1.4.Построение годового графика тепловой нагрузки

Суммарный расход теплоты отдельными абонентами, кВт

Механосборочные и механические

Кузнечный

Термический

Ремонтный

Транспортный

Бытовые и адменстративные помещения

По формуле (18) определяется расчетный (максимальный) рас­ход теплоты на теплоснабжение при наружной температуре t_но. С изменением температуры наружного воздуха изменяется расход теп­лоты абонентами. Минимальный расход теплоты будет при темпера­туре конца отопительного периода t_ко = + 8 °С,

Минимальные рас­ходы теплоты на отопление а на вентиляцию при температуре t_коопределяются пересчетом

Механосборочные и механические

Кузнечный

Термический

Ремонтный

Транспортный

Административные помещения

Механосборочные и механические

Кузнечный

Термический

Ремонтный

Транспортный

Административные помещения

Используя расчетные (максимальные) и минимальные значения тепловой нагрузки строится суммарный часовой график расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района тепло­снабжения в зависимости от температуры наружного воздуха (левая часть графика на рис. 1).

На основании полученного суммарного часового графика расхо­да теплоты Q_сум=f(t_н) в правой части строится годовой график по продолжительности тепловой нагрузки.

Для этого по оси абсцисс откладывается число часов стояния наружных температур за время отопительного периода (приложение Ж), с левой стороны графика пе­реносятся значения тепловой нагрузки при данных температурах. Получается ступенчатый график, который сглаживается по средним точ­кам.

Подсчет годового расхода теплоты Q_сум^год производится сумми­рованием площадей прямоугольников, заключенных внутри правой части графика, с учетом избранного масштаба. Следует помнить, что 1 кВт х 1 ч = 3600 кДж.

Рисунок 1 - Годовой график расхода теплоты

Таблица 7 - Расчет теплопотребления района теплофикации

Наименование теплопотребителя	Строительный объем, м3	Температура воздуха в помещений оС		Расчетная наружная температура для отопления, оС	Расчетная наружная температура для вентиляции, оС	Коэффициент инфильтрации	Вентиляционная характеристика кДж/(м3·с· град.)	Отопительная характеристика, кДж/(м3·с· град.)	Потери теплоты через наружные ограждения, кВт	Расход теплоты на нагрев материалов, кВт	Внутренние тепловыделения, кВт	Расход теплоты на отопление, кВт	Расход теплоты на вентиляцию, кВт	Расход теплоты на горячее водоснабжение, кВт	Суммарный расход теплоты абонентом, кВт
		tв		tно	tнв	μ	qв	q0
Термический	70000	16		-7	0	0.22	1.17	0.29	569,6	807.3	20300	144000	1883,7	510,3	272394
Кузнечный	40000	12		-7	0	0.20	0.58	0.47	428,64	699.2	9200	120000	440,8	567	226007,8
Механосборочный	40000	12		-7	0	0,20	0,17	0,65	592,8	729.6	9200	120000	1064	567	226574,3
Ремонтный	20000	12		-7	0	0,20	0,18	0,58	264,48	304.8	42,2	48000	68,4	472,5	90536,9
Транспортный	5000	10		-7	0	0,29	0,29	0,81	81,93	156.4	13,125	12000	24,62	378	22902,62
Склады	5000		18	-7	0	0,19		0,70	104,1	72.6	21	12000		378
Адм. помещения	20000	18		-7	0	0,19	0,14	0,39	232,05	146.8	84	48000	70	378	90448
ИТОГО									2273,62	2976.7	38860,325	504000	3551,52	3250,8	928863,62
2 Жилой район												945000	75600	42094,5	1062694,5
ВСЕГО												1449000	79151,52	45345,3	1991558,12

2 Расчет магистральной тепловой сети

2.1 Определение расхода сетевой воды

Ориентировочное значение расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети для удовлетворения суммарной тепловой нагрузки, кг/с При выполнении данной контрольной работы, для транспортировки теплоносителя от источника теплоснабжения к району теплопотребления. Принимается двухтрубная водяная закрытая тепловая сеть надземной прокладки.

Ориентировочное значение расчетного расхода теплоносителя в тепловой сети для удовлетворения суммарной тепловой нагрузки, кг/с

где Q_сум^мах - суммарный расчетный расход теплоты на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение района теплоснабжения (таблица 7), кВт

с - теплоёмкость воды при температуре t₁(приложение Е),кДж/кг.град);

t₁ , t₂ - температуры воды в подающей и обратной линиях во­дяной тепловой сети при температуре наружного воздуха t_но , ^о С

k_p - коэффициент, учитывающий утечки водs из сети,

k_p = I ,005 .

Температура воды в подающем трубопроводе двухтрубных водяных сетей при температуре t_но принимается t₁ = 150°С. Допускается применение воды с более низкой (до 95°С) или более высокой (до 200°С) температурой .

При одновременной подаче теплоты по двухтрубным водяным теп­ловым сетям на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для закрытых систем теплоснабжения температура воды в обратной линии принимается t₂ = 70°С ,

2.2 Краткий гидравлический расчет тепловой сети

Задачами гидравлического расчета водяной тепловой сети является определение диаметров трубопроводов на всех участках, определение падения давления (напора) в подающей и обратной линиях, определение напора сетевого насоса. Расчет диаметров водяных сетей производился по максимальной тепловой нагрузке на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжениө в зимнее время. Собственно гидравлический расчет разделяется на два этапа: предварительный и проверочный.

2.2.1 Предварительный расчет

Местные сопротивления предварительно оцени­ваются по средней доле местных потерь

где G_р - расход теплоносителя в тепловой сети, кг/с;

z - постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносите­ля. Для воды рекомендуется принимать z = 0,030,05.

Предварительное значение удельного линейного падения дав­лений, т.е. падение давления на единицу длины трубопровода, Па/м

где l - расстояние от ТЭЦ до района теплоснабжения, м

ΔР_тс - суммарное падение давления в прямой и обратной линиях тепловой сети, Па. Падение давления зависит от напора сетевой воды на ТЭЦ и схемы присоединения абонентов к тепловой сети. Рекомендуется предварительно принимать в пределах (7580)·10⁴Па.

Затем определяется предварительное значение диаметра трубо­провода, м

2.2.2 Проверочный расчет

Вычисляется количество компенсаторов установленных на магистральной трубопроводе в зависимости от расстояния между не­подвижными опорами

где l_x - расстояние между неподвижными опорами (таблица 8),м.

Таблица 8 - Предельные расстояния между неподвижными опорами для водяных тепловых сетей при установке П-образных компенсаторов .

Диаметр условного прохода трубопровода, мм	Расстояние между неподвижными опорами, м
80-100	80
125	90
150-175	100
200-300	120
350	140
400- 450	160
500	180
600-1000	200

При установке П-образных компенсаторов общая длина трубо­провода увеличивается на величину

Вылет П-образного компенсатора можно определить по формуле

где с_х - коэффициент конфигурации теплопровода, рекомендуется принимать с_х= 0,3 ,

Е - мoдуль упругости первого рода (таблица 9), МН/м²;

d_Н - наружный диаметр трубопровода, м;

σ - максимальное допустимое напряжение при расчете

уси­лий тепловых удлинений, рекомендуется принимать σ = 100МН/м²

Δl_x - расчетное тепловое удлинение трубопровода, м.

Таблица 9 - Характеристики трубных сталей

Температура стенки, ºС	Модуль упругости, МН/м2	Коэффициент линейного расширения, мм/(м·град)
20	205000	0,0118
75	199000	0,0120
100	197500	0,0122
125	195000	0,0124
150	193000	0,0125
175	191500	0,0127
200	187500	0,0128

Расчётное тепловое удлинение трубопровода определяется по формуле

где k₁ - расчётный коэффициент. Принимается равным 0,5 при температуре теплоносителя до 250°С /7/;

α₁ - коэффициент линейного расширения материала трубо­провода (таблица 9), мм/м.град);

t₁- максимальная температура теплоносителя, принимается равной температуре в подающей линии, °С; t₀ - температура окружающей среды, °С. При надземной прок­ладке тепловой сети принимается равной средней темпе­ратуре за отопительный период (приложение В).

Затем вычисляется уточненное значение удельных линейных потерь в трубопроводе, Па/м

Уточненное значение суммарного падения давления в тепловой сети, Пa

Тогда потеря напора в тепловой сети, м

где ρ - объёмная плотность воды при средней температуре теплоносителя (приложение Е), кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с

2.3. Тепловой расчет теплопроводов

Опреде­ляется предварительное значение тепловых сопротивлений теплопро­вода, м·с·град/кДж

Основными задачами теплового расчета является определение тепловых потерь теплопроводами и выбор толщины тепловой изоляции.

Расчет выполняется отдельно для подающей и обратной линий. Толщина изоляции трубопроводов определяется исходя из предвари­тельно принятых норм тепловых потерь. Норма потери тепла 1 метром трубопровода q_l^' определяется в зависимости от наружного диаметра трубопровода и среднегодовой температуры теплоносителя. Нормы потерь тепла для надземной прокладки теплопроводов приведены в приложении И. После выбора нормы тепловых потерь опреде­ляется предварительное значение тепловых сопротивлений теплопро­вода, м·с·град/кДж

где t_т - температура теплоносителя (в подающей или обратной линии),°С;

t₀ - температура окружающей орды, принимается равной сред­ней температуре за отопительный период (приложение В), °С

Затем вычисляется условный параметр

где λ_из - коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции, кДж/(с.м.град); R_c - сумма термического сопротивления защитного покрытия и сопротивления теплоотдаче от поверхности изоляций к окружающему воздуху (приложение К), с.м.град/кДж. Коэффициент теплопроводности изоляции λ_из определяется по приложению Л в зависимости от средней температуры изоляцион­ного слоя t_сл. Значения средней температуры изоляционного слоя принимаются из приложения М в зависимости от температуры тепло­носителя и температуры окружающей среды t_о.

П

А

Р

А

М

Е

Т

Р

k_из

↑

5 10 15 20 25 30 40 50 70 100 150 200

→ Толщина изоляции δ_из, мм

Рисунок 2 - График для определения толщины изоляции.

Используя график на рисунке 2, по условному параметру k_из принимается толщина основного слоя тепловой изоляции теплопрово­дов δ_из . Определив таким образом основные размеры теплоизоляции, переходят к определению действительных значений тепловых потерь.

Суммарные тепловые потери теплопроводов (кВт) определяются отдельно для подающей и обратной линий по формуле

где q_l - действительные удельные тепловые потери изолированным теплопроводом, кДж/(с·м);

l- расстояние между ТЭЦ и районом теплоснабжения, м; l_k - суммарная длина компенсаторов, м;

β- коэффициент местных потерь тепла, учитывающий потери фланцев, фасонных частей и арматуры. При надземной прокладке магистральных тепловых сетей принимается β =1,2

Действительные удельные тепловые потери изолированным теплопроводом определяются по формуле

где R_т – действительное полное термическое сопротивление изолированного теплопровода, м ·с·град/кДж.

Величина действительного полного термического сопротивления изолированного трубопровода определяется в зависимости от способа прокладки теплопроводов.

где R_из – термическое сопротивление основного изоляционного слоя, м·с ·град /кДж;

R_с- термическое сопротивление защитного покрытия,

м·с ·град /кДж;

R_Н - термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции к окружающему воздуху, м·с ·град /кДж;

Термическое сопротивление основного слоя изоляции определяется по формуле

где d_из – наружный диаметр основного слоя изоляции.м;

d_н – наружный диаметр трубопровода, м;

λ_из – коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции (приложение Л), кДж /(с·м·град).

Наружный диаметр основного слоя изоляции, м

Термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции к окружающему воздуху определяется по формуле

где d_к – наружный диаметр защитного покрытия изоляции, равен d_к= d_из+( 0,010,02), м;

α_н – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляционной конструкции к окружающей среде, кДж /(с·м² ·град). Принимается по таблице 10 в зависимости от скорости ветра, которая определяется по приложению В.

Таблица 10 - Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляционной конструкции в окружающую среду [8]

Условия прокладки трубопроводов	Коэффициент теплоотдачи, кДж/(с∙м2∙град)
Надземная прокладка – при скорости ветра 5 м/с	0,0209
- при скорости ветра 10м/с	0,0291
- при скорости ветра 15м/с	0,0349

Действительная температура на поверхности изоляции определяется по формуле

Если действительная температура на поверхности изоляции превышает допустимую, то необходимо увеличить толщину основного слоя изоляции и затем повторить тепловой расчет теплопроводов.

3 Выбор теплофикационного оборудования

3.1 Выбор сетевых подогревателей

Характер теплофикационного оборудования зависит от профиля ТЭЦ и типа системы теплоснабжения, а также от того входит ТЭЦ в энергосистему или работает отдельно. Для водяных систем теплоснабжения, кроме подпиточных установок, основное теплофикационное оборудование включает в себя пароводяные подогреватели и сетевые насосы.

Подогрев горячей воды, направляемой в тепловую сеть, производится на ТЭЦ в специальных подогревательных установках, обогреваемых паром из отборов турбин, а на некоторых ТЭЦ частично в водогрейных котлах. На ТЭЦ с турбогенераторами малой мощности устанавливается общая центральная подогревательная установка. Наиболее простой является одноступенчатая схема включения подогревателей.

Суммарная теплопроизводительность подогревателей и водогрейных котлов должна быть равна максимальному расходу теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Резервные подогреватели и водогрейные котлы не устанавливаются. Распределение тепловой нагрузки между ступенями производится с учетом коэффициента теплофикации.

Тепловая производительность основного подогревателя, кВт

- максимальный расход теплоты на отпление, вентиляцию и горячее водоснабжение, кВт

α_ТЭЦ – оптимальный коэффициент теплофикации района, для ориентировочных расчетов можно принимать в пределах 0,4- 0,6 [7]

По известной теплопроизводительности подогревателя определяется необходимая площадь поверхности нагрева, м²

По известной теплопроизводительности подогревателя определяется необходимая площадь поверхности нагрева, м²

где k_п – коэффициент теплопередачи подогревателя, рекомендуется принимать k_п = 3 – 4 кДж/ /(см²·град)

Средний температурный напор в подогревателе при противотоке теплоносителей определяется по формуле

t₁ – температура сетевой воды на выходе из подогрвателя (в подающей линии тепловой сети), ºC;

t₂ - температура сетевой воды на входе в подогрватель (в обратной линии тепловой сети), ºC;

По необходимой площади поверхности нагрева подбирается подогреватель из числа выпускаемых промышленностью. На ТЭЦ с турбоагрегатами единичной мощностью до 50 МВт преимущественно применяются вертикальные пароводяные подогреватели с прямыми трубками (приложение Н).

3.2 Выбор сетевых насосов

Рабочий напор сетевых насосов закрытой водяной сети при суммарных расчетных расходах воды должен быть равен, м

где ∆Н_т – потеря напора в подогревательной установке источника теплоснабжения (приложение Н), м;

∆Н_тс – потеря напора в тепловой сети, м;

∆Н_аб – потеря напора в узле присоединения абонентов, м. При зависимом присоединении отопительных и вентиляционных установок без применения элеватора, а также при независимом присоединении с помощью поверхностных подогревателей ∆Н_аб= 6 10м [7].

Производительность сетевых насосов для закрытых систем теплоснабжения определяется по суммарному расчетному часовому расходу воды во время отопительного периода. В общем случае подача переменна во времени и может покрываться несколькими насосами. Характеристики сетевых насосов приведены в приложении О. Для любого заданного графика подач наиболее простым будетвариант с одним рабочим насосом, который покрывает все заданные расходы (от минимального до максимального). При этом установка должна состоять их двух насосов – рабочего и резервного, т.е. при одном рабочем насосе требуется резерв 100%. Следует иметь в виду, что установка одного рабочего насоса при неравномерном графике расходов экономически невыгодна по причине высокой стоимости резерва и потерь энергии при эксплуатации.

Увеличение количества рабочих ансосов уменьшает аварийный резерв установки и обеспечивает более эффективную эксплуатацию. В большинстве случаев насосные установки выполняются в видеряда насосов, включенных в сеть параллельно, при этом характеристики насосов суммируются по производительности.

Если гидравлические сопротивления в тепловой сети превышают напор развиваемый насосами, то требуется установка промежуточных насосных станции на магистрали.