Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где G

– расход горячей за сутки наибольшего водопотребления, м

/сут;

ρ – плотность воды, кг/м

;

с – теплоемкость воды, кДж/(кг · °С);

ср.г

– средняя температура горячей воды в трубопроводах горячего

водоснабжения, принимают по СНиП [25], °С;

Т – время потребления горячей воды в сутки, ч;

тп

– потери тепла в подающих и циркуляционных трубопроводах,

кВт.

Расход горячей воды за сутки наибольшего водопотребления нахо-

дится по формуле

001,0= , л/сут,

(3.7)

где g

– норма расхода горячей воды за сутки наибольшего водопо-

требления [25], л/сут;

m – количество потребителей (жителей) в здании или группе зданий.

Для жилых домов, общежитий, гостиниц, санаториев, домов отды-

ха, больниц, школ и детских учреждений время потребления горячей

воды в сутки принимают 24 ч. Для остальных общественных зданий это

время принимают равным числу ч

асов работы их в сутки, но не менее

10 ч, а при наличии аккумуляторов – по числу часов зарядки аккумуля-

торов.

Применение аккумуляторов может сократить время потребления

тепла из тепловых сетей. Момент времени и продолжительность отклю-

чения тепловых сетей выбирается в зависимости от характера изломов

линий интегрального графика. Например, для интегральных графиков

на рис. 3.10 целесообразно выбрать продолжительность отключения се-

тей на время n

и n

. В период прекращения поступления тепла из теп-

ловых сетей горячее водоснабжение производится только из аккумуля-

тора. Продолжительность отключения сетей подбирается так, чтобы за-

пас тепла в начале и конце суток был одинаковым.

В период пользования горячей водой запас тепла в аккумуляторе

изменяется от максимального Q

мах

до минимального Q

мин

значений.

Если тепло аккумулируется при переменном объеме воды, а темпе-

ратура воды постоянная, то необходимая емкость аккумулятора (м

) на-

ходится из выражения

)

(

3600

ср.г

max

ак

−⋅⋅

, м

(3.8)

где Q

maх

– запас тепла, кВт · ч.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Рис. 3.10. Варианты аккумулирования тепла:

1 – фактическое потребление теп-

ла; 2 – поступление тепла из тепловых сетей;

, n

– продолжительность отключе-

ния тепловых сетей;

n –продолжительность зарядки аккумулятора

Если тепло аккумулируется при постоянном объеме воды, а темпе-

ратура воды переменная, то емкость аккумулятора определяется по

формуле

)(ρ

)

(

3600

minmax

ак

−⋅⋅

−

, м

(3.9)

где t

maх

, t

min

– максимальная и минимальная температура горячей воды.

В аккумуляторе постоянного объема накопление тепла осуществ-

ляется за счет увеличения нагрева воды. Следовательно, большему

и меньшему запасу тепла в аккумуляторе на интегральном графике

(см. рис. 3.9) соответствует максимальная и минимальная температура

воды. Наибольшая температура воды в аккумуляторе не должна превы-

шать 75 °С, а наименьшая – быть не ниж

е 40 °С.

При наличии в жилых и общественных зданиях автоматизирован-

ных систем горячего водоснабжения, а в производственных зданиях –

душевых сеток не более 10 применение аккумуляторов не обязательно.

0 6 12 18 24 ,ч

гвс,

вт ч

гвс,

квт ч

max

maх

min

сут. гвс

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

4.1. Задачи и методы регулирования

Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный

комплекс, включающий тепловые источники (ТЭЦ, котельные), систему

транспорта тепловой энергии (тепловые сети), потребителей тепла (або-

нентов).

Тепловая нагрузка абонентов не постоянна. Сезонные нагрузки –

отопительная и вентиляционная – изменяются в зависимости от метео-

рологических условий (температуры наружного воздуха, ветра, инсоля-

ции). Круглогодичные нагрузки – горячего водоснабжения и технологи-

ческая – за

висят соответственно от режима расхода воды на горячее во-

доснабжение и режима работы технологического оборудования.

В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров

и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью

абонентов. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а так-

же экономичных режимов выработки теплоты на станции и транспорти-

ровки ее по тепловым сетям выбирается соответствующий метод регу-

лирования.

Задачи ре

гулирования тепловой нагрузки заключаются в следующем:

1. Обеспечить надежность теплопотребления в соответствии с гра-

фиком тепловой нагрузки и температурным графиком сетевой воды.

2. Обеспечить требуемые параметры сетевой воды (температуры

и давления).

3. Обеспечить требуемый расход сетевой воды.

В зависимости от места осуществления различают следующие ви-

ды регулирования:

1. Центральное регулирование – ве

дется на источнике тепла (ТЭЦ, РК).

2. Групповое регулирование – ведется в ЦТП для группы однород-

ных потребителей.

3. Местное регулирование – на тепловых пунктах (ЦТП, ИТП, або-

нентских вводах).

4. Индивидуальное регулирование

– ведется непосредственно на

отопительных приборах.

5. Комбинированное регулирование – состоит из нескольких видов

регулирования, взаимно дополняющих друг друга.

В системах теплоснабжения применяется, как правило, централь-

ное и местное регулирование. При этом центральное – основное.

Центральное регулирование выполняется на ТЭЦ или в котельной

по преобладающей тепловой нагрузке, характерной для большинства

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

абонентов района. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки,

например отопление, так и два разных вида, например, отопление и го-

рячее водоснабжение (ГВС) при заданном отношении расчетных вели-

чин этих нагрузок. При центральном регулировании по суммарной на-

грузке делается возможным удовлетворять нагрузку гвс без значитель-

ного увеличения расчетного расхода воды на два вида нагрузки (ото-

пление и ГВС) по сравнению с расч

етным расходом воды на отопление.

Групповое регулирование поддерживает требуемые расход и тем-

пературу теплоносителя, поступающего в распределительные и внутри-

квартальные тепловые сети.

Местное регулирование осуществляется обычно с помощью систе-

мы автоматического регулирования (САР), управляющей подачей тепла

в группы однотипных теплопотребляющих установок или приборов.

Индивидуальное регулирование дополняет другие виды регулиро-

вания. В виду отсутствия регуляторов на приборах применяется ограни-

чено.

Комбинированное регулиров

ание – центральное регулирование до-

полняется групповым, местным или индивидуальным.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового

баланса

()

tnkFnGcQ

−

ττ

, кДж (ккал),

(4.1)

где Q – количество тепла, полученное от теплоносителя и отданное на-

греваемой среде, кДж (ккал);

G – расход теплоносителя, кг/ч;

с – теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг · К);

, τ

– температура теплоносителя на входе и выходе из теплооб-

менника, К;

n – время, ч;

к – коэффициент теплопередачи, кВт/(м

· К) (ккал/(ч · м

· К);

F – поверхность нагрева теплообменника, м

;

Δt – температурный напор между греющей и нагреваемой средой, К.

Из уравнения следует, что регулирование тепловой нагрузки воз-

можно несколькими методами:

– изменением температуры теплоносителя t = var – качественный

метод;

– изменением расхода теплоносителя G = var – количественный метод;

– периодическим отключением систем – прерывистое регулирование;

– изменением поверхности нагрева теплообменника.

Применяются три метода центрального регулирования:

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Качественный – заключается в регулировании отпуска тепла путем

изменения температуры теплоносителя на входе в отопительный при-

бор, расход сетевой воды G

с.в

= const.

Преимущества:

– комбинированная выработка электрической энергии больше, чем

при других методах центрального регулирования;

– постоянный расход G

с.в

в тепловой сети способствует устойчиво-

му гидравлическому режиму.

Недостатки: максимальный расход воды, а следовательно и повы-

шенные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Количественный – ведется изменением G

с.в

= var, при t

= const

и t

= var.

Преимущества:

– пониженные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Недостатки:

– невыгодно для ТЭЦ (снижается комбинированная выработка);

– неустойчивый гидравлический режим в тепловой сети, вследст-

вие переменного расхода сетевой воды.

Качественно-количественное регулирование ведется изменением

с.в

= var и t

= var.

Основным видом регулирования в системах теплоснабжения явля-

ется центральное качественное регулирование. Количественное исполь-

зуется в качестве местного регулирования.

Регулирование отпуска тепла в двухтрубных тепловых сетях может

осуществляться двумя способами.

1. Центральное качественное регулирование по отопительной на-

грузке ведется по отопительному графику температур в закрытых и от-

крытых сетях.

2. Центральное качественное регулирование по совмещ

енной на-

грузке (отопление и ГВС):

– ведется в закрытых тепловых сетях по повышенному графику

температур;

– в открытых тепловых сетях по скорректированному графику тем-

ператур.

Регулирование отпуска тепла в четырехтрубных тепловых сетях –

центральное качественное по отопительной нагрузке.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

4.2. Общее уравнение регулирования

Расчет режимов регулирования основан на уравнениях теплового

баланса, составленных для любого вида нагрузки при нерасчетных

и расчетных условиях:

()

(

)

tкF

cGQ

−

=τ−τ=

21в

21п

, кВт (ккал/ч);

(4.2)

()

(

)

tFк

cGQ

′

−

′

=τ

′

−

′

21в

21п

, кВт (ккал/ч),

(4.3)

где Q – текущая тепловая нагрузка;

– расход первичного (греющего) теплоносителя;

– расход вторичной (нагреваемой) среды;

, τ

– температура первичного теплоносителя на входе и выходе

из теплообменника;

, t

–

соответственно, температура нагреваемой среды на входе

в теплообменник и на выходе из него.

Индексом штрих обозначены все величины, относящиеся к расчет-

ным условиям.

Из отношения равенств (4.2) и (4.3) получим общее уравнение ре-

гулирования

ttG

)(

)

ττ

(

)

ττ

(

21в

21п

−

= .

(4.4)

Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде

δ=

бммб

tWtWQ

, кВт,

(4.5)

где W

, W

– большее и меньшее значения водяных эквивалентов теп-

лообменивающихся сред, Вт / °С (ккал/(ч · °С);

W = G · с – эквивалент расхода воды, представляющий собой про-

изведение расхода теплоносителя на его удельную теплоемкость Вт / °С

(ккал/(ч · °С);

δt

, δt

– соответственно меньший и больший перепады температур

теплоносителей, °С.

Для первичного теплоносителя в данном случае δτ = τ

– τ

, для

вторичной среды δt = t

– t

, °С.

С учетом выражения (4.5) уравнение регулирования (4.4) может

быть записано в общем виде

δδ

tк

Q Δ===

(4.6)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где

Q/Q =

W/W = ,

t/t

δ= ,

к/к = ,

ΔΔΔ

– относитель-

ные величины соответственно тепловой нагрузки, водяных эквивален-

тов, перепадов температур греющей и нагреваемой среды, коэффициен-

та теплопередачи, температурного напора, представляющие собой долю

от расчетного их значения.

Зависимость расхода или эквивалента расхода сетевой воды от теп-

ловой нагрузки описывается эмпирическим уравнением

(4.7)

где m – показатель степени, зависящий от метода регулирования.

При качественном методе m = 0,

W = 1, при качественно-

количественном 0 < m < 1.

4.3. Тепловые характеристики теплообменных аппаратов

Регулирование тепловой нагрузки приводит к изменению расхода

и температуры теплоносителя в теплообменных аппаратах. Расчет ре-

жимов регулирования на основании общего уравнения (4.4) или (4.6)

в ряде случаев затруднителен. Неизвестные значения температуры воды

приходится определять методом последовательных приближений.

Расчеты упрощаются при использовании тепловых характеристик

теплообменных аппаратов, предложенных профессором Е. Я. Соколовым.

Уравнение характеристики теплообменного аппарата из общего

уравнения регулирования при замене среднелог

арифмической разности

температур линейной зависимостью вида

бм

tbtavt

−

=Δ

, °C,

(4.8)

где ν = τ

– t

, – максимальная разность температур греющей и нагре-

ваемой среды на входе в теплообменник;

а и b – постоянные коэффициенты, зависящие от схемы движения

теплоносителя в теплообменном аппарате (при прямотоке принимается

а = b = 0,65, при противоточном движении а = 0,35, b = 0,65);

δt

, δt

– наименьший и наибольший перепады температур греющей

и нагреваемой среды (см. рис. 4.1).

Как показывают исследования, замена среднелогарифмической

разности температур линейной зависимостью (4.8) дает расхождение

в результатах расчетов не более 4÷6 %, что не выходит за допустимые

пределы точности инженерных расчетов.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Δt

= Δt

Δt

δt

Δt

δt

Δt

δt

Рис. 4.1. Изменение температур теплоносителей в противоточных и прямо-

точных аппаратах:

а – при соотношении W

> 1; b – то же, W

< 1, W

– во-

дяной эквивалент первичного (греющего) теплоносителя;

– водяной эквивалент

вторичного (нагреваемого) теплоносителя

Если теплопроизводительность теплообменника Q отнести

к максимальной разности температур ν, то уравнение характеристики

может быть представлено в виде

q = , кВт / °С,

(4.9)

где q – тепловая производительность аппарата на 1 °С максимальной

разности температур греющей и нагреваемой среды на входе в теплооб-

менник, кВт / °С.

Из уравнений (4.9), (4.8) и (4.5) получим

Fк

⋅

+δ⋅+δ⋅

мб

бм

, кВт / °С.

(4.10)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Для противотока уравнение (4.10) действительно при q ≤ W

или

δt

< ν, т. к. перепад температур теплоносителя не может быть больше мак-

симальной разности температур между греющей и нагреваемой средой.

Для прямотока уравнение (4.10) действительно в диапазоне

мб

≤

или

δδ

мб

≤

Уравнение характеристики легко приводится к безразмерному ви-

ду, что значительно упрощает расчеты.

Обозначим через ε безразмерную удельную тепловую производи-

тельность теплообменника

(4.11)

Выражение для расчета ε получают из уравнений (4.10) и (4.11):

ε≤

=ε

(4.12)

где

⋅=ω

;

– безразмерная удельная теплопроизводительность теплообмен-

ника с бесконечно большой поверхностью нагрева.

Для противотока ε

= 1, для прямотока ε

= 1/(1 + W

По физическому смыслу ε представляет собой отношение тепло-

производительности данного подогревателя к тепловой производитель-

ности подогревателя с бесконечно большой поверхностью нагрева, ра-

ботающего при тех же параметрах теплоносителя на входе в аппарат.

Знак неравенства в выражении (4.12) указывает на то, что величина

ε не может превысить ε

, т. к. температура нагреваемой среды не может

превысить температуру греющей среды.

Поэтому, когда расчетное значение ε получается больше ε

, для

дальнейших расчетов принимают ε = ε

Уравнение характеристики отопительной системы выводится из

общего уравнения регулирования (4.6). При этом учитывается наличие

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

смешения на вводе и высокое значение эквивалента воздуха по сравне-

нию с эквивалентом расхода воды, что позволяет принимать W

= 0.

Безразмерная удельная теплопроизводительность отопительной

системы равна

5,0

≤

⋅

Fк

(4.13)

где ν = τ

–

– разность температур воды в подающей линии тепловой

сети и воздуха в помещении;

W – эквивалент расхода сетевой воды, поступающей в смеситель-

ное устройство узла ввода;

u – коэффициент смешения.

Для облегчения расчетов зависимости (4.12) и (4.13) могут быть

преобразованы путем замены произведения kF равнозначным выраже-

нием, учитывающим с достаточной для практических расчетов точно-

стью все факторы, влияющи

е на условия теплообмена.

Для водоводяных подогревателей

Fк

бм

= , Вт / °С,

(4.14)

для калориферов с водяным обогревом

Fк

, Вт / °С,

(4.15)

где Ф – параметр теплообменника, величина практически постоянная

для данного подогревателя;

, m

– показатели степени; для калориферов при турбулентном

движении воды и воздуха принимают

= 0,12÷0,3; m

= 0,33÷0,5.

Параметр Ф определяют из формул (4.14) или (4.15) по данным

расчетного режима.

Изменение коэффициента теплопередачи отопительных приборов

описывается выражением

()

AtAк )

(

вср

−=Δ= , Вт/(м

· °С),

(4.16)

где

Δt

– температурный напор;

ср

– средняя температура теплоносителя в приборе;

–

температура воздуха в помещении;

А и n – константы, зависящие от типа прибора и схемы его уста-

новки, принимают

n = 0,25.