Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 14 из 101

в.д


в.р


ср.о-

2L

ср.о


(2.35)


где Q^Cg — средний расход теплоты за ото'


пительный период, Дж/с или ккал/ч; п₀ — продолжительность работы системы ото­пления, с/год или ч/год; для жилых и обще­ственных зданий n_Q — продолжительность отопительного периода (см. приложение 1) (для промышленных зданий при наличии внутренних тепловыделений продолжи­тельность работы системы отопления мень­ше продолжительности отопительного пе­риода); /7_Д — длительность работы дежур­ного отопления, с/год или ч/год; г_{в д} — тем­пература внутреннего воздуха при работе дежурного отопления, °C.


Средний расход теплоты за отопитель­ный период


/ -г^сро

В Н


О^ср = О' :

^{0 0}

в.р


(2.36)


Для жилых и общественных зданий Qg = Q', где Q' — расчетные теплопотери здания при наружной температуре (_{н 0}.




Для промышленных зданий Q'_o = Q'-Q_{T B}, где Q_{T в} — внутренние тепловыделения.

t^° — средняя температура отопитель­ного периода для жилых и общественных зданий (см. приложение 1); для промыш­ленных зданий t^cpo —средняя температура

наружного воздуха за период работы ото­пления.

Средняя температура наружного возду­ха за любой интервал отопительного перио­да определяется как частное от деления ал­гебраической суммы произведений средних температур отдельных периодов этого ин­тервала на длительность этих периодов [99]:


Годовой расход теплоты на горячее во­доснабжение


_Сг°д_=сср._н


?г ¹х.л,


PI X.JI / ч

⁽«_г-%)

* г> » V о


, (2.39)


ср.о

*н


,ср

'1’н1


,ср

‘2¹н2


. г^ср
т нт


где 0р^РН — средненедельный расход


. (2.37а)


Для жилых и общественных зданий п_д = О и (2.35) принимает вид


год

о


Qo ⁿ0-


(2.376)


Годовой расход теплоты на вентиляцию определяется по формуле


t -/^срв *в,р *н


в.р


(2.38)


где Q' — расчетный расход теплоты на вен­тиляцию, Дж/с или ккал/ч; п_в — продолжи­тельность отопительного периода с темпе­ратурой наружного воздуха /_н < /_н „, с/год

или ч/год (при r_{H в} = t_{H 0} п_в = 0); — дли­

тельность отопительного периода, когда вентиляция не работает, с/год или ч/год; ¹н^РВ — средняя температура наружного


воздуха за период от начала отопительного периода t_H = t_{H K} до t_H = t_{H в}.


теплоты на горячее водоснабжение, Дж/с или ккал/ч; п₀ — длительность работы системы горячего водоснабжения и продол­жительность отопительного периода, с/год или ч/год; обычно п_г - 30,2 • 10⁶ с/год = = 8400 ч/год; 3 — коэффициент, учитываю­щий изменение средненедельного расхода воды на горячее водоснабжение в неотопи­тельный период по отношению к отопитель­ному периоду; при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать: 3 0,8 для жилищно-коммунального сектора всех районов, кроме курортных и южных горо­дов; 3 ⁼ 1.5 для жилищно-коммунального сектора курортных и южных городов; 3 = 1 для промышленных предприятий.

Годовой расход теплоты на технологи­ческие нужды определяется на основе годо­вого графика теплового потребления. При­мерный график расхода теплоты по меся­цам показан на рис. 2.5. При построении этого графика расход теплоты на отопление и вентиляцию определяется по среднеме­сячным наружным температурам. В прило­жении 6 приведены среднемесячные наруж­ные температуры воздуха в ряде городов России и бывшего СССР.

Г рафик продолжительности тепло­вых нагрузок. Для установления эконо­мичного режима работы теплофикационно­го оборудования, выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя, а также для дру­гих плановых и технико-экономических ис­следований необходимо знать длительность работы системы теплоснабжения при раз­личных режимах в течение года. Для этой цели строятся графики продолжительности тепловой нагрузки (графики Россандера).

Метод построения графика продолжи­тельности сезонной тепловой нагрузки по­казан на рис. 2.6. Построение ведется в че­тырех квадрантах. В левом верхнем квад­ранте построены графики зависимости от наружной температуры /_н, тепловой нагруз­ки отопления Q_o, вентиляции Q_B и суммар­ной сезонной нагрузки (Q_o + Q_B). В нижнем левом квадранте приведена кривая длитель­ности стояния п в течение отопительного периода наружных температур /_н, равных данной температуре или ниже. Эта кривая строится на основе данных приложения 4.

В нижнем правом квадранте проведена прямая линия под углом 45° к вертикальной и горизонтальной осям, используемая для переноса значений шкалы п из нижнего ле­вого квадранта в верхний правый квадрант. График продолжительности тепловой на­грузки 5 строится для разных наружных температур по точкам пересечения штри­ховых линий, определяющих тепловую на­грузку и длительность стояния нагрузок, равных или больше данной.

Площадь под кривой 5 продолжительно­сти тепловой нагрузки равна расходу тепло­ты на отопление и вентиляцию за отопи­тельный сезон е_сли по оси абсцисс

графика 5 продолжительности сезонной те­пловой нагрузки построить равновеликий

прямоугольник ObcdQ площадью, равной площади под графиком продолжительно­сти, то высота этого прямоугольника будет равна среднему расходу теплоты за отопи­тельный сезон:

0с^Р = 0™/%, (2-4°)

где п₀ — длительность отопительного сезо­на, с/год или ч/год.

Если на оси ординат графика 5 продол­жительности тепловой нагрузки построить равновеликий прямоугольник OklnO площа­дью, равной площади под графиком про­должительности, то основание этого прямо­угольника будет равно длительности ис­пользования расчетной сезонной тепловой нагрузки за отопительный сезон:

= Q™/Q'_c< (2.41)

где Q'_c = Q'_o +Q'_B.

При отсутствии более точных данных для ориентировочных расчетов можно при­нимать следующую длительность отопи-

тельного сезона:
Географическая	п0, с/год	п0, ч/год
часть страны Сибирь, Урал, север европей­ской части России	19,8- 106	5500
Средняя полоса европейской части России	. 18-106	5000
Юг европейской
части бывшего СССР (южнее Харькова)	(14,4—16,2)106	4000—4500
Крым, Кавказ и юг Средней Азии	(9—10,8)106	2500—3000

В том случае, когда отопительная или вентиляционная нагрузка изменяется по ча­сам суток или дням недели, например, когда в нерабочие часы промышленные предпри­

ятия переводятся на дежурное отопление или вентиляция промышленных предпри­ятий работает некруглосуточно, на график наносят три кривые расходов теплоты: одну (обычно сплошная линия) исходя из средне­го при данной наружной температуре рас­хода теплоты за неделю на отопление и вен­тиляцию; две (обычно пунктир) исходя из максимальной и минимальной нагрузок на отопление и вентиляцию при этой же на­ружной температуре t_H. Такое построение показано на рис. 2.7.

Годовой расход теплоты на отопление можно исчислять с небольшой погрешно­стью без точного учета повторяемости тем­ператур наружного воздуха за отопитель­ный сезон, приняв средний расход теплоты на отопление за сезон равной 50 % расхода теплоты на отопление при расчетной на­ружной температуре t_H0. Если известен го­довой расход теплоты на отопление, то, зная длительность отопительного сезона, легко определить средний расход теплоты. Максимальный расход теплоты на отопле­ние можно для ориентировочных расчетов принимать равным удвоенному среднему расходу.

В том случае, когда тепловая нагрузка района обеспечивается теплотой из различ­ных источников, для определения степени их участия в покрытии годового расхода те­плоты удобно пользоваться интегральным графиком а_год=/(а_с), где а_с = Q,IQ’_t — от­ношение тепловой нагрузки источника Q_t к расчетной нагрузке района £>', т.е. к на­грузке района при наружной температуре

⁽н.о'- ^агод ^{= —} отношение коли­

чества теплоты, отпускаемой за отопитель­ный сезон источником, имеющим расчет­ную производительность Q_jt к суммарному расходу теплоты за сезон Q^r°^a.

Интегральный график а_год = /(а_с) стро­ится на основе графика продолжительности тепловой нагрузки. Для этой цели гра­фик продолжительности тепловой нагрузки (рис. 2.8, а) делят горизонтальными линия­ми через равные интервалы по оси ординат на ряд площадок и определяют отношение размеров этих площадок ко всей площади графика продолжительности, равной расхо­ду теплоты за сезон. Полученные данные на­носят на интегральный график (рис. 2.8, б).

Как видно из рис. 2.8, а, вся площадь OprtlebcO под графиком продолжительности разбита горизонтальными линиями ab, de, к! и тп на ряд площадок. Площадь ОаЬсО равна расходу теплоты от источника, мощ­ность которого равна 20 % расчетного рас­хода теплоты, т.е. а_с = 0,2.

Отношение площади ОаЬсО ко всей пло­щади графика продолжительности OpnlebcQ ^агод ⁼ 0>2- На интегральном графике (см. рис. 2.8, б) этому значению а_год соот­ветствует точка А. Далее рассматривается относительная нагрузка а_с = 0,4. Ей соот­ветствует площадь графика OdebcO, состав­ляющая 72 % площади графика продолжи­тельности а_год = 0,72. На интегральном гра­фике этой нагрузке соответствует точка В. Таким же способом наносятся на интеграль­ный график 0ABCDE и остальные точки.

Интегральные графики сезонной тепло­вой нагрузки обладают свойством универ­сальности. Интегральный график, постро­енный для одного какого-либо географиче­ского пункта, может быть использован с достаточной для практических целей точ­ностью для всего климатического пояса. Например, приведенный на рис. 2.8, б инте- 75

гральный график, построенный для отопи­тельной нагрузки Москвы, может быть ис­пользован для всей средней полосы евро­пейской части России.

С помощью интегрального графика лег­ко установить годовую подачу теплоты раз­личными источниками теплоснабжения. Например, если отопительная нагрузка рай­она обеспечивается двумя источниками те­плоты, из которых один, более экономич­ный, имеет мощность, равную 60 % макси­мального теплового потребления района (а_с = 0,6), а другой, менее экономичный, способен покрыть недостающие 40 % мак­симального теплового потребления, то, как видно из рис. 2.8, первый может обеспечить 92 % годового расхода теплоты (а_год = 0,92) (площадь OklbcO графика продолжительно­сти), а второй — только 8 % годового расхо­да теплоты (площадь kplk).

Расход теплоты на технологические ну­жды и горячее водоснабжение в отличие от расхода на отопление и вентиляцию не является функцией наружной температуры.

Для построения графика продолжитель­ности суммарной нагрузки за отопитель­ный сезон находят для разных наружных температур суммарную средненедельную нагрузку по всем видам теплового потреб­ления:

с>^срн = ₊ + + (2.42)

На основе найденных значений (?^{ср н} для разных наружных температур и климатоло­гических данных о длительности стояния различных наружных температур строится по изложенной выше методике график про­должительности суммарной тепловой на­грузки за отопительный сезон.

В летний период основным видом теп­лового потребления являются технологиче­ская нагрузка и горячее водоснабжение. Средненедельное значение этой нагрузки постоянно.

Средненедельная нагрузка горячего во­доснабжения района в летний период опре­деляется по формуле [99]

/_Г - /_х '’год ^по

где £?г^РН— средненедельная нагрузка горя­чего водоснабжения в зимний период, Дж/с или ккал/ч; «_Год, п₀, п_р — продолжительность года, отопительного сезона, длительность ежегодного планового отключения тепловых потребителей на ремонт, с/год или ч/год («_год = 31,5 • 10⁶ с/год = 8750 ч/год).

Площадь, ограниченная осями коорди­нат и графиком продолжительности сум­марной нагрузки (?^ср ", равна годовому рас­ходу теплоты потребителями района.

На рис. 2.7, б сплошной линией I изображен годовой график продолжительности суммарной тепловой нагрузки района, в которую входят отопление, вентиляция и бытовая нагрузка горя­чего водоснабжения. График построен по значе­ниям средненедельной суммарной тепловой на­грузки. Линия 2 показывает возможные кратко­временные максимумы нагрузки, линия 3 — воз­можные минимумы нагрузки. Площадь графика под линией 1 равна годовому расходу теплоты потребителями района.

Для определения расхода теплоты от источ­ника необходимо к расходу теплоты у потреби­телей прибавить тепловые потери в сети.

Для ориентировочного расчета тепловых на­грузок вновь застраиваемых районов могут быть использованы следующие данные.

Средняя плотность населения во вновь за­страиваемых кварталах городов при современ­ной смешанной застройке 5-, 9- и 16-этажными

2

зданиями 350 чел. на 1 га (10 тыс. м ).

Расчетная тепдопдотность на 1 га.

Сибирь, Урал, север европейской части бывшего СССР 1 МДж/с = 0,86 Гкал/ч и 10 600 ГДж/год = 2500 Гкал/год;

средняя полоса европейской части бывшего СССР и северная часть Средней Азии 0,9 МДж/с = = 0,77 Гкал/ч и 8800 ГДж/год = 2100 Гкал/год;

юг европейской части бывшего СССР, южнее Харькова 0,8 МДж/с = 0,69 Г'кал/ч и 7300 ГДж/год = 1750 Гкал/год.

В приложениях 7 и 8 приведены расчетная тепловая нагрузка и годовые расходы теплоты на одного жителя. Этими данными можно пользо­ваться для ориентировочных расчетов при отсут­ствии более точных сведений.

Контрольные вопросы и задания

1. 
   Как определяется удельная (отнесенная к 1 м³ наружного объема здания) теплопотеря теп­лопередачей через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур 1 °C? Напишите расчетную формулу и объяс­ните значения входящих в иее величин.
   
2. 
   Выведите уравнение для расчета оптималь­ных (по минимуму теплопотерь) размеров здания заданного объема при заданных сред­них коэффициентах теплопередачи верти­кальных и горизонтальных ограждений.
   
3. 
   Что такое коэффициент инфильтрации? Как он определяется? Почему коэффициент ин­фильтрации зависит от наружной темпе­ратуры?
   
4. 
   Напишите уравнение теплового равновесия здания и объясните значения входящих в не­го величин.
   
5. 
   Что понимается под расчетными значениями наружной температуры для отопления /_{н 0} и
   

для вентиляции /_нв? Как эти температуры определяются?

6. 
   Как определяется годовой расход теплоты на отопление района? Почему применение де­журного отопления на промышленных пред­приятиях снижает годовой расход теплоты на отопление?
   
7. 
   Как определяется годовой расход теплоты на вентиляцию? Напишите расчетную фор­мулу и объясните значения входящих в нее величин.
   
8. 
   Как определяется годовой расход теплоты на горячее водоснабжение района? Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.
   
9. 
   Как строится годовой график продолжитель­ности сезонной тепловой нагрузки по задан­ным зависимостям расходов теплоты на ото­пление и вентиляцию от наружной темпера­туры? Как с помощью графика продолжи­тельности определяется длительность ис­пользования тепловой мощности разных ис­точников теплоты, работающих в общей системе?
   
10. 
    Почему в районах с более низкой расчетной наружной температурой для отопления /_но необходимо обеспечивать более низкие зна­чения коэффициентов теплопередачи на­ружных ограждений жилых и общественных зданий?
    

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1. 
   КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
   

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества (т.е. тепло­носителем требуемых параметров).

В зависимости от размещения источни­ка теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.

В децентрализованных системах ис­точник теплоты и теплоприемники потре­бителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена — тепловой сети.

Системы децентрализованного тепло­снабжения разделяются на индивидуаль­ные и местные.

В индивидуальных системах теплоснаб­жение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от от­дельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартир­ное отопление. В местных системах тепло­снабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.

В системах централизованного тепло­снабжения источник теплоты и теплопри­емники потребителей размещены раздель- 78 но, часто на значительном расстоянии, по­этому теплота от источника до потребите­лей передается по тепловым сетям.

В зависимости от степени централиза­ции системы централизованного теплоснаб­жения можно разделить на следующие че­тыре группы:

групповое — теплоснабжение от одного источника группы зданий;

районное — теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);

городское — теплоснабжение от одного источника нескольких районов;

межгородское — теплоснабжение от од­ного источника нескольких городов.

Процесс централизованного теплоснаб­жения состоит из трех последовательных операций: I) подготовки теплоносителя; 2)транспортировки теплоносителя; 3) ис­пользования теплоносителя.

Подготовка теплоносителя проводится в специальных так называемых теплоподго­товительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (кварталь­ных) или промышленных котельных.

Транспортируется теплоноситель по те­пловым сетям. Используется теплоноси­тель в теплоприемниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использова­ния теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. Для транспорта теплоты применяются, как пра­вило, два теплоносителя: вода и водяной

пар. Для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения в каче­стве теплоносителя используется обычно вода, для промышленной технологической нагрузки — пар.

Для передачи теплоты на расстояния, измеряемые многими десятками и даже сот­нями километров (100—150 км и более), могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.

2. 
   ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ
   

Основная часть тепловой нагрузки удов­летворяется при теплофикации отработав­шей при выработке электроэнергии тепло­той от установленных на ТЭЦ теплофика­ционных турбоагрегатов, в которых элек­трическая энергия вырабатывается главным образом комбинированным методом.

На современных ТЭЦ, работающих на органическом топливе (ОТЭЦ), устанавли­ваются, как правило, теплофикационные турбины большой единичной электриче­ской мощности (50—250 МВт) на высокие и сверхкритические начальные параметры пара (13 и 24 МПа) двух основных типов: а)конденсационные с отбором пара (Т и ПТ); б) с противодавлением (Р). Основные параметры теплофикационных турбин се­рийного производства приведены в прило­жении 15.

В районах, располагающих природным газом как базовым топливом, применяются газотурбинные, а также парогазовые тепло­фикационные установки с использованием в качестве паровой ступени серийных паро­турбинных установок.

На рис. 3.1 показаны принципиальные тепловые схемы паротурбинных установок ТЭЦ на органическом топливе с начальны­ми параметрами пара 13 МПа, 565 °C, обо­рудованные конденсационными турбинами с отбором пара.

В теплоподготовительной установке ТЭЦ с турбинами типа ПТ (рис. 3.1, а) от турбины /, на валу которой находится элек­трогенератор 2, отработавшая при выработ­ке электроэнергии теплота отводится для централизованного теплоснабжения при двух уровнях давлений. Отработавший пар повышенного давления (примерно 1,2— 1,5 МПа) отводится из так называемого производственного отбора турбины. Этот пар через коллектор 28 подается по паро­вым сетям потребителям и используется ими главным образом для технологических целей. В качестве резерва на случай оста­новки турбины предусмотрена подача пара в коллектор 28 из энергетического котла 3 через редукционно-охладительную уста­новку (РОУ) 31. Конденсат от потребителей поступает на ТЭЦ через коллектор 29. Сна­чала конденсат подается для контроля в сборный бак, а затем из него конденсатным насосом 30 перекачивается через регенера­тивные подогреватели низкого давления (ПНД) 14—16 в станционный деаэратор 17.

Отработавший пар низкого давления (около 0,05—0,25 МПа) отводится из так называемых теплофикационных отборов турбины. Этот пар используется на ТЭЦ для подогрева сетевой воды, циркулирующей в тепловой сети.

На современных ТЭЦ подогрев сетевой воды в зимний период проводится обычно в трех или четырех последовательно вклю­ченных ступенях подогрева.

Возвращаемая из тепловой сети охлаж­денная (обратная) вода поступает через об­ратный коллектор 27 в бустерный (вспомо­гательный) насос 35 н подается им в труб­ный пучок 37 конденсатора для предвари­тельного подогрева сетевой воды отрабо­тавшим паром, поступающим в конденса­тор 4. Из трубного пучка конденсатора се­тевая вода поступает в два последовательно включенных сетевых подогревателя 5 и 6, питаемых паром из нижнего и верхнего теп­лофикационных отборов. Затем сетевая во­да поступает в сетевой насос 7 и подается им непосредственно или через пиковый во-

79

00

о


Электронная библиотека http:I/tgv.khstu.ru/



Электронная библиотека http://tgv.khstu.ru/


б)