Цилиндр стенки

Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.12.2) с теплопроводностью l, внутренний диаметр d1, наружный диаметр d2, длина l. Внутри трубы находится горячая среда с температурой t'ж, а снаружи холодная среда с температурой t''ж.

Количество теплоты, переданной от горячей среды к внутренней стенке трубы по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

Q = p·d1·a1·l·(t'ж – t1) , (12.9)

где a₁ – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки• с температурой t1;

Тепловой поток, переданный через стенку трубы определяется по уравнению:

Q = 2·p·l·l·(t₁ – t₂) / ln (d₂/d₁). (12.10)

Тепловой поток от второй поверхности стенки трубы к холодной среде определяется по формуле:

Q = p·d₂·a₂·l·(t₁ - t''_ж) , (12.11)

где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.

Решая эти три уравнения получаем:

Q = p l·(t^'_ж – t''_ж) • К, (12.12)

где К_l = 1/[1/(a₁d₁)+ 1/(2lln(d₂/d₁) + 1/(a₂d₂)] – (12.13)

- линейный коэффициент теплопередачи,

или R_l = 1/ К_l = [1/(a₁d₁)+ 1/(2lln(d₂/d₁) + 1/(a₂d₂)] – (12.14)

полное линейное термическое сопротивление

теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку.

1/(a₁d₁), 1/(a₂d₂) – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;

1/(2lln(d₂/d₁) - термическое сопротивление стенки.

Для многослойной (n слоев) цилиндрической стенки полное линейное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:

R_l = 1/ К_l = [1/(a₁d₁)+ 1/(2l₁ln(d₂/d₁) + 1/(2l₃ln(d₃/d₂) + …

+ 1/(2l_nln(d_n+1/d_n) + 1/(a₂d_n)] – (12.15)

8 Методы определения потребностей промышленных предприятий в теплоте пара и горячей воды

Различают две основные категории потребления тепла.

1. Для создания комфортных условий труда и быта ( коммунально-бытовая нагрузка ).

Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование.

2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на:

- низкопотенциальное, с температурой до 150 ⁰С;

- среднепотенциальное, с температурой от 150 ⁰С до 400 ⁰С;

- высокопотенциальное, с температурой выше 400 ⁰С

Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1.4 МПа.

Т.е. определение потребностей предприятий в гор воде и паре зависит от рода деятельности предприятия, от масштабов самого предприятия и объёма выполняемых работ, от времени года(зима,лето), от характера протекания во времени тепловых нагрузок(сезонные и круглогодовые) и т.д.

8 Методы регулирования отпуска теплоты из систем централизованного теплоснабжения.

Тепловая нагрузка у теплоиспользующих потребителей непостоянна и меняется в зависимости от метеорологических условий, числа пользующихся горячей водой в системах бытового горячего водоснабжения, режима работы технологического оборудования, режимов систем кондиционирования воздуха и вентиляции для калориферных установок и других факторов.

Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, экономичных режимов выработки теплоты на котельных или ТЭЦ и транспортирования ее по тепловым сетям выбирается соответствующий метод регулирования.

Методика изменения количества теплоты, подаваемой потребителям в соответствии с графиками их теплопотребления, называется системой регулирования отпуска теплоты.

В зависимости от пункта осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование отпуска теплоты.

Центральное регулирование тепловой нагрузки осуществляется у источника теплоты – на ТЭЦ или котельной.

Групповое – на групповых тепловых подстанциях (ГРП), в тепловых пунктах про­мышленных предприятий.

Местное – на местных тепловых подстанциях (МРП), у нагревательных приборов систем теплопотребления.

Индивидуальное - у потребителей те­плоты на теплоиспользующих приборах.

Для обеспечения высокой экономичности теплоснабжения следует применять комбинированное регулирование.

Центральное регулирование применяется для основной тепловой нагрузки (например, для отопления и вентиляции), а для регулирования иных видов нагрузок используется групповое или местное регулирование.

Эффективное регулирование может быть достигнуто только с помощью соответствующих систем автоматического регулирования (САР).

Групповое и местное регулирование наиболее удобно осуществлять при применении групповых или индивидуальных автоматических регуляторов, устанавливаемых на каждом нагревательном приборе.

Основное количество теплоты у потребителей расходуется для нагревательных целей, поэтому тепловая нагрузка зависит от режима теплоотдачи нагревательных приборов. Несмотря на значительное конструктивное разнообразие применяемых нагревательных приборов, все они, как правило, являются теплообменниками поверхностного типа, теплоотдача которых может быть определена по уравне­нию

Q = kFt n =W_n(₁ - ₂ ) n, (3.1)

где Q– количество теплоты, отданное нагревательным прибором за время n в секундах, кДж;

k – коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, кВт/(м²К);

F – поверхность нагрева прибора, м²;

t – средняя разность температур греющей и нагреваемой среды, °С;

W_n – эквивалент расхода первичной (греющей) среды;

₁ и ₂ – температуры греющей среды на входе в нагревательный прибор и на выходе из него.

Уравнение (3.1) показывает, что теплоотдачу можно регулировать воздей­ствием на любой член его правой части.

Регулирование отпуска тепла в широких пределах воздействием на ко­эффициент теплопередачи практически трудно осуществить, так как он является достаточно устойчивым.

Изменение теплоотдачи выключением и включением части поверхности нагрева возможно только у потребителей, в этом случае невозможно воспользо­ваться выгодами центрального регулирования. Изменение времени работы на­гревательных приборов с целью изменения теплоотдачи может применяться при местном способе регулирования, но при разнородной тепловой нагрузке невоз­можно на этом принципе построить центральное регулирование.

Наибольшие возможности дает регулирование отпуска теплоты при теп­лоносителе – воде. Изменение средней разности температур греющей и нагре­ваемой сред при линейном изменении температур каждой из них определится по формуле

, (3.2)

где t_ср – средняя температура нагреваемой среды; t₂, t₁ – температуры вторичной (нагреваемой) среды на входе в нагревательный прибор и на выходе из него.

В водяных тепловых сетях основное регулирование отпуска теплоты осуществляется центрально следующими способами:

1. изменением температуры воды в подающем трубопроводе без регулирования расхода воды (качественное регулирование);

2. изменением расхода сетевой воды при сохранении постоянной температуры воды в подающем трубопроводе (количественное регулирование);

3. изменением температуры воды в подающем трубопроводе с соответствую­щим изменением расхода воды (качественно-количественное регулирова­ние).

Для корректирования центрального регулирования в водяных тепловых сетях проводят дополнительно групповое или местное регулирование.

В паровых сетях осуществляется только местное регулирование отпуска теплоты. Основные методы регулирования отпуска теплоты при паровом тепло­носителе заключаются в изменении числа часов работы n и температуры кон­денсации  путем дросселирования. Первый метод осуществляется работой “пропусками”, а второй метод ограничен, при невозможности снизить давление в нагревательных приборах ниже 0,1 МПа, а температуру ниже 100°С.

Для получения широкого диапазона регулирования необходимо переводить установку на работу под вакуумом, что не всегда возможно.

Центральное регулирование осуществляется на ТЭЦ и котельных. Если тепловая нагрузка у всех потребителей примерно одинакова, то можно ограничиться центральным регулированием. В большинстве же случаев тепловая нагрузка неоднородна. В этом случае центральное регулирование ведется по характерной тепловой нагрузке для большинства потребителей. В первую очередь это отопительная нагрузка и совместная нагрузка отопления и ГВС. Во втором случае расход воды в ТС увеличивается незначительно по сравнению с регулированием по отопительной нагрузке или не меняется.

В водяных системах реально можно менять тепловую нагрузку тремя способами:

1. изменением температуры сетевой воды – качественное регулирование;

2. изменением расхода сетевой воды – количественное регулирование;

3. изменением расхода и температуры воды – качественно-количественное

регулирование.

Выбор метода регулирования зависит от гидравлической устойчивости системы.

Гидравлическая устойчивость - это способность системы поддерживать заданный

гидравлический режим и характеризуется коэффициентом гидравлической устойчивости. Здесь - располагаемый перепад давления у наиболее удаленного потребителя;

- перепад давления, срабатываемый в сети. Если у 0,4 , то применяется качественное регулирование. Еслиy > 0.4, то применяется качественно-количественное регулирование. Центральное регулирование ориентируется на основной вид нагрузки района. Таковой может быть нагрузка отопления (регулирование по отопительной нагрузке), либо совмещенная нагрузка отопления и ГВС (регулирование по совмещенной нагрузке).

Регулирование путем изменения длительности работы n называется регулированием пропусками. Применяется как местное в дополнение к центральному.