комплекс лекций. Образовательная программа 6В07109 Электроэнергетика

• Название: Образовательная программа 6В07109 Электроэнергетика
• Дата: 14.09.2022
• Размер: 5.73 Mb.
• Имя файла: комплекс лекций.docx
• Тип: Образовательная программа; #676118
• страница: 6 из 10

Энергетика является ведущей отраслью современного индустриально развитого народного хозяйства страны. Понятием энергетики охватывается широкий круг установок для производства, транспорта и использования электрической и тепловой энергии, энергии сжатых газов и других энергоносителей.

Основным направлением в развитии энергетики является централизация энергоснабжения промышленности, сельского хозяйства, городов и населенных пунктов. Это направление позволяет наиболее успешно решать важнейшие народнохозяйственные задачи по повышению производительности труда за счет роста энерговооруженности и укреплению технико-экономического потенциала страны путем рационального использования энергетических ресурсов. В числе энергоносителей особо важное место занимает электроэнергия в силу универсальности ее применения в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту, а также возможности транспортировать на многие сотни и тысячи километров при минимальных потерях.

Основное потребление тепловой энергии в городском хозяйстве приходится на промышленность (около 70%).

К наиболее теплопотребляющим относится химическая и нефтехимическая, машиностроительная и металлообрабатывающая, топливная и пищевая отрасли промышленности.

На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Современные промышленные предприятия требуют на ведение технологических процессов большое количество тепловой энергии, в ряде случаев значительно превосходящее другие потребности. Так, доля расходов тепла на технологические процессы в общем годовом расходе составляет: для нефтеперерабатывающей промышленности – 90-97%, текстильной (производства шерсти и трикотажа) – 80-90%, резиновой, кожевенно-обувной –70-80%, текстильной (хлопчатобумажной) – 70-78%, пищевой – 68-78%, основной химии-70-75%, электротехнической-50-60%.

В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. Удельный вес горячего водоснабжения составляет в среднем 20%, достигая в южных районах страны 30-40%. Удельный вес тепловой энергии на вентиляцию на настоящее время незначителен – около 5%, однако имеет тенденцию к увеличению в связи со значительным расширением строительства общественных зданий различного назначения.

В систему теплоснабжения входят теплоприготовительные установки, трубопроводы, насосы, теплопотребляющие приборы и оборудование, регулирующая, сигнализирующая и регистрирующая аппаратура, устройства автоматики. Работа всех этих элементов основана на ряде тесно сплетающихся явлений и законов физики, химии, механики, гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, связанных с конструированием, расчетом, монтажом и эксплуатацией устройства для производства и передачи тепловой энергии к потребителям, а также рациональным ее использованием, и составляет содержание учебной дисциплины «Теплоснабжение».

Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого (до 105⁰С) и среднего (до 350⁰С) потенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников.

Источником тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК) и квартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям в виде горячей воды и водяного пара. Для снабжения тепловой энергией жилищно-коммунального сектора в качестве теплоносителя применяют воду, а для снабжения промышленных предприятий наряду с водой часто использует водяной пар. Параметры теплоносителя зависит от вида потребителей тепловой энергии, и обосновываются технико-экономическим расчетом.

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК по сравнению с местным печным и центральным отоплением от домовых котельных позволяет резко сократить расход топлива, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, совместной выработке тепловой и электрической энергии называется теплофикацией. Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснабжения.

При комбинированном способе энтальпия пара используется вначале для выработки электрической энергии, а затем тепловая энергия частично отработавшего пара используется для централизованного теплоснабжения.

Сопоставление ориентировочных тепловых балансов при раздельной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии показывает, что общая доля полезного использования тепла при раздельной выработке примерно вдвое меньше, чем на ТЭЦ.

Теплообменными аппаратами (теплообмен­никами) называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями.

Необходимость передачи теплоты от одного теплоносителя к другому возникает во многих отраслях техники: в энергетике, в химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях промышленности.

Тепловые процессы, происходящие в теплообменных аппара­тах, могут быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, плавление, затвердевание и бо­лее сложные процессы, являющиеся комбинацией перечислен­ных. В процессе теплообмена может участвовать несколько теп­лоносителей: теплота от одного из них может передаваться не­скольким и от нескольких — одному.

Обычно применяют следующую классификацию теплообмен­ных аппаратов:

1) по назначению: подогреватели, конденсаторы, охлади­тели, испарители, паропреобразователи и т. п.;

2) по принципу действия: поверхностные и смешивающие. Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, как правило, имеют свои специфические названия. Эти названия опреде­ляются технологическим назначением и конструктивными осо­бенностями. Однако с теплотехнической точки зрения все аппа­раты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теп­лоносителя к другому или между поверхностью твердого тела и движущимся теплоносителем. Последнее определяет те об­щие положения, которые лежат в основе теплового расчета лю­бого теплообменного аппарата.

В аппаратах поверхностного типа теплоносители ограничены твердыми стенками, частично или полностью участвующими в процессе теплообмена между ними. Поверхностью на­грева называется часть поверхности этих стенок, через кото­рую передается теплота.

Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями про­исходит через разделительную стенку. При теплообмене в аппа­ратах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности разделительной стенки сохраняет постоянное направление.

Регенеративными на­зываются такие теплообменные аппараты, в которых два или большее число теплоносителей попеременно соприкасаются с од­ной и той же поверхностью на­грева. Во время соприкосновения с различными теплоносителями поверхность нагрева или полу­чает теплоту и и аккумулирует ее, а затем отдает, или, наобо­рот, сначала отдает аккумулированную теплоту и охлаждается, а затем нагревается. В разные периоды теплообмена (нагрев или охлаждение поверхности нагрева) направление теплового потока в каждой точке поверхности нагрева изменяется на про­тивоположное.

В большинстве рекуперативных теплообменников теплота пе­редается непрерывно через стенку от теплоносителя к другому теплоносителю. Такие теплообменники называются теплооб­менниками непрерывного действия.

Смешивающими называются такие теплообменные ап­параты, в которых тепло- и массообмен происходит при непо­средственном контакте и смешении теплоносителей. Поэтому смешивающие теплообменники иногда называют контактными. Наиболее важным фактором в рабочем процессе смешивающего теплообменного аппарата является поверхность соприкоснове­ния теплоносителей. Для увеличения поверхности теплообмена на пути движения теплоносителей размещают насадку. Под­робно конструкции теплообменных аппаратов такого типа будут рассмотрены в соответствующей главе.

В качестве теплоносителей в зависимости от назначе­ния производственных процессов могут применяться самые разнообразные газообразные, жидкие и твердые вещества.

С точки зрения технической и экономической целесообраз­ности их применения теплоносители должны обладать следую­щими качествами:

1. Иметь достаточно большую теплоту парообразования, плотность и теплоемкость, малую вязкость. При таких характе­ристиках теплоносителей обеспечивается достаточная интенсив­ность теплообмена и уменьшаются их массовые и объемные количества, необходимые для заданной тепловой нагрузки теп­лообменного аппарата. Необходимо также, чтобы теплоноси­тели имели высокие температуры при малых давлениях, что способствует установке относительно небольших поверхностей теплообмена.

2. Иметь необходимую термостойкость и не оказывать не­благоприятного воздействия на материалы аппаратуры. Тепло­носители должны быть химически стойкими и неагрессивными даже при достаточно длительном воздействии высоких темпера­тур. Желательно, чтобы теплоносители не давали в процессе работы отложений на поверхность теплообмена, так как отло­жения понижают коэффициент теплопередачи и теплопроизводительность оборудования.

3. Быть недорогими и достаточно доступными в отечествен­ных ресурсах. Дорогостоящие или малодоступные вещества уве­личивают капитальные затраты и эксплуатационные расходы, что иногда приводит к явной нецелесообразности применения их с экономической точки зрения.

При выборе теплоносителей необходимо в каждом отдель­ном случае детально учитывать их термодинамические и физи­ко-химические свойства, а также технико-экономические пока­затели.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил боль­шое распространение вследствие ряда своих достоинств:

1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации во­дяного пара позволяют получать относительно небольшие по­верхности теплообмена.

2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.

3. Постоянная температура конденсации при заданном дав­лении дает возможность наиболее просто поддерживать посто­янный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения. Так, например, при давлении 0,09807 МПа температура пара со­ставляет 99,1° С, а температура насыщенного пара 350° С может быть получена только при давлении 15,5 МПа. Поэтому обо­грев паром применяется в процессах нагревания, происходящих при умеренных температурах (порядка 60—150° С).

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообмен­ники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения проч­ности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и по­этому применяются редко.

Горячая вода получила большое распространение в ка­честве греющего теплоносителя, особенно в отопительных вен­тиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в спе­циальных водогрейных котлах, производственных технологиче­ских агрегатах (например, в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Горячую воду как теплоноситель можно транспортировать по трубопроводам на значительные расстояния (на несколько километров). При этом понижение температуры воды в хорошо изолированных трубопроводах со­ставляет не более 1° С на 1 км. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоот­дачи.

Однако горячая вода, поступающая от тепловых сетей, как греющий теплоноситель производственных теплообменников ис­пользуется редко, поскольку в течение отопительного сезона при качественном регулировании отпуска теплоты температура ее непостоянна и изменяется от 70 до 150° С.

Дымовые и топочные газы как греющая среда при­меняются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при за­грязнении сажей и золой. Если по условиям эксплуатации за­грязнение обрабатываемого материала недопустимо, дымовые газы направляются в рекуперативный теплообменник, где от­дают свою теплоту воздуху, а последний нагревает обрабаты­ваемый материал.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур, которые тре­буются иногда по технологическим условиям производства. Но это достоинство не всегда может быть использовано, потому что вследствие трудности регулировки возможны перегрев мате­риала и ухудшение его качества; с другой стороны, по условиям техники безопасности не всегда можно пользоваться огневым обогревом. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с тем­пературой выше 1000° С, доходят до потребителя с температу­рой не выше 700° С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур доста­точно трудно.

Можно отметить еще ряд недостатков дымовых и топочных газов как греющей среды:

1. Малая плотность газов влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, а последнее приводит к созданию гро­моздких трубопроводов.

2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необ­ходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих при­способлений по тракту течения газа представляют большие трудности.

3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со сто­роны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь боль­шие поверхности нагрева и поэтому получается весьма гро­моздкой.

Высокотемпературные теплоносители (кроме дымовых газов), нашедшие применение в промышленности для высокотемпературного обогрева включают в себя минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли.

Низкотемпературные теплоносители представ­ляют собой вещества, кипящие при температурах ниже 0°С. Ти­пичными представителями их являются аммиак NH₃, двуокись углерода СО₂, сернистый ангидрид SO₂ и большой ряд фреонов — галоидных производных насыщенных углеводородов, при­меняющихся в качестве хладоагентов в холодильной технике.

Электрическая энергия, хотя и является не теплоно­сителем в обычном смысле этого слова, а скорее способом обо­грева, также нашла широкое применение для нагревания ве­ществ в технологических процессах. Применяются три способа электрообогрева: электродуговой, диэлектрическое нагревание и нагревание сопротивлением. Последний получил широкое рас­пространение и имеет большую перспективу в районах, где от­сутствует топливо, но имеется достаточное количество дешевой электроэнергии, получаемой от гидро- и атомных электро­станций.

Достоинства электрического обогрева: простота и легкость подводки и устройства, удобство контроля, регулировки и об­служивания, возможность получить почти любую температуру и, наконец, чистота и гигиенические условия в работе. При пе­реходе электрической энергии в тепловую часто удается исполь­зовать почти 100% подведенной энергии; однако следует иметь в виду, что на базе теплового производства электроэнергии электрообогрев всегда будет иметь более низкий к. п. д., чем тепловые способы нагрева.
Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 1982

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 1979г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 1980 г.
Контрольные задания для СРС

1 Принципиальные схемы централизованного теплоснабжения. [1 стр. 5-9]

2 Теплообменные аппараты и их классификация [2 стр. 32-35]

3 Теплоносители классификация и предъявляемые к ним требования [2 стр. 38-45].
Тема 2. Системы теплоснабжения. Виды систем теплоснабжения. Водяные системы теплоснабжения. Паровые системы теплоснабжения. Преимущества и недостатки систем теплоснабжения. Схемы тепловых сетей. (4 часа)
План лекции

1 Классификация систем теплоснабжения

2 Преимущества и недостатки систем теплоснабжения

3 Схемы тепловых сетей
Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использыванию теплоты.

Снаюжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические процессы и водоснабжение зданий) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использывания теплового потенциала теплоносителя. В соответствии с этим каждая система теплоснабжения состоит из трех звеньев: источника теплоты, трубопроводов и систем теплопотребления с нагревательными приборами.

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: по мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуется дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объеденены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Пимером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение теплоты и передача ее воздуху помещений объеденены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Централтзованными системы теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений или зданий. Простейшей формой централизованного теплоснабжения является система снабжения теплотой одного здания любого объема от одного источника теплоты. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих теплотуот котельного агрегата, установленного в подвале здания. От этого котельного агрегата может подаваться теплота для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районные теплоснабжения и теплофикацию. При районном теплоснабжении источником теплоты служит районная котельная, а при теплофикации – ТЭЦ (теплоэлектрцентраль).

Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления и и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты. Теплофикация от районного теплоснабжения отличается не тоько видом источника теплоты, но и самим характером производства тепловой энергии. Она может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и элктрической энергии.

Кроие источника теплоты, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы. Однако, как правило, охват централизованным теплоснабжением, т. е. количество снабжаемых теплотой абонентов, при теплофикации значительно выше, чем при районном теплоснабжении.

Теплоносителем называется среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы – на водяные и паровы системы теплоснабжения. Из названии ясно, что в водяных системах теплоснабжения основным теплоносителем служит вода, а в паровых – пар. В нашей стране для городов и жилых районов в качестве теплоносителя используют воду.

На промышленных площадках в промышленных районах для систем теплоснабжения применяют воду и пар. Пар в основном применятся для технологических потребностей. В последнее время имеется тенденция применения и на промышленных объектах единого теплоносителя – воды, которая используется и при технологических процессах. Применение единого теплоносителя упрощает схему теплоснабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способствует качественной и дешевой эксплуатации.

Эффект передачи теплоты при применении воды заключается в том, что непрерывно двигающаяся от источника теплоты по трубопроводам и нагревательным приборам вода в последних за счет соприкосновения с относительно холодной их поверхностью охлаждается (снижает температуру) и тем самым передает часть переносимой с ней теплоты воздуху помещения в системах отопления. В системах вентиляции горячего водоснабжения – водопроводной воде. Следовательно, до систем теплопотребления (нагревательных приборов) вода имеет более высокую температуру, чем после них. Количество воды, проходящей в единицу времени через нагревательный прибор, остается, как правило, неизменным, меняется только ее температура.

Эффект передачи теплоты воздуху помещений (наружному воздуху или водопроводной воде) при применении пара состоит в передаче через стенки нагревательного прибора теплоты, равной количественно скрытой теплоте парообразования.

В системах теплоснабжения применяется только насыщенный пар, так как перегретый пар сразу теряет свой перегрев при соприкосновении с относительно холодными поверхно стями нагревательных приборов. Перед транспортировкой пара по паропроводам его в ряде случаев перегревают, чтобы к потребителям из-за попутноо охлаждения он был доставлен уже в состоянии насыщенного пара.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованного теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные требования. Главное санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях санитарных условий для находящихся в них людей. С этой точки зрения теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов, вызывать расположение пыли органического происхождения и неприятно воздействовать на человеческий организм. Средняя температура поверхности нагревательных приборовне должна быть выше С в жилых и обшественных зданиях. В промышленных зданиях допускается более С.

Техноко-экономические требования к теплоносителю сыодятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость трубопроводов, по которым транспортируются теплоноситель, быоа наименьшей, а также малой была масса нагревательных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагрева помещений, вентиляционного вохдуха и водопроводной воды.

С эксплуатационной точки зрения теплоноситель должен обладать качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например, котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы теплоты в системах отопления и вентиляции вызвана переменными температурами наружного воздуха.

Эксплуатационным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или иного теплоносителя.

Если сравнить по перечисленным основным показателем воду и пар, можно отметить следующие преимущества их друг перед другом.

Преимущества воды: 1) сравнительно низкая температура воды, а следовательно, температура поверхности нагревательных приборов; 2) возможность транспортирования воды на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала; 3) возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; 4) возможность ступенчатого подогрева воды на ТЭЦ с использыванием низких давлений пара и увелечения таким образом выработки электрической энергии на тепловом потреблении; 5) простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; 6) сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; 7) большой срок службы систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: 1) возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологических нужд; 2) быстрый прогрев и быстрое остывание систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещений с периодическим обогревом; 3) пар низкоо давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство а паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и создает возможность применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; 4) более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов; 5) простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; 6) отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара можно отнести дополнительно: 1) повышенные потери теплоты паропроводами из-за более высокой температуры пара; 2) срок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

Принимая во внимание сказанное, несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, последний применяется для систем теплоснабжения и отопительных систем значительно реже воды и то лишь для тех помещений, где нет долговременного пребывания людей. Строительными нормами и правилами паровое отопление разрешается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в промышленных зданиях. В жилых зданиях паровые системы не применяются.

В системах воздушного отопления и вентиляции любых зданий разрешается применение пара в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя. Применять его также можно для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

Параметрами теплоносителей называют температуру и давление. Вместо давления в практике эксплуатации широко пользуются другой единицой - напором.

Напор и давление связаны зависимостью

,

где - напор, м; -давление, Па; -плотность теплоносителя, кг/м³; - ускорение свободного падения, м/с².

Вода как теплоноситель характеризуется различными температурами до системы теплопотребления (нагревательного прибора) и после системы теплопотребления.

Мощность теплового потока, кВт, отдаваемого водой, характеризуется формулой



где - количество воды, проходящей через систему теплопотребления, кг/с; -удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг*°С); - температура воды до системы теплопотребления (после источника теплоты), °С; - температура воды после системы теплопотребления (до источника теплоты), °С.

В современных системах теплоснабжения применяют следующие значения температур воды: а) ( ); в системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий.

Температура воды а системах теплоснабжения должна соответствовать давлению, при котором не будет вскипания (например, вода при температуре должна иметь давление не ниже 0,4 МПа).

Повышение температуры воды в источнике теплоснабжения (у генератора теплоты) ведет к снижению количества перекачиваемой воды, уменьшению диаметров труб и расходов энергии на перекачку.

Паровые сети проектируют в основном на площадках промышленных предприятий, где тепловая нагрузка сосредоточена на сравнительно небольших территориях, требующих прокладки паропроводов с несколькими ответвлениями к производственным цехам. Если технологические процессы допускают кратковременные перерывы потребления тепла, достаточные для ликвидации аварии тепловых сетей, то на территории таких предприятий рекомендуется прокладка радиальных однотрубных паропроводов (рисунок 2.1). Прокладка конденсатопровода для возврата конденсата к источнику тепла решается исходя из местных условий и особенностей технологического процесса.

Радиальные сети сооружаются с постепенным уменьшением диаметров труб в направлении от источника тепла. Такие сети наиболее дешевы и просты в эксплуатации. Но при авариях на головных участках трубопроводов теплоснабжение за аварийным участком прекращается. Неудобны радиальные сети и при ремонте магистральных линий, так как на весь период ремонтных работ все потребители за ремонтируемым участком должны быть отключены. В этих случаях иногда применяются дублирование паропроводов, т. е. вместо одного паропровода прокладываются два паропровода с пропускной способностью каждого по 50 %.

Кода прекращения подачи тепла на технологические цели недопустимы, для резервирования теплоснабжения на аварийном участке могут быть использованы радиально-кольцевые сети, которые отличаются от радиальных устройством перемычек 2 между радиальными магистралями 1. резервирование по перемычкам в большинстве случаев оказывается малоэффективным из-за недостаточной пропускной способности перемычки, выполненной из трубы меньшего диаметра – d₃1.


Рисунок 2.1 - Радиальные тепловые сети:

1 – магистральные трубопроводы; 2 – перемычки

Водяные тепловые сети отличаются многочисленностью ответвлений и распределением тепловой нагрузки на больших территориях. Большая подверженность водяных тепловых сетей авариям предъявляет высокие требования к соблюдению надежности теплоснабжения.

Радиальные водяные сети допускаются сооружать при диаметрах трубопроводов до 700 мм со сроком ликвидации авар до 24 ч. Перемычки в радиально-кольцевых сетях для водяного теплоносителя более целесообразны, чем для пара, так как с их помощью удобно решается подача сетевой воды на горячее водоснабжение во время летнего ремонта сетей на начальных участках.

Кольцевые сети (рисунок 2.2) самые дорогие, поэтому сооружаются в крупных городах. Замкнутые трубопроводы удобны для объединения нескольких источников тепла и благоприятны для оптимального распределения нагрузки по тепловым станциям и загрузки наиболее крупных и экономичных агрегатов.



Рисунок 2.2 – Кольцевые сети

Технико-экономические исследования специалистов показали, что дополнительные затраты на сооружение кольцевых сетей, выполненных из труб постоянного диаметра, зачастую компенсируется снижением капитальных вложений на установку меньших суммарных резервов мощностей тепловых станций.

Секционирующие задвижки применяют для удобства двустороннего отключение участков сети с целью уменьшения аварийных утечек воды и сокращение времени наполнения труб сетевой воды после ликвидации аварий. Секционирование магистрали и устройство блокировочных перемычек позволяет производить аварийные работы на отключенном участке без прекращения теплоснабжения на других участках.

В разветвленных сетях длина секционируемой магистрали должна быть не менее 1км. На магистральных направлениях с диаметром трубы более 600 мм допускается увеличение расстояние между секционными задвижками до 3км, если ТЭЦ располагает мощной водоподогревательной станцией, способной заполнить секционный участок подпиточной водой за время не более 5 ч.

Диаметры блокировочных перемычек рассчитывают на пропуск аварийного расхода воды, применяемого не менее 70% от расчетного. Перемычки использует для аварийной и резервной передачи избытков тепла между магистралями. По ним производится также переброс теплоносителя от резервных источников тепла, например, пиковых котельных района.

Блокировочная перемычка может быть однотрубной и использоваться попеременно как подающая, так и обратная линия. Для этого в КРП производят соответствующее присоединение перемычки к магистральным трубам.

Практика показала, что продолжительность ликвидации последний аварий в водяных сетях диаметром до 700 мм не превышает установленной для большинства районов страны нормы-24 ч. Поэтому при диаметрах магистралей до 700 мм блокировочные перемычки можно не устанавливать. Тогда на время непродолжительных аварий допускается отключение потребителей с использованием аккумулирующей способности отапливаемых зданий.

В КРП распределительные сети присоединяются к магистральным сетям с обеих сторон секционирующей задвижки, благодаря двухстороннему питанию непрерывное теплоснабжение обеспечиваются при повреждении любого участка магистрали. При необходимости в КРП могут размесятся насосана подкачивающие или вместительные установки, а также водоподогреватели. На подкачивающие насосы возлагается задача поддерживания непрерывно циркуляции теплоносителя в распределительных сетях такие гидравлические и тепловые режимы, которые необходимые для потребителей тепла в районе. Местное регулирование тепловых и гидравлических режимов для больших группы потребителей, осуществляемое квалифицированным персоналом, открывает широкую перспективу более полного учета местных климатических условий района, этажности застроек и других факторов, определяющих экономику и надежность теплоснабжения.

Разработка многоступенчатых систем теплоснабжения является крупным достижением советских специалистов по пути дальнейшего совершенствования методов управления с привлечением средств автоматики и электронной вычислительной техники. Применение таких систем снижает опасность возникновения аварий, позволяет сократить сроки их ликвидации и предупредить возможность их возникновения. Внедрение этих достижений является логичным воплощением политики в области централизованных систем теплоснабжения.
Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 1982

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 1979г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 1980 г.
Контрольные задания для СРС

1 Виды систем теплоснабжения. [3 стр. 24-44]

2 Преимущества и недостатки систем теплоснабжения [3 стр. 44-46]

3 Схемы тепловых сетей [3 стр. 46-50].