Проектирование автономных систем теплоснабжения предприятий по переработке животноводческого сырья

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

(МГУПП)

 

 

 

Кафедра «Энергосбережение и термогидродинамические процессы»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Тема: «Проектирование автономных систем теплоснабжения предприятий по переработке животноводческого сырья»

 

 

 

                                                                                           Студент: Саркисов Глеб

                                                                                            Технологический факультет, 11 группа

                                                                                            Руководитель: Пляшешник П. И.

 

 

 

Москва 2013

 

Введение

Предприятия мясной и молочной промышленности относятся  к энергоемким производствам. Это обусловлено тем, что при переработке животноводческого сырья и консервировании продукции на мясокомбинатах, мясоперерабатывающих и молочных заводах широко применяются разнообразные тепловые процессы. К ним относятся пастеризация и стерилизация молочных консервов, варка и бланшировка мясопродуктов, производство колбасных изделий, вытопка пищевых и технических жиров, дефростация мяса, упаривание различных бульонов, сушка молочных продуктов, крови и другие процессы. Кроме того, значительное количество теплоты расходуется на нужды горячего водоснабжения, отопления и вентиляции производственных и вспомогательных цехов, административно-бытовых зданий и сооружений.

В связи с  опережающим повышением цен на топливно-энергетические ресурсы возрастает доля - стоимости затрат теплоты в структуре себестоимости производимой на предприятиях отрасли продукции.

В связи с  этим проблема надежного и экономичного обеспечения предприятий теплоносителями требуемых параметров, гарантирующими производство качественной продукции, представляет важную задачу. Актуальность данной проблемы определяется также ограниченностью невозобновляемых энергоресурсов необходимостью проведения энергосберегающей политики и снижения уровня техногенной нагрузки систем энергосбережения на окружающую среду.

Цель  работы

Цель работы состоит в углублении знаний студентов  по теоретическим разделам курсов теплотехнических дисциплин, освоении методики выполнения теплотехнических расчётов, изучении конструкции и принципа работы отдельных элементов систем теплоснабжения. В процессе выполнения работы студент должен ознакомиться с особенностями теплоснабжения мясной и молочной промышленности и приобрести навыки проектирования инженерных систем, состоящих из множества взаимосвязанных элементов. При этом необходимо освоить принципы рационального выбора основных видов теплотехнического оборудования по его основным расчетным техническим характеристикам. В процессе выполнения проекта оценивается экономическая эффективность принятых инженерных решений.

Содержание  работы

Работа состоит  из расчетной и графической частей. Расчетная часть содержит определение параметров теплоносителей, потребности в паре и горячей воде на технологические и вспомогательные нужды в сезон массовой переработки сырья и баланс распределения теплоты.

Следующим этапом проектирования является составление  сменных графиков потребления пара и горячей воды. По максимальному часовому потреблению пара подбираются паровые котлы; определяется максимальный расход топлива.

По максимальному  часовому потреблению горячей воды производится расчет и подбор водоподогревателей системы горячего водоснабжения. Водоподогреватели системы отопления   подбираются для режима самой холодной пятидневки года.

По максимальным расходам теплоносителей рассчитываются и подбираются диаметры основных теплопроводов, а также толщина тепловой изоляции трубопроводов.

В целях повышения  эффективности использования теплоты по спецзаданию проектируется утилизационная установка по использованию теплоты пароконденсатной смеси, оценивается экономичность ее внедрения.

Определяются  годовой расход топлива и его  стоимость, а также себестоимость  производства 1т пара и 1ГДж теплоты и доля затрат теплоты в издержках производства продукции.

Теплотехнические расчеты  выполняются в единицах системы «СИ». В ряде случаев (при составлении теплового баланса предприятия и графиков тепловых нагрузок, при определении технико-экономических показателей) допускается применение и других единиц измерения. При определении некоторых величин используются методы табличной и графической интерполяции.

Графическая часть проекта состоит из 2 листов. На основании выполненных расчетов разрабатываем принципиальную схему системы теплоснабжения предприятия (лист 1). На втором листе чертим один схему реперных точек систем теплоснабжения.

Обоснование типоразмера предприятия

Технические и энергоэкономические характеристики предприятий по переработке животноводческого сырья существенным образом зависят от объемов и ассортимента производимой продукции. В связи  с этим   некоторые расчетные характеристики представлены в зависимости от типоразмера предприятия.

 

Расчет тепловых нагрузок и подбор теплогенераторов пара и горячей воды

 

1. Обоснование типоразмера предприятия 

 

Некоторые технические  и экономические характеристики предприятий отрасли зависят  от их мощности, которая определяется в основном ассортиментом и объемами производства основных видов продукции. В связи с этим данные характеристики предоставляются в зависимости от типоразмера мясокомбината или молочного завода.

1. Применительно к молочным заводам определяющий типоразмер характеризуется суммарным за смену количеством перерабатываемого сырья П_с с базисной жирностью 3,6 %, необходимого для выпуска заданного ассортимента продукции. Нормы расхода молока на выработку продукции N_i приведены в приложении 2.

Величина П_с определяется по формуле:

 т/смену

т/см

 

2. Обоснование параметров вырабатываемого пара.

 

Основным теплоносителем как в автономных, так и в  комбинированных СТ является влажный  насыщенный пар, требования к которому приведены в разделе 1.1.  Давление пара в котлах должно обеспечивать их рациональную эксплуатацию и поэтому должно быть близким к номинальному, которое для применяемых на предприятиях отрасли котлов типа ДЕ и КЕ составляет до 1,4 МПа. (Приложения 12, 13).

В процессе эксплуатации котлов в связи с неизбежной внутритрубной  коррозией происходит уменьшение толщины стенок барабанов котлов и кипятильных труб и, соответственно, снижаются их прочностные характеристики. В связи с этим органы котлонадзора после проведения технической диагностики кипятильных труб и барабанов котлов обычно устанавливают допустимое рабочее давление пара в котлах, которое должно быть ниже номинального.

Как показывают исследования, рабочее давление пара в котлах в период их полной загрузки составляет от 0,8 до 1,3 МПа. На этот диапазон и необходимо ориентироваться при обосновании давления пара. При этом следует учитывать, что максимально возможное давление пара необходимо для молочных заводов, производящих сухое молоко, так как температура горячего воздуха, подаваемого в сушильные камеры должна составлять до 175 ºC, а для нагрева воздуха до такой температуры необходим насыщенный водяной пар давлением до 1,3 МПа. Степень сухости пара, вырабатываемого в котлах, не превышает 0,95, хотя обычно, как показывают наши исследования, существенно ниже. При проектировании тепловой схемы следует принимать величину степени сухости пара в пределах от 0,85 до 0,95.

Студент вправе выбрать начальные значения давления пара и степень его сухости  самостоятельно, но должен уметь обосновать такой выбор.

В дальнейшем параметры  пара, который после его использования в качестве теплоносителя в рекуперативных теплообменных аппаратах превращается в пароконденсатную смесь, изменяются. На рис. 8 в качестве примера показаны  давление, энтальпия и степень сухости пара, используемого в i-цехе.

 

 

Рис. 8.   Процессы изменения параметров пара:

A – влажный насыщенный пар на распределительном паровом коллекторе; B – влажный насыщенный пар на входе в производственный корпус; Ci – влажный насыщенный пар на распределительном паровом коллекторе i-цеха (после дросселирования); Di – пароконденсатная смесь после  рекуперативных паропотребляющих аппаратов i-цеха

 

где:

АВ – процесс транспортировки  пара;

ВС_i – дросселирование пара в рекуперативном устройстве;

С_iD_i – процесс изменения параметров пара в процессе теплообмена в рекуперативном технологическом аппарате;

Р_А, Р_В, Р_Сi – давление пара соответственно на распределительном паровом коллекторе, на входе в цех после редукционного устройства;

Р_Di – давление пароконденсатной смеси после рекуперативного технологического аппарата;

h_A, h_B, h_Сi – энтальпия пара соответственно в распределительном коллекторе, до и после редукционного устройства;

h_Di – энтальпия пароконденсатной смеси после рекуперативного технологического аппарата;

Х_А, Х_В, Х_Сi – степень сухости пара соответственно на распределительном коллекторе, до и после редукционного устройства;

Х_Di – степень сухости пароконденсатной смеси (доля несконденсировавшегося «пролетного» пара).

 

3.   Параметры теплоносителей в реперных точках автономной СТ.

 

Под реперными  понимаются узловые точки тепловой схемы, в которых определяются параметры теплоносителей, необходимые для выполнения тепловых расчетов отдельных структурных элементов СТ. Реперные точки автономной СТ показаны на рис. 9, а их характеристики приведены в табл. 1, 2.

 

1. Заполнение табл. 1 и 2 начинается с точки А в соответствии с выбранным давлением пара Р_А и степенью сухости Х_А. Температура пара t_A находится по приложению 1. Энтальпия пара h_A рассчитывается по формуле:

 мДж/кг,

где и - энтальпия кипящей воды и теплота парообразования при давлении Р_А, кДж/кг (приложение 1)

 мДж/кг

 

2. Далее целесообразно продолжить заполнение табл. 1 и 2 по хронологической цепочке технологического паропотребления.

Давление пара в точке В рассчитывается с  учетом гидравлического сопротивления паропровода между распределительным паровым коллектора в котельной и тепловом пункте производственного корпуса. Потери давления пара принимаются равными 8-12 кПа на 100 м длины трубопровода.

Потери теплоты  при транспортировке пара по изолированному паропроводу составляет до 1,5 % на 100 м его длины. С учетом этих потерь находится энтальпия пара h_B.

Температура насыщения пара в точке В определяется по приложению 1.

 

= 10 КПа на 100 м

= (243*10)/100=24,3 КПа

КПа

 

Степень сухости  пара Х_В рассчитывается по формуле:

,

где и - энтальпия кипящей воды и теплота парообразования при давлении Р_В, кДж/кг (приложение 1).

3. Следующим этапом является расчет параметров пара после редукционных устройств отдельных технологических цехов (реперные точки Гi).

Давление пара в этих точках находится по приложениям 5, 6.

 

Энтальпия пара при дросселировании в редукционных устройствах остается неизменной и поэтому h_B = h_Гi

 

Температуры пара в этих точках находится по приложению 1.

 

Степень сухости пара в  точках Г_i рассчитывается по формуле:

,

где и - энтальпия пара кипящей воды и теплота парообразования при давлении Р_Гi, кДж/кг (приложение 1).

 

4. После рекуперативных паропотребляющих аппаратов пар превращается в пароконденсатную смесь, содержащую в себе несконденсировавшийся «пролетный» пар.

Давление пароконденсатной смеси Р_Дi принимается на 10-12 % ниже давления греющего пара на входе в паропотребляющие аппараты Р_Гi.

Примем 

Тогда:

Энтальпия пароконденсатной смеси h_Дi рассчитывается по формуле:

     ,