§ 6.4. Центральное регулирование теплопотребления по отопительно-бытовому температурному графику. Общие сведения

При центральном регулировании по отопительно - бытовому температурному графику на диапазоне с переменной температурой воды в подающих трубопроводах теплосети ( ) суммарный расход воды в подающей линии сети изменяется (регулируется) так, чтобы на системы отопления обеспечивался расчетный расход воды.

Нагрузка горячего водоснабжения, обеспечиваемая от подающих трубопроводов теплосети, требует увеличения расхода воды в них по сравнению с расчетными расходами для отопления и вентиляции.

Установка перед системами отопления автоматических регуляторов постоянства расхода воды (РР) обеспечивает более устойчивый, независимый от нагрузки горячего водоснабжения режим отопления, но приводит к повышенным расходам воды в теплосети, т.е. понижает экономические показатели системы теплоснабжения. В открытых системах теплоснабжения, как правило, указанные регуляторы не устанавливают, а закрытые системы применяются как с ними, так и без них. В связи с тем, что нагрузка горячего водоснабжения неравномерна в течение суток, практически сложно регулировать расход воды в теплосети в соответствии с требуемым в данный час. Поэтому при отсутствии регуляторов расхода воды перед системами отопления расчетные суммарные расходы воды в теплосети определяют по некоторой усредненной нагрузке горячего водоснабжения (“балансовой”), при которой обеспечивается суточный баланс тепла по тепловой нагрузке отопления. В течение суток расход воды и тепла на отопление отклоняется от расчетной величины в зависимости от расхода тепла на горячее водоснабжение. Происходит, так называемое, перераспределение нагрузок между системами отопления и горячего водоснабжения; при этом пиковая нагрузка горячего водоснабжения частично покрывается за счет отопления, тем самым снижается суммарный расход воды в подающих трубопроводах теплосети. И все же необходимость повышенных расходов воды в теплосети является существенным недостатком центрального регулирования по отопительному температурному графику в теплосети.

Глава 7 тепловой расчет теплообменников

§ 7.1. Основные понятия и определения

Целью расчета является проверка правильности выбора поверхности нагрева теплообменника для заданных расчетных условий, которая всегда принимается с некоторым запасом.

Поверхность нагрёва теплообменника F, м², находится из уравнения теплопередачи

F = Q/ (k·∆t_ср) (7.1)

где Q − тепловая нагрузка, Вт; k − коэффициент теплопередачи, Вт/ (m²∙К); ∆t_ср − средний температурный напор между теплоносителями, К (°C).

Таким образом, для определения F необходимо рассчитать Q, ∆t_ср, k;

1) Q. Тепловая нагрузка подогревателя или теплообменника находится из уравнения теплового баланса.

Для аппаратов, работающих без изменения агрегатного состояния теплоносителей (водоводяные теплообменники),

Q = G₁ с₁( ) = G₂ с₂ ( ). (7.2)

Для аппаратов, работающих с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя (пароводяные подогреватели),

Q = D (i_n ) = G₂ с₂ ( ). (7.3)

Здесь G₁ и G₂ − расходы теплоносителей, не изменяющих агрегатное состояние, кг/с ; D − расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с; с₁ и с₂ − удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении в интервале рабочих температур, Дж/ (кг∙К); и t" − начальные и конечные температуры теплоносителей, °С; i_n и  − энтальпии пара и конденсата, Дж/кг.

2) ∆t_ср. Для пароводяных подогревателей величина ∆t_ср определяется по формуле

∆t_ср = (∆t_δ − ∆t_м)/ [ln (∆t_δ / ∆t_м)], (7.4)

где ∆t_δ и ∆t _м − большая и меньшая разности температур между теплоносителями на входе в теплообменник или на выходе из теплообменника, °С.

Температура греющего пара в паровых подогревателях практически остается постоянной на всей поверхности нагрева и равна температуре насыщения при рабочем давлении пара в подогревателе (рис. 7.1).

Для водоводяных теплообменников с одноходовой схемой движения греющей и нагреваемой сред ∆t_ср также подсчитывается по формуле (7.4). При многоходовой схеме при смешанном потоке одной из сред находится по формуле (7.4) с поправкой ε _∆t, определяемой по графику (рис. 7.2) в зависимости от параметров

Р = ( )/ ( R = (

где и  − начальная и конечная температуры первичного (греющего) теплоносителя, °С; и  − то же вторичного (нагреваемого) теплоносителя.

Тогда

 = ∆t_ср∙ε_∆t (7.5)

Наиболее эффективными являются водоводяные теплообменники с противоточной схемой потоков греющей и нагреваемой сред и с поверхностью нагрева из латунных труб. Практически не всегда бывает, возможно, подобрать из номенклатуры теплообменников, выпускаемых заводами, теплообменник на нужный расход воды по обеим средам с латунными трубками. Нередко приходится устанавливать менее эффективные теплообменники с поверхностью нагрева из стальных труб.

В проектах при подборе и установке параллельно или последовательно нескольких теплообменников необходимо тщательно анализировать схемы включения аппаратуры и стремиться к выбору наиболее эффективной.

В водоводяных теплообменниках воду, содержащую какие-либо примеси, могущие давать отложения на стенках поверхностей нагрева, желательно пропускать по трубкам, а в межтрубное пространство направлять чистую или умягченную воду. Соответственно по допустимым скоростям воды надо подбирать и площади живых сечений теплообменников.

3) k. В расчете поверхностей нагрева теплообменников и подогревателей, применяемых на ТЭЦ, общий коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²∙К), с достаточной степенью точности можно определять по общеизвестной формуле для плоской стенки

k = 1/ (1/ ), (7.6)

где и  − коэффициент теплоотдачи соответственно со стороны греющего и нагреваемого теплоносителя, Вт/ (м²∙К);  − толщина стенки трубки, м;  − коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/(м∙К);  − термическое сопротивление загрязнений, отлагающихся на поверхностях нагрева трубки (накипь и пр.);

 =  (7.7)

где и  − толщины слоев загрязнений с внутренней и наружной сторон трубки, м; и  − коэффициенты теплопроводности слоев загрязнений, Вт/(м∙К).

Поверхность нагрева теплообменника рассчитывается по среднему диаметру труб.