниця температур між теплоносіями

                                                 (5.6)

 Середньологарифмічний температурний напір

                                                                (5.7)

       

Об’ємна витрата грійної води

                                                              (5.8)

 

Оскільки температура зовнішньої та внутрішньої стінки труби не відома, вибираємо її в першому наближені tст =60 °С. Для цієї температури величина Prст. = 2,98.

Приймаємо діаметр труб в підігрівнику dзв/dвн=29/25 мм.

Площа поперечного перерізу труби для проходження води

                                                                                   (5.9)

 

Швидкість води в змійовику

                                  

                                                       (5.10)

 

Критерій Рейнольдса для грійної води

                                           (5.11)

  .

Поправковий  коефіцієнт до критеріального  рівняння теплообміну

                                             εзм=,                                         (5.12)

де R – радіус вигину змійовика, м;

εзм=.

Критерій Нусельта для грійної води

                     (5.13)

Коефіцієнт тепловіддачі від грійної води до стінки труби

                                                  (5.14)

Критерій Грасгофа

                                                                               (5.15)

де g – прискорення вільного падіння, м2/с;

β – коефіцієнт термічного розширення середовища, для рідини береться з  таблиці, (при t2=30 °С, значення β=2,845∙10-4 (1/К));

 Δt – перепад температур між рідиною та стінкою, °С;

dзв – визначальний розмір, м;

2 – кінематична в’язкість, м2/с.

Критерій Релея

                                                                                       (5.16)

Критерій Нусельта для міжтрубного простору

                                                               (5.17)

Коефіцієнт тепловіддачі до води, що нагрівається від стінки

                                                       (5.18)

Коефіцієнт  теплопередачі теплообмінника

                                                 (5.19)

де – товщина стінки, м;

– теплопровідність сталі, Вт/(м2 К);

Питомий тепловий потік

                                                                                    (5.20)

Температура внутрішньої стінки труби

                                              (5.21)

Отже, різниця між прийнятою і розрахунковою температурами складає 3. Тому уточнення розрахунків не виконуємо.

Площа поверхні нагріву теплообмінного апарату (ТА)

,                                                (5.22)

Розрахунок змійовика:

– довжина змійовика

,                                                     (5.23)

– довжина кола змійовика

                                              L=π·D ,                                                     (5.24)

  задаємось діаметром змійовика D=500 мм,

                                            L=3,14·0,5=1,57 (м).                                        

  •  кількість витків в змійовику

                                               ,                                                     (5.25)

Приймаємо кількість витків nв= 12 шт.

5.4 Гідравлічний розрахунок ємкісного водонагрівача

Коефіцієнт гідравлічного тертя для гріючої води

                                                                                (5.26)

Коефіцієнт місцевих опорів:

  •  вхід в трубу ξвх=1;
  •  вихід з труби ξвих=0,5;
  •  поворот в круглому змійовику ξзм=0,5.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів

                                                                                 (5.27)

Втрати напору на тертя знайдемо за формулою Дарсі-Вейсбаха, Па

                                                                       (5.28)

де λ1 – коефіцієнт тертя;

          ρ1 – густина води в міжтрубному просторі при середній температурі,

кг/м3;

          dвн – еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;

           l – довжина труби, м;

          ω1 – швидкість грійної води, м/с.

Коефіцієнт тертя визначається за формуло

                               ,                                            (5.29)

де Δ – шорсткість труб, м;

.

Отже, втрати тиску з формули 2.3

6 Автоматизація котельні потужністю 123 кВт на твердому паливі

Система автоматичного регулювання застосовується для забезпечення без втручання людини на протязі довготривалого періоду з необхідною точністю, заданого стану теплотехнічного процесу або забезпечення протікання цього процесу по визначеному закону. Цей закон задається людиною передчасно або виробляється в ході технологічного процесу в залежності від умов які змінюються [38].

6.1 Автоматичне регулювання параметрів теплової схеми котельні

6.1.1 Автоматичне регулювання температури мережної води в зворотному трубопроводі

Автоматичним регулюванням потрібно забезпечити підтримання температури зворотної мережної води не менше 60ºС на вході в котел. Зниження заданої температури може призвести до конденсації водяної пари на стінках труб і виникненням низькотемпературної корозії останніх. Оптимальні температури перебувають в діапазоні 60...80 0С. Тому розрахункова температура води на вході в котли, що працюють на твердому паливі, а саме дровах – 60 0С. Ця температура забезпечується прямою мережною водою по лінії рециркуляції. Автоматизація даного процесу зображена на рис. 6.1.

Автоматичне регулювання системи здійснюється датчиком, регулятором, виконавчим механізмом та регулюючим органом. По заданим параметрам сушильного агента підберемо елементи системи і наведемо їх характеристики [39].

Рис. 6.1 – Регулювання температури мережної води в зворотному трубопроводі

1. Перетворювач термоелектричний ТЖСТ-50 (1.1, 2.1, 2.2, 5.1, 7.1, 8.1, 9.1):

- діапазон вимірювальних температур – 0…+100ºС;

- клас (ДСТУ 2857-94) – 2;

- матеріал захисної арматури – сталь 12Х18Н9Т;

- робочий спай – неізольований;

- маса – 130г.

2. Регулятор температури РТ-0102-С2 (1.2, 2.3, 5.2) – призначений для вимірювання, автоматичного регулювання, індикації, сигналізації  температури. Працює у комплекті з перетворювачами термоелектричними. Забезпечує пропорційно-інтегрально-диференцціальне регулювання температури з можливістю сигналізації входження температури в задані межі:

- діапазон контрольованих температур – -50…+200ºС;

- абсолютна похибка вимірювання – 1…3ºС;

- маса – не більше 0,5 кг.;

- габаритні розміри – 114×122×34мм.;

3. Магнітний пускач реверсивний ПМА 4500А (1.3, 2.4, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3) – призначений для застосування в стаціонарних установках для дистанційного пуску безпосереднім підключенням до мережі, зупинки і реверсування трифазних асинхронних двигунів з коротко-замкнутим ротором потужністю до 75 кВт при напрузі до 380 і 660В змінного струму частотою 50, 60 і 100 Гц.

4. Виконавчий механізм МЕО-40 (1.4, 3.4, 4.4, 5.4, 6.4) – служать для переміщення регулюючих органів за командами, що надходять від електричних регуляторів при автоматичному керуванні або від оператора (за допомогою кнопок або ключів керування) при ручному дистанційному керуванні.

- номінальний крутний момент на вихідному валу – 40 Н·м;

- номінальний час повного ходу вихідного валу – 10 с;

- номінальний повний хід вихідного валу – 0,25 обертів;

- напруга живлення – однофазна [40].

6.1.2 Автоматичне регулювання температури прямої мережної води

Система автоматичного регулювання призначена для підтримання мережевого графіка температур води при зміні температури зовнішнього повітря, для цього на регулятор подається ще імпульс з температури навколишнього середовища. Автоматичне регулювання температури зображено на рисунку 6.2.

Рис.6.2 – Регулювання температури прямої мережної води

6.1.3 Автоматичне регулювання тиску на виході з котла

Автоматичне регулювання тиску на виході з котла здійснюється за схемою, яка зображена на рисунку 6.3.

Принцип роботи такої схеми полягає в тому, що регулятор одержує сигнали від датчиків, за допомогою виконавчого механізму і регулюючого органу змінює тиск в трубопроводі. Виконавчим механізмом в даному випадку служить запобіжний клапан, який зливає воду в зливний трубопровід. Такі системи використовуються в котельних і високотемпературних установках [41].

Рис. 6.3 – Регулювання тиску на виході із котла

1. Перетворювач вимірювальний показуючий МП100МС-0,4 МПа (3.1, 4.1, 10.1, 11.1, 12.1, 13.1) – призначений для роботи в системах автоматичного контролю, регулювання і управління технологічними процесами і забезпечує безперервне перетворення значення вимірюваного параметра – надлишкового, абсолютного, гідростатичного тиску, розрідження, різниці тиску нейтральних і агресивних середовищ в уніфікований сигнал дистанційної передачі: 0-5, 0-20, 4-20 мА постійного струму:

- похибка – ±0,25, 0,5 і 1 %;

- зона нечутливості – 0,05%;

- напруга – 36±0,72 В;

- опір ізоляції – 40 МОм.

2. Регулятор тиску (3.2, 4.2) – призначений для отримання газоподібної суміші і автоматичної підтримки пропорції при зміні тиску газоповітряного середовища:

- види використовуваних газів – неагресивні (сухі);

- максимальний робочий тиск – 50 кПа;

- температура навколишнього середовища – -15…+60 ºС;

- матеріали – алюміній, латунь, нержавіюча сталь, маслостійка гума [40].

6.1.4 Автоматичне регулювання температури води на гаряче водопостачання

Сира вода підігрівається в пластинчастому теплообміннику від прямої мережної води до температури 55ºС і йде на гаряче водопостачання в житловий будинок. Витрата гарячої води не постійна і вода може деякий період знаходитися в теплообміннику і охолоджуватись. Для того щоб підтримувати температуру на рівні 55 ºС ставимо на трубопровід грійної води триходовий кран.

Рис. 6.4 – Регулювання температури на ГВП

Автоматичне регулювання температури води на гаряче водопостачання зображено на рисунку 6.4.

6.2 Технологічний захист теплової схеми котельні

Технологічний захист призначений для попередження виникнення та розвитку аварій при порушенні нормального режиму обладнання. Ці порушення супроводжуються відхиленням регульованого параметру, що використовується для включення захисту в роботу. Значення параметра при якому захист приводиться в дію задається задатчиком, який працює сумісно з регулятором. Ця подія супроводжується подачею звукового чи світлового сигналу [42].

На рис. 6.5 зображено технологічний захист, який спрацьовує при відсутності води в баку запасу, який наповнюється з водопроводу. При спрацюванні захисту відбувається повне відключення підживлювального насоса.

Рис. 6.5 – Технологічний захист при відсутності води в баку запасу

Більшість захисних пристроїв являють собою системи непрямої дії, які складаються з первинних приладів, підсилюючих пристроїв, регуляторів, засобів пуску і зупинки виконавчих механізмів.

1. Датчик рівня WLC-02 ( 6.1) – призначено для контролю рівня води в дренажних приямках, баках та інших ємкостей:

- напруга живлення – 220В, 50 Гц;

- потужність не більше – 5 Вт;

- кількість каналів контролю – 4 шт;

- входи – дискретні від датчиків-електродів, струм не більше 100 мкА;

- виходи – дискретні безпотенційні, 8 А, 220 В;

- довжина електрода – 1000 мм;

- матеріал електрода – сталь нержавіюча;

- корпус блоку управління – ступінь захисту ІР54;

- габаритні  розміри – 158×96×55 мм.

2. Регулятор рівня води ДРУ-4 ( 6.2 ) – призначений для позиційного регулювання рівня води в барабані, баку й видачі аварійних сигналів у випадку падіння або підвищення рівня води понад припустимі межі:

- кількість контрольних електродів – 4 шт;

- верхній і нижній електроди призначені для здійснення контролю граничних рівнів;

- два середніх електроди призначені для керування насосом [40].

6.3 Технологічний контроль фізичних величин теплової схеми котельні

Контрольно-вимірювальні прилади потрібні через необхідність контролювання і забезпечення безпеки установки:

- визначення та запис експлуатаційних параметрів, наприклад температури;

- сигналізація про умови експлуатації, наприклад про включення насосів і димососа;

- контроль параметрів схеми і режиму роботи, а також сигналізація про перевищення граничних значень і пошкоджень;

- контроль режиму експлуатації в аварійній ситуації і проведення операцій для запобігання аварій і пошкоджень, наприклад: захист від високої температури і тиску, відсутності води, зміни витрати.

Для даної системи автоматичного регулювання характерні наступні фізичні величини, контроль яких проводиться по місцю і з виводом на пульт:

- контроль температури прямої мережної води;

- контроль температури зворотної мережної води перед мережним насосом;

- контроль температури сирої води;

- контроль тиску мережної води на вході в котел;

- контроль тиску в прямому і зворотному трубопроводі.

Дані фізичні величини вимірюються і контролюються за допомогою наступних приладів:

1. Манометр показувальний МП100МС-0,4 МПа (10.2, 11.2, 12.2, 13.2).

2. Термометр технічний ТЖСТУ50 (7.2, 8.2, 9.2).

3.Термометр показувальний, сигналізаційний, реєстраційний ТМ2030Сг (8.3).

Проектом автоматизації теплової схеми котельні передбачено ручне і автоматичне управління підживлювальними насосами за допомогою кнопок, встановлених на щитку управління [43].

6.4 Технологічна сигналізація

Автоматична сигналізація призначена для передачі сигналів, інформуючи обслуговуючий персонал (оператора або диспетчера) про стан, можливі

порушення роботи технологічного обладнання і відхилення параметрів від норми, супроводжується світловим та звуковим сигналом.

Автоматика управління і сигналізації розташовується на пульту управління, прилади регулювання та контролю встановлюється на щитах автоматизації. При недопустимих відхиленнях від норм технологічних параметрів, які можуть призвести до виходу з ладу обладнання чи усієї системи, передбачається світлова і звукова сигналізація. Сигналізація передбачається в наступних випадках:

- при відхилені тиску на виході із кожного котла;

- при аварійній зупинці мережного насоса;

- при відсутності води в баку запасу.

Технологічна сигналізація поділяється на попереджувальну, аварійну та контрольну. Попереджувальна сигналізація призначена для повідомлення персоналу про відхилення режимів роботи. В модернізованій схемі автоматики теплової схеми котельні передбачений звуковий сигнал при температурі води в зворотному трубопроводі нижче 60 ºС. В даному випадку в зворотній трубопровід подається пряма мережна вода по лінії рециркуляції. Аварійна сигналізація призначена для повідомлення персоналу про аварійне відключення всього комплексу. При виході з ладу насосів спрацьовує технологічний захист, після чого вмикається звукова та світлова сигналізація. До її складу входять:

1. Світло-звукова сирена ОС3-2 (1.7, 4.8) :

- монтаж – зовнішній;

- рівень звуку – 115 дБ;

2. Лампа сигнальна МLВТ (4.7, 6.7)– призначена для кріплення в любому положенні і підключається по технології NICE BlueBUS:

- колір – червона;

- напруга – 12 В;

- струм – змінний/постійний [40].

7 Економічна ефективність опалення житлового будинку

Розглянемо доцільність опалення житлового будинку на основі встановлення котлів, які працюють на твердому паливі.

Для підрахунку капітальних вкладень на виконання робіт за допомогою кошторисної програми АВК, складаємо локальний кошторис (додаток Е).

Кошторисна вартість виконання робіт становить Вкошт = 129128 грн. Вартість проектних робіт приймаємо 10 % від вартості будівельно–монтажних робіт, тобто

 [грн],     (7.1)

(грн)

Загальні капітальні вкладення

[грн],     (7.2)

(грн).

Котел працює на твердому паливі – дровах.

Витрати палива за рік

[кг/рік], (7.3)

 

Річне виробництво теплоти

 [ГДж/рік],   (7.4)

(ГДж/рік)

Розрахунок витрат  на паливо

[грн/рік],    (7.5)

де Ц - ціна за 1 кг деревини

(грн/рік).

Загальні витрати води на підживлення

 [м3/рік]    (7.6)

Розрахунок витрат на воду для водогрійних котлів

[грн/рік].    (7.7)

(грн/рік).

Розрахунок витрат на електроенергію

 [грн/рік],    (7.8)

де Еріч – витрати електроенергії за рік,

[кВт×год],    (7.9)

де Ц – тариф за електроенергію, дорівнює 1 грн/кВт·год.;

SNдв – сумарна потужність двигунів, встановлених у котельні, кВт.

Розрахункову електричну потужність котельні знаходимо як суму активних потужностей працюючого обладнання котельні, а саме одного мережного насосу, одного підживлювального насосу та активну потужність вентиляції.

,  (7.10)

3470 (кВт).

(кВт·год/рік).

(грн/рік).

Розрахунок оплати праці

[грн/рік],     (3.11)

де ЗП – середня заробітна плата

(грн/рік).

Відрахування на заробітну плату

[грн/рік],    (3.12)

де 0,41 – відрахування в Пенсійний фонд, фонди соціального страхування.

(грн/рік)

Загальна заробітна плата

[грн],    (3.13)

(грн)

Амортизаційні відрахування

[грн],    (3.14)

де Воф – вартість основних виробничих фондів на підприємстві, приймаємо 57355 грн із локального кошторису [4].

(грн/рік).

Витрати на ремонт

[грн/рік] ,    (3.15)

(грн/рік).

Інші витрати

[грн/рік],   (3.16)

(грн/рік).

Затрати на сировину

[грн/рік],    (3.17)

(грн/рік).

Загальні витрати

[грн/рік],   (3.18)

(грн/рік).

Загальні виробничі витрати закладаються в собівартість тепла, за яку сплачують споживачі. В даному випадку вони перевищують капітальні вкладення, тому можна говорити про економічну доцільність влаштування котла на твердому паливі.

8. Розрахунок електропостачання котельні

8.1 Характеристика схеми

На основі аналізу розміщення технологічного обладнання вибрано радіальну схему цехової мережі (рис. 8.1). Радіальними називаються мережі, в яких для передачі електричної енергії до споживача використовується окрема лінія. Радіальні схеми забезпечують високу надійність електропостачання, однак вони вимагають великих витрат на електрообладнання і монтаж.

Від цехової ТП, розміщеної у виробничому приміщенні, заживлений по проводам розподільчий пункт, що установлений також в тепловому пункті. Від ТП передбачено також живлення освітлювального навантаження.

Кабель від ТП до РП прокладається відкрито з кріпленням при допомозі скоб. Під’єднання електроприймачів до розподільчого пункту здійснюється проводом, прокладеним в трубах.

Від РП1 заживленні: насос мережної води, насос підживлювальної води, вентилятор, димосос. Від РП2 заживленні вентилятори, димосос. Розташування споживачів і розподільчих пунктів представлена на рис.8.1 [45].

Рисунок 8.1 – Схема електричної мережі.

8.2 Розрахунок електричних навантажень котельні

Навантаження для промислових електроприймачів розраховують за найбільш завантажену зміну, зазвичай першу. Всі електроприймачі розбиваються на характерні групи з більш або менш однаковим режимом.

Визначаємо середню активну потужність

 [кВт],     (8.1)

де  – коефіцієнт завантаження;

Рном – сумарна встановлена потужність групи електроприймачів, кВт [46].

Середня реактивна потужність

[кВАр],     (8.2)

де tg – коефіцієнт реактивної потужності за найбільш завантажену зміну/

Повна розрахункова потужність

[кВА].     (8.3)

Розрахунок виконуємо окремо для кожного РП. Результати розрахунків зводимо в таблицю 8.1.

Таблиця 8.1 – Розрахунок навантажень

Вузол живленняnштРнкВтКпtg φРмкВтQмкварSмкВАМережний насос20,690,80,50,550,270,65Живильний насос20,390,80,50,30,150,35

Виконаємо розрахунок навантажень мережі для РП1:

Розрахунок першої лінії:

Потужність мережного насоса Рн=22 кВт;

Вибираємо коефіцієнт попиту Кп =0,65, і tg=0,61.

Обчислюємо активну потужність

(кВт).

Обчислюємо реактивну потужність

(кВАР).

Обчислюємо повну потужність

(кВА).

8.3 Вибір комутаційно-захисної апаратури та провідників цехової мережі

При виборі автоматичних вимикачів повинні виконуватись такі умови:

     (8.4)

      (8.5)

де  - номінальний струм само запуску;

- струм спрацювання відсічки;

- коефіцієнт відстроювання, що визначається з умов надійності відстроювання захисту від перевантажень і його не спрацювання (повернення) при (після) пуску або самозапуску;

- розрахунковий струм окремого електроприймача чи РП в цілому при кВ;

- коефіцієнт надійності відстроювання струмової відсічки;

- піковий (пусковий) струм.

Виберемо автоматичний вимикач для лінії від РЩ до РП-1.

Розрахунковий струм для цієї лінії:

А.

Вибираємо для встановлення на лініях від РЩ до РП-1 – РП-2 автоматичні вимикачі серії ВА з напівпровідниковим розчіплювачем (селективні). Розрахуємо номінальний струм розчіплювача та струм спрацювання відсічки для лінії РЩ – РП-1:

Значення  і  для різних типів вимикачів наведені в таблиці 8.1.

За розрахованими значеннями струмів вибираємо селективний автоматичний вимикач ВА 55-37  з напівпровідниковим розчіплювачем з номінальним струмом вимикача 1600 А, номінальним струмом розчіплювача 100,8 А (кратність струму 0,63) та струмом спрацювання відсічки 302,4 (кратність струму 3) [47].

Таблиця 8.1 – Вибір комутаційно-захисної апаратури і провідників цехової мережі

ЛініяIм, АIп,АТип захис-ного апаратуIном.в АIн.розч,АIсвАIн.відключ.,АТип про-від-никаСпосіб прокладанняS,мм2Iдоп,АРП-СП  11,17,7ВА51Г-25252,02016АПВВ трубах4(1Х2,5)24РП-СП 21,17,7ВА51Г-25252,02016АПВВ трубах4(1Х2,5)24РП-СП 30,64,2ВА51Г-25252,02016АПВВ трубах4(1Х2,5)24РП-СП  40,64,2ВА51Г-25252,02016АПВВ трубах4(1Х2,5)24

 де Iп, -  пусковий струм, А;

 І ном. вим - номінальний струм вимикача, А;

 І ном розч – номінальний струм розчіплювача,А;

 І с.в. – струм електромагнітної відсічки, А;

 Ін.відкл – максимальний струм відключення, кА

9 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях на котельні

Охорона здоров'я працівників, забезпечення безпеки умов праці, ліквідація професійних захворювань і виробничого травматизму складає одну з головних турбот людського суспільства.

На робочому місці повинні бути передбачені заходи захисту від можливої дії небезпечних і шкідливих чинників виробництва. Рівні цих чинників не повинні перевищувати граничних значень, обумовлених правовими, технічними і санітарно-технічними нормами. Ці нормативні документи зобов’язують до створення на робочому місці умов праці, при яких вплив небезпечних і шкідливих чинників на працюючих усунений зовсім, або знаходиться в допустимих межах.

В даному розділі розглядається безпечність умов праці оператора котельні, необхідні параметри виробничого середовища, мікроклімат, освітлення, віброакустичні коливання на робочому місці.

9.1 Технічні рішення з гігієни праці та виробничої санітарії

9.1.1 Мікроклімат та склад повітря робочої зони

Мікрокліматичні умови виробничих приміщень характеризуються такими показниками:

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

В даному дипломному проекті проводиться розрахунок котельні потужністю 123 кВт на твердому паливі із встановленими двома водогрійними котлами КВ-80.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Какой потенциал слитых капель

Задача. Физика. Решение. Сто одинаковых капель, каждая с потенциалом 3В, при слиянии образовали одну каплю. Каков ее потенциал?

История создания общероссийской общественной организации «Союз казаков»

В качестве объекта нашего исследования стоит рассмотреть самую старейшую некоммерческую организацию в лице Союза казаков России.

Лесоводство

Функции и социальная роль леса. Экосистема леса. Лесоводство и задачи лесоводства. Использование лесов. Лесной фитоценоз. Древостои. Факторы лесооброзования. Задачи лесной экологии. Отношение древесных пород. Леса России.

Немецкий язык. Хрестоматия для чтения

Деньги, финансы и кредит

Тесты с ответами. Вопросы на экзамен. Сущность и функции финансов, государственный кредит, финансовый рынок. Финансово-правовые нормы. Управления финансами в РК.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok