陈建勇 换热站说明书.doc

课程设计说明书 题 目：连云港市幸福小区换热站设计院 （部）：热能工程学院专 业：热能与动力工程班 级：热动101姓 名：陈见永学 号：2010031240指导教师：刘学来 胡爱娟完成日期：2013年6月28日 第一章 绪论 31、设计概况 42、设计题目 4 第二章 供热外网热负荷计算 5 1、集中供热系统热负荷的概算 6 2、热负荷的计算 6 第三章 换热站设备的选取 61、换热器的选取 7 2、分水器、集水器 113、循环水泵的选择 114、补水泵的选择 135、除污器的选择 156、补水箱的选择 16第四章 供热管网调节及工程技术经济分析 171、初调节原理 172、集中调节 183、管网布置的合理性 184、管道水力计算的经济性分析 19第五章 管道的保温和防腐 20 第六章 设计心得 23第七章 参考文献 24 第一章 绪论1.1 设计概况一、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。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、设计目的及意义此次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最后一次实践教学环节，也是对我在课堂上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。学生在毕业设计实践的基础上，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。独立完成毕业设计任务，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。1.2 设计题目连云港市幸福小区供热工程设计。 第二章 外网设计热负荷的计算2.1供暖负荷计算供暖热负荷采用面积热指标法 kW （2.1）式中： 建筑物的供暖设计热负荷，kW ； 建筑物的建筑面积， ； 建筑物供暖面积热指标， w/；它代表每 1建筑面积的供热设计热负荷，建筑物供暖面积热指标的推荐取值如表2.1所示 表3.1 建筑物供暖面积热指标推荐值 建筑物类型住宅居住区综合学校办公医院托幼旅馆商店食堂热指标（）58-6460-6768-8065-8060-7065-80115-148 注：1、本表摘自城市热力网设计规范CJ34-90,1990年版；以老年人活动中心为例计算冬季供暖热负荷老年人活动中心面积3000，主要作用为义务教育性质，依据西安市地区的气象条件，选取采暖热指标=70w/。=3070= 210kW;根据公式2.1计算各热用户的供暖设计热负荷，列于表3.2中。表2.2 热负荷计算表建筑物物编号建筑物名称建筑面积F（）热指标q（W/）热负荷Q（KW）A主楼3300045.51501.5客#1客房楼760042.5321.1客#2客房楼1760*442.5297.44客#3客房楼1760*442.5297.44客#4客房楼660042.5278.85客#5客房楼268042.5113.23客#6客房楼268042.5113.23别墅1别墅12003946.82别墅5803922.623别墅6603925.744别墅5203920.285别墅11503944.856别墅9603937.447别墅11603945.248别墅7603929.64培训1教学楼820045.5373.12教学楼130045.559.153教学楼300045.5136.54教学楼170045.577.35办公楼办公楼1260045.5573.3食堂1高级宿舍510039198.92职工132076.7101.243职工116076.788.97由上表计算可知，该小区总热负荷Q为4803.5kw 第三章 换热站设备的选取1. 换热器的选取3.1 换热器类型的选取换热器按参与换热的介质可分为：汽水换热器和水水换热器；按换热方式可分为：表面式换热器和混合式换热器；表面式换热器包括：壳管式、板式、套管式、螺旋板式、浮动盘管式等。 本设计中，根据原始资料，选用壳管式汽水换热器、板式水水换热器。 工程中使用最多的汽水换热是壳管式换热器。壳管式换热器可分为容积式和壳程式，其中容积式换热器，多用于生活热水和用水不均匀的工业用水系统，而壳程式换热器用于热水供暖系统，低温水空调系统及某些连续性热水的生产工艺用水。因其运行稳定，噪声低，因此设计中采用壳管式汽水换热器。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%热负荷需要。1、 已知条件：供暖热负荷Q=4803.5KW；供暖热水供、回水温度=95，=70；热源0.6MPa的饱和水蒸汽，供汽焓h=2755.46kJ/，饱和蒸汽温度=158.8。3.2供暖热网循环水量热网循环水量G：G=(4803.5*3600)/(4.1868*(95-70)=165.21t/h因此进入每台汽水换热器的热网循环水量=0.7*165.21=115.65t/h。蒸汽耗量D：设凝结水流出汽水换热器的水温t=80，则D：D=(4803.5*3600)/(0.96*(2755.46-4.1868*80)*1000)=7.442t/h为热交换器效率，取0.96。热网循环水进入汽水换热器的水温，可通过热平衡求出。凝结水经过水水换热器传给被加热水的热量Q为：Q=D=74420.964.1868（158.8-80）=2357052.91kJ/h热网循环水通过水水换热器得到的热量Q为：Q=G=115.65100024.1868（t-70）由于Q= Q，则：t72.43.3汽水换热器选择计算（1）换热器选型计算公式 F=Q/(K*) （3-1）式中 热流量，； 汽水传热系数K=20004000 ，取K=2500； 换热面积，； 取0.95 设计工况下的水-水换热器对数平均温差，=74.5。 热力站的热负荷为4803.5kw，即换热器热流量为Q=4803500W, 根据式（3-1）可得换热器的换热面积应为28.66，单台换热面积为14.33。选取2台BH-500-10-SS型号的立式波纹管汽水换热器， 该换热器的技术数据如下： （2） 选取2台DN300型号的壳管式水水换热器，性能参数如下，Q=5478KW；L=15m；F=113.8；V1=3m/s；V2=0.4m/s。压力损失4911526215=3.36KPa。（3） 本设计采用两级加热系统，使高温蒸汽热量的利用率增加，提高换热效率。减少能源浪费。二级加热系统图如下：2.分水器、集水器在集中供热系统中须设置分、集水器。（1） 筒体直径的确定 筒体直径可以有两种方法确定，一种是按压力容器设计规定，筒体直径应比最大开孔直径大2号；（2） 筒体长度的确定筒体长度L 根据筒体接管数确定，计算公式： L=130+L1+L2+Li+120+2h (5-4)筒体接管中心距L应根据接管直径和保温层厚度确定，一般可按表5-2选用表 6-1 管间距选取表L1d 1+120L2d 1+d 2+120L3d 2+d 3+120Lidi-1+120 d 2分集水器配管的安装方向由实际情况决定。 换热站的内部设备计算换热站内的主要设备包括：循环泵、补水泵、换热器、除污器、补水箱等。以下为各设备的选择和计算过程：3. 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，设置三台及以下循环水泵时，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。3.1循环泵的计算和选择循环泵的扬程1：H=(Hr+Hy+Hw)K （3-1） Hr热源内部的阻力，mH2O。Hy最不利环路末端热用户内部的阻力损失，mH2O。Hw外网供、回水干管的阻力损失，mH2O。K安全系数，1.101.20。循环水泵流量：GB=1.05G （3-2）G-循环水流量1.05-管网热损失系数。本设计循环泵的计算：其中取 Hr=10mH2O，Hy=2 mH2O，Hw=4.98+4.98=9.96mH2O，K=1.10 所以：扬程 H=(Hr+Hy+Hw)K =（12+9.96）1.20=28.99 mH2O 水泵总流量如式： G水=0.86SQ/(95-70)=173.5t/h 式中， S漏损系数，S=1.05 Qj采暖计算热负荷，4803.5kw tg、th供回水温度，95/70 循环泵的选择应考虑以下原则1、 水泵流量不应小于所有用户的设计流量之和2、 水泵扬程不应小于换热器、站内管道设备、主干线和最不利用户内部系统阻力之和： 3、循环水泵的台数不应少于2台，当一台停止运行时，其余水泵的总流量应 满足最大循环水量的需要。4、并联运行的循环水泵，应选用型号相同、流量特性曲线平缓且相同的水泵。5、循环水泵的成压能力和耐温能力，应大于等于循环水系统可能出现的最大压力和最高温度。故本设计选用的循环水泵为IS100-80-160.数量为3台，一备两用。水泵型号及参数如表3-2。表3-2 循环水泵参数型号IS100-80-160流量100m3/h扬程32m转速2900 r/min功率11.2kw吸入口径100mm吐出口径80mm重量79kg效率78% 4.热网补给水泵的选择1.热网补给水泵的流量，一般热水供暖系统，按循环水量的3%5%（大型系统按2%4%）其中一台备用。补给水泵的流量：=3%G=3%165.21=5.21t/h补给水泵的扬程按下式确定：H=1.15（ Pa （4-1）式中 H系统补水点的压力值，Pa，它的数值应通过对热水供热系统水压图的分析确定； 补给水泵吸水管中的压力损失，Pa； H补给水泵出水管中的压力损失，Pa； h补给水箱最低水位高出系统补水点的高度，m。工程上认为补给水泵吸水管损失Hxs和压水管损失Hys较小，同时补给水箱高出水泵的高度h往往作为富余值，或为抵消Hxs和Hys的影响，所以上述公式可简化为：H=HbmH2O 。 补水点的压力值可以从水压图上直接得出。当采用补给水泵定压时，Hb的值可取静压线的高度，即补给水泵扬程H=H=26.9m。 补水泵的台数仍需考虑备用，选择时不应少于两台，一台运行，另一台备用。 本设计方案选用两台补水泵，一台运行，一台备用。综上考虑，选择型号为IS50-32-160型单级单吸离心泵。选择两台，一用一备。其参数如表4-1所示。表4-1 IS50-32-160型单级单吸离心泵参数流量12.5m3/h扬程32m功率2.02kW吐出锥管口径50mm转速2900r/min效率54%吸入口径50mm吐出口径32mm重量40kg5.水箱的确定 补水箱的容积可按贮存1.0-1.5小时的补水量来确定。补给水箱一般应设两个独立的水箱，或一个矩形水箱隔开成二，以备一个检修时，另一个仍能运行。两个水箱应有水连通管，以备相互切换使用。本设计补水箱的有效容积按1小时正常补水量的要求来设计。已知补水泵的流量为5.21t/h，则补水箱的容积V为：V=1h5.21=5.21m3 补水箱的具体尺寸：200030002000。补水箱的选用碳钢制作，壁厚为8mm。本设计中水箱选用一个矩形水箱一分为二，以备一个检修时，另一个仍能运行。两个水箱之间有水连通管，以备相互切换使用。凝结水箱选用两个，满足水量要求，中间连接，便于检修和调节。5.1水箱附件一般补给水箱应有人孔、水位计、温度计、溢水管、放水管、软水管、出水管、放气管等附件。溢水管应比给水管大0.5-1倍，溢水口中心与漏斗中心应稍有偏差，使溢水易排入漏斗。当水箱高度大于1.5米时，一般应设内外扶梯。5.2水箱防腐水箱管接头及所需附件制作完毕后应在内外表面进行防腐处理。水箱内部一般按如下处理：水箱温度在30以下时，可刷红丹防锈漆两遍；当温度在30-70之间时，可刷过氯乙烯漆4-5遍；对水温在70-100之间时，可刷汽包漆4-5遍。水箱外部一般刷红丹防锈漆两遍，水箱经表面处理后，不得在水箱本体上直接焊接。5.3水箱的保温 水温大于50水箱需要保温，保温层外表面温度不应超过40-50。5.4水箱的布置原则 1）.补给水箱的位置应满足补给水泵正水头的要求。； 2）.补给水箱尽可能靠墙布置，不要靠近窗户。为了节省建筑面积，也可将补给水箱布置在室外，此时运行操作不太方便，并要考虑防冻措施。6.除污器的选型除污器安装在水泵及某些加热器的水入口处，滤掉水中的固体沉淀物，防止破坏堵塞设备。除污器有立式直通、卧式直通及卧式角通等，按情况需要选取。本次设计中换热站内集水器出口处设除污器。热网循环水量165.21t/h，查实用供热空调设计手册可知，除污器或过滤器管直径可与干管直径相同，热网回水管道直径为300mm，因此选择卧式角通除污器，管径为300mm。表6-4 除污器规格尺寸表符号DN LL1L2L3L4PN 0.6外形尺寸（mm）4575106070230422140第四章 供热管网调节和经济性分析一个供热系统在建成投入运行时，总会有一些用户的流量不符合设计要求，这种情况下，可以利用预先安装好的流量调节装置对系统进行一次调节，称之为初调节。在初调节完毕后，由于一些用户的热负荷并不是恒定的，因此为了保证供热质量，满足各热用户要求，就要对供热系统进行供热调节。供热(暖)调节的目的在于使供暖用户的散热设备的散热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现室温过高或过低的现象。根据供热调节地点不同，供热调节可分为集中调节、局部调节和个体调节三种调节方式。集中调节在热源处进行，局部调节在热力站或用户引入口处进行，而个体调节直接在散热设备处进行。集中供热调节的方法主要有以下几种：(1) 质调节只改变网路的供水温度； (2) 量调节只改变网路的循环水流量；(3) 分阶段改变流量的质调节；(4) 间歇调节改变每天的供暖小时数。4.1 初调节原理在一般的供热管网中，由于多种原因，各用户的实际流量很难与设计流量相符。供热系统流量失调的大致规律是距热源近端热用户实际流量大于设计流量（一般可达设计流量的23倍），距热源远端热用户的流量小于设计流量（一般是设计流量的0.20.5倍），中端用户的实际流量大体接近设计流量。在这种情况下，近端用户室温高于设计温度，远端用户室温低于设计温度。由此可见，供热系统的远近用户热力失调是由于近端用户流量过大、远端用户流量过少而造成的。而初调节的目的就是要在供热系统运行前，把各用户的实际流量调得与设计流量基本相符。当系统供回水温度一定，散热器的散热量随流量的增加而增加，但增加的幅度有一定限度，当=1.03.0时，散热量仅增加010%；当3.0后，散热量基本上不再增加了。当散热器流量减少时，散热量亦会减少，但在=0.51.0这一范围内，流量减少得不多（不超过20%的限度）。而当流量变化再大，小于0.5时，散热量将会急剧减少。考虑上述特点，只要使供热系统远端的大多数用户的实际流量不少于设计流量的50%，而近端用户实际流量不超过设计流量的300%，就可以认为其水平热力失调程度可以接受，即最远用户室温不致过低，近端用户室温不致过高。4.2 集中调节集中调节在热源处进行，易实施，运行管理方便，是主要的供热调节方法；集中供热调节分为：1质调节，2量调节，3分阶段改变流量调节，4间歇调节四种。本系统采用在换热站分阶段改变流量的质调节为主，局部调节和个人调节为辅。把整个供暖期按室外温度的高低分为23个阶段，在室外温度较低的阶段中保持设计最大量；在室外温度较高的阶段中，保持较小的流量，每一阶段中网路采用一种流量并保持不变，随室外温度变化情况，按改变供水量的方法进行供热调节。4.3 管网布置的合理性4.3.1分析热用户连接方式的经济技术分析本设计中采用无混合装置的直接连接的方式，这种连接方式入口的主要设备是出入口阀门和必要的计量仪表，是最简单，造价最低的连接方式，绝大多数低温热水供热系统采用这种连接方式。当供热系统采用高温水供热，网路设计供水温度超过用户要求的最高热媒温度时，若采用直接连装混合装置的直接连接。4.3.2 热网的定压方式的经济型分析定压方式分为：高架开口水箱定压方式、连续补水泵定压方式、间歇式补水泵定压方式等。高架开口水箱定压方式适用于热源与热用户较近，也就是说热力网较小的系统中应用，但经济性好。连续补给水泵定压方式适用于热源与热用户较远，也就是说热力管网较大的系统中应用。它的定压点就是恒压点，也就是水这种系统的水力稳定性好。这种方式又分为两种：旁通管定压点补水定压方式和变频补水泵连续定压方式。旁通管定压点补水定压式在调节过程中旁通管需要消耗循环水泵的能量和电能；变频补水泵连续定压方式初投高，但是相当节能。歇式补水泵定压方式适用于热源与热用户较远，且热用户对供热水平要求较低的住宅小区。根据以上分析，鉴于本校区的特点，采用补给水泵连续定压方式。4.3.4 供热管道平面布置的经济性分析本设计平面布置采用枝状管网，其管网比较简单，造价较低，管理方便。缺点是没有供热的后备性能，即当网路上某处发生事故时，在损坏地点以后的所有用户，供热均被中断。环状管网虽然有后备热源，但这只是网路有两个或两个以上的热源情况下才适用，且它往往比枝状管网的投资和管材消耗都大得多。因此，本设计中采用枝状管网。4.4 管道水力计算的经济性分析4.4.1 管道水力计算的经济原则1、能用管径小的管道就尽量选择小管道；2、尽量自然水力平衡；3、供热管道的布置一定遵循短、直的原则。4.4.2 管径的选择管径的大小关系到工程投资的多少。因此，选择管径时，一定要在允许的情况下尽量用细的管径，以此来节约工程的投资。4.4.3 管道补偿器的选择选用自然补偿方式。4.4.4 管道保温材料的选择本设计中的保温材料选用的事硬质聚氨酯塑料，该材料具有密度小，保温效果好等优点。工程中绝大多数用的是成品保温管。第五章 管道的保温与防腐保温的主要目的在于减少热媒在输送过程中的热损失，节约燃料，保证操作人员安全，改善劳动条件，保证热媒的使用温度。保温设计应符合减少散热损失、节约能源、满足工艺要求、保持生产能力、提高经济效益、改善工作环境、防止烫伤等基本原则。5.1保温的基本原则保温设计应符合减少散热损失，节约能源、满足工艺要求、保持生产能力、提高经济效益、改善工作环境、防止烫伤等基本原则。5.2 管材的选择管径D2196的管道采用螺旋焊缝钢管,钢材选用Q235B, D2196管道采用无缝钢管,材质为10号钢,弯头采用热压弯头,除阀门等附件采用法兰连接外,其余均采用焊接。5.3 保温管材的选择 供热管道的保温主要目的在于减少热媒在输送过程中的热损失，节约燃料，保证操作人员安全，改善劳动条件，保证热媒的使用温度。热网运行经验表明，热水管网即使有良好的保温，其热损失仍占其总输热量的58,蒸汽网约占812。与之相比，保温结构费用约占热网输送费用的2540。因此，保温工作对保证供热量，节约投资和燃料都有很大的影响。根据热网规范规定，供热介质高于50的热力管道、阀门、设备一般应保温。规定中对保温材料及其制品，应具有以下技术性能：导热系数低，保温性能好，平均工作温度不高于350下，导热系数值不应大 0.12Wm ；密度不应大于400Kgm ；除软质，状材料外，硬质预制成大型制品的抗压强度不应小于200KPa。 管道的保温是由保温层、保护层两部分组成。供热管道通常的保温方式有：涂抹式、预制式、缠绕式、填充式、灌注式和喷涂式等。供热管道的保护层主要作用是防止保温层的机械损伤和水分浸入，有时它还起着美化保温结构外观的作用。城市供热工程中低于120的热水管道直埋敷设时，为了加快施工进度，提高保温质量，大都用预制保温管结构。本设计管道敷设方式为直埋无补偿敷设,选用氰聚塑直埋预制保温管。氰聚塑直埋预制保温管是由三道防水线组成，在管外壁涂以高效耐温的防水、防腐剂氰凝，其次是聚氨酯硬质泡沫塑料保温层，最外层是玻璃钢。这种预制管对地下水位变化有较强的适应能力，并具有造价低，便于施工等优点。5.4直埋管道保温1.热力计算计算原则 1）保温计算应根据工艺要求和技术分析选择保温计算公式。当无特殊要求时，保温的厚度应采用“经济厚度”法计算，但若经济厚度偏小以致散热损失量超过最大允许散热损失时，应采用最大允许热损失量的厚度。 2）防止人身遭受烫伤的部位，其保温层厚度应按表面温度法计算，且保温层外表面的温度不得大于60。 3）当需要延迟冻结、凝固和结晶的时间及控制物料温降时，其保温厚度应按热平衡方法计算。2、温层厚度计算公式直埋管道散热热阻主要考虑主保温层和土壤热阻。当其埋置深度（管中心至地面的距离）h4D，其保温层厚度计算按下式： D= (5.1)式中：D保温层外表面的直径，m； D保温层内表面的直径，m； 保温材料制品导热系数，W/m。本设计中用的是硬质聚氨酯塑料，所以取=0.029 W/m； 土壤的导热系数，W/m，见简明供热设计手册表15-11，工程计算中无资料时，可取=1.75； t土壤温度，一般取管道中心埋设深度的自然土壤温度，作为管道对外散热的外界温度，一般取t=5； t保温