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某市生活管理处采暖系统节能改造工程简析1

2008-03-25 09:34    【  【打印】【我要纠错】

  我设计的题目是沧州市某生活管理处采暖系统的节能改造工程。这个集中供热系统的采暖面积是33.8万平方米 .通过计算可知,该系统每年至少可节煤5000吨。换句话说,30%多的能量被浪费了。如果我的设计被采纳,这个管理处每年可以节约大约一百万元的经费(如果煤价是200元/吨)。而我所做的仅仅是装调节阀,平衡并联管路阻力;安装温度计,压力表,对采暖系统进行监控;换掉了过大的循环水泵和补给水泵;编制了锅炉运行参数表。

  原始资料

  1. 供热系统平面图,包括管道走向、管径、建筑物用途、层高、面积等。

  2. 锅炉容量、台数、循环水泵型号及台数等。本系统原有15吨锅炉三台,启用两台;10吨锅炉三台,启用一台;配有12SH-9A型160KW循环水泵三台,启用两台。

  3. 煤发热量为23027KJ/kg(5500kcal/kg)。

  4. 煤耗量及耗煤指标,由各系统资料给出。采暖面积:33.8万m2;单位面积煤耗量:39.54kg/m2?年。

  5. 气象条件:沧州地区的室外供热计算温度是-9℃,供热天数122天,采暖起的平均温度-0.9℃。

  6. 锅炉运行平均效率按70%计算。

  7. 散热器以四柱为主,散热器相对面积取1.5.

  8. 系统要求采用自动补水定压。

  设计内容1.热负荷的校核计算《节能技术》设计属集中供热系统的校核与改造。鉴于设计任务书所提供的原始资料有限,拟采用面积热指标法进行热负荷的概算。

  面积热指标法估算热负荷的公式如下:

  Qnˊ= qf × F / 1000 kW

  其中:Qnˊ—— 建筑物的供暖设计热负荷,kW;

  F —— 建筑物的建筑面积,㎡;

  qf —— 建筑物供暖面积热指标,W/㎡;它表示每1㎡建筑面积的供暖设计热负荷。

  因此,为求得建筑物的供暖设计热负荷Qnˊ,需分别先求出建筑物供暖面积热指标qf 和建筑物的建筑面积F.

  1.1 热指标的选择

  由《节能技术》附表查得:住宅的热指标为46~70W/㎡.

  我们知道,热指标与建筑物所在地的气候条件和建筑类型等因素有关。根据建筑物的实际尺寸,假定一建筑模型,使用当地的气象资料,计算出所需热指标。这样可以使热指标接近单位面积的实耗热量,以减小概算误差。

  建筑模型:长30米,宽10米,高3.6米。普通内抹灰三七砖墙;普通地面;普通平屋顶。东、西及北面均无窗,南面的窗墙面积比按三比七。不考虑门的耗热量。

  注:考虑到简化计算热指标时,选用的建筑模型忽略了门的耗热量,东窗、西窗和北窗的耗热量,且业主有安装单层窗户的可能性,还考虑到室外管网热损失及漏损,为使概算热指标接近实际情况,楼层高度取值适当加大;本设计若无特殊说明,资料即来源于《供热工程》;若无沧州的数据,则取与之毗邻的天津市的资料进行计算。

  1.1.1 冷风渗透耗热量Q′2的计算

  根据附录1-6,沧州市的冷风朝向修正系数:南向n = 0.15.

  按表1-7,在冬季室外平均风速vpj = 2.8 m/s下,双层木窗冷风渗透量L = 3.58 m3/m·h.窗墙面积比按三比七,若采用尺寸(宽×高)为1.5×2.0,带上亮的三扇两开窗,应有窗户11个。而每个窗户可开启部分的缝隙总长为13米。那么南向的窗户缝隙总长度为11×13 = 143 m.

  V = L×l×n = 2.2×143×0.15 = 42.04 m3/ h

  冷风渗透耗热量Q′2等于:

  Q′2= 0.278Vρwcp( tn- t′w)

  = 0.278×42.04×1.34×1×[18-(-9)]

  = 423 W

  1.1.2 围护各部分耗热量Q′的计算

  将所选建筑模型分成顶棚,墙体及窗,地面三部分,分别求其耗热量。 有关计算请参见“耗热量计算表”。

  Q′顶棚 = 6885 W

  Q′墙体及窗 = 12340 W

  Q′地面 = 2701 W

  1.1.3 不同层高的热指标:

  一层:q1 =(2701+12340+6885)/ 300 = 73 W/㎡

  二层:q2 =(2701+12340×2+6885)/ 600 = 57 W/㎡

  三层:q3 =(2701+12340×3+6885)/ 900 = 52 W/㎡

  四层:q4 =(2701+12340×4+6885)/ 1200 = 49 W/㎡

  说明:四层以上的建筑物,为保险起见,其热指标按四层的取值。

  1.1.4 各用户的计算流量

  流量计算公式:

  GL = 0.86×∑Q /(tg-th) Kg /h

  其中:GL —— 流量,Kg /h;

  ∑Q —— 热负荷,W;

  tg、th —— 供回水温度,℃。

  说明:在选择概算热指标时已经考虑室外管网热损失及漏损,故在此不再考虑此系数

  2.外网水力平衡的计算与较核这部分的计算已经列于水力计算表中,在此只给出扼要的计算说明。

  2.1 外网的编号

  由于本工程的管段较多,若从1开始,顺次递增编完所有的管段,其最后的一个管段编号会很大。而且,从锅炉房出来的是六根管,如此编号,各管始末段不直观,不利于水力计算。

  因此,从锅炉房出来的六根管,各个均由1开始顺次递增编号,分别用圆形、斜三角形、三角形、菱形、方形和多边形圈住管段编号并命名为圆形环路、斜三角形环路、三角形环路、菱形环路、方形环路和多边形。

  2.2 比摩阻的计算

  《节能技术》中给出了计算公式为:

  R = 0.00688×0.00050.25×G2 /(U1×D0.25)

  其中:R —— 比摩阻,Pa/m;

  G —— 流量,Kg /h;

  U1 —— 水的密度。近似取100℃时的值:958.38Kg /m3;

  D —— 管径,m.

  2.3 沿程阻力的计算

  《节能技术》中给出的计算公式为:

  R = H×L

  其中:R —— 沿程阻力,Pa;

  H —— 比摩阻,Pa/m;

  L —— 管段长度,m.

  2.4 管段阻力公式:

  《节能技术》中给出了计算公式为:

  R = H×L(1+α)

  其中:R —— 沿程阻力,Pa;

  H —— 比摩阻,Pa/m;

  L —— 管段长度,m.

  α —— 局部阻力系数。局部阻力与沿程损失的比例百分数,一般取α = 0.3 .

  对比2.2和2.3 中的两个公式,可得出以下关系式:

  R管段 = 1.3×R沿程

  2.5 用户阻力的确定

  按照指导老师给出的经验值(采暖面积为4000㎡的用户压头取2m水柱,2000㎡的取1m),结合实际情况稍做扩展,用户压力按以下原则选取:
      个别采暖面积大于5000㎡的,其用户压头按以上表格类推。末端用户的用户压头按上表的1.5倍选取。

  2.6 环路的阻力计算

  各环路的总阻力等于用户阻力和供回水管路的阻力之和,即:

  R环 = 2×R沿程 + R用户

  2.7 并联管路的水利平衡

  一般来说,两个管路并联时,其各自的阻力是不相同的,需要进行水利平衡计算,阻力较小的管路剩余压力即为两管路阻力之差。剩余压力可用调压孔板消耗掉,孔板公式:

  d = 3.56×(G×1000)0.5 / Y0.25

  其中:d —— 孔板直径,mm;

  G —— 管段计算流量,t /h;

  Y —— 调压孔板需要消耗的剩余压头。

  3.锅炉运行台数及容量选择匹配3.1 锅炉容量的确定

  通过热负荷的计算,已经求得总热负荷为18.2 MW.根据《供暖通风与空调工程设计资料大全》公式3-1.1,锅炉用于采暖时,其容量公式为:

  D = k0×k1×D1

  其中:D —— 采暖容量,W;

  k0 —— 室外管网热损失及漏损系数。此项多因用户不热放水或使用管网热水造成,已在概算热指标中以考虑,故此系数取1;

  k1 —— 采暖热负荷同时使用系数,查表应取1;

  D1 —— 最大设计热负荷,W.

  将数据代入以上公式:

  D = k0×k1×D1 = 1×1×18.2 = 18.2 MW 3.2 锅炉台数的确定

  1吨的锅炉相当于0.7MW.欲达到18.2MW的热容,需要锅炉的吨位是:

  n = 18.2 / 0.7 = 26 t

  现有15吨锅炉两台,10吨锅炉三台。考虑到方便锅炉的运行与维修,最好使用同一型号的锅炉。即:运行两台15吨锅炉,或三台10吨锅炉均可。但是,一般说来,较大的锅炉效率高,故最大热负荷时拟运行两台15吨锅炉。其它锅炉作为备用或运行调节时再用。

  4.循环水泵容量及台数的确定4.1 循环水泵流量的确定

  在水力计算中,已经计算出了总流量:

  G = 625 t /h

  4.2 循环水泵扬程的确定

  由水力计算,已经计算出了最不利环路为圆形编号的环路。其室外管网与末端用户的阻力之和为26 m .

  4.3 循环水泵的选择

  原12Sh-9A型160 KW的循环水泵流量、扬程均过大,应换为一台12Sh-19A型90 KW的循环水泵,原12Sh-9A型160 KW的循环水泵可作为备用泵。两种型号的水泵参数如下:
        做出12Sh-19A型90 KW的循环水泵的水泵特性曲线,当流量为 625 t /h时,扬程是28.8m,满足要求。循环水泵稍有余量,有利于当管网水力失调时,保障末端用户的正常供热。应当说明的是,此时水泵运行在高效区偏左。

  未完,见下文……

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