Выбор и расчет теплообменников

Пластинчатые теплообменники предназначены для передачи тепла между двумя разделенными между собой средами.

Передача тепла в пластинчатых теплообменниках осуществляется от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные гофрированные пластины, которые установлены в раму и стянуты в пакет. В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей в теплообменнике.

Все пластины в пакете пластинчатого теплообменника одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику.

Предлагается использование разборных пластинчатых водо-водяных теплообменников фирмы Ридан.

1. Расчетную тепловую производительность водоподогревателей Q^sp, Вт, следует принимать по расчетным тепловым потокам на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

2. При независимом присоединении систем отопления через общий водоподогреватель расчетная тепловая производительность водоподогревателя, Вт, определяется по сумме максимальных тепловых потоков на отопление:

Q^sp₀ = Q^час_от (5.3)

Q^sp₀= 729524,3 Ккал / час

3. Расчетную тепловую производительность водоподогревателей, Вт, для систем горячего водоснабжения с учетом потерь теплоты подающими и циркуляционными трубопроводами Q^sp_h определяется по формуле (при отсутствии баков-аккумуляторов нагреваемой воды у потребителей):

Q^sp_h = Q^час.о_гв (5.4)

Q^sp_h =991,06 Ккал / час

С учетом потерь в тепловой сети при транспортировке теплоносителя:

Q^sp₀=440470,11 Ккал / час

Q^sp_h =2722,99 Ккал / час

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Для водоподогревателя отопления:

1. Температура нагреваемой воды:

- на входе в водоподогреватель: τ₂ = 60 ⁰С,

- на выходе из водоподогревателя: τ₀₁ = 75 ⁰С.

2. Температура греющей воды:

- на входе в водоподогреватель: τ₁ = 95 ⁰С,

- на выходе из водоподогревателя: τ₀₂ = 70 ⁰С.

3. Так как разность температур нагреваемой и греющей воды на отопление одинаково, то расход воды в первом и втором контуре через водоподогреватель отопления будет одинаковым и составит Gот =14,156 т /час.

Gот =17,62 т /час.

По заданным параметрам подходит пластинчатый теплообменник фирмы «Ридан» НН-19-16/1-32-TMTL68.

Теплообменники компании «Ридан» производятся в Нижнем Новгороде.

Площадь теплообменной поверхности 1 пластины - 19 дм²;

Максимальное рабочее давление – 16;

Номер рамы – 1;

Общее количество пластин в теплообменнике – 30;

Теплообменник содержит каналы TM и TL, причем количество каналов TL составляет 68% от общего числа каналов.

Толщина пластин 0,5мм, материал AISI316, тип прокладок EPDM

Диаметр фланцев Ду = 65мм.

Для водоподогревателя горячего водоснабжения:

1. Температура нагреваемой воды:

- на входе в водоподогреватель: τ_с = 5 ⁰С,

- на выходе из водоподогревателя: τ_h = 55 ⁰С.

2. Температура греющей воды:

- на входе в водоподогреватель: τ₁ = 85 ⁰С,

- на выходе из водоподогревателя: τ₀₂ = 70 ⁰С.

3. Расчетные расходы воды греющей G_dh и нагреваемой воды G_h:

- греющей воды:

G_dh = Q^sp_h ∙10^-3/ [(τ₁-τ₀₂)∙с] (5.5)

G_dh = 0,272 т/час

- нагреваемой воды:

G_h = Q^sp_h ∙10^-3/ [(τ_h-τ_c)∙с] (5.6)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

G_h = 0,054 т/час

По заданным параметрам подходит пластинчатый теплообменник фирмы «Ридан» НН-04-16/1-11-TL.

Таблица 5.8 - Технические характеристики теплообменника НН-04-16/1-11-TL

Макс. рабочая температура	от –30 до +200 С
Диаметр патрубков	32 мм
Площадь пластин	0,042 кв.м
Максимальная площадь теплообмена	3,696 кв.м
Расход воды	13 м3/ч
Давление	до 25
Материал уплотнений	EPDM, нитрил, витон
Материал пластин	AISI 304, AISI 316, SMO 254, титан, хастеллой C-276

Толщина пластин 0,5мм, материал AISI316, тип прокладок EPDM, диаметр фланцев Ду = 50мм.

Выбор насосов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Насосы с сухим ротором идеально подходят для большинства систем различного назначения. Правильный выбор насоса включает в себя следующие шаги:

- определение серии насоса по заданным параметрам рабочей точки

- определение типа насоса для обеспечения всех параметров (в том числе рабочего давления и температуры)

Сетевые насосы контура котельной.

С учетом собственных нужд котельной расход воды через котел составляет:

G = Q^час_выр∙10^-3/ [(τ₁-τ₀₂)∙с], т/час (5.7)

G = 61,66 т/час

Напор необходимый для работы котла H₁ = 9992,325мм вод.ст

Необходимо поддерживать постоянный расход воды через котел для нормальной работы котла, поэтому целесообразно использовать стандартный inline насос c сухим ротором насос Wilo IL 65/220-2,2/4

Насос Wilo IL 65/220-2,2/4 - Одноступенчатый центробежный насос с сухим ротором исполнения Inline для монтажа на трубопроводе или на фундаменте. Консоли за дополнительную плату. Бесшумное и невибрационное блочное исполнение с фонарем и жестко закрепленным стандартным фланцевым мотором (Norm-мотор) С независимым от направления вращения сильфонным скользящим торцевым уплотнением с одной степенью свободы и рабочим колесом с пониженными кавитационными характеристиками. Фланцы с выводами для подключения измерителей давления R 1/8.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Сетевые насосы отопительного контура тепловой сети.

Расход воды составляет Gот = 21,08 т /час

Напор необходимый для нормальной работы тепловой сети в динамическом и статистическом режимах H₂ = 20м вод.ст с учетом потерь давления в теплообменнике и тепловой сети.

Выберем стандартный фланцевый насос c сухим ротором Wilo IL 50/220–15/2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Таблица 5.9 - Технические характеристики насоса Wilo IL 50/220–15/2

Описание	Для перекачивания холодной и горячей воды (по VDI 2035) без абразивных включений в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.
Назначение	отопление
Метод установки	поверхностный
Тип	циркуляционный
Форма	вертикальный
Давление	16 бар
Мощность	15000 Вт
Напряжение	400 В
Диаметр разъема соединения	Dn 50
Качество воды	чистая
Температура воды	от 20 до +140 C°
Температура окружающей среды	40 C°
Длина	440 мм
Высота	993 мм
Вес	171 кг

Сетевые насосы контура горячего водоснабжения.

Расход воды на составляет G_h = 3,62 т/час

Напор необходимый для нормальной работы тепловой сети в динамическом и статистическом режимах H₃ = 20м вод.ст с учетом потерь давления в теплообменнике и тепловой сети. Выберем фланцевый насос c сухим ротором насос Wilo IL 40/140-0,25/4.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Таблица 5.10 - Технические характеристики насоса Wilo IL 40/140-0,25/4

Артикул	2034242R
Тип насоса	циркуляционные
Область применения	для водоснабжения, для отопления, для кондиционирования и охлаждения, для повышения давления
О серии	Одинарные фланцевые inline с в чугунном корпусе
Электропитание	3~400 В, 50 Гц
Максимальная температура перекачиваемой жидкости(°С)	140
Минимальная температура перекачиваемой жидкости(°С)	20
Напор насоса (м)	110
Класс защиты	IP 55
Расход насоса (м3/ч)	900
Максимальное давление (бар)	16
Тип ротора	с сухим ротором
Скорость вращения (об./мин.)	2850

Подпиточные насосы.

Подпиточный насос должен перемещать незначительное количество воды и развивать сравнительно большое давление, превышающее гидростатическое в системе отопления.

Расчетный расход воды для подпитки тепловых сетей следует принимать численно равным 0,75% фактического объема воды в трубопроводах тепловых сетей.

Для данной системы следует выбрать насос с расходом воды на подпитку котельной и тепловой сети равной до 24,88 ≈ 25 т/час.

G_под=25 т/час

Напор, создаваемый подпиточным насосом, должен быть достаточным для заполнения системы теплоснабжения водой при неработающих сетевых

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

насосах и поддержания требуемого пьезометрического напора при работающих сетевых насосах.

Подпиточный насос выберем марки Wilo IL 65/150-0,75/4.

Насосы Wilo-CronoLine-IL предназначены для перекачивания холодной и горячей воды (по VDI 2035) без абразивных включений в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

Таблица 5.11 - Технические характеристики насоса Wilo IL 65/150-0,75/4

Мощность	0,75 кВт
Напряжение	3~400 Вт
Диаметр рабочего колеса	150 мм
Число полюсов мотора	4

Долгий срок службы мотора за счет серийно предлагаемого отвода конденсата через отверстия в корпусе мотора. Антикоррозионная защита благодаря покрытию KTL. Удобный монтаж благодаря корпусу с опорными ножками и резьбовыми отверстиями.

Хотя на сегодняшний день идет политика поддержки российских производителей оборудования, мой выбор остановился именно на импортные насосы по причинам:

- насосы WILO имеют расширенный диапазон температур перекачиваний жидкости: до +140 С в стандартной комплектации, что позволяет иметь больший запас по температуре при перекачивании горячей жидкости.

- насосы WILO имеют двойную защиту от коррозии: катафорезное покрытие корпуса насоса и фонаря ( внутри и снаружи) и дополнительное лаковое покрытие насоса и фонаря ( снаружи), что делает материал насоса- чугун – более стойким к коррозии.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

5.4 Котлы-утилизаторы

Котел утилизатор – это теплообменное устройство, предназначенное для передачи энергии тепла выхлопных газов или пара в теплую воду или пар.

Применение котлов утилизаторов существенно повышает эффективность работы оборудования, результатом работы которого являются выхлопные газы или пар.

Котлы утилизаторы устанавливаются на отвод выхлопных газов паровых котлов или газовых электростанций увеличивая таким образом выработку пара для нужд объекта.

Котлы-утилизаторы могут использоваться в составе когенерационных установок, применение которых наиболее эффективно (по окупаемости) на предприятиях, имеющих большую потребность в тепле (пар, горячая вода), а также имеющих доступ к дешевому или сбросному топливу (шахтный метан, газ малодебитных скважин, попутный нефтяной газ), с одновременным решением экологических проблем.

Многократно и убедительно доказана значительная доходность внедрения когенерационных установок в сфере коммунального. При надстройке действующих районных котельных когенерационными блоками соответствующих теплоэнергетических мощностей достигается окупаемость инвестиций в среднем за 2 года.

В Момской ДЭС установлены водогрейные котлы-утилизаторы марки КУВ-75 – 3 шт, УВГ-200 – 2шт., КУВ-100 – 2шт. Они осуществляют подогрев подпиточной сетевой воды, тем самым увеличивая КПД ДГ и снижая расход топлива для дизель-генератора.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Расчетная активная мощность принимается равной в режимах работы, кВт:

длительном Р=Р_у, повторно-кратковременном *Р_н.п_., (6.1)

где Р_у – номинальная мощность электроприемника;

ПВ – номинальная (паспортная) продолжительность включения;

Р_н.п_. – паспортная мощность электродвигателя при номинальной относительной продолжительности включения, кВт.

Расчетная реактивная мощность электроприемника, кВАр.

(6.2)

где tgϕ – фазовый угол тока электроприемника в режиме расчетной нагрузки.

При ориентировочных расчетах расчетную активную мощность одной или нескольких групп электроприемников допускается определять по формуле, кВт:

(6.3)

где К_с и Р_у – соответственно средняя величина коэффициента спроса (отношение расчетной нагрузки к номинальной) и установленная мощность группы однотипных электроприемников;

n – общее число групп электроприемников.

Реактивная расчетная мощность определяется по формуле:

Q=P*tgϕ. (6.4)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Таблица 6.1 – Результаты расчета системы электроснабжения

Оборудование	N, кВт	кол-во, шт	P, кВт	Q, кВАр	S, кВА
ДГА-315	315	3	2224,15	3168,113	5280,1
ДГА-320	320	2	2860,8	2145,6	2146,26
ДГА-72	882	2	3885,08	5913,81	7885,37
КВОМ-100	100	1	447	335,25	558,74
горелка KROLL KG/UB 150	147	1	657,09	492,8175	821,36
компрессор Kroll UBK1	100	1	447	335,25	558,74
КУВ-75	75	3	1005,75	754,3125	1257
КУВ-100	100	2	894	670,5	1117,49
КУВ-200	200	2	1788	1341	2235
насос Wilo IL 65/220-2,2/4	2,2	1	9,834	7,3755	12,24
насос Wilo IL 50/220–15/2	15	1	67,05	50,2875	83,8
насос Wilo IL 40/140-0,25/4	0,25	1	1,1175	0,838125	1,38
насос Wilo IL 65/150-0,75/4.	0,75	1	3,3525	2,514375	4,12
		Итого	11290,22	9217,67	14362,7

ЭКОНОМИКА

1. Годовой расход топлива:

Общая потребность в топливе определяется произведением годового количества тепла и удельной нормы расхода топлива. Условный годовой расход на выработку тепла определяется по формуле:

B^год_усл = Q^год_выр × 10⁶/ (7000 × η_к) (7.1)

Где Q^год_выр – количество теплоты, выработанное за год,Q^год_выр = 4321,07 Гкал; 7000 – теплотворная способность условного топлива, ккал/кг; Коэффициент полезного действия котельной примем за η_к = 80%.

Годовой расход условного топлива по формуле (7.1) составит:

B^год_усл1 =2657,294 Гкал × 10⁶/ (7000 ×0,92)=412623,291 кг.у.т./год

B^год_усл1 =4321,07 Гкал × 10⁶/ (7000 ×0,8)=771619,64 кг.у.т./год

Теплота сгорания дизельного топлива 10200 ккал/кг, т.е. калорийный эквивалент, равный отношению теплотворной способности натурального топлива к условному составляет:

Э = 10200 / 7000 = 1,457

Определяем потребность в дизельном топливе в год:

B^год_нат = B^год_усл1 / Э = 529594,81 т/год

Цена 1 тонны дизельного топлива Ц_г = 32300 руб/т

Рассчитываем затраты на покупку топлива, тыс.руб/год:

З_топ1 = B^год_нат × Ц_г = 9147363553 руб/год

17105912363 руб/год

2. Расход на заработную плату, определяется по формуле:

З_з.п_.= n × А_ср × 12 × 10^-3, тыс.руб/год (5.2)

где n = 2 – штатное расписание котельной, чел; 12 – число месяцев, Аср = 30000 руб – средние месячные выплаты.

З_з.п_.= 624000 руб/год

720000 руб/год

3. Затраты на электроэнергию

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Общее потребление электроэнергии за год составляет:

N1 =165363,84 кВт∙ч

N1 =1928313 кВт∙ч

Тариф за электроэнергию составляет с учетом НДС (18%) Т_э.э.= 3,49 руб/кВт∙ч

Годовые затраты на электроэнергию:

З_э.э1= N1∙ Т_э.э.

З_э.э1= 1928313∙3,49=563605,248руб

6729812,37

Стоимость модульной котельной установки КВОМ-100 МВт на заводе в Санкт-Петербург составляет с НДС:

З_об. = 3500000руб.

110600

Стоимость теплообменника с доставкой:

З_тр_.= 807320руб

28087

Стоимость компрессора с доставкой:

З_к_.= 120593руб

Стоимость горелки с доставкой:

З_к_.= 211038руб

Стоимость насосов с доставкой:

З_к_.= 250191руб

Стоимость тепловой изоляции (ППУ):

З_ти = 689600 руб

Общие затраты на транспортировку модульной котельной установки КВОМ-100 из г. Санкт-Петербург и отгрузки в с.Хону Моского улуса РС (Я) составляют:

З_дост_.= 50000руб.

Общие затраты на монтаж модульной котельной установки МКУ 1 МВт:

З_мон_.= 50000руб.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

7.1 Расчет срока окупаемости

Экономию денежных средств за год, вследствие снижения затрат на электроэнергию топливо, можно принять равной ее среднегодовой экономии.

Стоимость 1 Гкал реализуемой тепловой энергии Т_э.э. = 393,5р/Гкал

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Годовое количество реализуемой тепловой энергии:

Q_реал = 2657,294 Гкал

Доход от реализации тепловой энергии:

D = Т_э.э ∙Q_реал = 1045645,2 руб.

Срок окупаемости рассчитывается по формуле:

С_окуп= (З_об +З_дост + З_мон ) / (D - З_топ2- З_з.п2.- З_э.э2) (5.3)

С_окуп = 4,8 лет

(110600+50000+50000)/( 14635525,02-16638616958-1248000-6

3729812,37)

Графическое отображение срока окупаемости изображено в Приложении 14.

Вывод: Общие затраты на осуществление проекта составило З_общ = 5948802 руб.

Срок окупаемости проекта:

С_окуп = 4,8 лет

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1 Годовой расход топлива до реконструкции и после:

B^год_усл = Q^год_выр × 10⁶/ (7000 × η_к) (5.1)

где Q^год_выр – количество теплоты, выработанное за год,Q^год_выр = 3587,474 Гкал; 7000 – теплотворная способность условного топлива, ккал/кг; Коэффициент полезного действия котельной примем за η_к = 50%. Такое крайне низкое значение обуславливается износом оборудования и несоответствующим техническим состоянием котлов.

Годовой расход условного топлива по формуле (6.1) составит:

B^год_усл1 = 3587,474 × 10⁶/ (7000 ×0,5)=1024992,571 кг.у.т./год

B^год_усл1 =4203,028Гкал × 10⁶/ (7000 ×0,8)=750540,71 кг.у.т./год

После установки блочно - модульной котельной с котлами КВм-1 К.П.Д. которых η_к = 80% расход условного топлива составит:

B^год_усл2 = 3587,474 × 10⁶/ (7000 ×0,8)=640620,35кг.у.т./год

B^год_усл1 =4203,028Гкал × 10⁶/ (7000 ×0,9)=667147,3 кг.у.т./год

Экономия условного топлива в год составляет:

В^год_Эусл = B^год_усл1 - B^год_усл2 = 384382,221 кг.у.т./год

В^год_Эусл = B^год_усл1 - B^год_усл2 = 89393 кг.у.т./год

Теплота сгорания каменного угля 5550 ккал/кг, т.е. калорийный эквивалент, равный отношению теплотворной способности натурального топлива к условному составляет:

Э = 3600 / 7000 = 0,514

Э = 10200 / 7000 = 1,457

Экономия натурального топлива составит:

В^год_Энат = В^год_Эусл / Э = 747409,874 кг / год

515127,46

Определяем потребность в каменном угле в год:

B^год_нат = B^год_усл2 / Э = 1246,343 т/год

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

457891,01

Цена 1 тонны каменного угля Ц_г = 874 руб/т

Ц_г = 32300 руб/т

Рассчитываем затраты на покупку топлива, тыс.руб/год:

З_топ1 = B^год_нат1 × Ц_г = 1089303,782 руб/год

16638616958

Годовая экономия затрат на топливо:

Э_топ = B^год_Энат × Ц_г =653236,23 руб/год

14789879623

2 Расход на заработную плату, определяется по формуле:

З_з.п.1= n × А_ср × 12 × 10^-3, тыс.руб/год (5.2)

где n = 4 – штатное расписание котельной, чел; 12 – число месяцев, Аср = 12400 руб – средние месячные выплаты.

Аср = 20000 руб

З_з.п_.= 595,2 тыс.руб/год

960

Затраты на электроэнергию 14362,7 кВА

Мощность электросилового оборудования котельной до реконструкции составляет 1572 кВт. Количество и характеристики энергосилового оборудования приведены в Табл 6.1.

Общее потребление электроэнергии за год составляет:

N1 = 427584 кВт∙ч

Тариф за электроэнергию составляет с учетом НДС (18%) Т_э.э.= 2,79 руб/кВт∙ч

Годовые затраты на электроэнергию:

З_э.э1= N1∙ Т_э.э.

З_э.э1= 1192959,36 руб

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Учитывая число часов работы в сутки и коэффициент использования для каждого электросилового оборудования в отдельности прогнозируемое потребление электроэнергии в год составит N2 = 192261,12 кВт∙ч в год. N2 =522580 кВт∙ч

Годовые затраты на электроэнергию:

З_э.э2= N2∙ Т_э.э.

З_э.э2= 192261,12∙3,49=1457998,2 руб

1457998,2

Разнится в потреблении электроэнергии:

Э_э.э = З_э.э2 – З_э.э1= 265038,84руб

Затраты на покупку и транспортировку вспомогательного оборудования для КВОМ г. Москва и отгрузки в п. Беркакит РС(Я) составляют (1 компрессор, 1 горелка):

З_пок_.= 172631 руб, З_дост_.= 35000 руб.

На насосы из г. Ростова-на-Дону (4 шт.):

З_пок_.= 48000 руб , З_дост = 25360 руб.

На теплообменники из Нижнего Новгорода (2 шт.):

З_пок_.= 40000 руб , З_дост_.= 10000. руб

Общие затраты на закупку и транспортировку:

З_пок +З_дост_.=331 тыс.руб

Расчет срока окупаемости

Стоимость 1 Гкалл реализуемой тепловой энергии Т_э.э. = 393,5 р/Гкал

без НДС

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

Доход от реализации тепловой энергии:

D ₁ = 2657,294 Гкал * 393,5= 10456405,2руб

Годовое количество сэкономленных денежных средств за счет замены теплоизолирующего материала равна:

D ₂= 427,22 Гкал * 393,5=168111,6 руб

Срок окупаемости рассчитывается по формуле:

С_окуп= (З_пок +З_дост + З_э.э1 + D ₁) / З_э.э2+ D ₂+ D ₁

С_окуп= 1 год

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

X.XXX.001 ПЗ

8 ЭКОЛОГИЯ

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 803; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!