1、热力管网及换热站课程设计 本科课程设计说明书题目:秦皇岛市花园小区热力管网及换热站工程设计院(部:热能工程学院专业:热能与动力工程班级:热动091姓名:学号:指导教师:完成日期:2012年12月14日摘要本设计名为秦皇岛市花园小区外网设计。随着国家计量供热的逐步推行,供热行业面临着新的机遇和挑战。计量供热是供热行业从粗放型管理方式向精细型管理方式的一次深刻转变。计量供热的主目标是节能环保。计量供热的成功实行必须依托高精确的热网调控。而热网的高精确调控基础是热网的设计和建设。这对我们供热系统的设计人员和施工人员提出了新的更高的要求。能否设计出满足热网精确调控需求的供热系统是当前我们设计人员面临的
2、一道重要难题。供热工程是现代化城市重要的基础设施,也是城市公共事业的一项重要设计。各地区都努力从现有条件出发,积极调整能源结构,研究多元化的供热方式,实现供热事业的可持续发展,实现计量供热的节能目标。计量供热不仅能给城市提供稳定的可靠地高品位热源,改善人民生活环境。而且能节约能源,减少城市污染。有利于城市美化,有效地利用城市空间。城市供热管网的设计,首先要在总体规划的指导下,既要为今后的发展留有余地,又要实事求是的对热负荷进行调查和计算。在了解热负荷的性质、类别、用途等多方面现场的资料后,进行供热外网的设计。本次设计以节能建筑的热指标为基础,以热网的精确调节为最终目标,尽量降低热网的各项指标,
3、尽量应用精确调节的阀门和设备,为计量供热打好基础。本设计以经济、环保、节能为原则,通过借鉴以前的设计方法和经验,采用了合理的技术措施,使设计的各个系统达到了很好的使用效果。关键词:集中供热;换热站;节能;摘要 (1第一部分第一章绪论 (4第二部分第二章热负荷计算 (62.1 原始资料 (62.2 负荷计算 (6第三章供热系统方案的选择 (103.1 系统热源型式及热媒的选择 (103.2 供热管道的平面布置类型 (103.3 供热管道的定线原则 (103.4 管道的保温与防腐 (11第四章供热管网的水力计算及水压图 (124.1 供热管网的水力计算 (124.2 水压图的绘制 (19第五章设备
4、的选择 (225.1 换热器的选择 (225.2 循环水泵的选择 (235.3 补水泵的选择 (255.4 补水箱的选择 (265.5 除污器的选择 (265.6 热力入口 (27设计小结 (28参考文献 (30第一部分第一章绪论一、我国城市供热的技术走向1,我国城市集中供热的技术方向,主要采用热电联产的型式,这是我国当前的具体情况决定的。当然,集中供热的首要前提是节约能源,但是当前我国电力紧张的局面也是不能忽视的。在供热的同时,生产一定量的电力,也能缓解部分用电的需要。2,落实热负荷,是集中供热一切要素之首。没有准确的热负荷,热电站的建设将似海滩上的建筑,不仅不能节约燃料,更无经济效益可谈。
5、3,目前,我国建设资金短缺,无论是建设热源还是管网,耗资都相当大。因此,改造老凝汽式电站为热电厂,既可大大降低投资,也可缩短工期,且运行效益可立竿见影。这是集中供热应优先考虑的热源。4,尽可能在老厂扩建供热机组,降低生产与非生产设施投资,并且技术上有比较强的后盾,安全生产有比较可靠的保证。5,热源内机组参数的选择,应优先选用较高参数的机组。12MW及6MW容量机组,宜选用次高压;3MW及以下机组宜选用中压机组。总之应尽可能少用和不用次中压或低压机组。6,热源内机组型式的选择,宜以背压机组带基本负荷,在多台机组中可选用一台抽汽冷凝机组,以增加负荷调节的灵活性。7,在大、中城市采暖负荷较大时,宜选
6、用大容量的两用机组,采暖季节降低部分电负荷供热,非采暖季节仍恢复正常运行,节能效益是非常理想的。8,近年发展起来的循环流化床锅炉,具有许多优点:煤种适应范围广;适应负荷变化范围50%100%;热效率较高;易于脱硫且投资少,适宜作建筑材料。9,集中供热方案的优化方面,现已有北京水利电力经济研究所、清华大学等单位研制了优化软件,它包括热源布点优化、热源机组组合选型优化、热力管网管径、路径优化、并可计算热力规划或可行性研究报告有关技术经济指标等。今后应广泛应用,以节约能源,降低投资,提高效益。二、设计目的及意义课程设计的目的主要是对已经学过的专业知识的进一步加深,分析总结和解决实际问题的一次实践教学
7、环节,也是我在大学四年所学专业知识的综合训练。它对提高我们的个人素质,增强就业后的竞争能力至关重要。学生在课程设计实践的基础上,综合运用所学的专业知识,参考国家有关规范标准、工程设计图集及其它参考资料,能够比较系统地掌握专业设计的计算步骤、方法。独立完成课程设计任务,培养自己分析和解决实际工程问题的能力,熟练一定电脑绘图能力和文字处理能力,为以后顺利走向工作岗位奠定良好的基础。三、设计指导思想目前,我国的能源紧张是影响我国经济发展的重要因素,并被认为是当今世界具有普遍性的问题。我国能源发展的速度比较缓慢但是能源浪费却十分严重,所以本工程的设计应该尽量的节约能源,提高能源的利用率,要因地制宜地确
8、定综合利用能源的供热方案,同时结合我国的国情和社会主义建设初级阶段资金短缺等实际困难,在确定设计方案时也要力求节俭,减少工程造价。本设计就是在遵循经济合理的前提下,经过经济分析比较后,设计小区集中供热系统以及给排水系统。第二部分小区管网系统设计第二章热负荷计算2.1 原始资料2.1.1 设计地区气象资料(秦皇岛市= -162.1.1.1 冬季室外供暖计算温度: tw= -4.92.1.1.2 采暖期日平均温度: tp2.1.1.3 冬季主导风向:西北风= 2.7 m/s2.1.1.3 冬季室外平均风速: vpj2.1.1.4 冬季日照率: 72%2.1.1.5 冬季采暖天数: 154天2.1.
9、1.7 最大冻土深度: 135 cm2.1.2 土建资料小区平面布置图,包括道路走向、建筑物分布、建筑面积、建筑用途、区域的地形标高和位置坐标。2.1.3 热媒低温热水 95/70;有城市管网供0.6MPa的饱和蒸气2.1.4 采暖方式采用对流辐热式钢铝散热器2.2 负荷计算2.2.1 集中供热系统热负荷的概算2.2.1.1 集中供热系统集中供热系统系统指的是以热水或蒸汽作为热媒集中向一个具有多种热用户的较大区域供热的系统.2.2.1.2 热负荷的类型(1按性质分为两大类:一类是季节性热负荷,它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射热等气候条件密切相关,起决定性作用的是室外温度在全年中有很大的
10、变化.另一类是常年性热负荷主要取决于生活用热和生产状况,其日变化较大,而在全年的变化较小.(2按热用户的性质分:a、供暖设计热负荷;b、通风设计热负荷;c、生产工艺热负荷d、生活用热的设计热负荷2.2.1.3 热负荷的计算方法供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法.通风热负荷采用体积热指标法.生产工艺负荷主要取决于工艺工程性质,用热设备和工作制度2.2.2 热负荷的计算2.2.2.1 采暖设计热负荷的计算采暖热负荷使城市集中供热系统中最重要的负荷,它的设计热负荷占全部设计热负荷的80%-90%以上(不包生产工艺用热,供暖设计热负荷的概算可采用面积热指标进行计算。具体的计算公式方法如下:以
11、下公式取自供热工程P114页6-2公式。Qn =qfF10-3KW (2-1式中Q n建筑物的供暖设计热负荷,KW;q f 建筑物供暖面积热指标,2/W m;F建筑物的建筑面积,2m。建筑物供暖面积热指标fq的推荐取值如表2-1所示表2-1 建筑物供暖面积热指标推荐值 注:1、本表摘自城市热力网设计规范CJ34-90,1990年版;2、热指标中已包括约5%的管网热损失在内。表2-2 各建筑物供暖面积与热负荷汇总表 根据表2-2可知总供热面积为99900,总采暖热负荷为4765.5KW 。 2.2.2.2 年负荷的计算Qn = 0.864Q np n (2-2 式中 Q n 采暖年耗热量,KJ
12、; Q np 采暖平均热负荷,KW ; n 采暖期天数。 其中jQ =wn p n np t-t t -t Q (2-3式中 n t 室内计算温度,; w t 供暖室外计算温度,; p t 采暖期日平均温度,;j Q 供暖设计热负荷,根据表2-2可知j Q =4765.5KW 。 根据上式可得Q np =(18+4.9/(18+164765.5KW =3209.7 KW 采暖期年耗热量Q n =0.8643209.7154 KJ=427070.43 KJ第三章供热系统方案的选择3.1 系统热源型式及热媒的选择根据对住宅小区的调查,该小区有如下特点:(1小区处于建设阶段,且规划负荷只采暖热负荷无
13、生活热水热负荷;(2 该区域内建筑物以住宅为主,间有老年人服务中心、幼儿园及办公楼、商业中心,且该区热负荷较集中。(3小区建筑总面积为9.99万m2,设计总热负荷为4765.5KW。基于上述特点,本规划以汽-水换热站作为供热热源,以热水作为小区供热管网的热媒,换热站设在变电室下方空隙位置。3.2 供热管道的平面布置类型供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷的变化热点有关,主要有枝状和环状两类。枝状网比较简单,造价较低,运行管理比较方便,它的管径随着到热源的距离增加而减小,其缺点在于如没有供热的后备性能,即一旦网路发生事故,在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。环状网路的
14、主要优点是具有供热的后备性能,可靠性好,运行也安全,但它往往比枝状网路的投资要大很多。本设计中,力争做到设计合理,安装质量符合标准和操作维护良好的条件下,热网能够无故障的运行,尤其对于只有供暖用户的热网,在非采暖期停止运行期内,可以维护并排除各种隐患,以满足在采暖期内正常运行的要求,加之考虑到目前我国的国情,故设计中的热力网型式采用枝状网。3.3 供热管道的定线原则(1敷设方式: 管线采用无沟(直埋敷设方式。目前最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳。三者紧密粘接在一起,形成整体式的预制保温管结构型式。(2经济上合理,主干线力求短直,使金属耗量小,施工方便,主干线尽量走热负荷集中区,管线上
15、所需的阀门及附件涉及到检查井的数量和位置,而检查井的数量应力求减少。(3技术上可靠,线路尽可能走地势平坦,土质好,水位低的地区,尽量利用管段的自然补偿。(4对周围环境影响少而协调,少穿主要街道,城市道路上的供热管道一般平行于道路中心线,并尽量敷设在车道以外的地方。(5穿过街区的城市热力管网应敷设在易于检修和维护的地方。(6通过非建筑区的热力管道应沿公路敷设。(7热水管道在最低点设放水阀,在最高点设放气阀,管线布置见管线平面图。3.4 管道的保温与防腐(1直埋敷设管道保温采用预制保温。首先在管道上涂耐热防锈漆两遍,外用玻璃棉毡捆扎再用镀锌丝缠绕,用密纹玻璃布包扎做为保护层,表面涂冷底子油2遍。(
16、2保温。地下直埋管道保温通常采用预制保温管,采用采用氰聚塑预制保温管。为增加保温层的耐久性和分辨各种介质的管道在保护层外涂刷颜色漆。(3管道的防腐涂料选用铁红防锈漆。(4水压实验,实验压力为工作压力的1.5倍。管道系统安装后,进行实验,十分钟内压力下降不大于0.05MPa ,不漏为合格。(5热力管道严密性实验合格后,须清除管内留下的污垢或杂物,热水及凝结水管道以系统内可能达到的最大压力和流量进行清水冲洗,直至排出口水洁净为合格。第四章 供暖管网的水力计算及水压图4.1 供暖管网的水力计算 4.1.1 计算方法本设计中的水力计算采用当量长度法。 4.1.2 水力计算的步骤(1确定网路中热媒的计算
17、流量 12120.86(Q QG c =- (4-1 式中 G 供暖系统用户的计算流量,T/h ; Q 用户热负荷,KW ;c 水的比热,取c =4.187KJ/Kg ; 1/2供热网路的设计供回水温度,。表4-1 建筑热负荷与流量计算表 (2确定热水网路的主干线,及其沿程比摩阻,根据城市热力网设计规范,比摩阻R取60Pa/m。(3根据网路主干线各管段的流量和初选的R值,确定主干线各管段的公称直径和相应的实际比摩阻。(4根据选用的公称直径和管中局部阻力形式,确定管段局部阻力当量长度Ld及折算长度Lzh。(5根据管段折算长度Lzh的总和利用下式计算各管段压降P。(d P R L L =+ (4-
18、2 式中 P 管段压降,Pa ;R 管段的实际比摩阻,Pa ; L 管段的实际长度,m ; d L 局部阻力当量长度。(5根据管段折算长度Lzh 的总和利用下式计算各管段压降P 。 (d P R L L =+ (4-2 式中 P 管段压降,Pa ;R 管段的实际比摩阻,Pa ; L 管段的实际长度,m ; d L 局部阻力当量长度。(6确定主干线的管径后,就可以利用同样方法确定支管管径,为了满足网路中各用户的作用压差平衡,必须使各并联管路的压降大致相等,故并联支线的推荐比摩阻Rtj 需用式(4-3进行计算Rtj=P/Lzh (4-3 式中 Rtj 推荐比摩阻,Pa/m ;P 资用压降,即与直线
19、并联的主干线的压降,Pa ; Lzh 考虑局部阻力的管段折算长度,Lzh=L 1.3,m;根据式(4-3可得到支线的推荐比摩阻,结合管段的流量可利用参2中的表4-2确定支线的公称直径、实际比摩阻及实际压降。对于实际压降过小的管段为维持网路 平衡,可安装调节孔板或小管径阀门来消除剩余压头,节流孔板的消压可查表选取或者按式(4-4进行计算 t d =(4-4 式中 G 热媒流量,Kg/h ;P 调压板消耗压降,Pa 。4.1.3 热水网路各管段的水力计算K JA7 A6 根据水利计算图:图4-1,进行管段的编号,从热源到最远热用户A7(A14住宅楼的管段是主干线。首先,先取主干线的平均比摩阻在40
20、80Pa/m范围之内,确定主干线各管段的管径。管段AB:计算流量G=(72.942+6.708+14.448+7.224+114.531t/h=215.856t/h值得范围,由城市供热工程附表4-1可确定管段AB 根据管段AB的计算流量和Rm的管径和相应的比摩阻R值,即md=250mm,R=76.86Pa/m可由城市供热工程附表4-2查出,得管段AB中局部阻力的当量长度ld闸阀 13.73=3.73m分流三通直通管 211.1=22.2m=3.73+22.2=25.93m局部阻力当量之和 ld=50.717+25.93=76.647m管段AB的折算长度 lzh管段AB的压力损失p=Rl=76.
21、8676.647=5891.09Pazh用同样的方法可计算其他各管段,确定其管径和压力损失,将局部阻力当量计算列入表4-2中,将各管段的水力计算列入表4-3中;各用户的水力情况分别列入表4-4和4-5中。表4-2 局部阻力当量长度计算表 表4-3 水力计算统计表 表4-4 各用户局部阻力当量计算表 表4-5 各用户水力计算表 4.2 水压图的绘制4.2.1绘制网路水压图的必要性热网中连结着许多的热用户,它们对供水温度及压力可能各有不同,而且它们所处的地势高低不一,在设计阶段必须对整个网路的压力状况有个整体考虑,而水力计算通常只能确定热水管道中各管段的压降,并不能确定热水供暖系统中管道上各点的压
22、力,因此,只有通过绘制热水网路的水压图,用以全面地反映热望和各热用户的压力状况,并确定保证使它实现的技术措施。在运行中,通过网路的实际水压图,可以全面地了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况。从而揭露关键性的问题并采取必要的技术措施,保证安全运行,另外,各个用户的连接方式以及整个供热系统的自控调节装置,都需要根据网路的压力分布或其波动情况来选定,既需要以水压图作为这些工作的决策依据。4.2.2 网路水压图的原理及其作用4.2.2.1 水压图绘制原理水压图是根据伯努利方程原理绘制的,即221122121222P V P V Z Z H g g g g-+=+ (4-5 4.2.2.2 水
23、压图绘制的作用(1利用水压曲线,可以确定管道中任何一点的压力值。(2利用水压曲线,可以表示各管段阻力损失值。(3根据水压区县的坡度,可确定管段单位长度的平均压降值。(4只要已知或固定管道上任何一点的压力,则其它各点的压力值就已知。4.2.3 绘制水压图的原则和要求(1在与热水网路直接连接的用户系统内,压力不应超过该用户系统用热设备及其管道的承压能力。(2在高温水网路和用户系统内,水温超过100的点热媒压力不应低于该水温下的汽化压力。(3与热水网路直接连接的用户系统,无论在网路循环水泵,运转或停止工作时,其用户系统回水管出口处的压力,必须高于拥护系统的充水高度,以防止系统倒吸入空气,破坏正常运行
24、和腐蚀管道。O,以免吸入(4网路回水管内任何一点的压力,都应比大气压力至少高出5mH2空气。(5在热水网路的热力站或用户引入处,供回水管的自用压降,应满足热力站或用户所需的作用压头。4.2.4 水压图绘制的步骤和方法(1以网路循环水泵的中心线的高度为基准面,在纵坐标上按一定的比例做出标高的刻度(o-y,沿基准面在横坐标上按一定的比例做出距离的刻度(o-x。按照网路上的各点和各用户从热源出口沿管路计算的距离,在(o-x轴上相应的点上标出网路相对基准面的标高和房屋高度。各点网路高度的连接线就是带有阴影的线,表示沿管线的纵剖面。(2选定静水压线的位置:静水压曲线是网路循环水泵停止工作时网路上各点的测
25、压管水头的连接线。它是一条水平的直线,该最不利环路中全部采用直接连接,系统高温水可能达到的标高为15 +(53-45=23m,再加上3-5 m水柱的富裕值,由此可以定出静水压线的高度在28m的高度上。采用补给水泵定压方式,定压点位置设在网路循环水泵吸入端。(3选定回水管动水压线的位置:在网路循环水泵运转时,网路回水管各点的测压管水头的连接线称为回水管动水压线,根据热网水力计算结果,按各管段的实际压力损失确定回水管动水压线采用补给水泵定压只要补给水泵施加在定压点的压力维持在28m水柱的压力就能保证系统循环水泵在停止运行时对压力的要求了,回水主干线的总压降通过水力计算已知为28283.92/997
26、1.67=2.84m水柱,则B点的高度为28+2.84=30.84m这就可初步确定回水主干线的动水压线的末端位置。(4选定供水管动水压线的位置:在网路循环水泵运转时,网路供水管内各点测压管水头连接线称为供水管动水压线。如末端用户预留的资用压差为5 m水柱则C点的位置为30.84+5=35.84m设供水主干线的总压力损失与回水管相等则在热源出口处供水管动水压线的位置即D点的标高为35.84+2.84=38.68m,E点的标高为D点的标高加上热源内部的压力损失选定为5m水柱则E点的水头应为38.68+5=43.68m。同理可计算得F、G、H、I、J、K点的标高,这样绘制的动水压线ABCDEFGHI
27、JK以及静水压线j-j 组成了该网路的水压图。各分支线的动水压线可根据分支线在分支点处的供回水管的测压管水头高度和各分支线的水力计算成果按上述同样的方法和要求绘制。(简图如下根据水力计算表,可确定水压图的各段的斜率,在最末端的热力站应保证13mHO2的资用压头。 第五章 设备的选择5.1换热器的选择5.1.1换热器选型及台数确定本设计选用螺旋板式汽水换热器,板式换热器具有很多优点如具传热性能好、密封性好、流速高(自动清洗、保温性能好、传热面积大、温差应力小、价格低廉等优点。换热器的容量和台数应根据采暖、通风、生活的热负荷选择,一般不设备用。但当任何一台换热器停止运行时。其余设备应满足60%75
28、%热负荷需要。本设计选用3台相同规格的换热器,每台换热量2100kw,满足总负荷的(23002/6274.8=73.3%,符合要求。根据简明供热设计手册选择换热器型号IQS25-6。5.1.2 换热器选型计算(1换热器选型计算公式Q=K F t m (5-1式中 Q 热流量,W ;K 换热器的传热系数,W/(m 20C ;F 换热面积,2m ;m t 设计工况下的水-水换热器对数平均温差,C ,m t =74.68C 。对于汽-水换热器换热系数可取20004000 W/(m 20C ,本设计取2000 W/(m 20C 热力站的热负荷为6274.8KW ,即换热器热流量为Q=6274800W,
29、 根据式(5-1可得换热器的换热面积应为42.01m 2。换热器的热冷流体流量可根据式(5-2计算G=Q/(t m C (5-2式中 G 流体流量,Kg/s ;Q 热流量,W ;t 流体通过换热器前后的温差,C ;C水的比热,J/(Kg0C。由之前的热负荷计算可知热流量Q=6274800W,t=250C,C=4.187103J/(Kg0C,由此可知G=59.76Kg/s = 215.856t/h。5.2 循环水泵的选择5.2.1 循环水泵应满足的条件(1循环水泵的总流量应不小于管网的总设计流量,当热水锅炉出口至循环水泵的吸入口有旁通管时,应不计入流经旁通管的流量。(2循环水泵的扬程应不小于流量
30、条件下热源、热力网、最不利环路压力损失之和。(3循环水泵应具有工作点附近较平缓流量扬程特性曲线,并联运行的水泵型号相同。(4循环水泵承压耐温能力应与热力网的设计参数相适应。(5应尽量减少循环水泵的台数,设置三台以下循环水泵时,应有备用泵,当四台或四台以上水泵并联使用时,可不设备用泵。(6热力网循环水泵入口侧压力应不低于吸入口可能达到最高水温下饱和蒸汽压力加50KPa。5.2.2循环水泵的选择原则对供热系统来讲,当采用分阶段改变流量的质调节时,循环水泵的选择,应考虑以下原则:对于中小型系统,可采用两阶段式变流量,两台循环水泵的流量分别为计算值的100%和75%,扬程为计算值的100%和56%,其水泵耗电分别为100%,42%。对于大型系统,可采用三阶段式变流量,两台循环水泵的流量分别为计算值的100%、80%和60%,扬程分别为计算值的100%、64%和36%。其水泵耗电量分别为100%、51%、22%。也可利用变频循环技术,用单一泵组解决这个问题。并联运行的水泵应有相同的特性曲线,选择消耗流量时,应考虑并联运行时,水泵实际流量下降的因素。为了防止突然停电时产生水击损坏循环水泵,可在循环水泵前后进、出水总管之间,设一带止回阀的旁通管。旁通管的管径与总管相同。5.2.3 循环水泵的选择(1设计循环流量根据式(4-1及
