Теплоснабжение предприятий по переработке животноводческого сырья

Введение

Предприятия мясной и молочной промышленности относятся к энергоемким производствам. Это обусловлено тем, что при переработке животноводческого сырья и консервирования 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 экономического 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.

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 потребления 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.

Ро 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 её внедрения.

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

При оформлении расчётно-пояснительной записки студент должен дать краткую характеристику предприятия и системы теплоснабжения, а также привести основные основные технические данные подбираемого оборудования.

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.

Характеристика систем теплоснабжения

Системы теплоснабжения предприятия должны обеспечивать выработку и бесперебойную подачу в цеха теплоносителей заданных параметров, гарантирующих получение продукции высокого качества. Состояние теплоносителей определяется их давлением, температурой, энтальпией, степенью сухости и другими параметрами.

Теплоносители не должны содержать посторонних вредных примесей. При этом необходимо обеспечить резерв тепловой мощности в сезон массовой переработки сырья. Тепловые схемы должны предусматривать возможность максимального использования энергетического потенциала вырабатываемых теплоносителей, снижения выхода тепловых вторичных энергоресурсов (ВЭР) и утилизации теплоты образующихся в теплопотребляющих установках ВЭР.

В качестве теплоносителей на предприятиях отрасли применяется, главным образом, влажный насыщенный пар давлением до 1,4 МПа и степенью сухости до 0,97, а также горячая вода.

Системы теплоснабжения, в зависимости от источников теплоты, делятся на автономные, централизованные и комбинированные.

Наиболее широкое распространение в отрасли (около 90%) получили автономные системы теплоснабжения на базе собственных котельных. Обусловлено это прежде всего отсутствием централизованных источников теплоты в местах расположения предприятий. К преимуществам автономных систем теплоснабжения относятся также возможности получения пара с необходимой степенью чистоты. Они, кроме того, обеспечивают «пиковые» потребности в паре и горячей воде за счет наличия надежного резерва теплогенерирующих мощностей, что не всегда возможно при централизованном теплоснабжении из-за жестких договорных ограничений  и экономических санкций за их несоблюдение. Кроме того, при автономном теплоснабжении технически и организационно проще решаются вопросы реконструкции и расширения основного производства. Вместе с тем, автономному теплоснабжению присущи и недостатки, к которым относятся более высокие удельные расходы топлива на выработку пара, а также эксплуатационные затраты на обслуживание теплового хозяйства.

Принципиальная схема автономной системы теплоснабжения предприятий на базе собственной котельной представлена на рис. 1.

В качестве теплогенераторов наиболее широко применяются двухбарабанные вертикально-водотрубные котлы с естественной циркуляцией воды типа ДЕ или КЕ, в которых вырабатывается влажный насыщенный пар давлением до 1,4 МПа. На предприятиях малой мощностью применяют котлы серии Е-1/9 производительностью 1 т/час при давлении до 0,9 МПа. Вырабатываемый в котлах пар направляется к потребителям: на технологические нужды, в системы отопления и горячего водоснабжения, сторонним предприятиям, на собственные нужды котельной.

Для транспортировки теплоносителей (пара, горячей воды, конденсата) к потребителям предназначены теплопроводы. Для получения пара требуемых технологических параметров на теплопроводах при необходимости устанавливаются редукционные устройства, предназначенные для дросселирования влажного насыщенного пара и снижения его давления и температуры.

Теплопотребляющие технологические аппараты делятся не рекуперативные и контактные. В рекуперативных аппаратах используется «глухой» пар, который отдает теплоту нагреваемой среде через разделяющую стенку. Это позволяет использовать образующийся конденсат для подпитки котлов. В контактных аппаратах используется «острый» пар, который в процессе теплообмена непосредственно соприкасается с нагреваемой средой.

В связи с потерей конденсата «острого» пара и необходимостью его компенсации предусматривается система химической обработки питательной воды, включающая натрий-катионитовые фильтры. Для обеспечения необходимого умягчения воды проводится двухступенчатое натрий-катионирование. Кроме того, для удаления из питательной воды растворенных газов в тепловой схеме котельной предусматривается установка дэаэраторов. Умягчённая и дэаэрированная питательная вода подается в экономайзеры, которыми оснащаются все котлагрегаты, кроме Е-1/9.

Составными частями системы теплоснабжения предприятия являются системы горячего водоснабжения и отопления.

Основное оборудование систем горячего водоснабжения и отопления устанавливается непосредственно в котельной или в отдельном центральном теплопукте.

Система горячего водоснабжения предприятий является открытой. Температура горячей воды, получаемой в пароводяных кожухо-трубных подогревателях, составляет 65-70°С. При использовании горячей воды, в зависимости от условий производства, она может в цехах разбавляться холодной водой до требуемой температуры или же подогреваться паром или пароконденсатной смесью 80-95°С.

В системах отопления предприятие применяет перегретую воду температурой 150°С, получаемую в пароводяных подогревателях. Температура обратной воды при этом составляет от 55 до 75°С. Для отопления ряда вспомогательных цехов (гаражей, складов) с большими удельными отопительными характеристиками может применяться в качестве теплоносителя пар. Для отопления отдельных технологических цехов наряду с горячей водой применяется также горячий воздух, получаемый в калориферах.

Для повышения эффективности использования энергоресурсов на предприятиях необходимо предусматривать возможность полного сбора всей массы конденсата и частичного использования его теплоты в утилизационных установках. В связи с этим при проектировании систем теплоснабжения предприятия следует предусматривать только закрытые системы сбора конденсата.

В ряде случаев предприятия снабжаются теплом от централизованных источников, которыми являются ТЭЦ, а также групповые промышленные котельные. В этом случае предприятия получают тепло в виде пара давлением 0,7 МПа, а также перегретую воду от ТЭЦ температурой до 130°С. Конденсат и охлажденная вода возвращаются на ТЭЦ. Преимущество ТЭЦ и групповых котельных заключается в том, что они по сравнению с котельными малой мощности имеют более высокий КПД и значительно меньшие эксплуатационные расходы. Благодаря этому достигается существенная экономия топлива, а себестоимость вырабатываемого тепла значительно ниже. Однако возможности применения их в качестве источников теплоты ограничены.

На предприятиях отрасли нашло применение также комбинированное теплоснабжение, при котором технологические теплопотребители получают пар от собственной котельной, а для нужд горячего водоснабжения и отопления применяется перегретая вода от ТЭЦ. Подогрев воды при этом осуществляется в водоводяных теплообменниках.

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. Формы заданий на проектирование приведены в табл. 1, 2.

Обоснование типоразмера предприятия

Технические и энергоэкономические характеристики предприятия 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.

Для мясокомбинатов определяющий типоразмер представляет собой номинальную сменную суммарную выработку мяса. Для молочных заводов определяющий типоразмер представляет собой суммарную сменную переработку сырья с учётом норм расхода цельного молока на производство заданных объемов продукции (табл. 3).

Цельно- и кисломолочная продукция:     90*0,899=80,91 т/смену

Масло животное:                                        1,3*21,52=27,98 т/смену

Сыры:                                                           1,2*9,44=11,33 т/смену

Сухое молоко:                                             2,2*7,85=17,27 т/смену

Σ=80,91+27,98+11,33+17,27=137,49 т/смену → 150 т/смену.

Мы получили предприятие по выработке молока с проектной мощностью 100 т/смену.

Обоснование и определение параметров теплоносителей

В процессе выполнения работы студент должен обосновать и определить с учётом конкретного задания параметры теплоносителей в наиболее значимых реперных точках системы теплоснабжения. Характеристика основных реперных точек параметров пара и конденсата (пароконденсатной смеси) представлена на рис. 5 и в форме 1.

Параметры вырабатываемого в паровых козлах пара определяются их техническими характеристиками (табл. 4, 5) и рациональными условиями их эксплуатации. Для обеспечения высокой «экономичности» котлов давление Р вырабатываемого пара следует принимать в пределах от 7 до 11 ата при степени сухости Х от 0,9 до 0,95. Энтальпия влажного насыщенного пара при этом находится по hs-диаграмме или  определяется по формуле:

hx= h' + rХ          (1),

где hx – энтальпия влажного насыщенного пара, кДж/кг;

              h' – энтальпия кипящей воды, кДж/кг; (табл. 6)

              r – теплота парообразования кДж/кг; (табл. 6)

Пар с этой энтальпией после редуцирования до 7 ата используется в качестве теплоносителя в пароводяных подогревателях систем отопления и горячего водоснабжения (рис. 5, точка Б).

При транспортировке пара от котельной до теплового пункта (узла) производственного корпуса происходит снижение давления из-за гидравлического сопротивления паропровода и энтальпии из-за тепловых потерь (рис. 6, процесс АБ). Значения давления и энтальпии пара к точке В определяются в зависимости от расстояния от котельной до теплопункта. При этом потери давления на 100 метров паропровода принимаются равними 8…10 кПа. Потери энтальпии пара принимаются равными от 1 до 1,5% на 100 метров паропровода.