Теплоснабжение и тепловые сети

теплопроводности изоляционного слоя в эксплуатационных условиях обычно нахо-

дятся в интервале от 0,1 до 0,2 Вт/(м оС);

изменение расчетного графика температур теплоносителя оказывает сравни-

тельно небольшое влияние на оптимальную толщину теплоизоляции;

необходимо выбирать экономически целесообразную глубину залегания те-

плотрассы, исключая ее прокладку под другими инженерными коммуникациями (во избежание попадания в канал канализационных и других вод) или непосредственно в зоне грунтовых вод.

Таким образом, фактор влажности нужно обязательно учитывать при проек-

тировании, ибо, если исходить из условия сухой изоляции, чего фактически не бы-

вает в тепловых сетях традиционной подземной прокладки, то неоправданно завы-

шается толщина изоляции обратного трубопровода и занижается подающего, что оказывает заметное влияние на качество и экономичность теплоснабжения.

Приближенно толщина изоляции может быть найдена из уравнения (12.7),

приведенного к виду:

где dн - наружный диаметр изолируемой трубы, м; Rи - термическое сопротивление слоя изоляции, Rи=R-Rн, (м оС)/Вт; R - полное термическое сопротивление изоляции.

С большей точностью толщина изоляции может быть определена исходя из нормативных теплопотерь, используя уравнение, Вт/м:

где ql нормативная линейная плотность теплового потока 1 м длины цилиндри-

ческой теплоизоляционной конструкции, Вт/м; tт, tо соответственно снеднегодовые

162

температуры теплоносителя в трубопроводе и окружающей среды, оС; Rв термиче-

ское сопротивление теплоотдаче от теплоносителя к внутренней поверхности трубы, (м оС)/Вт, может не учитываться; и теплопроводность теплоизоляционного слоя,

Вт/(м оС); н коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в ок-

ружающую среду, Вт/(м2 оС); d1 и d2 - внутренний и наружный диаметры слоя изо-

ляции, м, d1 соответствует наружному диаметру изолируемого трубопровода, т.е. d1=dн, м.

Решая уравнение 12.28 относительно наружного диаметра слоя изоляции и введя экономический критерий, можно получить выражение для определения эко-

номичной толщины изоляции, м:

где К1 - коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоля-

ционного слоя.

Вцелом выбор толщины изоляции определяется соображениями технической

иэкономической целесообразности. Рациональная конструкция изоляции может быть решена двояким путем: 1) применением различных изоляционных материалов с одинаковой толщиной слоя, обеспечивающей требуемый теплоизоляционный эф-

фект; 2) применением конкретного изоляционного материала путем изменения только толщины слоя. В первом случае преобладающим фактором в выборе эконо-

мически выгодной толщины изоляции является стоимость 1 м изоляционной конст-

рукции, выполняемой из различных материалов.

Необходимо также иметь ввиду, что при совместной канальной прокладке трубопроводов с разными температурами теплоносителей, как, например, пар и конденсат, прямая и обратная вода, иногда отказываются от изоляции конденсато-

проводов или обратного трубопровода, поскольку это дает значительную экономию материальных средств при незначительном увеличении теплопотерь против норма-

163

тивных (на 10 % при dу=100 400 мм; на 5-6 % при dу = 400 500 мм; при dу>500 мм превышение теплопотерь близко к нулю). Отказ от тепловой изоляции трубопрово-

дов с меньшей температурой теплоносителя наряду с удешевлением (на 0,5 5 %)

теплопровода в целом приводит к снижению теплопотерь трубопровода с более вы-

сокой температурой теплоносителя, т.е. к экономии энергетически более ценной те-

плоты за счет увеличения потерь менее ценной, и к уменьшению эксплуатационных затрат по уходу за изоляцией (на 1,5 8 %). Целесообразность отказа от тепловой изоляции обратных трубопроводов должна обосновываться технико-экономическим расчетом.

В БелНИПИэнергопроме разработана методика выбора оптимальной толщи-

ны изоляции подземных теплопроводов с учетом теплофизических и технико-

экономических параметров, а также эксплуатационных факторов. Выполненные на ее основе многочисленные расчеты показали, что при одинаковых условиях толщи-

на изоляции подающего трубопровода оказывается в 1,3 1,5 раз больше, чем при расчете по Нормам потерь теплоты, а обратного, напротив, в 1,8 2 раза меньше, что дает значительную экономию теплоты, материалов и затрат.

Для трубопроводов подземной канальной прокладки глубина заложения кана-

ла принята 1,5 м, а температура грунта +9 оС. Годовое число часов работы тепло-

провода не менее 5000 оС. При его уменьшении толщина изоляции уменьшается.

Применение минераловатных матов зарубежных производителей ISOVER, PAROC (Финляндия), имеющих улучшенные теплофизические свойства, позволяет уменьшить расчетную толщину изоляции на 20 50 % в зависимости от диаметра трубопровода, температуры теплоносителя и способа прокладки. Учитывая, что ми-

нераловатная изоляция со временем уплотняется и теряет связки, расчетное значе-

ние толщины изоляции рекомендуется увеличивать на 8-15 мм в зависимости от диаметра трубопровода.

Расчетные толщины тепловой изоляции, выполненной из безфреонового по-

лиуретана в несколько раз снижают толщину изоляционного слоя против традици-

онной изоляции. Вместе с тем применение пенополиуретановой изоляции ограниче-

но температурой теплоносителя не выше 150 оС.

164

В зависимости от температуры теплоносителя и теплофизических свойств изоляционного материала теплоизоляционная конструкция может быть комбиниро-

ванной, состоящей, например, из слоя минеральной ваты и пенополиуретана.

Пример. Определить толщину изоляции паропровода с наружным диаметром

0,273 м, проложенным на эстакаде. Среднегодовая температура окружающей среды

0 оС, температура пара 200 оС. Тепловая изоляция выполняется из обычных минера-

ловатных матов с обкладками.

В общем случае толщина изоляции может быть определена по нормативным теплопотерям. Для чего, приняв допустимые удельные теплопотери, по формуле

(12.12) определяют потребную величину полного термического сопротивления изо-

ляции R. Задавшись ориентировочным диаметром изоляции dи (в пределах рекомен-

дуемых толщин слоя), по формуле (12.3) определяют термическое сопротивление поверхности изоляции Rн, по формуле (12.11) термическое сопротивление слоя изоляции Rи, а по (12.27) наружный диаметр изоляции dи, или ее толщину и.

Р е ш е н и е Для средней температуры изоляции 100 оС теплопроводность минераловатной изоляции составляет 0,064 Вт/(м оС). Нормативные теплопотери для паропровода составляют 162 Вт/м. Полное термическое сопротивление изолиро-

ванного паропровода, рассчитанное по формуле (12.12), равно R=(200-0)/162=1,23

(м оС)/Вт.

По нормам предельная толщина изоляции составляет 0,18 м, поэтому диаметр изоляции dи =0,273+2 0,18 = 0,633 м. Коэффициент теплоотдачи от поверхности изо-

ляции при скорости ветра 10 м/с по формуле (12.5) равен 33,7 Вт/(м2 оС).

Термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции по форму-

ле (8.3) равно:

По формуле (12.27) найдем

165

откуда получаем dи' =0,444 м.

Примем в первом приближении dи' =0,444 м. При этом получим

и соответственно dи 0,444 м, которое очень близко со значением первого прибли-

жения dи" . Отсюда толщина изоляции

и=(dи-dн)/2=(0,444-0,273)/2 = 0,0855 м

При несовпадении исходного и расчетного значений dн расчет повторяется ме-

тодом последовательного приближения.

Температура на поверхности изоляции при dи=0,444, найденная по формуле

(11.14)

не превышает нормы.

166

2. ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

167

КПД являются средними.

Пример 1.2. На ТЭЦ установлены две турбины ПТ450/60-130/7 с начальными параметрами пара р0=13 МПа и t0=555°С, давлением пара в промышленном отборе рп=0,7 МПа, средним давлением пара в отопительном отборе рт=0,09 МПа и давлением в конденсаторе рк= 0,005 МПа. Температура питательной воды – 230°С. Годовая выработка электрической энергии на ТЭЦ 5=700·106 кВт·ч/год.

Годовая выработка теплоты на ТЭЦ с паром промышленных отборов давлением 0,7 МПа Qп=3500000 ГДж/год, с паром отопительных отборов давлением 0,09 МПа Qт=1800000 ГДж/год, выработка теплоты водогрейными паровыми котлами ТЭЦ Qпвк=300 000 ГДж/год. Конденсат от потребителей пара и от сетевых подогревателей с температурой 96 °С полностью возвращается на ТЭЦ.

Определить годовой расход условного топлива на ТЭЦ. При расчете принять КПД энергетических котлов ТЭЦ – 0,9, КПД пиковых водогрейных котлов – 0,86, внутренний относительный КПД турбин – 0,82 и электромеханический КПД – 0,98.

Потерей теплоты во внутренних трубопроводах ТЭЦ пренебречь. Пример 1.3. Для предыдущего примера определить абсолютную, удельную (на 1 ГДж и 1 Гкал теплоты, отпущенной потребителям) и относительную экономию топлива при теплофикации по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения. Для раздельной схемы энергоснабжения значения для КЭС и районной (промышленной) котельной взять из примера 1.1. Чтобы учесть дополнительные потери электрической энергии в электрических сетях при раздельной схеме энергоснабжения, выработку

электрической энергии на КЭС принять на 7 % больше, чем на ТЭЦ. Сравнительный расчет провести при одинаковом отпуске теплоты по-

требителям в обоих вариантах. Для тепловых сетей (водяных и паровых) от ТЭЦ КПД равное 0.94 и от районной (промышленной) котельной – 0,96.

Пример 1.4. На промышленном предприятии были проведены специальные работы и организовано использование теплоты отработавшего пара молотов и прессов на нужды отопления и горячего водоснабжения в

количестве Q=106 ГДж/год. До реконструкции предприятия указанные нужды обеспечивались промышленной котельной установкой с КПД 0,85.

Определить экономию условного топлива от использования теплоты указанных вторичных энергоресурсов.

169