4. Курсовая работа

«Теплоснабжение района города от котельной»

4.1. Исходные данные

1. Объекты теплоснабжения:

а) жилой район с количеством проживающих N₁ человек и общей жилой площадью F₁ тыс. м² . Все здания построены после 1985 г. по новым типовым проектам с применением энергосберегающих мероприятий, этажность зданий составляет 5 этажей и более;

б) промышленное предприятие, для которого заданы расчетные тепловые нагрузки на отопление Q^/_o, вентиляцию Q^/_в,

горячее водоснабжение Q_гв и технологию Q^/_т , а также параметры пара (давление Р_п и температура t_п ).

2. Расчетная схема тепловой сети.

Расчетная схема тепловой сети представлена на рис.4.1, известны длины участков l и геодезические отметки z в характерных точках.

3. Район расположения объекта.

В качестве исходных данных задан город, в котором расположен объект теплоснабжения.

4. Регулирование отпуска тепла.

Для выполнения контрольной работы следует выбрать центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке и температурный график в соответствии с вариантом задания.

5. Система теплоснабжения.

При выполнении контрольной работы принять закрытую систему теплоснабжения.

Исходные данные приведены в табл. 1,2 по вариантам. Номер варианта контрольной работы определяется по сумме двух последних цифр номера зачетной книжки студента.

Рис. 4.1. Расчетная схема тепловой сети

4.2. Перечень вопросов, подлежащих разработке

1. Определить тепловые нагрузки потребителей. Построить графики изменения подачи теплоты каждому объекту в диапазоне изменения температур наружного воздуха, а также в зависимости от времени стояния этих температур, определить годовой запас условного топлива для теплоснабжения.

2. Выбор вида теплоносителей и их параметры.

3. Выбор и обоснование системы теплоснабжения и её состав.

4. Выбрать методы регулирования системы теплоснабжения. Произвести расчет и построить температурные графики:

- регулирования отпуска теплоты;

- средневзвешенной температуры теплоносителя, возвращаемой на источники теплоснабжения.

5. Построить графики изменения расхода сетевой воды при изменении температуры наружного воздуха по объектам и суммарный график изменения расхода воды.

6. Произвести гидравлический расчет тепловых сетей, выбрать гидравлический режим эксплуатации, построить пьезометрический график тепловой сети с указанием координат всех узлов, осуществить выбор циркуляционных насосов.

7. Выполнить расчет тепловой схемы источника теплоснабжения, провести выбор основного оборудования и дать его обоснование.

4.3. Методические указания для выполнения

курсовой работы

4.3.1. Выбор вида теплоносителей и их параметры

В соответствии со СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети в систе­мах централизованного теплоснабжения для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий" в качестве теплоносителя следует, как правило, принимать воду.

Применение для промышленных предприятий в качестве еди­ного теплоносителя пара для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения допускается при технико-экономическом обосновании.

Выбор расчетных температур теплоносителя в водяных сис­темах теплоснабжения является сложным вопросом, в значительной мере определяет экономичность использования всех основных элемен­тов системы (источники тепловых сетей и приемников теплоты).

Повышение расчетной температуры подавае­мой воды (t₀₁) вызывает увеличение величины расчет­ной разности температур подаваемой и возвращаемой воды, сокращает требуемый расход теплоносителя, т.е. позволяет уменьшить диаметры трубопроводов и снизить расходы электроэнергии на перекачку воды.

При теплоснабжении от котельных экономически целесообразно выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по техническим условиям его транспорта по сети и использования в абонентских уста­новках [3].

Параметры пара в системах пароснабжения определяются тре­буемой температурой в технологических процессах (t_т.п). Принимая минимально необходимый перепад температур в технологическом аппарате, определяем температуру греющего пара (t_r.п), по которой на­ходим давление греющего пара у потребителя:

t_гп = t_тп + D t_min . (4.1)

Учитывая падение давления при транспортировке пара (DР), определяем давление пара в источнике:

Р_и = Р_н + DР. (4.2)

В целях исключения конденсации пара при транспорте его по паропроводам необходимо подавать пар перегретым с небольшим пе­регревом (10-20 °С). При транспортировке пара его температура снижается на 5-20 °С на один километр длины линии.

4.3.2. Выбор и обоснование системы теплоснабжения

и ее состав

Выбор системы теплоснабжения следует определять на осно­вании технико-экономических расчетов с учетом качества исходной воды, степени обеспеченности ее, поддержания каче

ства горячей воды у потребителей [1]. Водяные тепловые сети надлежит принимать, как правило, двухтрубными, подающими одновременно теплоту на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды.

Паровые централизованные системы применяются при снабжении теплотой промышленных предприятий и должны включать в себя системы сбора и возврата конденсата. Отказ от полного возвра­щения конденсата должен быть обоснован.

Системы сбора и возврата конденсата источнику теплоснаб­жения следует предусматривать закрытыми, при этом избыточное дав­ление в сборных баках конденсата не менее 0,005 МПа.

Открытые системы сбора и возврата конденсата допускается предусматривать при количестве возвращаемого конденсата менее 10 т/ч и расстоянии до 0,5 км.

Возврат конденсата от потребителей должен осуществляться за счет избыточного давления за конденсатоотводчиками, а при недостаточном: давлении - за счет одного или группы потребителей сборных баков конденсата и насосов для перекачки конденсата.

Возврат конденсата конденсатоотводчиками по общей сети допускается применять при разнице в давлении пара перед конденсатоотводчиками не более 0,3 МПа.

Температура возвращаемого конденсата для закрытых систем не нормируется, для открытых - принимается не менее

95 °С.

Важными элементами системы теплоснабжения являются тепловые пункты, с помощью которых происходит распределение теплоносителя по потребителям теплоты, а также преобразование вида теплоносителя (в паровых системах теплоснабжения) или его параметров (в водяных системах теплоснабжения).

В соответствии со СП 41-101-95 [2] в системах теплоснабжения тепловые пункты подразделяются:

- на индивидуальные тепловые пункты (ИТП) – для присоединения потребителей теплоты одного здания или его части;

- центральные тепловые пункты (ЦТП) – для присоединения потребителей теплоты двух зданий и более.

Допускается устройство ЦТП для присоединения систем теплопотребления одного здания, если для этого здания требуется устройство нескольких ИТП.

Устройство ИТП обязательно для каждого здания независимо от наличия ЦТП.

Для промышленных предприятий при теплоснабжении от внешних источников теплоты и числе зданий более одного устройство ЦТП является обязательным, а при теплоснабжении от собственных источников теплоты необходимость ЦТП определяется конкретными условиями теплоснабжения.

Присоединение систем потребления теплоты необходимо выполнять с учетом пьезометрического графика и графика изменения температуры теплоносителя, при этом следует обеспечить минимальный расход воды в тепловых сетях, а также экономию теплоты за счет применения регуляторов расхода теплоты и ограничителей максимального расхода сетевой воды, корректирующих насосов или элеваторов с регулируемым соплом, снижающим температуру воды, поступающей в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха [1, 2].

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны присоединяться к двухтрубным водяным тепловым сетям по зависимой схеме.

Системы отопления зданий следует присоединять к тепловым сетям в следующих случаях:

- непосредственно при совпадении гидравлического и температурного режимов тепловой сети и отопительной системы;

- при необходимости снижения температуры воды через элеватор в системе отопления и при располагаемом напоре перед элеватором не менее 15 - 25 м вод.ст.;

- при необходимости снижения температуры воды через смесительные насосы в системе отопления и при располагаемом напоре, недостаточном для работы элеватора, а также при осуществлении автоматического регулирования системы отопления.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха зданий присоединяются к тепловым сетям следующим образом:

- непосредственно, когда не требуется изменения расчетных параметров теплоносителя;

- через смесительные насосы при необходимости снижения температуры воды в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, а также для поддержания постоянной температуры воды, поступающей в калориферы второго подогрева систем кондиционирования воздуха.

Смесительные насосы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха устанавливаются:

а) на перемычке между подающим и обратным трубопроводами при располагаемом напоре перед узлом смешения, достаточном для преодоления гидравлического сопротивления систем и тепловых сетей после ЦТП;

б) на обратном трубопроводе перед узлом смешения или на подающем трубопроводе после узла смешения при располагаемом напоре перед узлом смешения, недостаточном для преодоления гидравлического сопротивления, указанного в пункте “а”.

В тепловых пунктах потребления теплоты с зависимым присоединением систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в которых режим теплопотребления не обеспечивается принятым на источнике теплоты центральным качественным регулированием отпуска теплоты, следует предусматривать корректирующие насосы или регулируемые элеваторы, осуществляющие снижение температуры воды после ЦТП или ИТП в соответствии с графиком температур теплоносителя в этих системах (рис. 4.2) [2].

Корректирующие насосы устанавливаются на перемычке между подающим и обратным трубопроводами после отбора воды из подающего трубопровода и до отбора воды из обратного

трубопровода на водоподогреватели или смесительные устройства систем горячего водоснабжения.

По независимой схеме, предусматривающей установку водоподогревателей, следует присоединить следующие системы:

- отопления 12-этажных зданий и выше;

- отопления зданий в открытых системах теплоснабжения при невозможности обеспечения требуемого качества воды в системе горячего водоснабжения;

- отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха зданий при гидравлических условиях:

а) при располагаемом напоре в тепловой сети перед тепловым пунктом, недостаточным для преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов и оборудования тепловых пунктов и систем потребления после него;

б) при давлении в подающем трубопроводе тепловой сети перед тепловым пунктом ниже статического давления в системах потребления теплоты;

в) при статическом давлении в тепловой сети, превышающем допускаемое давление для систем потребления теплоты.

Рис.4.2. Принципиальная схема ГТП: 1 - воздухораспределитель; 2 - калорифер; 3 - регуляторы расхода (по давлению и температуре); 4 - воздухозаборник; 5 - воздушник; 6 - стояки водоразборных кранов; 7 - нагревательные приборы; 8 - элеватор; 9 - моделирующее устройство (импульс температуры наружного воздуха); 10 - регулируемый циркуляционный насос; 11 - циркуляционный насос; 12 - бак-аккумулятор;

13 - ЦБ вентилятор; 14 - обратный клапан; 15 - подогреватель ГВС

Циркуляционные насосы при независимой системе теплоснабжения устанавливаются на обратном трубопроводе от систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха до водоподогревателя.

При присоединении к ЦТП группы зданий с независимым присоединением систем следует предусматривать установку в ЦТП общего водоподогревателя.

Горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения должно присоединяться к подающему и обратному трубопроводам двухтрубных водяных тепловых сетей через регулятор смешения воды для подачи в систему горячего водоснабжения воды заданной температуры.

В открытых системах теплоснабжения циркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения рекомендуется присоединять к обратному трубопроводу тепловой сети после отбора воды в систему горячего водоснабжения, а при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водоснабжения, необходимо установить повысительно-циркуляционный насос на трубопроводе после регулятора смешения.

В закрытых системах теплоснабжения для горячего водоснабжения предусматриваются водоподогреватели. Схемы при-соединения водоподогревателей в ЦТП или в ИТП зависят от соотношения максимального потока теплоты на горячее водоснабжение и максимального потока теплоты на отопление (рис.4.3):

- одноступенчатая схема;

- двухступенчатая схема.

Рис.4.3. Закрытая двухступенчатая последовательная схема присоединения установки горячего водоснабжения: 1- cетевые подогреватели; 2 - сетевой насос; 3 - подпиточный насос; 4 - отопительный прибор; 5 - воздушный кран; 6 - водоразборный кран; 7,8 - подогреватели верхней и нижней ступеней горячего водоснабжения; 9 - отопительный подогреватель; 10 - расширительный бак; 11 - насос; 12 - регулятор отопления; 13 - регулятор температуры

При теплоснабжении от котельных мощностью 35 МВт и менее присоединение водоподогревателей осуществляется по одноступенчатой схеме независимо от соотношения нагрузок.

В закрытых системах теплоснабжения при присоединении к тепловым сетям горячего водоснабжения необходимо устанавливать циркуляционные трубопроводы с циркуляционными или повысительно-циркуляционными насосами. При двухступенчатых схемах подогрева циркуляционный трубопровод рекомендуется присоединять к трубопроводу нагреваемой воды между первой и второй ступенями нагрева, а при параллельной (одноступенчатой) схеме присоединения к трубопроводу холодной водопроводной воды или к трубопроводу нагреваемой воды между секциями водоподогревателя.

Горячее водоснабжение для технологических нужд допускается предусматривать из системы горячего водоснабжения хозяйственно-бытовых нужд, если параметры воды хозяйственно-питьевого водопровода удовлетворяют требованиям технологического потребителя.

К паровым тепловым сетям потребители могут присоеди-няться по зависимой схеме с непосредственной подачей пара в системы теплопотребления с изменением или без изменения параметров пара; по независимой схеме через пароводяные подогреватели.

При необходимости изменения параметров пара должны предусматриваться редукционно-охладительные, редукционные или охладительные установки (рис.4.4). В тепловых пунктах, присоединенных к паровым тепловым сетям, должны быть установки сбора, охлаждения и возврата конденсата. Необходимы также мероприятия по использованию теплоты конденсата путем охлаждения конденсата в водоподогревателях с использованием нагретой воды для хозяйственно-бытовых или технологических потребителей горячей воды и получения пара вторичного вскипания в расширительных баках с использованием его для технологических потребителей низкого давления.

Рис.4.4. Схема двухтрубной паровой системы с возвратом конденсата: 1- котлоагрегат; 2 - редукционно-охладительная установка; 3 - паропроводы; 4 - теплоприемник; 5 - конденсатоотводчик; 6 - конденсатосборник; 7- конденсатный насос; 8 - обратный клапан; 9 - сборный бак конденсата; 10 - напорный конденсатопровод

4.3.3. Определение тепловых нагрузок

Расчетный расход тепла на отопление и вентиляцию определяется на основании теплового баланса зданий. При отсутствии данных о типе застройки и характеристиках зданий или проектов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение согласно [1] рекомендуется определять тепловые нагрузки на вышеуказанные цели по укрупненным показателям.

Расчетный расход теплоты на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий следует определять по выражениям

Q^/_ож = qF× 10^-6; (4.3)

Q^/_ооб = к Q^/_ож = кqF× 10^-6, (4.4)

где к - коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий, к = 0,25;

q - укрупненный показатель теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² жилой площади, принимаемой по табл. П3;

F - жилая площадь, м².

Q^/_в = к₁ Q^/_ооб = к× к₁ qF_{ж ×} 10 ^–6 , (4.5)

где к - коэффициент, учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий, принимается равным 0,6 для зданий постройки после 1985 года;

F_ж - площадь общественных зданий, м².

Расчетный расход теплоты (средний за отопительный период) на горячее водоснабжение в целом по жилому району следует определять по формуле

×10^-3, (4.6)

где N_ж - число жителей в районе;

а - норма расхода горячей воды на одного жителя, л/сут, в соответствии с [7] принимается по табл. П4;

b - норма расхода горячей воды, потребляемой в общественных зданиях при температуре 55 ^оС, принимаемой в размере 25 л/сут на одного человека или по укрупненному показателю среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека q_гв, Вт/чел, принимаемого по [7];

t³_х - температура холодной воды, ^оС, при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС;

Q^ср_гв = q_гв N_ж ×10^-6 . (4.7)

Максимальный тепловой поток, МВт, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Q^max_гв = 2,4 Q^cр_гв . (4.8)

Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию являются сезонными нагрузками, зависящими от температуры наружного воздуха.

Текущий расход тепла, МВт, на отопление и вентиляцию при любой температуре наружного воздуха t_н определяется по формулам

, (4.9)

, (4.10)

где t_вр - расчетная температура воздуха внутри помещения, ^оС;

t_нр - расчетная температура наружного воздуха, принимается по табл. П5.

По формулам (3.1) - (3.4) для пяти, шести значений t_н вычисляются Q_о,Q_в, Q_гв и строятся графики изменения тепловых нагрузок в зависимости от температуры наружного воздуха

Q_o = f (t_н), Q_в = f (t_н), Q_гв = f (t_н) и суммарный график для каждого жилого района. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение является всесезонной нагрузкой и не зависит от t_н.

При расчете суммарной круглогодичной нагрузки системы централизованного теплоснабжения необходимо иметь величины средних нагрузок для сезонных потребителей теплоты. Такие нагрузки определяются по формулам в зависимости от средней температуры наружного воздуха за отопительный период t ^ср.о_н , [5]:

; (4.11)

. (4.12)

Для промышленных предприятий и общественных зданий при расчете суммарного расхода на вентиляцию вводится коэффициент, который учитывает некруглосуточную работу системы вентиляции [1], а для расчета суммарной нагрузки на отопление промышленных предприятий необходимо учитывать работу дежурного отопления во внерабочее время, нагрузка которого определяется по формуле

, (4.13)

где t^л_в - температура воздуха внутри помещения во время работы дежурного отопления, ^оС; в соответствии с [5] принимается равной 5^оС.

В теплый период года несколько снижается расход теплоты на горячее водоснабжение за счет увеличения температуры холодной воды, а также снижения потребления горячей воды в этот период по сравнению с отопительным периодом, что учитывается коэффициентом b = 0,8 [1]:

. (4.14)

Температура холодной воды летом, если она неизвестна, принимается t^л_х = 15^оС [1] .

Для промышленных предприятий расчетный расход теплоты в теплое время на горячее водоснабжение

. (4.15)

Расчет суммарного годового потребления теплоты в жилых и общественных зданиях производится по формулам

а) на отопление

Q_о^год = 86,4∙ (Q_ож^cр + Q_ооб^cр) n_o; (4

.16)

б) на вентиляцию

Q_о^год = 3,6∙ Q_в^cр z n_o , (4.17)

где z - усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (при отсутствии данных принимается равным 16 ч) [1];

n_o - продолжительность отопительного периода в сутках, соответствующая периоду со средней температурой наружного воздуха 8 ^оС и ниже, принимается по табл. П5;

в) на горячее водоснабжение

Q_гв^год = 86,4 [Q_гв^cр n_o + Q_гвл^cр × (n_у – n_o)] , (4.18)

где n_у - расчетное число суток в году работы cистемы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток по [1].

Расчет суммарного годового потребления теплоты на промышленных предприятиях следует проводить по формулам

а) на отопление

Q_опп^год = 3,6 [Q_о^cр (n_o z_пп + Q_о^д (24- z_пп) n_o)]³, (4.19)

где z_пп - число часов работы промышленного предприятия в сутки, ч/сут;

Q_о^{д -} расход теплоты на дежурное отопление, МВт;

б) на вентиляцию

Q_впп^год = 3,6 [Q_впп^cр (n_o z_пп + Q_впп^д (24- z_в) n_o)]; (4.20)

в) на горячее водоснабжение

Q_гвпп^год = 3,6 Q_гапп n_o Т, (4.21)

где Т - число часов использования горячей воды, ч/сут;

n - число cуток работы предприятия в году, сут/год;

г) на технологию

Q_тпп^год = 3,6 Q_т^max z_год , (4.22)

где z_год - годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки, ч/год; при отсутствии данных принимается 4000- 7000 ч/год.

Аналогично строится график изменения тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха для промышленного предприятия и суммарный график для всех потребителей, т.е. для жилых районов и промышленного предприятия.

Построение годового графика расхода теплоты производится по суммарному расходу теплоты потребителями в зависимости от температуры наружного воздуха и данных табл. П 6 (рис. 4.5).

Рис.4.5. Годовой график суммарного расхода теплоты потребителями

4.3.4. Регулирование отпуска тепла.

Построение температурного графика

В основу центрального качественного регулирования положен закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха [3 ].

Для расчета температур в отопительных системах с зависимым присоединением следует использовать следующие выражения:

а) температура сетевой воды перед отопительной системой

t_о1 = t_вр + Dt^/_o `Q<sub>o</sub><sup>0,8</sup>+ (d t<sup>/</sup><sub>o</sub> - q<sup>/</sup><sub>о</sub> /2)`Q_o , (4.23)

где d t^/_o - расчетный перепад температур в тепловой сети;

d t^/_o = t^/_o -t^/_o2 ; (4.24)

б) температура воды на выходе из отопительной системы

t_о2 = t_вр + Dt^/_o `Q<sub>o</sub><sup>0,8</sup>- q<sup>/</sup><sub>о</sub> /2`Q_o . (4.25)

в) температура воды после смесительного устройства (элеватора)

t_о3 = t_вр + Dt^/_o `Q<sub>o</sub><sup>0,8</sup>- q<sup>/</sup><sub>0</sub> /2`Q_o , (4.26)

где Dt^/_o - расчетная разность температур в отопительных приборах, ^оС;

Dt^/_o = 0,5 (t^/_о3 + t^/_о2) – t_вр ; (4.27)

q^/₀ - расчетный перепад температур теплоносителя в отопительных приборах; q^/₀ = t^/_о3 + t^/_о2;

`Q<sub>o</sub> - относительная тепловая нагрузка; `Q_o = Q_o /Q^/_o .

В случае отсутствия смесительного устройства, т.е. при непосредственном присоединении отопительных систем t^/₀₃ = t^/₀₁ .

По уравнениям (4.23), (4.25), (4.26) для текущих температур наружного воздуха в диапазоне 8 (или10) £ t_н £ t_нр (пять, шесть значений) определяются температуры воды t_о1, t_о2, t_о3 и строится температурный график t = f (t_н) (рис. 4.6).

Поскольку температура горячей воды в местах водозабора не должна быть ниже 55 ^оС [1], с учетом снижения температуры в местных коммуникациях и перепада температур в подогревателе горячего водоснабжения минимальная температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети для открытой системы теплоснабжения принимается t^н1_о1 = 60 ^оС, для закрытой системы -t^н1_о1 = 70 ^оС.

График температур (рис. 4.6) в подающем трубопроводе тепловой сети имеет вид ломаной линии (температура наружного воздуха в точке излома t_н = t_нти ).

Рис.4.6. Температурный график регулирования отпуска теплоты:

1 - температура воды в подающей линии t₀₁; 2 - температура воды в обратной линии t₀₂; 3 - температура воды в местной отопительной системе t₀₃; 4 - температура воды на выходе из системы вентиляции t_2в;

5 - температура воды на выходе из системы горячего водоснабжения t_2г; 6 - температура воды

После построения графика температур воды в тепловой сети находят температуру наружного воздуха t_{н т.и} , начиная с которой происходит переход от качественного регулирования нагрузки отопления к количественному, т.к. с этой температуры наружного воздуха температура воды в подающей и обратной линиях системы отопления становится постоянной.

Количественный метод регулирования отопительной нагрузки заключается в определении эквивалента расхода воды в сети и температуры обратной воды в зависимости от тепловой нагрузки, когда температура t_н становится меньше t_{н т.и}.

В связи с этим температура наружного воздуха, соответствующая точке излома t_{н т.и} температурного графика, и соответствующие ей t _01т.и, _{t 02 т.и} и t _{03 т.и} принимаются за расчетные [12].

Тогда относительная нагрузка при любом значении t_н>t_н.т.и

. (4.28)

Расчетные величины δ_о.и ; q_{о т.и} и Δt_т.и при t_{н т.и} определятся:

;

;

.

Относительный расход воды на отопление из характеристического уравнения отопительных установок

. (4.29)

Расход из тепловой сети в системе отопления

. (4.30)

Температура воды на выходе из отопительной системы

. (4.31)

Считая, что изменением коэффициента инжекции элеватора при изменении расходов воды можно пренебречь, температуру воды на входе в отопительную систему определяют по формуле

, (4.32)

где U - коэффициент смешения элеватора.

Все полученные выражения справедливы только при t ₀₂>t_вр.

Расчет расхода воды из тепловой сети на вентиляцию и температуры воды после систем вентиляции при центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке производим в следующей последовательности:

1. Рассчитываем водяные эквиваленты рабочих сред при расчетном режиме:

а) первичной рабочей среды (воды из тепловой сети)

; (4.33)

б) вторичной рабочей среды (воздух)

. (4.34)

Расчетный W’_воз не будет зависеть от температуры наружного воздуха и является постоянной величиной.

2. Выбираем из полученных значений W’_п , W’_воз меньшее:

. (4.35)

3. Рассчитываем средний температурный напор для калорифера по среднеарифметической разности температур теплообменивающихся потоков для расчетного режима:

. (4.36)

4. Основной режимный коэффициент при расчетном режиме

. (4.37)

5. Задаемся произвольной температурой наружного воздуха t_н и по ней из графика температуры воды в подающей линии тепловой сети находим текущее значение t _01.

6. Рассчитываем постоянные коэффициенты α и β:

; (4.38)

. (4.39)

7. Решаем уравнение относительно отношения W_п/W_воз:

. (4.40)

Данное уравнение решается методом последовательных приближений.

8. Из полученного соотношения W_п/W_воз = х находим текущее значение водяного эквивалента сетевой воды:

W_п = х W_воз. (4.41)

9. Находим расход сетевой воды через калорифер:

G_в= W_п/с_в . (4.42)

10. Рассчитываем текущую тепловую нагрузку на вентиляцию:

Q_в = W_в( t_вр- t_н) (4.43)

или

. (4.44)

11. Температура сетевой воды после калорифера

. (4.45)

12. По полученным температурам t _в2 для различных температур наружного воздуха t_н строим график t_в2= f(t_н) (см. рис. 4.6).

Расчет расхода воды из тепловой сети на одноступенчатый подогрев воды при горячем водоснабжении и температур воды на выходе из подогревателя при центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке выполняем в следующей последовательности:

1. Рассчитываем водяные эквиваленты для расчетного режима. За расчетный режим в системах горячего водоснабжения принимается температура наружного воздуха в точке излома t_{н т.и}:

а) первичной max рабочей среды (воды из тепловой сети)

; (4.46)

б) вторичной рабочей среды

. ( 4.47)

Водяной эквивалент W’_вв не зависит от температуры наружного воздуха.

2. Рассчитываем расчетный средний температурный напор для подогревателя системы горячего водоснабжения:

. (4.48)

3. Определяем параметр секционного водо-водяного подогревателя:

. (4.49)

4. Задаемся произвольной температурой наружного воздуха t_н и по ней из графика температуры воды в подающей линии тепловой сети находим текущее значение τ₀₁.

5. Задаемся произвольным значением температуры греющей воды на выходе из подогревателя системы горячего водоснабжения t _г2.

6. Определяем значение водяного эквивалента сетевой воды для полученных температур:

. (4.50)

7. Из совокупности водяных эквивалентов выбираем меньший и больший:

; (4.51)

. (4.52)

8. Рассчитываем безразмерную удельную тепловую нагрузку секционного подогревателя:

. (4.53)

9. Рассчитываем фактическую тепловую нагрузку горячего водоснабжения:

. (4.54)

10. Определяем фактическую температуру сетевой воды на выходе из подогревателя горячего водоснабжения:

. (4.55)

11. Сравниваем с ранее принятой t_г2 , если они отличаются значительно, то производим пересчет.

12. Определяем расход сетевой воды на подогреватель горячего водоснабжения:

. (4.56)

13. По полученным температурам t _г2 для различных температур наружного воздуха t_н строим график t _г2 = f(t_н) (рис.4.7).

Рис.4.7. Графики температур и расхода сетевой воды на горячее водоснабжение при закрытой системе теплоснабжения и параллельной схеме включения водо-водяных подогревателей горячего водоснабжения на групповых или местных тепловых подстанциях

Расчет местного регулирования двухступенчатой смешанной схемы подогрева воды на горячее водоснабжение выполняется в следующей последовательности.

1. Исходные данные для расчетных условий :

W^р_гв – расчетный водяной эквивалент сетевой воды, кВт/к;

– максимальная расчетная нагрузка на горячее водоснабжение (при отсутствии баков-аккумуляторов), МВт;

W^р = W_о+ W^р_гв – расчетный водяной эквивалент сетевой воды на вводе в ЦТП или ИТП, кВт/К;

- температуры нагреваемой воды t_х, принимаются летом 15 ^оС, зимой – 5^оС;

- температура горячей воды t_г , принимается равной 60^оС;

- температуры сетевой воды при расчетном режиме в отдельных точках схемы равны на входе в подогреватель верхней ступени – τ_01т.и; на выходе из подогревателя верхней ступени – ; на входе в подогреватель нижней ступени – t^//_c2 =

= t_2т.и ;

- температура водопроводной воды на выходе из нижней ступени для расчетного режима

; ^оС .

2. Рассчитываем водяные эквиваленты для расчетного режима:

а) сетевой воды на отопление

; (4.57)

б) сетевой воды на горячее водоснабжение верхней ступени

; (4.58)

в) воды на горячее водоснабжение нижней ступени

; (4.59)

г) водопроводной воды

. (4.60)

3. Расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение:

а) нижней ступени

; (4.61)

б) верхней ступени

. (4.62)

4. Рассчитываем температуру сетевой воды на выходе из нижней ступени:

. (4.63)

5. Рассчитываем средние температурные напоры:

а) в нижней ступени подогревателя

(4.64)

или

; (4.65)

б) в верхней ступени подогревателя

(4.66)

или

. (4.67)

6. Рассчитываем параметры подогревателя:

а) нижней ступени

; (4.68)

б) верхней ступени

. (4.69)

7. Для расчета значений W_гв и τ_г2, отличных от расчетных, задаемся произвольными значениями t_н и по ним находим соответствующие t ₀₁ и t₀₂ из графика температур сетевой воды в зависимости от t_н.

Дальнейший расчет проводим методом последовательных приближений.

8. Пренебрегаем вначале водяным эквивалентом сетевой воды W^в_гв, выходящей из верхней ступени и поступающей в нижнюю ступень, т.е. считаем, что в нижнюю ступень поступает только W_о и что τ_с2 =τ₀₂.

. (4.70)

9. Находим больший и меньший водяные эквиваленты для нижней ступени; поскольку W^р_вв= const не зависит от t_н, то

W_б = max (W_o;W^р_вв) и W_м = min (W_o; W^р_вв).

10. Рассчитываем безразмерную характеристику подогревателя нижней ступени:

. (4.71)

Если ε_н получится больше 1, то принимают ε_н=1.

11. Рассчитываем тепловую нагрузку нижней ступени:

Q^н_гв = e_н W_м Ñ_н , (4.72)

где Ñ_н = t_с2 - t^з_х = t₀₂ - t^з_х – максимальная разность температур в нижней ступени подогревателя, ^оС.

12. Определяем температуру водопроводной воды на выходе из нижней ступени:

. (4.73)

13. Рассчитываем тепловую нагрузку верхней ступени подогревателя:

. (4.74)

14. Определяем водяной эквивалент сетевой воды для верхней ступени, принимая τ_г2 = t_п+δt_в = t_п+ (5…10) ^оС:

. (4.75)

15. Уточняем водяной эквивалент сетевой воды нижней ступени:

W = W_o+ W_г. (4.76)

16. Определяем температуру сетевой воды на входе в нижнюю ступень:

. (4.77)

17 По пп. 9,10,11,12,13 уточняем значения W_б; W_м; ε_н; Ñ_н; Q^н_гв; t_п; Q^в_гв.

18. Определяем водяной эквивалент сетевой воды через подогреватель верхней ступени:

, (4.78)

где Ñ_в = t₀₁ - t_п .

Если W _г³ Q^в_г/ Ñ_в , то это значение принимается без изменений, в противном случае W_г = Q^в_гв/Ñ_в.

19. Определяем температуру сетевой воды на выходе из верхней ступени:

. (4.79)

20. Уточняем водяной эквивалент сетевой воды через нижнюю ступень:

W = W_o+ W_г . (4.80)

21. Уточняем температуру сетевой воды на входе в подогреватель нижней ступени t_с2 по п. 16.

22. Проводим уточнение по п.17. Если эти величины не отличаются от ранее найденных, то расчет закончен, в противном случае проводим дальнейшее уточнение.

23. Определяем температуру сетевой воды на выходе из нижней ступени подогревателя:

. (4.81)

24. По величинам t_г2 строим графики в зависимости от t_н .

Средневзвешенная температура воды в обратной линии сети рассчитывается по формулам

а) для закрытой системы теплоснабжения

; (4.82)

б) для открытой системы теплоснабжения

. (4.83)

Расчет выполняется для пяти, шести значений t_н и по полученным значениям строится график зависимости `t₂ = f (t_н) (см. рис. 4.6).

4.3.5. Расчет расходов воды из тепловой сети.

Построение графиков расхода воды

Расходы сетевой воды на отопление, вентиляцию определяются по формулам

, (4.84)

. (4.85)

Расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по формулам

а) при t_г > t₀₂

, (4.86)

б) при t_г < t₀₂

. (4.87)

Суммарный расход сетевой воды в системах теплоснабжения определяется по формулам

а) в закрытых системах теплоснабжения

G_под = G_обр = G_o + G_в + G_гв ; (4.88)

б) в закрытых системах теплоснабжения

- в подающей линии

G_под = G_o + G_в + b G_гв , (4.89)

где b - коэффициент, учитывающий долю расхода воды из подающей линии;

; (4.90)

- в обратной линии

G_обр = G_o + G_в – (1-b) G_гв . (4.91)

По формулам (4.84) - (4.91) в приведенном выше диапазоне изменения температур t_н определяются расходы воды и по их значениям строятся графики расхода воды в зависимости от температуры наружного воздуха (рис. 4.8).

Рис.4.8. График изменения суммарных расходов теплоносителя для различных видов тепловой нагрузки: 1 - расход воды на отопление G_o, кг/с; 2 - расход воды на вентиляцию G_в, кг/с; 3 - расход воды на горячее водоснабжение G_гв, кг/с; 4 - суммарный расход воды

4.3.6. Выбор вида тепловых сетей.

Схемы конфигурации тепловых сетей

Схема тепловой сети определяется раз­мещением источников теплоты по отношению к району тепло­вого потребления, ха-

рактером тепловой нагрузки потребителей района и видом тепло­носителя.

Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепло­вой сети, - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стре­миться к получению наиболее простых ре­шений и наименьшей длины теплопроводов.

Пар в качестве теплоносителя использу­ется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Ос­новная нагрузка паровых сетей обычно концентрируется в сравнительно неболь­шом количестве узлов, которыми являются цеха промышленных предприятий. Поэто­му удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Когда по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением является прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми из-за большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подзем­ных водяных сетей по сравнению с паро­проводами. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных тепловых сетей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепло­вых сетей вопросам надежности и резерви­рования теплоснабжения необходимо уделять особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распреде­лительные. К магистральным обычно от­носятся теплопроводы, соединяющие ис­точники теплоты с районами теплового по­требления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из магист­ральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается че­рез групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляющим установкам абонентов. Непо­средственное присоединение тепловых по­требителей к магистральным сетям не сле­дует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Магистральные тепловые сети с помо­щью задвижек разделяются на секции дли­ной 1—3 км. При раскрытии (разрыве) тру­бопровода место отказа или аварии локали­зуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сете­вой воды и сокращается длительность ре­монта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубо­провода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается из условия, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура t_в в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре t_н.р не опускалась ниже минимального предельного значения, которое принимают обычно 12- 14 ^оС. Время, необходимое для проведения ремонтных работ, возрастает с увеличением диаметра тру­бопровода, а также расстояния между сек­ционирующими задвижками.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть, как правило, меньше при больших диаметрах трубопро- водов и при более низкой расчетной наружной температуре t_н.р .

Условие проведения ремонта теплопровода большого диаметра за период допустимого снижения внутренней температуры в отапливаемых зданиях трудно выполнить, так как время ремонта существенно возрастает с увеличением диаметра.

В этом случае необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети, eсли не выполняется вышеприведенное условие о времени ремонта. Одним из методов резервирования является блоки­ровка смежных магистралей.

В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунк­том. Распределительные сети должны иметь присоединение к магист-

рали с обеих сторон секционирующих задвижек, с тем чтобы можно было обеспечить бесперебой­ное теплоснабжение абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными. Соответствующей схемой их присоединения к магистральной сети может быть предусмотрено использование блокировочной связи как для подающего, так и для обрат­ного трубопровода.

По СНиП 41-02-2003 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на отопле­ние и вентиляцию и среднечасового на горя­чее водоснабжение). Для предприятий, в ко­торых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дуб­лированные или кольцевые схемы тепло­вых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответст­вии с режимом работы предприятий.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным умень­шением диаметра по мере удаления от стан­ции и снижения присоединенной тепловой нагрузки.

4.3.7. Гидравлический расчет тепловой сети

При проектировании тепловых сетей в задачу гидравлического расчета входит:

а) определение диаметров трубопроводов;

б) определение падения давления (напоров);

в) определение давлений (напоров) в различных точках

сети;

г) увязки всех точек системы при статическом и динамическом режимах в целях обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Расчетный расход сетевой воды в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определить отдельно по каждому потребителю теплоты с последующим суммированием этих расходов [1]:

а) на отопление, кг/ч,

; (4.92)

б) на вентиляцию, кг/ч,

; (4.93)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения, кг/ч,

; ; (4.94)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения, кг/ч:

при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

; ; (4.95)

при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (4.96)

, (4.97)

где – температура воды после параллельно включенного водоподогревателя горячего водоснабжения в точке излома температурного графика, рекомендуется принимать =30 ^оС.

Суммарные расчетные расходы сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле [1]

, (4.98)

где к₂ – коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, следует принимать по табл. 4.1 при регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения к₂ = 0.

Таблица 4.1. Значение коэффициента к₂

Система теплоснабжения с тепловым потоком	Значение коэффициента к2
Открытая, МВт: а) 100 и более; б) менее 100 Закрытая, МВт: а) 100 и более; б) менее 100	0,6 0,8 1,0 1,2

Примечание. Для закрытых систем теплоснабжения при регулировании по нагрузке отопления и тепловом потоке менее 100 МВт при наличии баков-аккумуляторов у потребителей коэффициента к₃ следует принимать равным 1.

Для потребителей с Qгв^мах / Qо^I>1,0 при отсутствии баков-аккумуляторов, а также с тепловым потоком 10 МВт и менее суммарный расход воды [1]

. (4.99)

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период следует определять по формуле

. (4.100)

При этом рассчитывается по (4.99) для открытых систем при температуре холодной воды в неотопительный период, а для закрытых – по (4.100) при всех системах присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения.

Гидравлический расчет разветвленных водяных тепловых сетей выполняется в следующей последовательности:

1. Выбор главной магистрали.

2. Расчет участков главной магистрали.

3. Расчет ответвлений.

Выбор главной магистрали. Направление главной магистрали выбирается до наиболее удаленного и нагруженного потребителя.

Расчет участков главной магистрали. Расчет участков главной магистрали начинается с наиболее удаленного от источника теплоснабжения участка.

Исходными данными для расчета являются: схема тепловой сети, параметры теплоносителя на источнике и у абонентов, расчетные расходы воды по отдельным участкам, длины участков тепловой сети, предварительно выбирается главная магистраль как наиболее удаленная.

Расчет участка выполняется в следующей последовательности:

1. Задаемся удельной потерей давления на трение в пределах 50 –100 Па/м.

2. Рассчитываем внутренний диаметр трубопровода по формуле, м, начиная с первого участка от источника:

, (4.101)

где – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости к_э и плотности воды ρ.

Для водяных тепловых сетей

к_э = 0,0005 м; м ^0,62/кг ^0,19.

3. По данному диаметру выбираем из ряда условных диаметров ближайший d_усл., по которому, зная толщину стенки, выбираем внутренний диаметр трубопровода d_вн по табл.П8. Диаметры подающего и обратного трубопроводов в соответствии с [1] принимаем одинаковыми; таким образом, потери напора

(давления) в подающем и обратном трубопроводах будут одинаковы.

Независимо от расчетного расхода диаметр трубопровода в тепловых сетях должен быть не менее 32 мм, а в циркуляционных трубопроводах горячего водоснабжения – не менее 25 мм [1].

4. Рассчитываем скорость движения воды в трубопроводе:

. (4.102)

5. Рассчитываем критерий Рейнольдса и сравниваем его с предельным значением ,

где к_{э -} коэффициент шероховатости труб;

n - коэффициент кинематической вязкости, принимается по табл. П 9.

. (4.103)

6. Рассчитываем коэффициент гидравлического трения λ:

а) при Re > Re_пр

; (4.104)

б) при Re<Re_пр

. (4.105)

7. Уточняем величину линейной потери напора (давления):

. (4.106)

8. Расставляем арматуру и компенсаторы на участках ма-гистрали и определяем коэффициенты местных сопротивлений или по табл. П10:

= . (4.107)

9. Рассчитываем суммарные потери напора (давления) на участке:

DН(DР) = ) или DР = ( ) . (4.108)