Ответы на вопросы по источникам теплоснабжения. Билеты по ИТП2. 1 Классификация тепловой нагрузки теплопотребителей. Тепловые потери помещения
 Скачать 73.71 Kb.
|
|
1)Классификация тепловой нагрузки теплопотребителей. Тепловые потери помещения. Тепловая нагрузка теплопотребителей делится на два вида: сезонная и круглогодовая. К сезонной нагрузке относится отопительная и вентиляционная. Она переменна в течение отопительного сезона и зависит только от температуры наружного воздуха. Она начинается для бытовых потребителей тогда, когда 7 температура наружного воздуха становится ниже + 8°С в течение трех суток подряд и заканчивается, когда температура становится больше + 8°С в течение трех суток подряд. Для промышленных предприятий отопительный сезон начинается тогда, когда мощность внутренних тепловыделений в цехах становится меньше мощности тепловых потерь в окружающую среду цехами, и заканчивается, когда мощность внутренних тепловыделений становится больше мощности тепловых потерь при некоторой температуре наружного воздуха. К круглогодовой нагрузке относятся горячее водоснабжение, промышленное пароснабжение и кондиционирование воздуха. Перечисленные тепловые нагрузки обеспечиваются в течение всего года независимо от времени года. Тепловые потери помещения: Мощность тепловых потерь, кВт, в помещении рассчитывается так: Qо = Qт + Qи , где Qт – мощность тепловой потери через наружные ограждения теплопередачей, кВт; Qи – мощность тепловой потери, кВт, инфильтрацией (проникновение холодного воздуха в помещение через неплотности). 2) Тепловые потери теплопередачей через наружные ограждения. Ориентировочно мощность тепловой потери, кВт, теплопередачей через наружные ограждения можно определить так :  где q0 – удельная тепловая потеря здания, Вт / (м 3 ⋅К), берется из таблицы для расчетной температуры наружного воздуха  = − 30 0C . Если расчетная температура наружного воздуха  отличается = -30 , то вводится поправочный коэффициент:  V – объем помещения, м 3 , по наружному обмеру; – расчетная температура наружного воздуха, °С. Она разная для различных климатических поясов. Это средняя температура наиболее холодных пятидневок из восьми наиболее холодных зим за пятидесятилетний период. в tB – расчетная температура, °С, внутри помещений. Оптимальная (расчетная) температура внутри жилых, общественных и административно-бытовых помещений принимается 20 - 22°С (допускается принимать 18 - 22°С). Оптимальная температура в производственных помещениях зависит от категории работ: при легкой работе принимается tВ =21 - 24°С при средней тяжести от 17 до 20°С, при тяжелой работе 16 - 18°С (допускается от 13 до 19°С) [3]. При известных размерах помещения удельная тепловая потеря, Вт / (м 3 ⋅К), рассчитывается из выражения:  где Р, h – периметр (в плане) и высота помещения, м; S – площадь ( в плане), занимаемая помещением, м 2 ; d – доля остекления помещения равна отношению площади оконных проемов к площади боковых стен; Кн.с; Ко.к; Кп.т; Кп.л – коэффициенты теплопередачи через наружные стены, оконные проемы, потолок, пол, Вт / (м 2 ⋅К), соответственно. В упомянутые коэффициенты теплопередачи входят термические сопротивления ограждающих конструкций – Δ / λ (Δ – толщина, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт / (м 2 ⋅К), 9 материала ограждения. Следовательно, чем больше толщина стен и меньше коэффициент теплопроводности, тем меньше и тепловая потеря зданием в окружающую среду. Поэтому, наложение на стены зданий тепловой изоляции является эффективным способом уменьшения тепловой потери. 3) Теплопотеря инфильтрацией.  – мощность теплопотери инфильтрацией, кВт. Инфильтрация – проникновение холодного воздуха в помещение через неплотности (щели). – зависит от разности плотностей (температур) воздуха снаружи и внутри помещения, высоты помещения (или расстояния между этажами), площади щелей, динамического напора ветра. Перепад давления, Па, создаваемый разностью плотностей ρн наружного (холодного) и ρв внутреннего (теплого) воздуха и динамическим напором ветра – wВ, м / с, равен:  С другой стороны, этот перепад давления переходит в кинетическую энергию воздуха, попадаемого в помещение через неплотности:  где ρн, ρв – плотности наружного и внутреннего воздуха, кг / м 3 ; g – ускорение свободного падения равно 9,8 м / с 2 ; h – высота здания, м; ξ – коэффициент местного сопротивления щелей (открытых дверей); wи – скорость воздуха, попадающего в помещение, м / с, инфильтрацией. Исходя из закона сохранения энергии, напишем равенство:  из которого найдем wи:  Имея ввиду, что ρв / ρн = Тн / Тв запишем окончательное выражение для wи, м/с:  где Тн, Тв – температуры наружного и внутреннего воздуха, К;  = μ*– коэффициент расхода воздуха (μ∗ = 0,1 - 0,05). Запишем максимальную мощность тепловой потери, кВт, инфильтрацией:  где Fщ – площадь щелей в здании, м 2 ; Св – удельная теплоемкость воздуха, кДж / (кг⋅К); tв и tн – температуры внутреннего и наружного воздуха, °С. 4) Воздушные тепловые завесы Для уменьшения тепловой потери инфильтрацией в отапливаемом здании делают тамбуры с воздушными тепловыми завесами. Для этого над дверным проемом или под ним ставят воздушный калорифер, обогреваемый сетевой горячей водой или электрообогревателями, вентилятор с электроприводом, воздушные короба для раздачи воздуха. Воздух забирается вентилятором из помещения. Массовый расход холодного наружного воздуха, кг / с, проникающего в помещение через открытые дверные проемы, определяется из выражения  где wи – скорость наружного воздуха, м / с, попадающего в помещение инфильтрацией (выражение встречалось ранее); Fдв – площадь открытого дверного проема, м 2 ; К – коэффициент, зависящий от частоты открывания входной двери – n чел / час, типа дверей (одинарные, двойные, тройные), от места забора воздуха (снаружи или из помещения). Так, по данным [4] при n = 600; 1000; 1500,чел / час, в тамбуре двойные двери, К = 0,21; 0,38; 0,54, соответственно. Для определения расхода нагретого воздуха, выходящего из калорифера на воздушную завесу, составим уравнение теплового баланса для точки смешения наружного воздуха, воздуха, выходящего из калорифера, и смешанного воздуха с температурой, равной внутренней tв:  Из последнего выражения получим расход воздуха, кг / с, вытекающего из калорифера:  где t∗ – температура нагретого воздуха на выходе из калорифера (принимается 50°С). По расходу воздуха и гидравлическому сопротивлению воздушного тракта выбирают вентилятор с электроприводом к нему. Тепловая мощность, кВт, потребляемая калорифером из тепловой сети для подогрева воздуха, идущего на завесу, определяется из выражения  )5) Внутренние тепловыделения в помещении Мощность внутренних тепловыделений, кВт, Qв.т зависит от количества, тепловой мощности бытовых приборов и промышленных установок, размещенных в помещении  где mi – количество, шт, однотипных приборов; Qi – мощность тепловыделений от прибора, кВт, (определяется из паспорта прибора); Ко – коэффициент одновременности работы приборов; К – количество групп однотипных приборов. Мощность внутренних тепловыделений принимается для термических и кузнечных цехов  , для сталелитейных, чугунолитейных и меднолитейных цехов  . Мощность внутренних тепловыделений необходимо учитывать при расчете мощности тепловых потерь зданием.  = где qв.т – удельные внутренние тепловыделения, равны  / 7) Круглогодовая нагрузка теплопотребителей. Расчет мощности на горячее водоснабжение бытовых теплопотребителей График потребления горячей воды бытовыми теплопотребителями носит чрезвычайно неравномерный характер. Пики максимального водоразбора приходятся на 6 часов утра и 18 часов вечера. Отношение максимального водоразбора к среднесуточному носит название коэффициента часовой неравномерности разбора воды на горячее водоснабжение и обозначается буквой К. К = 1,7 - 2. Для сглаживания пиков нагрузки горячего водоснабжения на центральных тепловых подстанциях устанавливают баки-аккумуляторы (в закрытых системах теплоснабжения) или в котельных (в открытых системах теплоснабжения). Среднесуточная тепловая мощность на горячее водоснабжение, кВт, бытовых теплопотребителей (рабочий поселок, районный центр и др.) определяется из выражения :  где m – число жителей, пользующихся горячей водой, чел; g∗ =105⋅b + 25 – среднесуточная норма расхода горячей воды на человека, кг / (сутки⋅чел); в – ванными; с – удельная теплоемкость воды, равна 4,19 кДж / (кг⋅К); mс – расчетная длительность подачи воды на горячее водоснабжение, ч / сут. При круглосуточной подаче воды mс = 24; tг – температура воды на горячее водоснабжение, принимается 55°С; tх – температура холодной воды, принимается 5°С. 8) Расчёт тепловой мощности на горячее водоснабжение промышленными теплопотребителями График суточного потребления воды на горячее водоснабжение промышленным предприятием (его цехами) носит очень неравномерный характер. Пики нагрузки приходятся на конец смены – 0 (24 часа); 8 и 16 часов. Для сглаживания пиков нагрузки в цехах устанавливают бойлерыаккумуляторы, в которых холодная водопроводная вода нагревается сетевой водой в течение 7 - 8 часов между сменами и разбирается в течение 0,5 часа в душевых помещениях. Затем бойлеры-аккумуляторы снова заполняются водопроводной водой. Среднесуточная тепловая мощность на горячее водоснабжение производственными цехами, кВт, определяется из выражения:  где Р – число душевых сеток в цехе, шт. Обычно Р = 10 - 20 шт.; а – максимальный часовой расход воды через одну сетку в смену. Согласно [1] a = 270 кг / (ч⋅сетку⋅смену); с – удельная теплоемкость воды, равна 4,19 кДж / (кг⋅К). с – удельная теплоемкость воды, равна 4,19 кДж / (кг⋅К) ; tг – температура воды на горячее водоснабжение, принимается 55°С; tх – температура холодной воды, принимается 5°С. 9) Расчёт тепловой мощности, отпускаемой промышленным паром Тепловая мощность, кВт, отпускаемая от источника теплоснабжения промышленным паром, равна  где Dп – расход промышленного пара теплопотребителю, кг / с. Обычно эта величина задается теплопотребителем. i″п – энтальпия пара, кДж / кг. Находится i″п из таблиц [7] по давлению и температуре у теплопотребителя. Эти параметры тоже задает теплопотребитель. tк – температура возвращаемого конденсата, принимается 95°С. β – доля возврата конденсата от теплопотребителя к источнику. Обычно β оговаривается в договоре на поставку тепловой энергии с промышленным паром. 11) Годовое теплопотребление на отопление и вентиляцию Тепловая мощность теплопотребителей на отопление и вентиляцию, кВт, зависит от температуры наружного воздуха tнi:  и меняется от максимальной  при  , до минимальной  при  . Каждой температуре наружного воздуха tнi соответствует свое число часов стояния этой температуры за отопительный сезон – ni, час. Эти значения выписывают из справочной литературы [1] для заданного района. Если просуммировать произведения  и результат умножить на 3600, то получим годовое потребление теплоты на отопление и вентиляцию теплопотребителями, кДж / год,  где к – количество значений температур  наружного воздуха, обозначенное в справочной литературе [1]. Необходимо помнить, что при уменьшении температуры наружного воздуха ниже расчетной –  , мощность  остается неизменной и равной максимальной , кВт. В справочной литературе часы стояния данной температуры  даются с нарастающим итогом. Поэтому для нахождения числа часов стояния заданной температуры надо вычитать из предыдущего значения числа часов последующее, начиная с . И разницу значений использовать для подсчета год  . Годовой отпуск теплоты год , кДж / год, можно найти и при помощи средней температуры отопительного периода −  , которая представлена в:  Результаты должны совпасть с предыдущими расчетами. Здесь: n – число часов отопительного периода, находится для заданного района. Далее строится график годового теплопотребления сезонной нагрузки теплопотребителей. 12) Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение (круглогодовая нагрузка теплопотребителей), кДж / год, определяется так:  где  – число часов на ремонт и опрессовку тепловых сетей (принимается 100 – 200 час);  – суммарная средняя тепловая мощность по всем абонентам на горячее водоснабжение, кВт.13) Годовой отпуск теплоты с промышленным паром Годовой отпуск теплоты, кДж / год, с промышленным паром рассчитывается так:  где – число часов на ремонт и опрессовку тепловых сетей (принимается 100 – 200 час); – суммарная средняя тепловая мощность по всем абонентам на горячее водоснабжение, кВт.Суммированием находят годовой отпуск теплоты, кДж / год, источником теплоснабжения:  14) Годовой расход натурального топлива источником Годовой расход натурального топлива, т / год(тыс.м 3 / год), источником теплоснабжения рассчитывается так:  где  – теплота сгорания натурального топлива, кДж / кг или кДж / м 3 (для газообразного топлива); ηтр – кпд транспорта тепловой энергии по тепловым сетям (принимается 0,97 – 0,93);  - годовой отпуск теплоты, кДж/год. Рис. 4.1. Годовой график тепловой нагрузки. ni – число часов стояния данной наружной температуры воздуха, ч; t′н, tкос – расчетные температуры наружного воздуха для отопления и конца отопительного сезона, ° С; Qобщ – суммарная тепловая мощность на отопление и вентиляцию, кВт;  − среднесуточная температура наружного воздуха. При отпуске теплоты от ТЭЦ дополнительно определяют расход топлива, связанный с выработкой электрической энергии. Для этого рассчитывают количество паротурбинных установок (ПТУ). Для ПТУ типа ПТ – с промышленным и теплофикационным отборами по большому числу из  или  , шт.   где αТЭЦ – коэффициент теплофикации ТЭЦ (принимается 0,5), Q* – мощность теплофикационного отбора ПТУ, кВт, находится из [1]; Dп* – максимальный расход промышленного отбора пара, т / ч, находят в [1] для данного типа ПТУ. Если ПТУ типа Т – только с одним теплофикационным отбором, то  Рассчитывают годовую выработку электрической энергии на ТЭЦ, кВт⋅час / год,  где Qэ – мощность электрогенератора ПТУ (берется из марки ПТУ, например Т100 - 130, Qэ = 100⋅103 , кВт); n – число часов использования установленной электрической мощности на ТЭЦ. Принимается n = 3000 - 4000 ч / год. Тогда расход топлива на ТЭЦ, связанный с выработкой и отпуском электрической энергии, т / год (тыс.м 3 / год для газообразного топлива) будет равен:  где ηпг – кпд энергетических парогенераторов (принимается 0,9); э ηтр – кпд транспорта электрической энергии по ЛЭП. Принимается 0,88. Тогда годовой расход топлива ТЭЦ будет складываться из расхода топлива, связанного с отпуском теплоты и электрической энергии, т / год(тыс.м 3 / год):  Полученные значения используются для определения топливной составляющей в себестоимости товарной продукции – теплоты, руб / ГДж,  и электроэнергии на ТЭЦ, руб / кВт⋅ч:  где Цт – цена топлива, руб / т (руб / тыс.м 3 ). Для транспорта тепловой энергии к теплопотребителям используют тепловые сети. Они бывают водяные (тепловая энергия транспортируется водой) и паровые (энергия транспортируется водяным паром). Водяные тепловые сети бывают закрытые и открытые. Закрытые – такие, в которых нет непосредственного забора воды из тепловой сети на горячее водоснабжение. Забирается только тепловая энергия на подогрев водопроводной воды, которая затем используется на горячее водоснабжение на ЦТП или ИТП. Поэтому расходы воды в прямой и обратной трубах отличаются на величину утечек (≅ 2 %). В открытых водяных тепловых сетях вода на горячее водоснабжение отбирается непосредственно из труб сетей. Поэтому в источник возвращается воды меньше на величину горячего водоснабжения и утечек. Паровые системы теплоснабжения бывают с возвратом конденсата. Когда конденсат пара разбирается полностью на горячее водоснабжение у потребителя, то такие системы называются без возврата конденсата. 15) Методы регулирования отпуска тепла из систем централизованного теплоснабжения Регулирование предназначено для экономии топлива и обеспечения качества теплоснабжения (поддержание температуры внутри помещений на расчетном уровне при любой температуре наружного воздуха). В системах централизованного теплоснабжения качественный отпуск теплоты абонентам возможен только при наличии четырех ступеней регулирования: - первая ступень – центральное качественное регулирование. Оно осуществляется непосредственно на источнике теплоснабжения (в котельной или ТЭЦ) и приводит в соответствие мощность источника теплоты и потребителей. - вторая ступень регулирования – групповое количественное. Осуществляется на ЦТП изменением расхода воды, поступающей на целую группу (квартал) теплопотребителей, регулирующим клапаном. - третья ступень – местное количественное регулирование. Это, как правило, пофасадное регулирование отапливаемого помещения. Осуществляется оно на отдельных ветвях отопительной системы (например, проходящих по южному и северному фасадам здания). Для реализации этого регулирования используют исполнительные механизмы с регулирующими клапанами на каждой ветви, регуляторы с задатчиками внутренней температуры и датчики температуры в представительных помещениях в южном и северном фасадах здания. - четвертая ступень регулирования – индивидуальное количественное. Ведется в каждом отапливаемом помещении. Регуляторы температуры типа «Danfos» устанавливают непосредственно на подающей (или обратной) трубе к отопительному прибору. Регулятор имеет задатчик температуры внутри помещений. Регулирование предназначено для устранения возмущающих воздействий, возникающих в отдельных помещениях за счет внутренних избыточных тепловыделений, солнечной радиации и т. д. Одним из методов центрального регулирования чисто отопительной нагрузки является качественно-количественный. На основании характеристики отопительной системы теплопотребителей получены уравнения, по которым производится регулирование температуры воды и расхода в зависимости от температуры наружного воздуха. Применяется в местных котельных с небольшой тепловой мощностью. 17) Источники генерации тепла, используемые в системах централизованного теплоснабжения. Источниками генерации тепла, используемые в системах ЦТП являются котельные и ТЭЦ. Котельная предназначена для отпуска водяного пара промышленным потребителям и для подогрева сетевой воды, необходимой для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных цехов, общественных, административных и жилых зданий. Централизация теплоснабжения – замена большого числа мелких местных котельных на один крупный источник тепловой энергии, снабжающий многочисленных теплопотребителей. Выделяют котельные: Котельные с паровыми котлами Водогрейная котельная предназначена для снабжения теплотой промышленных цехов, жилых, общественныхи административных помещений на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котельная с паровыми и водогрейными котлами. Их строят в том случае, если общая мощность, отпускаемая абонентам с промышленным паром и горячей водой, идущей на отопление, вентиляцию, и горячее водоснабжение больше 50 мВт. Методика пригодна как для вновь создаваемых, так и расширительных котельных. ТЭЦ предназначены для централизованного снабжения теплотой и электрической энергией внешних потребителей. Теплота, полученная водяным паром в парогенераторе от сжигаемого топлива, частично расходуется на производство электроэнергии, а оставшаяся – на удовлетворение тепловых нагрузок внешних теплопотребителей (абонентов). Поэтому коэффициент использовании топлива на ТЭЦ близок к единице. Экономия топлива на ТЭЦ получается за счет централизации теплоснабжения и выработки электрической энергии на внешнем тепловом потреблении. 18) Промышленные котельные: назначение, классификация, параметры, рациональные области использования. Коте́льная — здание или помещение, в котором расположен комплекс устройств для выработки пара или горячей воды. Промышленные котельные бывают: 1) С паровыми котлами. Котельная предназначена для отпуска водяного пара промышленным потребителям и для подогрева сетевой воды, необходимой для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных цехов, общественных, административных и жилых зданий. 2) Водогрейная котельная. Котельная предназначена для снабжения теплотой промышленных цехов, жилых, общественных и административных помещений на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. 3) Котельная с паровыми и водогрейными котлами. Такие котельные строят в том случае, если общая мощность, отпускаемая абонентам с промышленным паром и горячей водой, идущей на отопление, вентиляцию и г. в. с., больше 50 мВт. Методика пригодна как для вновь создаваемых, так и расширяемых котельных. Основные параметры котельных: Dп, кг/с - расход пара; Qmax, кВт - максимальная тепловая мощность всех потребителей; Gp, кг/с - расход сетевой воды на выходе из котельной; D*к - паропроизводительность котельной; Qк, кВт - тепловая мощность котельной, 20) Энергетические, экономические и экологические характеристики котельных. Замена большого числа мелких местных котельных на один крупный источник тепловой энергии, снабжающий многочисленных теплопотребителей, называется централизацией теплоснабжения. Энергетическая эффективность от централизации теплоснабжения оценивается абсолютной экономией топлива, кг / год:  Здесь: Nгод – годовой отпуск теплоты теплопотребителям, гДж / год, на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение;  – теплота сгорания натурального топлива, кДж / кг(кДж / м 3 ); ηмк – кпд местной котельной, %; ηрк – кпд районной котельной, %. Здесь  – отношение полезной мощности к затраченной.С возрастанием мощности котлов кпд их тоже растет. Так, для водогрейных котлов КВГМ-4 кпд при работе на природном газе – 90,5 %, на мазуте – 86,3 %, а для котла КВГМ-100 при работе на газе – 92,7 %, на мазуте – 91,3 %; кпд местной котельной при работе на твердом топливе 0,5 - 0,55, районной котельной 0,75 - 0,8, при работе на газе или мазуте 0,6 - 0,7 и 0,8 - 0,85, соответственно. Следовательно, экономия топлива получается за счет более высокого кпд крупных котельных с более мощными котлами. Вводится понятие удельная экономия условного топлива от централизации, кг⋅у. т / ГДж.  Имея ввиду, что для условного топлива  кДж / кг⋅у. т., 106 / 29330 = 34, то получим  , или выразим ΔВц в кг⋅у. т / Гкал,  Удельная экономия от централизации при сжигании твердого топлива достигает 33 % от расхода топлива в местных котельных. Введем понятие «удельный расход топлива», кг / ГДж:  На крупных котельных экономически оправдано применение дорогостоящей автоматики и системы очистки дымовых газов от вредных выбросов в атмосферу. 21) Теплоэлектроцентрали промышленных предприятий: назначение, классификация, методика определения энергетических показателей ТЭЦ Тѐплоэлѐктроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). ТЭЦ предназначены для централизованного снабжения теплотой и электрической энергией внешних потребителей. Теплота, полученная водяным паром в парогенераторе от сжигаемого топлива, частично расходуется на производство электроэнергии, а оставшаяся – на удовлетворение тепловых нагрузок внешних теплопотребителей (абонентов). Поэтому коэффициент использования топлива на ТЭЦ близок к единице. Экономия топлива на ТЭЦ получается за счет централизации теплоснабжения и выработки электрической энергии на внешнем тепловом потреблении. 24) Методы и средства экономии энергетических ресурсов в системах теплоснабжения 1) Использование теплоты вентиляционных выбросов. Для использования теплоты вентиляционных выбросов используются два дополнительно устанавливаемых калорифера 2) Экономия топливно-энергетических ресурсов заменой устаревших оконных рам на рамы энергоэффективных конструкций. 3) Энергосбережение при теплоснабжении производственных и административных помещений в праздничные дни. 4) Экономия тепловой энергии при обогревании производственных помещений приборами системы газового лучистого отопления. 5) Экономия топливно-энергетических ресурсов подгонкой характеристики выбранного насоса к расчетной характеристике водяной тепловой сети. 6) Экономия энергетических ресурсов при рациональном распределении тепловой энергии по отапливаемому помещению. 7) Экономия топлива за счет рационального распределения тепловой мощности между параллельно работающими парогенераторами в паровой котельной. 8) Экономия топлива при использовании теплоты продувочной воды в пароводогрейной котельной. 9) Экономия топлива при комбинированной выработке электрической энергии на ТЭЦ от модернизации сетевых подогревателей. 10) Экономия топлива за счет использования тепловых насосов для теплоснабжения |