Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

111

лее выполняется расчёт поверхностей нагрева и количества секций для

обеих ступеней подогревателя по аналогии с отопительными подогрева-

телями. Рекомендуется выбирать подогреватели в каждой секции одно-

го типоразмера.

5.2.4. Тепловой пункт с двухступенчатым последовательным

подключением подогревателей

Особенностью этой схемы подключения является то, что сетевая

вода последовательно проходит сначала подогреватель горячего водо-

снабжения II-й ступени, затем систему отопления, после – подогрева-

тель I-й ступени. Расход воды поддерживается постоянным и равным

расчётному на отопление. Для того чтобы покрыть затраты теплоты на

горячее водоснабжение, температуру сетевой воды на входе в тепловой

пункт обеспечив

ают несколько выше, чем требуется по отопительному

графику регулирования.

В часы максимального водоразбора снижается температура воды,

поступающей в систему отопления, что приводит к уменьшению отдачи

тепла. Это компенсируется в часы минимального водоразбора, когда

температура поступающей в систему отопления воды несколько выше

нормы. При этом строительные конструкции здания используются в ка-

чест

ве теплового аккумулятора. Суточный баланс тепла на отопление

обеспечивается при расчёте по балансовой нагрузке горячего водоснаб-

жения, несколько превышающей среднечасовой расход:

ср

гв

= , Вт,

(5.22)

где

β – балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность су-

точного графика ГВС, обычно принимаемый равным 1,2.

При последовательной двухступенчатой схеме определение темпе-

ратурных напоров затрудняется тем, что неизвестна температура сете-

вой воды после системы отопления в период максимального горячего

водоразбора. Для определения этой температуры принята методика,

разработанная Мосэнерго. Согласно этой методике порядок расчёта по-

догревателя производится в та

кой последовательности.

Определяется расход сетевой воды при балансовой нагрузке горя-

чего водоснабжения и нормальном отопительном графике регулирова-

ния в точке излома:

()

(

)

()()

τττ

3600

ττ

3600

хг

'''

пиг

гв

об

−−

−

=+=

tс

GGG

, кг/ч,

(5.23)

где t

пи

– температура водопроводной воды после I-й ступени, которая

определяется так же, как при смешанной схеме подключения.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

112

Расчётные расходы водопроводной воды при балансовой и макси-

мальной нагрузках

()

ttс

хг

гв

вв

3600

−

, кг/ч;

(5.24)

()

ttс

хг

max

гв

max

вв

3600

−

, кг/ч.

(5.25)

Температура сетевой воды после I-й ступени подогревателя при ба-

лансовой нагрузке

Gс

'''

о2,

'''

б,2

3600

ττ

−= , °С,

(5.26)

где

– теплопроизводительность I-й ступени при балансовой нагруз-

ке, определяемая по формуле

(

)

()

хг

хпи

гв

−

, Вт.

(5.27)

Среднелогарифмическая разность температур в подогревателе I-й

ступени

(

)

(

)

()

пи

'''

о2,

'''

б,2

пи

'''

о2,х

'''

б,2

ττ

−

−−−

, °С.

(5.28)

Безразмерный параметр Ф I-й ступени

GGct

ввб

3600

= .

(5.29)

Безразмерная удельная тепловая производительность I-й ступени

подогревателя при максимальной тепловой нагрузке горячего водо-

снабжения

max

min

max

min

35,065,0

= ,

(5.30)

где G

min

и G

mах

– меньший и больший расходы теплоносителей ступени

при максимальной нагрузке ГВС.

Безразмерная характеристика отопительной системы при

'''

()

5,0

'''

о2,

'''

о1,

впи

≤

−

(5.31)

где t

– температура воздуха в помещении, °С;

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

113

– отношение суммарного расхода воды к расчетному расходу

воды на отопление при максимальном часовом расходе тепла на горячее

водоснабжение;

max

;

(5.32)

пи

– средняя температура нагревательных приборов в точке излома

температурного графика, равная

(

)

ττ

5,0

'''

пи

+=τ , °С,

(5.33)

где

3,и

– температура воды на входе в систему отопления;

– коэффициент смешения элеватора или насосно-смесительной

установки, равный

−

(5.34)

где

ττ

15,1

2р3р

3р1р

−

;

(5.35)

ро

(4.36)

Суммарный перепад температур сетевой воды в I-й и II-й ступенях

подогревателя при максимальной нагрузке ГВС

max

гв

max

1,1

3600

⋅

δτ

, °C.

(5.37)

Температура сетевой воды после отопительной системы при мак-

симальном водоразборе

()

max

min

вo

max

min

max

г1и

max

ε1

εττ

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−δ−

+−

, °C.

(5.38)

Тепловые производительности I-й и II-й ступеней:

xг

max

гвI

−

, Вт;

(5.39)

QQQ

max

гвII

−= , Вт.

(5.40)

Температуры сетевой воды перед элеватором (

max

) и после I-й сту-

пени подогревателя (

max

'''

max

1,1

3600

⋅⋅

−=

, °C;

(5.41)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

114

max

вв

max

3600

ττ

⋅

−=

, °C.

(5.42)

Температура водопроводной воды после I-й ступени подогревателя

при максимальном водоразборе

max

вв

max

3600

ττ

⋅

, °C. (5.43)

После определения температур теплоносителей в I-й и II-й ступе-

нях при максимальном водоразборе находятся среднелогарифмические

температурные напоры. Далее обычным порядком определяются по-

верхности нагрева и выбираются типоразмеры подогревателей.

Как видно, методика расчёта подогревателей ГВС довольно сложна

и требует больших затрат времени. Задача ещё более усложняется тем,

что расчётным режимом является режим при темп

ературе наружного

воздуха в точке излома температурного графика, которая, в свою оче-

редь, определяется графически после построения всего температурного

графика регулирования.

На печать выводятся конструктивные характеристики секционных

водоводяных подогревателей с длиной секции 4 м (по ОСТ 34-588-68*)

для каждой ступени подогревателя (табл. 5.2), которые определяются

с учетом площади межтрубного пространства подогревателя.

Таблица 5.2

Обозначение подогревателя по ОСТ 34-588-68*

№ Характеристики

02 04 06 08 10 12

1 Диаметр корпуса D

, мм 57/50 76/69 89/82 114/106 158/156 219/207

2 F

нагрева одной секции, м

0,75 1,31 2,24 3,54 6,9 12,0

3 Число трубок в одной секции 4 7 12 19 37 64

4 F

тр

живого сечения трубок, м

0,00062 0,00108 0,00185 0,00293 0,0057 0,00985

5 F

м/тр простр-ва, м

0,00116 0,00233 0,00287 0,005 0,0122 0,02079

6 Диаметр трубок d

, мм 16/14 16/14 16/14 16/14 16/14 16/14

7 Масса одной секции 45,2 61,6 80,4 114 207 322

Продолжение табл. 5.2

Обозначение подогревателя

по ОСТ 34-588-68*

№ Характеристики

14 16 18 20 22

1 Диаметр корпуса D

, мм 273/259 325/309 377/359 426/408 530/514

2 F

нагрева одной секции, м

20,3 28 40,1 52,5 83,4

3 Число трубок в одной секции 109 151 212 283 450

4 F

тр

живого сечения трубок, м

0,0168 0,0233 0,0333 0,0436 0,0693

5 F

ж. с. м/тр пространства, м

0,03077 0,04464 0,05781 0,07191 0,11544

6 Диаметр трубок d

, мм 16/14 16/14 16/14 16/14 16/14

7 Масса одной секции 487 663 901 1138 1561

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

115

Основные данные о секционных водоводяных подогревателях для

ГВС (ОСТ 34-588–68)приведены в Прил. 6 (табл. П.6.6).

5.3. Примеры расчета

водоводяных секционных подогревателей ГВС на ЭВМ

5.3.1. Общие сведения о программе

Программа расчета состоит из головной программы, в которой

в диалоговом режиме производится выбор схемы включения теплооб-

менников ГВС и расчетного модуля, в котором содержатся процедуры

считывания исходной информации из входных файлов, расчет теплооб-

менников для соответствующих схем включения, вывод результатов

в выходной файл.

После формирования файлов с исходными данными (инструкция

по форми

рованию данных для различных схем подключения теплооб-

менников приводится в разд. 5.3.2.–5.3.4) и записи файла на магнитный

носитель запускается на выполнение головная программа. В процедурах

считывания исходных данных (для конкретной схемы подключения по-

догревателя ГВС) устанавливается маршрут доступа к входному и вы-

ходному файлу и производится считывание данных в указанной после-

довательности. В диалоговом режиме на экран выводится перечень схем

подключений теплообменников ГВС (параллельная, двухступенчатая

последовательн

ая, двухступенчатая смешанная). С клавиатуры вводится

значение ключа соответствующему порядковому номеру схемы. Нажи-

мается клавиша «Enter». После этого программа по приведенному выше

алгоритму, в соответствии с исходными данными, определяет площадь

межтрубного пространства F

тр

в секции подогревателя. В диалоговом

режиме на экране компьютера высвечивается расчетное значение пло-

щади межтрубного пространства F

тр

и таблица для выбора конструк-

тивных характеристик теплообменника с перечнем типов подогревате-

лей (2, 4, 6, …, 22) и соответствующих им стандартных значений пло-

щадей межтрубного пространства (0,00116; 0,00233; 0,00287; …,

0,11544). Выбирается ближайшее к расчетному значению большее стан-

дартное значение F

тр

. С клавиатуры вводится значение типа подогрева-

теля и нажимается клавиша «Enter». Результаты расчета и выбранных

конструктивных характеристик теплообменника записываются в вы-

ходной файл. Примеры подготовки исходных данных и результаты рас-

чета подогревателей ГВС для различных схем включения приводятся

в разд. 5.3.2 – 5.3.4.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

116

5.3.2. Расчет подогревателей, включенных

по параллельной схеме

В табл. 5.3 приводится порядок формирования данных для расчета

подогревателя ГВС, включенного по параллельной схеме.

Таблица 5.3

Исходные данные для схемы

с параллельным подключением подогревателя ГВС

Значение Размерность Наименование величины

1 2 3

1-я строка

300 кВт Q

max

– максимальная нагрузка ГВС

150

°С

расчетная температура с. в. в подающей линии

°С

расчетная температура с. в. в обратной линии

2,5

°С

температура наружного воздуха в точке излома

4,2

кДж/(кг·

°С)

удельная изобарная теплоемкость воды

2-я строка

°С

температура в подающем трубопроводе в точке излома

графика

41,7

°С

температура в обратном трубопроводе в точке излома графика

50,5

°С

температура в системе отопления в точке излома графика

°С

температура холодной воды (для зимнего периода)

°С

температура горячей воды на выходе из теплообменника

°С

температура воздуха в помещении

°С

температура сетевой воды на выходе из теплообменника

988,1 кг/м

плотность воды при средней температуре греющей среды

995,7 кг/м

плотность воды при средней температуре нагреваемой среды

1 м/c скорость воды в межтрубном пространстве

в 1-м приближении

3-я строка

0,014 м внутренний диаметр трубок

0,017 м наружный диаметр трубок

0,0015 м толщина стенок трубок

120

Вт/(м·

°С)

коэффициент теплопроводности стенок трубок

0,8 – коэффициент, учитывающий накипь на трубках

Пример файла с исходными данными

300 150 70 2.5 4.2

70 41.7 50.5 5 60 18 30 988.1 995.7 1

0.014 0.017 0.0015 120 0.8

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

117

Результаты расчета теплообменника ГВС

(параллельная схема включения)

Таблица 5.4

Технические характеристики теплообменника по ОСТ 34-588–68

Наименование Значение Размерность

Внутренний диаметр корпуса 0,069 м

Площадь поверхности нагрева одной секции 1,310 м

Число трубок в секции 7 шт.

Площадь живого сечения трубок 0,00108 м

Площадь живого сечения межтрубного пространства 0,00233 м

Внутренний диаметр трубок 14 мм

Масса одной секции 43 кг

Количество секций 7 шт.

Трубки латунные диаметром (внутренний/наружный) 14/16 мм.

Нормальная длина секции – 4080 мм.

5.3.3. Расчет подогревателей, включенных по двухступенчатой

смешанной схеме

В табл. 5.5 приводится порядок формирования данных для расчета

подогревателя ГВС, включенного по двухступенчатой

смешанной схеме.

Таблица 5.5

Исходные данные для двухступенчатой смешанной схемы

Значе-

ние

Размер-

ность

Наименование величин

1 2 3

1-я строка

400 кВт Q

max

– максимальная нагрузка ГВС

500 кВт Q

– расчетная нагрузка на отопление

150

°С

расчетная температура сетевой воды в подающей линии

°С

расчетная температура сетевой воды в обратной линии

2.5

°С

температура наружного воздуха в точке излома

4.2

кДж/кг

°С

удельная изобарная теплоемкость воды

°С

недогрев водопроводной воды в I-й ступени

2-я строка

°С

температура сетевой воды в подающей линии в точке излома

41.7

°С

то же в обратной линии в точке излома

50.5

°С

температура сетевой воды в системе отопления в точке излома

°С

температура холодной водопроводной воды

°С

температура горячей водопроводной воды

°С

температура воздуха в помещении

°С

температура сетевой воды на выходе из теплообменника ГВС

995 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре греющей среды

в I-й ступени

998 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре нагреваемой

среды в I-й ступени

1 м/c скорость воды в межтрубном пространстве в первом приближении

985 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре греющей среды

во II-й ступени

988 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре нагреваемой

среды во II-й ступени

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

118

Окончание табл. 5.5

1 2 3

3-я строка

0.014 м внутренний диаметр трубок

0.017 м наружный диаметр трубок

0.0015 м толщина стенок трубок

120

Вт/м

°С

коэффициент теплопроводности стенок трубок

0.8 – Коэффициент, учитывающий накипь на трубках

Файл с исходными данными:

400 500 150 70 2.5 4.2 5

70 41.7 50.5 5 60 18 30 995 998 1 985 988

0.014 0.017 0.0015 120 0.8

Результаты расчета теплообменника ГВС

(двухступенчатая смешанная схема включения)

Температура

воды в подающей магистрали в точке излома – 70 °С.

Температура

воды в обратной магистрали в точке излома – 41,7 °С.

Температура воды перед элеватором при mах нагрузке ГВС – 50,5

°С.

Таблица 5.6

Технические характеристики теплообменника по ОСТ 34-588–68

Наименование Значение Размерность

1 2 3

I-я ступень подогревателя

Внутренний диаметр корпуса 0.802 м

Площадь поверхности нагрева одной секции 2.420 м

Число трубок в секции 12 шт.

Площадь живого сечения трубок 0.00185 м

Площадь живого сечения межтрубного пространства 0.00287 м

Внутренний диаметр трубок 14 мм

Масса одной секции 55.2 кг

Количество секций 5 шт.

II-я ступень подогревателя

Внутренний диаметр корпуса 0.802 м

Площадь поверхности нагрева одной секции 2.420 м

Число трубок в секции 12 шт.

Площадь живого сечения трубок 0.00185 м

Площадь живого сечения межтрубного пространства 0.00287 м

Внутренний диаметр трубок 14 мм

Масса одной секции 55.2 кг

Количество секций 6 шт.

Трубки латунные диаметром (внутренний/наружный) 14/16 мм.

Нормальная длина секции – 4080 мм.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

119

5.3.4. Расчет подогревателей, включенных по двухступенчатой

последовательной схеме

В табл. 5.7 приводится порядок формирования данных для расчета

подогревателя ГВС, включенного по двухступенчатой

последователь-

ной схеме.

Таблица 5.7

Исходные данные для двухступенчатой последовательной схемы

Зна-

чение

Размер-

ность

Наименование величин

1 2 3

1-я строка

300 кВт Q

max

– максимальная нагрузка ГВС

500 кВт Q

– расчетная нагрузка на отопление

150

°С

расчетная температура сетевой воды в подающей линии

°С

расчетная температура сетевой воды в обратной линии

°С

температура теплоносителя на входе в систему отопления

2.5

°С

температура наружного воздуха в точке излома

4.2

кДж/кг

°С

удельная изобарная теплоемкость воды

°С

недогрев водопроводной воды в I-й ступени

1.2 коэффициент недельной неравномерности

2 коэффициент суточной неравномерности

2-я строка

°С

температура сетевой воды в подающей линии в точке излома

41.7

°С

температура сетевой воды в обратной линии в точке излома

50.5

°С

температура сетевой воды в системе отопления в точке излома

°С

температура холодной водопроводной воды

°С

температура горячей воды

°С

температура воздуха в помещении

°С

температура сетевой воды на выходе из теплообменника ГВС

995 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре греющей среды

I-й ступени

998 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре нагреваемой

среды I-й ступени

1 м/c скорость воды в межтрубном пространстве в первом приближении

985 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре греющей среды

во II-й ступени

988 кг/м

плотность сетевой воды при средней температуре нагреваемой

среды во II-й ступени

3-я строка

0.014 м внутренний диаметр трубок

0.017 м наружный диаметр трубок

0.0015 м толщина стенок трубок

120

Вт/м

°С

коэффициент теплопроводности стенок трубок

0.8 – коэффициент, учитывающий накипь на трубках.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

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

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. –172 с.

120

Файл с исходными данными

300 500 150 70 95 2.5 4.2 5 1.2 2

70 41.7 50.5 5 60 18 30 995 998 1 985 988

0.014 0.017 0.0015 120 0.8

Результаты расчета теплообменника ГВС

(двухступенчатая последовательная схема включения)

Температура

воды в подающей магистрали в точке излома – 70

С.

Температура

воды в обратной магистрали в точке излома

при max нагрузке горячего водоснабжения – 24,5

°С.

Температура воды перед элеватором при max нагрузке ГВС – 53,5

°С.

Таблица 5.8

Технические характеристики теплообменника по ОСТ 34-588–68

Наименование Значение Размерность

I-я ступень подогревателя

Внутренний диаметр корпуса 0.069 м

Площадь поверхности нагрева одной секции 1.310 м

Число трубок в секции 7 шт.

Площадь живого сечения трубок 0.00108 м

Площадь живого сечения межтрубного пространства 0.00233 м

Внутренний диаметр трубок 14 мм

Масса одной секции 43 кг

Количество секций 4 шт.

II-я ступень подогревателя

Внутренний диаметр корпуса 0.069 м

Площадь поверхности нагрева одной секции 1.310 м

Число трубок в секции 7 шт.

Площадь живого сечения трубок 0.00108 м

Площадь живого сечения межтрубного пространства 0.00233 м

Внутренний диаметр трубок 14 мм

Масса одной секции 43 кг

Количество секций 3 шт.

Трубки латунные диаметром (внутренний/наружный) 14/16 мм.

Нормальная длина секции – 4080 мм.

Результаты расчета теплообменника применяются при проектиро-

вании центральных и индивидуальных тепловых пунктов. На рис. 5.1,

5.2 показаны общие виды секционных водоводяных подогревателей для

горячего водоснабжения и отопления.