Проектування теплової мережі ТЕС

 

Міністерство освіти і науки України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

 

 

 

 

 

Кафедра ТЕУ Т та АЕС

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота

 

По курсу: «Теплофікація та теплові мережі»

 

На тему: «Проектування теплової мережі ТЕС»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав студент

Групи ТС-81c

ТЕФ, V курс

Шелковніков А.В.

 

 

Перевірив:

Побіровський Ю.М.

 

 

 

Київ 2012

 

1. ВИХІДНІ ДАНІ

Станція теплопостачання збудована в місті Києві, тому всі температурні умови для даного регіону відомі і беруться з спеціальної літератури [1].

Теплопостачання  відбувається за рахунок опалювальних відборів турбін  ПТ-50-90/13.

Загальна схема до гідравлічного розрахунку зображена на рис.1.

Рисунок 1.1 - Схема розташування споживачів

 

Довжини ділянок:   L1 = 1500 м,   L2 = 1500 м,   L3 = 3500 м,   L4 = 2500 м.

Висоти будівель:  hБ = 15 м,  hГ = 30 м,  hВ = 15 м,  hД = 10 м.

Витрати теплоносія на ділянках:

WАБ = 100%;          WБГ = 0.3∙WАБ;

WБВ = 0.7∙WАБ;    WГД = 0.85∙WБГ.

Максимальне навантаження в гарячій воді:  Qмах = 1250 МВт.

Частка вентиляційного навантаження: γвен = 15%.

Частка навантаження гарячого водопостачання: γгвп = 20%.

Додаткові вихідні дані:

    • температурний графік ( 150 – 70 ) °С;
    • мінімальний діючий напір НДміn = 15 – 25 м вод. ст.;
    • наближені втрати тиску для побудови наближеного п’єзометра h = 3 ÷ 9 мм вод. ст./м;
    • температура в помешканні tп = 18 °С;
    • початок опалювального сезону при tн = 8 °С.

 

 

2. ПОБУДОВА РІЧНОГО ГРАФІКА ВІДПУСКУ ТЕПЛОТИ

Річний графік відпуску теплоти будується в двох квадрантах діаграми. В лівому квадранті будується теплове навантаження Q залежно від температури зовнішнього повітря tн, а у правому – залежно від тривалості цих температур.

Для побудови річного графіка відпуску теплоти необхідні кліматологічні дані району, які наведені в Додатку 3 [1].

Таблиця 2.1 – Кліматологічні дані для м. Київ

Температура зовнішнього повітря, °С

Число годин опалювального періоду з температурою зовнішнього повітря (°С), яка дорівнює або нижча за

Розрахункова для опалення tРО

Розрахункова для вентиляції

tРВ

Середня за опалювальний період

 tСЗ

-25

-20

-15

-10

-5

0

+8

-22

-10

-0,6

5

36

166

502

1128

2472

4224


 

Розрахункове навантаження вентиляції обчислюється за рівнянням:

Qрв = γвен∙Qмах                                          

Qрв=0,15·1250=187,5  МВт.

Середньотижневе навантаження під час опалювального періоду становить:

Qзгвп = γгвп∙Qмах                                          

Qзгвп=0,2·1250=250  МВт.

Середньотижневе навантаження під час неопалювального (літнього) періоду становить:

Qлгвп = 0,7∙ Qзгвп                                 

Qлгвп = 0,7∙250 =175 МВт.

  Розрахункове  навантаження опалення:

  

Отже всі необхідні дані для побудови графіка відпуску теплоти є, графік зображено на листі 1

 

3. ПОБУДОВА ТЕМПЕРАТУРНИХ ГРАФІКІВ ТЕПЛОМЕРЕЖІ

 Температурні  графіки тепломережі будуються  у вигляді залежностей температур прямої мережної води (τ1) і зворотної (τ2), після приладів опалення, підігрівачів гарячого водопостачання і вентиляції, від температури зовнішнього повітря tн. При побудові температурних графіків необхідно враховувати схему вмикання споживачів теплоти до теплових мереж. В даному проекті схема приєднання одноконтурна, незалежна з приєднанням по закритій схемі.

       ,                                                 

,             

де τ1р – розрахункова температура прямої мережної води, τ1р = 150 °С;

     τ02р – розрахункова температура зворотної мережної води, τ02р = 70 °С;

      tн – температура зовнішнього повітря;

      tро – розрахункова температура для опалення, tро = -22 (табл. 1).

3.1. Побудова опалювального графіка.

Побудову опалювального графіка почнемо з побудови графіка теплового навантаження по опаленню за формулою, МВт:

,

де QPO=812,5 МВт – максимальне теплове навантаження опалення на ТЕЦ при розрахунковій температурі опалення tРО= -22 °С

Розрахуємо теплове навантаження опалення при різних температурах зовнішнього повітря для певних характерних значень. Результати розрахунків занесені в таблицю 3.1.1 .

Рис 3.1.1 – Графік зміни теплового навантаження  опалення від температури зовнішнього повітря

Таблиця 3.1.1 – Теплове навантаження опалення.

tЗов , °С

8

6

4

0

-5

-10

-14

-18

-22

Q`

0.25

0.30

0.35

0.45

0.58

0.70

0.80

0.90

1.00


  

Розрахуємо температуру мережної води при різних температурах зовнішнього повітря через 4°С та для певних характерних значень. Результати розрахунків занесені в таблицю 3.1.2.

Температура прямої мережної води змінюється згідно температури навколишнього середовища за формулою,°С:

,

де tВН = +18 оC – температура в середині жилого приміщення, приймається за нормативними документами [4];

°С

°С

°С

t`З=95 °С – температура мережної води за змішувачем (елеватором);

t`2=70 °С – температура зворотньої мережної води

t`1=150 °С – температура прямої мережної води

    - відносна витрата тепла на опалення в долях від розрахункового, для любого значення температури зовнішнього повітря.

     Температура  зворотної мережної води обчислюється  за формулою,°С:

Рис 3.1.2 – Температурний графік для опалювального навантаження

Таблиця 3.1.2 – До розрахунку температурного графіка опалення.

tЗов °С

Q`

tВН, °С

Температура мережної води, °С

-22

1

+18

150.00

70.00

-18

0,9

138.04

66.04

-14

0,8

125.96

61.96

-10

0,7

113.74

57.74

-5

0,58

98.24

52.24

0

0,45

82.43

46.43

4

0,35

69.47

41.47

6

0,3

62.87

38.87

8

0,25

56.15

36.15


 

В зв’язку з тим, що доля гарячого водопостачання становить 20 % (за умовою), температурний графік повинен бути побудований за законом спільного навантаження по опаленню та гарячому водопостачанню. Тобто, будується за даними таблиці 3.1.2. температурний графік опалення для прямої та зворотної мережної води,  але при цьому якісне регулювання обмежується найменшою температурою в напірному(прямому) трубопроводі  мережної води для закритих систем теплопостачання не менше 70 °С. Тому на графіку є така точка, в якій відбувається злом графіка опалення, тому частина графіка (до точки злому)  матиме вигляд прямої лінії паралельної до вісі Х з значенням температури мережної води 70 °С, а інша частина (після точки злому) – матиме вигляд температурного графіка побудованого за законом зміни опалювального навантаження при якісному регулюванні (див. значення в таб. 3.1.2 при . ). Точка злому становитиме - (див рис. 3.1.2). Потім з точки злому опускаємо перпендикуляр до перетину з графіком опалення зворотної мережної води й отримаємо точку злому на графіку опалення зворотної мережної води.(див рис. 3.1.2., при , то t02=41,5 °С) 

     Скоректовану  температуру мережної води при  різних температурах зовнішнього повітря через 5°С та для певних характерних значень занесемо в таблицю 3.1.3. Скоректований температурний графік для опалювального навантаження зображено на рис 3.1.3.

Рис 3.1.3 – Скоректований температурний графік для опалювального навантаження

Таблиця 3.1.3 – Скоректовані значення температурного графіка опалення.

tЗов °С

Q`

tВН, °С

Температура мережної води, °С

-22

1

+18

150.00

70.00

-18

0,9

138.04

66.04

-14

0,8

125.96

61.96

-10

0,7

113.74

57.74

-5

0,58

98.24

52.24

0

0,45

82.43

46.43

4

0,35

70

41

6

0,3

70

41

8

0,25

70

41


Знаючи  теплове навантаження та температури прямої та зворотної води можна знайти витрату мережної води, що йде на опалення, за наступною формулою, кг/с:

, 

де - ізобарна теплоємкість води при нормальних умовах.

Якщо чисто опалювальне навантаженні при якісному регулюванні, то доля витрат мережної води на опалення постійна. При спільному регулюванні опалювального навантаженні та гвп витрата мережної води буде постійна в інтервалі температур зовнішнього повітря від до й становитиме (якісне регулювання), а при відбувається кількісне регулювання за законом описаним трохи вище.

Розрахуємо теплове навантаження опалення при різних температурах зовнішнього повітря для певних характерних значень. Результати розрахунків занесені в таблицю 3.1.4 

Таблиця 3.1.4 – Розрахунок витрат мережної води на опалення..

tЗов , °С

8

6

4

0

-5

-10

-14

-18

-22

203

244

284

366

467

569

650

731

813

,°С

70

70

70

82.4

98.2

113.7

126.0

138.0

150.0

,°С

41.0

41.0

41.0

46.4

52.2

57.7

62.0

66.0

70.0

Go, кг/с

1672

2006

2340

2424

2424

2424

2424

2424

2424


 

Графік зміни витрат мережної води від температури зовнішнього повітря показано на рис 3.1.4.

 

Рис. 3.1.4 – Графік зміни витрат мережної води від температури зовнішнього повітря

 

3.2. Побудова вентиляційного графіка

Побудову вентиляційного графіка почнемо з побудови графіка теплового навантаження по вентиляції за формулою, МВт:

     Ця формулою  справедлива лише для ділянки  з температурами від +8 °С до tРВ= -10 °С , а при tРВ < -10 °С і до tРО= -22 °С кількість тепла що йде на покриття вентиляційного навантаження постійне і складає QРВ=187,5 МВт

Розрахуємо теплове навантаження вентиляції при різних температурах зовнішнього повітря через 4°С та для певних характерних значень. Результати розрахунків занесені в таблицю 3.2.1.

Графік зміни вентиляційного навантаження від температури зовнішнього повітря показано на рис 3.2.1.

Рис 3.2.1 – Графік зміни вентиляційного навантаження від температури зовнішнього повітря.

Таблиця 3.2.1 – Вентиляційне навантаження в залежності від температури навколишнього середовища

tЗов , °С

8

6

4

0

-5

-10

-14

-18

-22

QВ, МВт

67

80

94

121

154

187.5

187.5

187.5

187.5


 

Розрахунок температурного графіка вентиляції трошки складніший від графіка опалення, бо здійснюється методом послідовних наближень.

Для побудови температурного графіка координатну вісь по якій відкладатиметься температура навколишнього повітря розбивається на три ділянки:

  • ділянка І – кількісне регулювання. Діапазон температур становить:

 +8 °С до ;

  • ділянка ІІ – кількісне регулювання. Діапазон температур становить:

  до ;

  • ділянка ІІІ – якісне регулювання. Діапазон температур становить:

  до .

 

 

Ділянка І

Для цієї ділянки характерне місцеве кількісне регулювання, тому температура зворотної мережної води з вентиляційним навантаженням для ділянки І визначається за середньою різницею температур ( DtСер.В.) у підігрівача вентиляційного повітря і константою ( ): для  зони (+8 оС … ) за такими формулами:

,  та  
.

Розрахунок на ділянці І будемо проводити за такими температурами зовнішнього повітря -  tЗов.= +8, +6, +4 °С

На ділянці І графіка температури зворотної мережної води по вентиляції є така температура зовнішнього повітря, при якій відбувається злом графіка. Тому приймається  інтервалу температур до цієї точки вважати   ПВ=const. Тобто,  при  tЗов.=  +6 °С, для інтервалу температур від +8 °С до +6 °С вважати ПВ=const.

При tЗов.=+4°С, та.

 

Таблиця 3.2.2 – До розрахунку  температурного графіку на ділянці І для вентиляційного навантаження.

tЗов,, °С

ПВ

+4

70

41

0,2085

+6

34

0,2176

36,5

0,2086

40

0,1966

+8

30

0,2129

31,2

0,2085

36

0,1919


Рис. 3.2.3 – Графік температури зворотної мережної води по вентиляції на ділянці І

Якщо так, то температура зворотної мережної води на ділянці І згідно рис. 3.2.3. становить:

 

  • при +4 °С ® ;
  • при +6 °С ® ;
  • при +8 °С ® .

Ділянка ІІ.

На ділянці ІІ відбувається центральне якісне регулювання. Температура зворотної мережної води з вентиляційним навантаженням: для  інтервалу температур  по зовнішньому повітрю - від до приймається такою самою, як для того самого проміжку  температур, тільки по навантаженню опалення. Значення температур зворотної мережної води на ділянці ІІ занесені в таблицю 3.2.3.

 

Таблиця 3.2.3 –Температура зворотної мережної води

tЗов, °С

-10

-5

0

4

tВ2 ,°С

57,7

52,2

46,4

41


 

Ділянка ІІІ.

     На ділянці  ІІІ проводиться місцеве кількісне  регулювання. Температура зворотної мережної води з вентиляційним навантаженням для ділянки ІІІ визначається за середньою різницею температур ( DtСер.В.) у підігрівача вентиляційного повітря і константою ( ): для  інтервалу температур від до за такими формулами:

,  та 
.

     Розрахунок  на ділянці ІІІ будемо проводити  за такими температурами зовнішнього повітря -  tЗов.= -10, -14, -18, -22°С

 

На ділянці ІІІ графіка температури зворотної мережної води по вентиляції є така температура зовнішнього повітря, при якій відбувається злом графіка. Тому приймається  для інтервалу температур до цієї точки вважати   ПВ=const. Тобто,  при  tЗов.=  -14 °С, для інтервалу температур від -14 °С до -22 °С вважати ПВ=const.

Таблиця 3.2.4 – До розрахунку  температурного графіку на ділянці ІІІ для вентиляційного навантаження.

tЗов,, °С

ПВ

-10

113,7

57,7

0,0265

-14

126

37

0.0258

33.5

0.0265

33

0.0267

-18

128

27

0.0257

23

0.0265

21

0.0269

-22

150

13

0.0263

11.8

0.0265

8

0.0273


 

Рис. 3.2.4 – Визначення температури зворотної мережної води по вентиляції на ділянці ІІІ

 

Якщо, так то температура зворотної мережної води на ділянці ІІІ згідно рис. 3.2.4. становить:

  • при  -14 °С ® ;
  • при  -18 °С ® ;
  • при  -22 °С ® .

Рис. 3.2.5 – Графік залежності температур прямої та зворотної води тепломережі від температури зовнішнього повітря для вентиляційного навантаження

Знаючи  теплове навантаження та температури прямої та зворотної води можна знайти витрату мережної води, що йде на вентиляцію, за наступною формулою, кг/с:

, 

де - ізобарна теплоємкість води при нормальних умовах.

Розрахуємо теплове навантаження опалення при різних температурах зовнішнього повітря для певних характерних значень. Результати розрахунків занесені в таблицю 3.2.5. 

 

 

Таблиця 3.2.5 – Розрахунок витрат мережної води на вентиляцію..

tЗов , °С

8

6

4

0

-5

-10

-13

-17

-22

67

80

94

121

154

187.5

187.5

187.5

187.5

,°С

70.0

70.0

70.0

82.4

98.2

113.7

126.0

138.0

150.0

,°С

31.2

36.5

41.5

46.4

52.2

57.7

33.5

23.0

11.8

, кг/с

412

572

784

799

799

799

484

389

324


 

Графік зміни витрат мережної води від температури зовнішнього повітря показано на рис 3.2.5

Рис 3.2.5 – Графік зміни витрат мережної води на вентиляцію від температури зовнішнього повітря

 

 

3.3. Побудова графіка навантаження гарячого водопостачання

Система гарячого водопостачання – закрита. Побудову  графіка навантаження по гарячому водопостачанню почнемо з побудови графіка теплового навантаження по гвп. Навантаження по гарячому водопостачанню на проміжку температур зовнішнього повітря від -22°С до +8°С протягом усього опалювального періоду постійна й становить QГВП=250 МВт.

Розрахунок температурного графіка гарячого водопостачання здійснюється методом послідовних наближень.

 Для побудови  температурного графіка координатну  вісь по якій відкладатиметься температура навколишнього повітря розбивається на дві ділянки :

  • ділянка І – діапазон температур становить від +8 °С до ;
  • ділянка ІІ – діапазон температур становить від  до .

 Температура  прямої мережної води для навантаження  в гарячому водопостачанню (tГВП1) приймається такою ж самою,  як і для температури прямої води при опалювальному навантаженні значення цих температур для різних зовнішніх температур представлені в таблиці 3.3.1. Результати розрахунку температури мережної води подано в. таблиці 3.3.1.

 

Ділянка І.

       Температура  зворотної мережної води з  навантаженням по гарячому водопостачанню для  інтервалу температур  по зовнішньому повітрю - від +8 °С до приймається такою самою, як для того самого проміжку  температур, тільки по навантаженню опалення, а саме для цього проміжку вона постійна та становить

 

Ділянка ІІ.

     На ділянці  ІІ проводиться місцеве якісне регулювання. Температура зворотної мережної води з  навантаженням гвп для ділянки ІІ визначається за середньою різницею температур ( D tСер.ГВП.) у підігрівача вентиляційного повітря і константою ( ): для  інтервалу температур від   до за такими формулами:

,  та 
,

де °С   та °С – більший та менший температурний напір в проти точному теплообміннику;

°С – температура холодної води на гвп для закритої схеми теплопостачання;

°С - температура гарячої води на гвп для закритої схеми теплопостачання;

Задамося значеннями температур зворотної мережної води вентиляційного навантаження, а саме  , , . Розрахунок на ділянці ІІ будемо проводити за такими температурами зовнішнього повітря -  tЗов.= +4, 0, -5, -10, -14, -18, -22 °С

На ділянці ІІ графіка температури зворотної мережної води по вентиляції є така температура зовнішнього повітря, при якій відбувається злом графіка. Тому, приймаємо  для  інтервалу температур до цієї точки ПГВП=const. Тобто,  при  tЗов.= +4  °С, для інтервалу температур від +4°С до -22 °С вважаємо ПГВП=const.

Аналогічним чином виконані розрахунки для наступних точок температур -14, -18, -22 °С. Дані розрахунків приведені в таблиці 3.3.1.

Таблиця 3.3.1 – До розрахунку  температурного графіку на ділянці ІІ для навантаження ГВП

tЗов,, °С

ПГВП

4

70

41

0,2653

0

82,4

34

0.2721

34.9

0.2653

39

0.2369

-5

98,2

34

0.2399

29.98

0.2653

29

0.2722

-10

113,7

30

0.2437

26.51

0.2653

25

0.2760

-14

126

28

0.2427

24.34

0.2653

23

0.2748

-18

138.0

26

0.2436

22.52

0.2653

21

0.2763

-22

150,0

24

0.2459

20.97

0.2653

19

0.2802


 

Рис. 3.3.3 – Визначення температури зворотної мережної води ГВП на ділянці ІІ

Якщо, так то температура зворотної мережної води на ділянці ІІ згідно рис. 3.3.3. становить:

  • при  +0С ® 34,9 ;
  • при  -5°С ® 29,98 ;
  • при  -10°С ® 26,51 ;
  • при  -14°С ® 24,34 ;
  • при  -18°С ® 22,52 ;
  • при  -22°С ® 20,97 .
Проектування теплової мережі ТЕС