27

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_____________________

Казанский государственный

энергетический университет

Ю. Н. Скулина, Э. А. Ахметов, Ш. Х. Гибадуллин

Утверждено

учебным управлением КГЭУ

в качестве методического указания для студентов

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ ВОДЯНОЙ СЕТИ

Методические указания по курсу: Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий

Редактор М. А. Илюхин

Казань 2006

УДК 697

ББК 31.38

С46

Скулина Ю.Н., Ахметов Э.А., Гибадуллин Ш.Х.

Методические указания по курсу “Источники и системы теплоснабжения промпредприятия”. Расчет оптимального перепада температур для отопительной водяной сети. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2006 - 42 с.

Изложен порядок расчета и построения графиков нагрузки тепловой сети, представлен технико-экономический расчет систем теплоснабжения.

Приведен пример расчета тепловой сети по определению энергетической эффективности теплофикации.

Указания предназначены для студентов обучающихся по направлениям 650800 «Теплоэнергетика» и «Экономика в энергетике»

____________________

Рецензенты

К-т техн. наук, доцент КГЭУ М. А. Илюхин

____________________

Рекомендовано секцией РИС института теплоэнергетики

Председатель секции Ф. Г. Халитов

© Казанский государственный энергетический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………………………..	4
1. Ежегодные расходы на топливо………………………………………….	6
2. Годовые приведенные затраты по тепловой сети………………………	13
3. Ежегодные расходы на перекачку воды…………………………………	16
4. Ежегодные расходы, связанные с тепловыми потерями……………….	16
5. Суммарные годовые приведенные затраты…………………………….	17
6. Пример расчета……………………………………………..…………….	17
Приложения……….………………………………………………………….	29
Библиографический список…………………………………………………	41

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача систем теплоснабжения состоит в подаче тепла потребителям: промышленным потребителям – на технологические процессы и нужды отопления, приточной вентиляции и кондиционирования воздуха, коммунальным – на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Теплоснабжение является одной из основных подсистем энергетики. Основными направлениями совершенствования этой подсистемы являются концентрация и комбинирование производства теплоты и электроэнергии (теплофикация) и централизация теплоснабжения. Централизованное теплоснабжение от теплоэлектроцентралей сочетается с целесообразным применением экономических котельных установок и утилизацией вторичных энергоресурсов промышленных предприятий. Каждый из этих источников теплоснабжения имеет свою область целесообразного использования.

Развитие промышленности и широкое жилищно-коммунальное строительство вызывает непрерывный рост тепловой нагрузки. Одновременно идет процесс концентрации этой нагрузки в крупных городах и промышленных районах, что создает базу для дальнейшего развития теплофикации и централизованного теплоснабжения.

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты 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 совмещены в одном агрегате или размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может производиться без промежуточного звена тепловой сети.

В системах централизованного теплоснабжения источники теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому передача теплоты от источника до потребителей производится по тепловым сетям.

Системы централизованного теплоснабжения разделены на индивидуальные и местные.

Подготовка теплоносителя производится в специальных, так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в районных или промышленных котельных.

Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям. Используется теплоноситель в теплоприёмниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя, составляет систему теплоснабжения.

Водяные системы теплоснабжения применяются двух типов: закрытые и открытые. В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается. В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.

________________________

1. Ежегодные расходы на топливо

Перед построением графика продолжительности тепловой нагрузки строится график тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха. Для этого рассчитываются тепловые нагрузки каждого вида теплопотребления при трех характерных температурах наружного воздуха: t_н =8 ^оС (начало отопительного периода) , t_н =t_н.в.=-14 ^оС (расчетная температура наружного воздуха для вентиляции) и t_н.о.= -25 ^оС (расчетная температура наружного воздуха для отопления). Результаты расчета сводим в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Тепловая нагрузка, МДж/с	Температура наружного воздуха, оС
	+8	-14	-25
Отопление	47,4	151,8	204,0
Вентиляция с учетом длительности суточной работы 16часов,	3,4	10,9	10,9
Горячее водоснабжение,	38,5	38,5	38,5
Всего	89,3	201,2	253,4

Где - расчетная нагрузка, t_вр- внутренняя температура насыщения,

t_н- температура наружного воздуха, t_но – расчетная температура наружного воздуха.

,

где τ₀₁ - текущее значение температуры сетевой воды в подающем трубопроводе систем отопления, ^оС; t_вр – расчетное значение температуры воздуха внутри отапливаемых помещений, ^оС ; Δ - температурный напор отапливаемого прибора при расчетном режиме, ^оС

,

где - температура воды в подающем стояке отопительной системы при расчетном режиме, ^оС (95 ^оС); - расчетное значение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе, ^оС

- разность температур сетевой воды на отопительном вводе при расчетном режиме, где - расчетное значение температуры сетевой воды в подающем трубопроводе систем отопления, ^оС.

- перепад температур воды в отопительной системе в расчетном режиме, ^оС (при количественном регулировании = = const).

При водяной системе отопления n=0,8 :

,

,

По суммарной нагрузке и продолжительности стояния температур t_н и ниже строим график продолжительности тепловой нагрузки . Для удобства на оси абсцисс n откладываем килосекунды и одновременно часы. Масштаб оси ординат 1 мм = 4 МДж/с, масштаб оси абсцисс 1 мм = 400 кс, масштаб площади 1 мм² = 4·400=1600 ГДж. Площадь графика составляет 18000 мм², что соответствует годовому расходу теплоты .

Для определения годовых расходов на топливо предварительно производим построение графика тепловой нагрузки и графика продолжительности тепловой нагрузки, используя данные: расчетная нагрузка при температуре наружного воздуха t_н.о.= -25 ^оС и внутренней температуре t_в.р.= 18 ^оС составляет МВт (МДж/с). Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной или ниже рассматриваемой, принять по табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Среднесуточные температуры наружного воздуха, оС	Ниже -30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+8
Продолжительность периода состояния, ч	18	47	172	418	905	1734	3033	4920

Одновременно с этим строим график температур сетевой воды в подающем трубопроводе сети τ₁ при расчетных перепадах температур δτ= 60,80,100,120 и 140 ^оС, а так же график температур сетевой воды в обратном трубопроводе сети τ_2, по формулам

,

.

На графиках и наносится линия максимального отпуска теплоты из отборов турбины Q_отб.= 550 Вт.

Принимаем недогрев воды после сетевых подогревателей до температуры насыщения пара в отборе τ_н.п равным 10 ^оС. Находим предельную температуру нагретой воды после сетевых подогревателей для неограниченного расхода пара из отборов при давлении в этих отборах

_отб= 0,05 МПа (горизонтальная линия τ_с.п.= τ_н.с.-10 = 81 -10 = 71 ^оС). Пересечение этой нижней предельной температуры воды с линиями температурных графиков образуют точки и . Для верхней предельной температуры воды при давлении в отборах _отб= 0,25 МПа (горизонтальная линия τ_с.п.= τ_н.п.-10 = 127 -10 =117 ^оС) так же получаются точки пересечения , из которых нас будут интересовать точки и (приложение 4).

После этого приступаем к построению графиков температур воды после сетевых подогревателей при различных δτ_п. Для построения этих графиков используем выражение τ_с.п.= τ ₂+ δτ_с.п., где температурный перепад в сетевых подогревателях определяется на основании зависимости

.

При t_н.о.= -25 ^оС и = 60 ^оС имеем:

^оС и τ_с.п= 70+33=103 ^оС.

Аналогично находим τ_с.п при других и других t_н.

На графике откладываем значение τ_с.п при t_н^ср. через полученные точки проводим параллельные линии ( параллельно линии τ₂), (приложение 5).

На основе полученных графиков (с учетом того, что τ_с.п 117 ^оС) представляется возможным построить графики тепловых нагрузок сетевых подогревателей в окончательном виде. Для

= 60 и 80 ^оС предельная тепловая нагрузка сетевых подогревателей определяется только мощностью отборов турбин. Для = 100, 120 и 140 ^оС тепловую нагрузку сетевых подогревателей находим из выражения

.

В этом случае тепловая нагрузка сетевых подогревателей при низких температурах t_н снижается по мере понижения t_н.

Переносим точки пересечения нижней предельной температуры с графиками на линию , а затем на линию . Для вариантов 1-5 это будут точки . Аналогичную операцию проделываем для верхней предельной температуры (точки ). Полученные предельные точки позволяют разбить площадь графика по продолжительности на четыре части, из которых первая (правая) покрывается паром _отб= 0,05 МПа, вторая (средняя) – паром 0,05–0,25 МПа (в среднем 0,12 МПа), третья (левая) – паром _отб = 0,25 МПа и пиковыми котлами (на графике эта разбивка показана различной штриховкой для = 120 ^оС), (приложение 4 и 5).

По графику определяем отпуск теплоты из отборов турбины (с разбивкой по указанным давлениям) и отпуск теплоты пиковыми котлами. Результаты расчета сводим в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Вариант	Δτ/n, о С	Отпуск теплоты, млн. ГДж/год, из отборов с давлением ротб, МПа				Отпуск теплоты пиковыми котлами, млн. ГДж/год	Итого
		0,05	0,12	0,25	Всего
1	60	2,480	5,319	-----	7,799	0,915	8,714
2	80	1,320	6,479	-----	7,799	0,915	8,714
3	100	0,756	6,328	0,673	7,757	0,957	8,714
4	120	0,434	4,120	2,882	7,436	1,278	8,714
5	140	0,144	3,345	3,470	6,959	1,755	8,714

Изоэнтропный перепад для отборного пара турбины Н_т находим по

h,s-диаграмме, а энтальпию отборного пара по формуле:

,

где h_т – энтальпия пара в отборе турбине, кДж/кг;

h₀ – энтальпия острого пара для Р₀, t_0, кДж/кг;

Н_т– изоэнтропный перепад пара в турбине от начальных параметров до давления в отборе, кДж/кг;

- энтальпия конденсата пара из отбора турбины, определяем по давлению в отборе Р_отб, пренебрегая его переохлаждением в сетевых подогревателях;

η_0i – внутренний относительный КПД турбины.

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении при различных давлениях пара в отборах, кВт ч/ГДж,

где η_эм – электромеханический КПД установки

η_м – механический КПД турбины,

η_г - механический КПД генератора.

- относительная выработка электрической энергии за счет регенеративного подогрева конденсата, где

Э₀, Э_в.т. – удельная комбинированная выработка электрической энергии на базе внешнего и внутреннего (за счет регенеративного подогрева конденсата теплофикационной установки) теплового потребления, кВт час/ ГДж.

Результаты расчета при различных давлениях пара в отборах турбин сводим в табл. 1.4.

Таблица 1.4.

ротб, МПа (абс)	Нт, кДж/кг	hт, кДж/кг	к.т, кДж/кг	Эт, кВт ·ч/ ГДж
0,05	1182	2520	341	148
0,12	1055	2625	439	132
0,25	940	2720	535	117

Выработка электроэнергии на тепловом потреблении, кВт ч/год,

Расход условного топлива на ТЭЦ, кг/год,

где - удельный расход условного топлива на выработку теплоты в пиковых водогрейных котлах ТЭЦ,

- удельный расход условного топлива на выработку теплоты в энергетических котлах ТЭЦ,кДж/кг,

-удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии по теплофикационному циклу, кг/(кВт час),

- удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии, кг/(кВт час),

- внутренний абсолютный КПД конденсационных турбин КЭС с учетом регенерации,

η_эм – электромеханический КПД установки,

η _м– КПД котельной КЭС и ТЭЦ.

Годовые расходы на топливо, руб/ год,

При δτ₁= 60 ^оС получаем:

кВт ч/год;

кг/год;

руб/год.

Аналогично определяем Э_т, В и И_топл при других значениях и результаты расчета сводим в табл. 1.5.

Таблица 1.5.

№	δτn/, оС	Эт, млн. кВт ч/год	В, млн. кг/год	Итопл, млн. руб/год
1	60	1069	105	4,2
2	80	1051	110	4,4
3	100	1026	115	4,6
4	120	945	133	5,32
5	140	864	105	6,08