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.

Из уравнения теплового баланса отопительной системы, с учетом

зависимости (4.16), следует

2,0

QкF = , Вт / °С,

(4.17)

где

= – относительный расход тепла на отопление;

= k' F – параметр отопительной системы, кВт / °С.

Подставив в уравнение (4.12) значения постоянных коэффициентов

а и b для противотока и заменив произведение k

⋅

F выражением (4.14),

получим следующую зависимость для определения безразмерной

удельной теплопроизводительности секционного водоподогревателя:

65,035,0

≤

=ε

(4.18)

Безразмерная теплопроизводительность отопительной системы

(4.13), с учетом выражения (4.17), имеет вид

5,0

≤

(4.19)

где

Δt

2,0

⋅=

⋅

=ω .

С помощью полученных зависимостей тепловую производитель-

ность теплообменников определяют по формуле

vWQ

⋅

, Вт.

(4.20)

Уравнения (4.18) – (4.20) универсальны. На их основе могут быть

решены все задачи, связанные с работой теплообменников в нерасчет-

ных условиях.

4.4. Центральное регулирование однородной тепловой нагрузки

Режим регулирования водяных систем теплоснабжения зависит от

многочисленных факторов, но основным является вид тепловой нагруз-

ки и схемы узлов вводов абонентов. Регулирование отпуска тепла зна-

чительно упрощается при однородной тепловой 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.

В этих случаях можно ограничиться только центральным регули-

рованием тепловой нагрузки.

Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют

в системах теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснаб-

жением. В таких системах отопление является основной тепловой на-

грузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии

с потребностью тепла для отопления зданий при различных наружных

температурах воздуха.

При качественном регулировании задача расч

ета состоит в опреде-

лении температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход

воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона.

Общее уравнение (4.4) для регулирования отопительной нагрузки

при зависимых схемах присоединения отопительных установок к тепло-

вой сети может быть представлено в виде

ττ

2,01

ов

нв

−

== ,

(4.21)

где Q

– расход тепла на отопление при текущей температуре наруж-

ного воздуха t

;

, τ

2,0

– соответственно температура сетевой воды в подающем

и обратном трубопроводах тепловой сети;

к – коэффициент теплопередачи;

Δt

– температурный напор в нагревательном приборе при тех же

условиях;

Δττ

0021

– те же величины при расчетной температуре на-

ружного воздуха

Заменив в уравнении (4.21) отношение коэффициентов теплопере-

дачи зависимостью (4.16), получим

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

ττ

0,21

(4.22)

Температурный напор при смешении воды в узле ввода определяют

по формуле

(

)

в0,230

ττ

5,0

−

⋅

, °С,

(4.23)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

ττ

0,21

, °С, (4.24)

где τ

– температура воды в подающем трубопроводе отопительной

системы после смесительного устройства;

u – коэффициент смешения, равный отношению расхода воды из

обратного трубопровода G

к расходу воды из подающей линии тепло-

трассы G

Уравнение (4.22), с учетом зависимостей (4.23) и (4.24), запишется

в виде

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+−++

=−

−

)(12)2(1

ττ

в2,01

2,01

(4.25)

Коэффициент смешения u определяют из уравнения теплового ба-

ланса смесительного устройства

)(

3210,2211

GGGG

+=+ :

δτ

ττ

0,23

−=

−

(4.26)

где

δτ

– расчетная разность температур сетевой воды;

θ – расчетный перепад температур в отопительной системе.

Подставив значение коэффициента смешения u в уравнение (4.25)

при n = 0,25, после преобразований получим выражение для определе-

ния температуры в подающем трубопроводе

0,8

0в1

)

0,5

(

−

++=

, °C.

(4.27)

Температура воды после отопительной установки равна

8,0

0в

010,2

5,0

Δδτττ

−+=−= , °C.

(4.28)

Температура воды после смесительного устройства на вводе составит

8,0

0в

0,23

5,0

ΔΘττ

++=+=

, °C.

(4.29)

Как следует из формул (4.27) – (4.29), температура воды является

однозначной функцией относительной нагрузки. Принимая

= 0÷1,

можно найти соответствующие значения температуры воды. Общий вид

температурного графика при исходных данных

=150 °С,

2,0

= 70 °С,

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

= 95 °С, t

= 18 °С показан на рис. 4.2. Приведенный график называ-

ется отопительным.

4.2. График температур качественного регулирования отопительной нагрузки

(зависимые схемы присоединения отопительных установок)

Зависимость относительного расхода тепла на отопление от темпе-

ратуры наружного воздуха можно представить графически (рис. 4.2)

с помощью отношения

нв

−

= .

(4.30)

Значения температур сетевой воды в подающем и обратном трубо-

проводах, соответствующие различным относительным расходам тепла

на отопление, приведены в справочной литературе.

Расчетный расход воды на отопление определяется по формуле

()

0,21

′

−τ

′

= , т/ч.

(4.31)

При независимых схемах присоединения абонентов к тепловой сети

(см. рис. 4.3) в приборы отопительной системы поступает вода, нагре-

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

100

150

-10

-15

р.о.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

ваемая в отопительном теплообменнике за счет тепла сетевой воды.

Расчетные значения нагреваемой воды τ′

1,0

принимают 95÷140 °С, рас-

четная температура обратной воды τ′

2,0

равна 70 °С.

Параметры сетевой воды на входе (τ

) и выходе (τ

) из отопитель-

ного подогревателя находят из уравнения регулирования (4.20)

)

ττ

(

0,21мп

−

, кВт,

(4.32)

где ε

– безразмерная удельная теплопроизводительность подогревате-

ля, определяемая по формуле (4.18);

–

меньшее значение эквивалента расхода воды через подогрева-

тель.

Рис. 4.3. Схема независимого присоединения отопительной установки:

1 – теплообменник системы отопления; 2 – циркуляционный насос

При качественном регулировании эквиваленты расхода сетевой

и нагреваемой воды неизменны, поэтому величина ε

будет также по-

стоянной.

Из равенства (4.20) следует

мп

021

δτ

ττ

+=+=

, °C,

(4.33

)

где W

– эквивалент расхода нагреваемой воды;

δτ

– расчетная разность температур нагреваемой воды,

δτ

2,01,00

÷= , Вт;

Заменив в равенстве (4.33)

0,2

выражением (4.28), получим

ОП

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

мп

0,1

мп

0,11

τδτ

ττ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−+=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−+=

, °C.

(4.34)

Температура обратной воды на выходе из теплообменника равна

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−⋅+= 1

ττ

пм

0,22

εW

, °C.

(4.35)

Постоянный расход воды при центральном качественном регули-

ровании упрощает эксплуатацию системы, поэтому этот метод регули-

рования нашел применение в существующих системах теплоснабжения

от районных котельных.

При количественном регулировании температура сетевой воды

в подающем трубопроводе постоянна. Регулирование тепловой нагруз-

ки осуществляется изменением расхода воды. Задачей расчета является

определение расхода и температуры обратной воды в зави

симости от

величины отопительной нагрузки. Расчетные выражения выводятся из

общего уравнения регулирования (4.4) при условии

=const.

Относительный расход сетевой воды и температуру обратной воды

определяют из выражений (4.36) и (4.37):

)1(

5,0

8,0

δt

−

(4.36)

012,0

δτ

−=

, °C.

(4.37)

График регулирования, построенный по формулам (4.36) и (4.37),

показан на рис. 4.4. При уменьшении тепловой нагрузки и снижении

расхода воды температура обратной воды достигает температуры воз-

духа помещения. Дальнейшее снижение теплоотдачи приборов проис-

ходит за счет частичного заполнения нагревательных приборов водой

с температурой

Основным достоинством количественного регулирования является

сокращение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя. Это

преимущество может быть использовано в магистральных трубопрово-

дах двухступенчатых сетей, к которым абоненты присоединены по не-

зависимым схемам или с помощью смесительных насосных подстан-

ций. При снижении расхода сетевой воды в магистральных сетях смеси-

тельные насосы, работающие с переменным коэффициентом смеш

ения,

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

увеличивают подачу воды из обратной магистрали. Благодаря этому

в системах отопления сохраняется необходимый расход воды и тем са-

мым устраняется основной недостаток количественного регулирования

– разрегулировка отопительных систем.

Рис. 4.4. График количественного регулирования

отопительной нагрузки

при

=150 °С;

= 25 °С; t

= 18 °С

При

качественно-количественном регулировании осуществляется

изменение расхода и температуры сетевой воды в зависимости от вели-

чины отопительной нагрузки. Исследованиями показано, что для устра-

нения переменного влияния давления, вызывающего разрегулировку

систем отопления, изменение расхода воды должно происходить по за-

висимости

)(

== . Для двухтрубных систем отопления

m = 0,33, для однотрубных m = 0,2÷0,25.

Температура воды в подающем и обратном трубопроводах опреде-

ляется из общего уравнения регулирования (4.4) с учетом изменения

расхода воды по зависимости (4.7):

0,8

0,6

0,4

0,2

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

8,0

0в1

)

5,0

δτ

(

Δτ

−++=

, °C,

(4.38)

8,0

0в0,2

5,0

Δτ

−+=

, °C.

(4.39)

Плавное изменение расхода воды практически осуществить слож-

но, поэтому оно заменяется ступенчатым регулированием (рис. 4.5).

В результате отопительный сезон делится на несколько диапазонов,

в каждом из которых поддерживается постоянный расход воды. В хо-

лодный период система теплоснабжения работает с расчетным расхо-

дом воды. При повышении температуры наружного воздуха расход во-

ды снижается. Переменный расход обесп

ечивается работой нескольких

насосов с различной производительностью.

Рис. 4.5. График качественно-количественного регулирования отопительной

нагрузки:

1 – отопительный график; 2 – качественно-количественное регулирова-

ние при плавном изменении расхода воды; 3 – качественно-количественное регули-

рование при ступенчатом изменении расхода воды

0,8

0,6

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1,0

100

150

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

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

Ступенчатое изменение расхода сетевой воды приводит к ступен-

чатому изменению температуры (см. рис. 4.5). При уменьшении расхода

воды температура в подающем трубопроводе должна быть выше,

а в обратной линии несколько ниже, чем при отопительном графике.

Применение качественно-количественного регулирования снижает рас-

ход электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Следует отметить, что центральное регулирование даже при одн

о-

родной отопительной нагрузке не может обеспечить во всех помещени-

ях расчетной температуры воздуха. Это объясняется тем, что при расче-

те графиков регулирования не учитывается влияние ветра, солнечной

радиации, а также различие расчетных температур воздуха в помещени-

ях разного назначения. Поэтому в разветвленных тепловых сетях цен-

тральное регулирование дополняется местным и индивидуальным ре

гу-

лированием, учитывающим особенности теплопотребления отдельных

абонентов.

4.5. Центральное регулирование закрытых систем

по отопительной нагрузке

Современные системы теплоснабжения характеризуются наличием

разнородных потребителей, отличающихся как видом теплопотребления,

так и параметрами теплоносителя. Наряду с отопительными установками

значительное количество тепла расходуется и на горячее водоснабжение,

возрастает вентиляционная нагрузка. При одновременной подаче тепла по

двухтрубным тепловым сетям для разнородных потребителей центральное

регулирование, выполняемое по преобладающей нагрузке, должно быть

дополнено групповым и местным ре

гулированием.

При этом температура сетевой воды в подающем трубопроводе за-

крытых систем не должна быть ниже 70 °С, т. к. при более низких тем-

пературах нагрев водопроводной воды в теплообменнике до 60÷65 °С

будет невозможен. В результате такого ограничения график температур

имеет вид ломаной линии с точкой излома при минимально допустимой

темп

ературе воды (см. рис. 4.6).

Температура наружного воздуха, соответствующая точке «излома»

или «срезки» графика, обозначается

'''

. При температурах наружного

воздуха выше

'''

центральное регулирование сезонной нагрузки во из-

бежание перегрева помещений дополняется местным регулированием.

В зависимости от соотношения нагрузок горячего водоснабжения

и отопления центральное регулирование разнородной нагрузки произ-

водится по отопительной нагрузке или по совместной нагрузке отопле-

ния и горячего водоснабжения.

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. 4.6. График температур, расходов тепла и сетевой воды при комбиниро-

ванном регулировании отопительной нагрузки:

МР – местное регулирование;

ЦКР – центральное качественное регулирование

Центральное качественное регулирование по отопительной нагруз-

ке принимается в системах теплоснабжения со среднечасовой нагрузкой

горячего водоснабжения, не превышающей 15 % от расчетного расхода

тепла на отопление. Температура воды в подающем трубопроводе опре-

деляется по формуле (4.27). Точка излома температурного графика де-

лит отопительный период на два диапазона (рис. 4.6): I – в интервале

наружных температур

= 8 °С÷

'''

; II – в интервале температур

'''

Граница между диапазонами находится в точке пересечения кривой

150

100

+18 +8

ро

мин

8 0

т/ч

МР ЦКР