Регулирование отпуска тепла

    Введение

    Каждая  система теплоснабжения состоит  из следующих основных элементов: источника  тепловой энергии, тепловой сети, абонентских  вводов и местных систем потребителей тепла.  Системы теплоснабжения с  различными устройствами и назначениями элементов классифицируют по признакам: источнику приготовления тепла; роду теплоносителя; способу подачи воды на горячее водоснабжение; количеству трубопроводов тепловых сетей; способу  обеспечения потребителей тепловой энергией и др. 

    По  источнику приготовления тепла  различают три вида систем теплоснабжения:

    1) высокоорганизованное централизованное  теплоснабжение на базе комбинированной  выработки тепла и электроэнергии  на ТЭЦ - теплофикация;

    2) централизованное теплоснабжение  от районных отопительных и  промышленно-отопительных котельных; 

    3) децентрализованное  теплоснабжение  от мелких котельных,  индивидуальных  отопительных печей и т. п. 

    По  роду теплоносителя различают водяные  и паровые системы теплоснабжения.

    Водяные системы применяют в основном для теплоснабжения сезонных потребителей и горячего водоснабжения, а в  некоторых случаях и для технологических  процессов. 

    Паровые системы теплоснабжения распространены главным образом на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная  тепловая нагрузка. 

    По  способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые  и многоступенчатые системы теплоснабжения. 

    В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители тепла присоединяют непосредственно к тепловым сетям. Узлы присоединения потребителей тепла  к тепловым сетям называют абонентскими вводами. 

    На  абонентском вводе каждого здания устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру, контрольно-измерительные приборы  для регулирования параметров и  расходов теплоносителя по местным  отопительным и водоразборным приборам.  Поэтому часто абонентский ввод называют местным тепловым пунктом  (МТП).  Если абонентский ввод сооружается  для отдельной,  например технологической  установки,  то его называют индивидуальным  тепловым пунктом (ИТП). 

    Непосредственное  присоединение отопительных приборов ограничивает пределы допустимого  давления в тепловых сетях,  так  как высокое давление,  необходимое  для транспорта теплоносителя к  конечным потребителям, опасно для  радиаторов отопления. В силу этого  одноступенчатые системы применяют  для теплоснабжения ограниченного  числа потребителей от котельных  с небольшой длиной тепловых сетей.

    В многоступенчатых системах между источником тепла и потребителями размещают  центральные тепловые пункты  (ЦТП)  или контрольно-распределительные  пункты (КРП), в которых параметры  теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей. ЦТП и КРП оборудуются насосными  и водонагревательными установками,     регулирующей и предохранительной  арматурой,     контрольно-измерительными приборами,  предназначенными для  обеспечения группы потребителей теплом необходимых параметров.       
 
 
 
 
 
 
 

    Определение расходов тепла

    Основой проектирования тепловых сетей являются тепловые нагрузки, взаимное расположение источников тепла и потребителей, возможные направления прокладки  тепловых сетей и другие факторы. От достоверности определения расходов тепла на отопление, вентиляцию, горячее  водоснабжение и технологию зависит  качество проекта. Тепловые сети проектируют  на транспортирование максимальных (расчетных) расходов тепла. При необходимости  расход тепла можно изменить за счет средств регулирования.

    Тепловые  нагрузки разнородны по характеру, поэтому  расчетные расходы тепла определяют отдельно для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии. Выбор методики определения расчетных  расходов тепла зависит от исходных данных.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.1.Расход  тепла на отопление

          Расчетные (максимальные) потери тепла отдельными промышленными  зданиями:

          Q =(1+μ)(t -t )q ·V·α·10                                         (1)

    На бытовые помещения:  

          Q =(1+μ)(t -t )q ·V·α·10

          _{=(1+1,515)(18+37)·0,39·20·1·10³=1,08}  кДж /с (кВт)       

где:   

    μ- коэффициент инфильтрации;

    t -усреднения температура внутреннего воздуха отдальных помещений здания, °С;

    t -расчетная температура наружного воздуха для расчета отопления, принимается в зависимости от климатического района, °С;

    q - удельная отопительная характеристика здания, зависящая от строительного объема здания и его назначения, Дж/(см³, °С);

   V-строительный  объем отдельного здания по  наружному объему, м³;

    α-коэффициент, учитывающий внутренние  тепловыделения, для чугунолитейных, сталелитейных  и меднолитейных цехов α=0,25÷0.5; для термических и кузнечных  цехов α=0,5÷0.7; для остальных цехов α=1.  Коэффициент инфильтрации определяется по выражению:

                μ=b                                                           (2)

    На  бытовые помещения:

    μ=b                                                                          

где: 

    b-постоянная  инфильтрации, для промышленных  зданий b=0,035÷0,04с/м;

    g - ускорение свободного подения,  м/с²;

    L - свободная высота здания , для  общественных и административных  зданий принимается равной высоте  этажа.Для промышленных зданий 5÷30м.

    W - средняя скорость ветра наиболее холодного месяца,м/с.

    На  чугунный цех:

          Q =(1+μ)(t -t )q ·V·α·10 _{=(1+1,75)(12+37)·0,29·150·0,25·10^-3=1,47}  кДж /с (кВт) 

           μ=b                                                                                                       

    На  механический цех:

       Q =(1+μ)(t -t )q ·V·α·10 _{=(1+1,58)(16+37)·0,47·200·1·10^-3=}

       _=12,854  кДж /с (кВт) 

       μ=b                                                                  
 
 
 
 
 
 

    1.2.Расход  тепла на вентиляцию

          Расход тепла на вентиляцию принимается по проектам местных систем вентиляции или по типовым проектам зданий.При отсутствии таких проектов расход тепла на вентиляцию определяется по укрупненным показателям.

          Для промышленных зданий расчетный (максимальный) расход тепла  на вентиляцию определяется по формуле:

             Q =(t -t )q ·V·10                                               (3)

    На  бытовые помещения:

          Q =(t -t )q ·V·10 _{=(18+23)0,14·20·1·10^-3=0,1148}кДж/с  (кВт)                                

где: 

    t -расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, °С;

    q -удельная вентиляционная характеристика здания, зависящая от строительного объеме здания и его назначения, Дж/(см³, °С);

    На  чугунный цех:

          Q =(t -t )q ·V·10 _{=(12+23)0,95·150·1·10^-3=4,9875}кДж/с  (кВт)

    На  механический цех:

          Q =(t -t )q ·V·10 _{=(16+23)0,17·200·1·10^-3=1,326} кДж/с (кВт) 
 
 
 
 
 
 
 

    1.3.Расчетная  тепла на горячее  водоснабжение

          Средненедельный расход тепла на горячее водоснабжение  производственных цехов имеющих  душевые определяется по формуле:

                Q =(55-t )с·р·а, кДж /с (кВт)    (4)

     На  бытовые помещения:

           Q =(55-t )с·р·а= (55-5)4,346·20·1= 4346кДж/с

где: 

    с-теплоемкость  воды,кДж/(кг  ºС);

    р-количество душевых сеток в цехе;

    а-норма  расхода горячей воды на 1 душевую  сетку, кг/(с·душ.сетка);

    t -температура холодной водопроводной воды, ºС.

    при  отсутствии данных о температуре  холодной водопроводной воды ее принимают  в отопительный период равной t =5ºС  и летнии период t =15ºС.

          Количество душевых  сеток следует принимать по количеству работающих в одной из смен, которое  можно определить по приближенным формулам.

           m΄=(0,001÷0,005)·V, чел.     (5)

    На  бытовые помещения:

           m΄=(0,001÷0,005)·V=0,46·20=9 чел=1сет.

где:

    V-строительный  объем отдельного цеха или здания, м³.

    Нагрузку  на одну душевую сетку рекомендуется  принимать:

    а) для производственных процессов, осуществляемых в помещениях, в которых избытки  явного тепла незначительны и  отсутствуют значительные выделения влаги, пыли, особо загрязняющих веществ – от 6 до 15 чел.;

    б) для производственных процессов, осуществляемых при неблагоприятных метерологических условиях, при значительном выделении  влаги, пыли, особо загрязняющих веществ  – от 3 до 6 чел.

    На  чугунный цех:

    Q =(55-t )с·р·а=(55-5)4,346·70·0,25=3802,75 кДж /с

    m΄=(0,001÷0,005)·V=0,46·150=70 чел =7сет

    На  механический цех:

    Q =(55-t )с·р·а=(55-5)4,346·92·1=19991,6 кДж/с

    m΄=(0,001÷0,005)·V=0,46·200=92чел=9сет. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.4.Построение  годового графика  тепловой нагрузки

          Расчет теплопотребления выполняется для жилого района в  целом, для промышленного предприятия  –по цехам.Все результаты расчетов  теплопотребления отдельными абонентами сводится в таблицу 1.

    Суммарный расход тепла будет равен:

          Q =Q + Q + Q + Q , кДж/с (кВт).      (6)

    Для расчета суммарного расхода тепла  нужно расчитать расход на отопление, венлиляцию и расход на технологические  нужды. Расход на отопление определяем по формуле:

                                                                     ₍₇₎

    _{На  вентиляцию по формуле:}

                                                                   ₍₈₎

    _{На  технологические  нужды:}

                                                                            ₍₉₎

    _где

    На  бытовые помещения:

    _{На  чугунный цех:}

    _{На механический цех:}

          По формуле (7) определяется расчетный (максимальный) расход тепла при температуре t . С изменением температуры наружного воздуха будет изменняться расход тепла абонентами.Минимальный расход тепла будет при температуре конца отопительного периода         t =+8 ºС.

          Минимальный расход тепла на отопление и вентиляцию при температуре t определяется пересчетом:

                Q =Q ,кДж/с (кВт)     (10)

                Q =Q ,кДж/с (кВт)     (11)

    На  бытовые помещения:

           Q =Q    _кДж/с

           Q =Q _кДж/с

    _{На  чугунный цех:}

           Q =Q    _кДж/с

           Q =Q _кДж/с

    На  механический цех:

           Q =Q    _кДж/с

           Q =Q _кДж/с

          Используя расчетные (максимальный)и минимальные значения тепловой нагрузки строится суммарный  часовой график расходов тепло на отопление, вентиляцию и горячее  водоснабжение жилого поселка и  промышленного предприятия в зависимости от температуры наружного воздуха (левая часть графика на рис.1.)

    Годовой график тепла 
 
 
 
 
 
 
 

          На основе полученного  суммарного часового графика расхода  тепла Q =f(t)  в правой части строится годовой график по продолжительности тепловой нагрузки.Для этого по оси абсцисс откладывается число стояния наружных температур за время отопительного периода, с левой стороны графика переносятся значения тепловой нагрузки при данных температурах.Получается ступенчатый график, который сглаживается по средним точкам.

          Подсчет годового расхода  тепла производится суммированием  площадей треугольников, заключенных  внутри части графика, с учетом избранного масштаба. 
 
 
 
 
 
 

    2.Схема  тепловой сети

          Для выполнения гидравлического  расчета необходимо знать расстояние между источниками тепла и  абонентами, которые определяются по генплану района теплоснабжения.Генплан  разрабатывается самостоятельно, при  этом следует учитывать особенности  местности  заданного района теплоснабжения. Генплан района теплоснабжения приведен на рис.2. На генплане изображается роза ветров для зимнего и летнего месяца. Размещение источника и потребителей тепла должно учитывать господствующее направление ветров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    При выборе плана и профиля теплотрассы  необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. Надземная прокладка, как наиболее дешевая, рекомендуется для промышленных объектов и незастроенных районов, а также для заболоченных и сильно пересеченных местностей. Она осуществляется на эстакадах или отдельных стройках.
2. Подземная прокладка применяется для городских районов и районов, подлежащих застройке. Поздемная прокладка в проходных и непроходных каналах усложняет условия дренирования сетей и каналов, удорожает сооружение сетей.
3. Пересечение теплотрассой различных инженерных сооружений требует специальных приспособлений и средств защиты, поэтому пересечения должны быть (по возможности) под прямым углом с выдержкой необходимых зазоров между сооружениями и трубопроводами.

    По  плану трассы составляется профиль  местности и на нем выбирается способ прокладки трубопроводов, т.е. профиль трассы. Необходимые размеры каналов, траверс, эстакад и стоек заносятся в графу «тип канала или эстакады» после расчета диаметров труб. С помощью плана и профиля трассы легко подсчитываются количество поворотов и подъемов на участках.

          Составляется скелетная  схема трубопровода (теплотрассы), на которой намечаются узлы отводов. Разработка схемы завершается после  окончания гидравлического расчета. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3.Определение  расходов сетевой  воды

                Расчетный часовой  расход воды для определения диаметров  труб в водяных тепловых сетях  прицентральном качественном регулировании  отпуска тепла должен определяться отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим  суммированием. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           G = ,кг/с              (12)

    Расчетный часовой расход воды на вентиляцию:  

                G = ,кг/с       (13)

    На  бытовой цех:

           G = кг/с

           G = кг/с

     На  чугунный цех:

           G = кг/с

           G = кг/с

     На механический цех:

           G = кг/с

           G = кг/с

где: 

    Q , Q -максимальные расходы тепла соответственно на отопление и вентиляцию предприятия и жилого района кДж/с (кВт);

          t , t - температуры воды в подающей и обратной линиях водяной тепловой  сети при температуре наружного воздуха t , ºС;

          с-теплоемкость воды, кДж/(кг  ºС);

          t , t - температуры воды в подающей и обратной линиях при температуре наружного воздуха t ,  могут приниматься равными соответственно t и t , ºС.

          Температуры воды в  подающем трубопроводе двухтрубных  водяных сетей при расчетной  температуре наружного воздуха  для  проектирования отопления принимается t =150ºС допускается при обосновании применение воды с более низкой (95ºС) или более высокой (до 200ºС) температурой.

          При одновременной  подаче тепла по двухтрубным водяным  тепловым сетям на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение должно приниматься центральное качественное регулирование отпуска тепла.При  этом температуры воды в обратном трубопроводе должно приниматься t =70ºС-для закрытых систем теплоснабжения и t =60ºС- для открытых систем теплоснабжения.

          Расчетный расход воды на горячее водоснабжение в закрытых теплоснабжения при параллельной схеме  присоединения водонагревателей потребителей: 

          G = кг/с              (14)

где: 

    t - температуры воды в подающим трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температур воды ºС;

          t - температуры воды после пареллельно включенного водонагревателя горючего водоснабжения в точке излома графика температур воды, рекомендуется принимать ºС;

    В закрытых системах теплоснабжения  суммарный расчетный расход воды в тепловой сети является суммой расходов воды на отдельные виды тепловой нагрузки, причем, поскольку вода из тепловой сети не разбирается, расходы в подающей и обратной линиях сети одинаковы.

                G =G +G + G        (15)

    На  бытовые помещения:

     _кг/с

    _{На  чугунный цех:}

     _кг/с

    _{На механический цех:}

     _кг/с

          Средняя доля местных  потерь давления на данном участке  определяется по формуле:

                α =z                   (16)

где: 

    G -расход теплоносителя на участке,  кг/с;

          z-постоянный коэффициент,  зависящий от вида теплоносителя,  для воды рекомендуется принимать  0,03÷0,05, для водяного пара-0,2÷0,4.

          На бытовой цех:

          α =z

    _{На  чугунный цех:}

          α =z

    _{На механический цех:}

          α =z

    _{По  расчетам видно, что  для всех цехов  средняя доля местных  потерь давления равна  между собой.}

          Предварительное значение удельного линейного падения  давления на участке на единицу длины  трубопровода:

                R = Па/м  (17)

где: 

    ρ-объемная плотность воды, кг/м³;

    g-ускорение  свободного падения , м/с²

    ΔΗ-потеря напора на всей длине трассы, принимается  равной потери напора в подающей линии, м;

    l - длина трубопровода на трассе, м.

          Предварительное значение диаметра трубопровода на участке:

                d= м   (18)

где: 

    A -постоянный  расчетный коэффициент для определения диаметра труборовода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4.Расчет  паровой линии

          Гидравлический  расчет паропроводов производится  по заданным в исходных данных расходу  и давлению пара с учетом изменения  состояния пара за счет падения давления при движении его по паропроводу  и падения температуры за счет потерь тепла в окружающую среду.

          Расчетным участком считается участок между двумя  ближящими  ответвлениями.При расчете  паропроводов большой протяженности  длина расчетного участка принимается  равной 300-500м, при большом перегреве  пара длину расчетного участка можно  увеличить до 1000м.

          Расчет разбивается  на две этапа: предварительный  и  проверочный.

    4.1. Предварительный  расчет

          Предварительное значение доли местных сопротивлений ά определяется по формуле  (19).

          Задаются значением  пара у потребителя t таким образом, чтобы она была существенно выше чем температура насыщенного водяного пара при давлении Р , заданном в исходных данных. Температуру насыщения водяного пара можно определить из приложения 11. Затем задаются падением температуры пара на рассматриваемом участке, рекомендуется принимать Δt =10÷20ºС на 1км длины паропровода.

                t =t +l·Δt_п=110+3·20=170°С                    (19)

          Задаются предварительным  значением падения давления пара ΔР на расчетных участках паропровода в пределах 0,05÷0,1МПа на 1 км  длины пропровода. Если расчет  выполнять для всей магистрали, то падение давления пара ΔР будет равно разности давлений на станции Р и у абонента Р .