Sieci Cieplne

PROJEKT KOTŁOWNI GAZOWEJ

Inżynieria środowiska

Semestr IV

Rok akademicki 2011/2012

Wykonali:

Jarosław Nastarowicz

Konrad Górecki

I. Temat nr 8:

Dane projektowe:

• Q_co = 450,0 kW

• ilość mieszkańców 220 osób

• parametry wody instalacyjnej 90/70 ºC

• wysokość budynku H =

• opór instalacji c.o. H_i = 3,5 mH₂O

• opór instalacji cyrkulacyjnej H = 1,2 mH₂O

• parametry c.w.u. 8/60 ºC

II Wytyczne do projektu:

a) Wytyczne architektoniczno-budowlane:

• Powierzchnia oraz kubatura pomieszczenia kotłowni:

• Minimalna kubatura V = 105,9m³

• Minimalna powierzchnia F = 42,36m²

• Minimalna powierzchnia otworów okiennych A = 1,86m²

Zaprojektowano pomieszczenie kotłowni o bokach 5x5,5m i wysokości 2,5m, powierzchni użytkowej 27,5m² oraz kubaturze 68,75m³. Do pomieszczenia dobrano cztery okna PVC firmy BRUYNZEEL, w tym dwa otwieralne, o wymiarach 0,985x0,485m i łącznej powierzchni 1,91m². W pomieszczeniu kotłowni będzie znajdował się kocioł firmy Wolf typu MKS 500, o danych technicznych zawartych w dalszej części projektu. Kocioł można ustawiać tylko w pomieszczeniach ogrzewanych, zabezpieczonych przed działaniem mrozu i z zapewnioną wentylacją.

• Wentylacja nawiewna kotłowni:

Zaprojektowano kanał z blachy stalowej o powierzchni 0,19m². Kanał usytuowano w ścianie zewnętrznej kotłowni, 30cm od podłogi.

• Wentylacja wywiewna kotłowni:

Zaprojektowano kanał wywiewny z kotłowni o powierzchni 0,095m². Kanał wywiewny znajduję się pod stropem, ponieważ kotłownia opalana jest gazem lżejszym od powietrza.

• Fundament pod kocioł należy wykonać według wytycznych producenta.

• Dookoła kotła wykonano podest o szerokości 0,1m.

• Podłogę kotłowni należy wykonać ze spadkiem w kierunku kratki ściekowej.

• Wykonać wsporniki dla rurociągów, rozdzielaczy oraz urządzeń technologicznych.

• Kotłownia ma posiadać odrębną strefę pożarową. Zaprojektować ściany oraz strop o odporności ogniowej 60 min.

• Drzwi wejściowe ognioodporne, otwierane na zewnątrz pomieszczenia.

• Ściany i strop kotłowni, ze względu na rodzaj paliwa muszą być gazoszczelne – tynkowane zaprawą z dodatkiem środka uszczelniającego. Ponadto jeżeli ściany i strop oddzielają kotłownie od pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi powinny zapobiegać wychładzaniu sąsiednich pomieszczeń oraz przenikaniu hałasu.

• Ściany i sufit należy pomalować białą farbą emulsyjną, posadzki wyłożyć płytkami ceramicznymi, a otwory drzwiowe zaopatrzyć w progi o wysokości 3-.

b) Wytyczne wodno – kanalizacyjne:

• Należy zaprojektować instalację doprowadzającą zimną wodę do pomieszczenia kotłowni.

• Zaprojektować odprowadzenie wód technologicznych kotłowni.

c) Wytyczne elektryczne:

• Wykonać instalację oświetlenia kotłowni.

• Doprowadzić zasilanie do urządzeń elektrycznych.

• Wykonać instalację przeciwporażeniową.

• Wyposażyć kotłownię w gniazda elektryczne 230 V.

• Wyposażyć kotłownię w rozdzielnię oraz awaryjny wyłącznik prądu. Wyłącznik musi być oznakowany oraz musi znajdować się na zewnątrz pomieszczenia.

• W pomieszczeniu zainstalować szczelne oprawy oświetlenia.

III Obliczenia parametrów kotłowni:

1. Zapotrzebowanie ciepła na ciepłą wodę użytkową:

Qcwu = q * ρ * Cw * (tc − tz),

Założono, $q = 90\frac{\text{dm}^{3}}{\text{Md}}$ $q = 90\frac{\text{dm}^{3}}{\text{Md}}$

$$Qcwu = 90\frac{\text{dm}^{3}}{\text{Md}}*1\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}*4200\frac{J}{\text{kg}*K}*(60C - 8C) =$$

$$= 90*\frac{140}{18*3600}\frac{\text{dm}^{3}}{s}*1\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}*4200\frac{J}{\text{kg}*K}*52K = 424667W = 42,5kW$$

1. Moc cieplna kotła:

QK = Qco + Qcwu

QK = 450kW + 42, 5kW = 492, 5kW

1. Dobrano kocioł firmy Wolf typu MKS 500

Dane techniczne kotła:

• Zakres mocy 420 – 550 kW

• Zalecany zakres mocy 420 – 500 kW

• Dopuszczalne ciśnienie robocze 4 bar

• Wymiary kotła bez zabudowy (wys.*szer.*gł.) 1526x1034x2060 mm

• Fundament pod kocioł (wys.*szer. *dł.) 80x1100x2000 mm

• Ciężar całkowity kotła 1346kg

• Pojemność wodna kotła 635 dm³

• Pojemność gazowa kotła 460 dm³

Przyłącza kotła:

• Zasilanie i powrót kotła DN 100

• Przyłącze spalin Ø

• Sprawność normatywna do 90%

1. Minimalna kubatura oraz powierzchnia pomieszczenia kotłowni:

Maksymalne obciążenie wynosi: $4650\frac{W}{m^{3}}$

1m³1m³ - 4650W

V - 292500W492500W

V = 62, 9m³V = 105,9m³

H – wysokość kotłowni, (minimalna wysokość kotłowni wynosi 2,5m)

F – powierzchnia m²

$F = \frac{V}{H} = \frac{62,9m^{3}}{2,5m} = 25,16m^{2}$F=

1. Wymiary kratek wentylacyjnych w pomieszczeniu kotłowni:

$FN = Fj*QK = 5\frac{\text{cm}^{2}}{\text{kW}}*380kW = 1900\text{cm}^{2} = 0,19m^{2}$FN= Fj*QK= 5 *550 kW= 2750 cm²= 0,28m²

FW = 0, 5 * FN = 0, 5 * 0, 19m² = 0, 095m²FW= 0,5*FN= 0,5*0,28m²= 0,14m²

1. Sprawdzenie warunku przepływu powietrza w pomieszczeniu kotłowni:

$$\dot{\mathbf{V}}\mathbf{= v*A}$$

Dla 1kW przyjmujemy przepływ: $\dot{V} = 1,6\frac{m^{3}}{h}$

1kW1kW – $1,6\frac{m^{3}}{h}$1,6

380kW550kW - $\dot{V}$

$\overset{}{V} = 608\frac{m^{3}}{h} = 608*\frac{m^{3}}{3600s} = 0,17\frac{m^{3}}{s}$$\dot{V}$= 880= 880*= 0,24

Dobieramy kratkę wentylacyjną nawiewną na przepływ 0, 19m²0,26

4. Zapotrzebowanie na gaz dla c.o.:

Kocioł opalany jest gazem ziemnym GZ-50 o wartości opałowej $Wu = 35,5\frac{\text{MJ}}{m^{3}}$

$Wu = 35,5\frac{\text{MJ}}{m^{3}} = 35,5*0,278 = 9,94\frac{\text{kWh}}{m^{3}}$

• godzinowe zapotrzebowanie czynnika energetycznego:

$Bh = \frac{\text{Qk}}{Wu*\eta} = \frac{292,5}{9,94*0,94} = 31,30\frac{m^{3}}{h}$B_h=

• średniodobowe zapotrzebowanie czynnika energetycznego:

• $Bsr.d = \frac{Qk*10}{Wu*\eta} = \frac{292,5*10}{9,94*0,94} = 313\frac{m^{3}}{d}$Bśr.d=

• średnioroczne zapotrzebowanie czynnika energetycznego (b - ilość dni grzewczych w roku):

• $Ba = \frac{Qk*b}{Wu*\eta} = \frac{292,5*231}{9,94*0,94} = 7231,42\frac{m^{3}}{\text{sezon}}$Ba=

4. Zapotrzebowanie na gaz dla cwu:

• godzinowe zapotrzebowanie:

$Bcwuh = \frac{\text{Qcwu}}{Wu*\eta cwu} = \frac{42,5}{9,94*0,9} = 4,75\frac{m^{3}}{h}$Bcwuh=

• średniodobowe zapotrzebowanie

$Bcwusr.d = \frac{\text{Qcwu}*18}{\text{Wu}*\text{ηcwu}} = \frac{42,5*18}{9,94*0,9} = 85,5\frac{m^{3}}{d}$

• średnioroczne zapotrzebowanie

$Bcwuroczne = \frac{\text{Qcwuroczne}*365}{\text{Wu}*\text{ηcwu}} = \frac{85,5*365}{9,94*0,9} = 3488,43\frac{m^{3}}{\text{sezon}}$

4. Dobór średnic rur (zakładamy $w = 0,5\frac{m}{s}$)

Instalacja c.o.:

$\overset{}{m} = \frac{\text{Qc.o.}}{\text{Cp}*(tz - tp)} = \frac{450000W}{4200\frac{J}{\text{kg}*K}*(90C - 70C)} = 5,36\frac{\text{kg}}{s}$

dla temperatury $t = 90C\rho w = 965,3\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

$d = \sqrt{\frac{4*\overset{}{m}}{\pi*\rho*w}} = \sqrt{\frac{4*5,36\frac{\text{kg}}{s}}{\pi*965,3\frac{\text{kg}}{m^{3}}*0,5\frac{m}{s}}} = 0,12\ m$

Instalacja cwu:

$\overset{}{m} = \frac{\text{Qcwu}}{\text{Cp}*(tz - tp)} = \frac{42500W}{4200\frac{J}{\text{kg}*K}*(60C - 8C)} = 0,195\frac{\text{kg}}{s}$

dla temperatury $t = 60C\rho w = 983,21\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

$d = \sqrt{\frac{4*\overset{}{m}}{\pi*\rho*w}} = \sqrt{\frac{4*0,195\frac{\text{kg}}{s}}{\pi*983,21\frac{\text{kg}}{m^{3}}*0,5\frac{m}{s}}} = 0,022m$

Dla kotła:

$\overset{}{m} = \frac{\text{QK}}{\text{Cp}*(tz - tp)} = \frac{492500W}{4200\frac{J}{\text{kg}*K}*(90C - 60C)} = 5,86\frac{\text{kg}}{s}$

dla temperatury $t = 90C\rho w = 965,3\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

$d = \sqrt{\frac{4*\overset{}{m}}{\pi*\rho*w}} = \sqrt{\frac{4*5,86\frac{\text{kg}}{s}}{\pi*965,3\frac{\text{kg}}{m^{3}}*0,5\frac{m}{s}}} = 0,12\ m$

Dobrano rury stalowe o średnicach:

• dla kotła Ø 125 mm

• dla c.o. Ø 125 mm

• dla cwu Ø 20 mm

4. Naczynie wzbiorcze przeponowe:

Ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym:

p = pstat.+0, 2bar

$$Pst = \frac{{h_{n}*g*\rho}_{\text{pocz.}}}{1*10^{5}} = \frac{14*9,81*999,7}{1*10^{5}} = 0,14\ bar$$

P = Pst + 0,2 bar = 0,14 bar + 0,2 bar = 0,34 bar

Pojemność użytkowa zbiornika

Instalacja wyposażona w grzejniki płytowe.

Qk = 492, 5kW

temperatura90/70C

Vu = V * ρ * ΔV[dm³]

$$V = 492,5\text{kW}*11\frac{l}{\text{kg}} = 5417,5l = 5,417m^{3}$$

ΔVdla temperatury 90Cwynosi $0,0359\frac{\text{dm}^{3}}{\text{kg}}$

ρdla temperatury 10Cwynosi $999,7\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

$$Vu = 5,47m^{3}*999,7\frac{\text{kg}}{m^{3}}*0,0359\frac{\text{dm}^{3}}{\text{kg}} = 196,31\text{dm}^{3}$$

Pojemność całkowita

$$Vc\ = \ Vu*\ \frac{\text{Pmax} + 1}{\text{Pmax} - p} = 196,31*\frac{4 + 1}{4 - 0,34} = 268,18\ \text{dm}3$$

pmax- obliczeniowe ciśnienie bezpieczeństwa NWP – 0,4 MPa = 4 bar

Średnica przyłącza

$$d = 0,7*\sqrt{\text{Vu}} = 0,7*\sqrt{196,31} = 9,8\ \text{mm}$$

Przyjmujemy Ø 20 mm, ponieważ jest to najmniejsza dopuszczalna średnica przyłącza naczynia wzbiorczego.

Dobrano naczynie wzbiorcze: Reflex N 500

• pojemność 500 dm³

• ciśnienie pracy 6 bar

• przyłącze R1 DN = 20 mm

Dobór zaworu bezpieczeństwa:

Ciśnienie robocze kotła 0,4 MPa

Ciśnienie robocze NWP 0,6 MPa

Ciśnienie instalacji p = 0,4 MPa

Dobór zaworu bezpieczeństwa

$$m = \frac{3600*Qk}{r} = \frac{3600*492500}{2107,4} = 841\frac{\text{kg}}{h} = 0,23\frac{\text{kg}}{s}$$

Obliczanie średnicy gniazda zaworu

$$A = \frac{m}{10*K*\alpha*\left( pr + 0,1 \right)} = \frac{841}{10*0,54*0,48*\left( 1,1*0,4 + 0,1 \right)} = 600,1\ mm2$$

Gdzie:

K- współczynnik poprawkowy = 0,54

α=0,48

Pr=1,1*p

$$d = \sqrt{\frac{4*A}{\pi}} = \sqrt{\frac{600,1}{3,14}} = 27,64\ mm$$

Dobrano zawór bezpieczeństwa SYR 1$\frac{1}{4}$’’ DN 27

Ciśnienie otwarcie: 4 bar

Maksymalna moc kotła: 500 kW

4. Dobór pomp instalacji:

Opór instalacji w kotłowni (H_k), składa się z:

• oporów kotła: 9 mbar = 0,09 mH₂O

• oporów filtroodmulnika magnetycznego: 0,5 kPa = 0,05 mH₂O

• opórów zaworów, wymienników, strat liniowych i miejscowych: przyjęto 1,5 mH₂O

1. Pompa dla CO:

-wydajność:

$$\overset{}{V} = \frac{\text{Qco}}{Cp*\rho*\Delta*t} = \frac{450}{4,196*983*(90 - 70)} = 19,63\frac{m^{3}}{h}$$

$$Gp = 1,2*\overset{}{V} = 1,2*19,6 = 23,52\frac{m^{3}}{h}$$

-wysokość podnoszenia

Hp = b * (Hi+Hk) = 1, 2 * (3,5+1,64) = 6, 168 mH2O

Dobrano pompę:

MAGNA3 50-150 F

-max wysokość podnoszenia 6m

-kołnierz standardowy DIN

-przyłącze rurowe DN 50

-max ciśnienie 10 bar

-długość montażowa 280 mm

1. Pompa dla cwu:

-wydajność:

$\overset{}{V} = \frac{\text{Qcwu}}{Cp*\rho*\Delta*t} = \frac{42,5}{4,196*983*(90 - 70)} = 0,000515\frac{m^{3}}{s} = 1,85\frac{m^{3}}{h}$

$Gp = 1,2*\overset{}{V} = 1,2*1,85 = 2,23\frac{m^{3}}{h}$

-wysokość podnoszenia:

Hp = b * (Hi+Hk) = 1, 2 * 1, 64 = 1, 968 mH2O

Dobrano pompę:

Grundfos MAGNA 25-40 N

-max wysokość podnoszenia 4m

-przyłącze rurowe G1 1/2

-max ciśnienie 10 bar

-długość montażowa 180 mm

1. Pompa dla instalacji cyrkulacyjnej:

-wydajność:

$\overset{}{V} = \frac{\text{Qcwu}}{Cp*\rho*\Delta*t} = \frac{42,5}{4,196*983*(90 - 70)} = 0,000515\frac{m^{3}}{s} = 1,85\frac{m^{3}}{h}$

$Gp = 1,2*\overset{}{V} = 1,2*1,85 = 2,23\frac{m^{3}}{h}$ x 0,3 = 0,669 $\frac{m^{3}}{h}$

-wysokość podnoszenia:

Hp = b * (Hi) = 1, 2 * (1,00) = 1, 2 mH2O

Dobrano pompę:

Grundfos MAGNA 25-40 N

-max wysokość podnoszenia 4m

-kołnierz standardowy DIN

-przyłącze rurowe G1 1/2

-max ciśnienie 10 bar

-długość montażowa 180 mm

Zestawienie materiałów

L.p.	Nazwa materiału / symbol	Dn[mm]	Ilość /sztuk	Producent
1	Kocioł gazowy Wolf typu MKS 500	-	1	Wolf
2	Pompa Grundfos 25-40 N	-	2	Grundfos
3	Pompa Grundfos MAGNA3 50-150 F	-	1	Grundfos
4	Naczynie wzbiorcze przeponowe Reflex N 500	-	1	Reflex
5	Czujnik temperatury zewnętrznej	-	1	-
6	Zawór kulowy Ø 20	20	9	-
7	Zawór zwrotny Ø 20	20	1	-
8	Zawór zwrotny Ø 125	125	1	-
9	Zawór odcinający Ø 20	20	2	-
10	Zawór odcinający Ø 125	125	3	-
11	Zawór bezpieczeństwa	20	2	Ferro
12	Wodomierz Ø 20	20	2	Apator
13	Filtroodmulnik DN 25-150	125	1	Termen
14	Manometr Ø 20	20	2	WIKA
15	Manometr Ø 125	125	1	WIKA
16	Rura stalowa Ø 20	20		-
17	Rura stalowa Ø 125	125		-
18	Automatyka Wolf	-	-	Wolf
19	Czujnik temperatury	-		-