kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где Gи – расход горячей за сутки наибольшего водопотребления, м3/сут;

ρ– плотность воды, кг/м3;

с– теплоемкость воды, кДж/(кг · °С);

tср.г – средняя температура горячей воды в трубопроводах горячего водоснабжения, принимают по СНиП [25], °С;

Т – время потребления горячей воды в сутки, ч;

Qтп – потери тепла в подающих и циркуляционных трубопроводах,

кВт.

Расход горячей воды за сутки наибольшего водопотребления находится по формуле

Gи = 0,001gиm , л/сут,

(3.7)

где gи – норма расхода горячей воды за сутки наибольшего водопотребления [25], л/сут;

m – количество потребителей (жителей) в здании или группе зданий. Для жилых домов, общежитий, гостиниц, санаториев, домов отдыха, больниц, школ и детских учреждений время потребления горячей воды в сутки принимают 24 ч. Для остальных общественных зданий это время принимают равным числу часов работы их в сутки, но не менее 10 ч, а при наличии аккумуляторов – по числу часов зарядки аккумуля-

торов.

Применение аккумуляторов может сократить время потребления тепла из тепловых сетей. Момент времени и продолжительность отключения тепловых сетей выбирается в зависимости от характера изломов линий интегрального графика. Например, для интегральных графиков на рис. 3.10 целесообразно выбрать продолжительность отключения сетей на время n1 и n2. В период прекращения поступления тепла из тепловых сетей горячее водоснабжение производится только из аккумулятора. Продолжительность отключения сетей подбирается так, чтобы запас тепла в начале и конце суток был одинаковым.

В период пользования горячей водой запас тепла в аккумуляторе изменяется от максимального Qмах до минимального Qмин значений.

Если тепло аккумулируется при переменном объеме воды, а температура воды постоянная, то необходимая емкость аккумулятора (м3) находится из выражения

	V ак =	3600Qmax	3	,
			, м		(3.8)
		ρ с (tср.г −t х)

где Qmaх – запас тепла, кВт · ч.

61

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Qгвс,
квт ч
					*
			min		Q
		2	Q
	n1	max		1
		Q	n
*
Q
0	6		12	18	24 n,ч

Qгвс,
квт ч
					*
		maх			Q
		Q
		2	1
					гвс
	n1	n		n2
					сут.
					Q
*		min
Q		Q
0	6	12	18		24 n,ч

Рис. 3.10. Варианты аккумулирования тепла: 1 – фактическое потребление теп-

ла; 2 – поступление тепла из тепловых сетей; n1, n2 – продолжительность отключения тепловых сетей; n –продолжительность зарядки аккумулятора

Если тепло аккумулируется при постоянном объеме воды, а температура воды переменная, то емкость аккумулятора определяется по формуле

Vак =	3600(Qmax −Qmin)			3	,
	ρ с ( max −	t	min)	, м		(3.9)
	t

где tmaх, tmin – максимальная и минимальная температура горячей воды. В аккумуляторе постоянного объема накопление тепла осуществ-

ляется за счет увеличения	нагрева воды.	Следовательно, большему
и меньшему запасу тепла в	аккумуляторе	на интегральном графике

(см. рис. 3.9) соответствует максимальная и минимальная температура

воды. Наибольшая температура воды в аккумуляторе не должна превышать 75 °С, а наименьшая – быть не ниже 40 °С.

При наличии в жилых и общественных зданиях автоматизированных систем горячего водоснабжения, а в производственных зданиях –

душевых сеток не более 10 применение аккумуляторов не обязательно.

62

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

4.1. Задачи и методы регулирования

Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный

комплекс, включающий тепловые источники (ТЭЦ, котельные), систему

транспорта тепловой энергии (тепловые сети), потребителей тепла (абонентов).

Тепловая нагрузка абонентов не постоянна. Сезонные нагрузки – отопительная и вентиляционная – изменяются в зависимости от метеорологических условий (температуры наружного воздуха, ветра, инсоляции). Круглогодичные нагрузки – горячего водоснабжения и технологи-

ческая – зависят соответственно от режима расхода воды на горячее водоснабжение и режима работы технологического оборудования.

Вэтих условиях необходимо искусственное изменение параметров

ирасхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а также экономичных режимов выработки теплоты на станции и транспортировки ее по тепловым сетям выбирается соответствующий метод регу-

лирования.

Задачи регулирования тепловой нагрузки заключаются в следующем:

1.Обеспечить надежность теплопотребления в соответствии с графиком тепловой нагрузки и температурным графиком сетевой воды.

2.Обеспечить требуемые параметры сетевой воды (температуры

идавления).

3.Обеспечить требуемый расход сетевой воды.

Взависимости от места осуществления различают следующие виды регулирования:

1.Центральноерегулирование– ведетсянаисточникетепла(ТЭЦ, РК).

2.Групповое регулирование – ведется в ЦТП для группы однородных потребителей.

3.Местное регулирование – на тепловых пунктах (ЦТП, ИТП, абонентских вводах).

4.Индивидуальное регулирование – ведется непосредственно на отопительных приборах.

5.Комбинированное регулирование – состоит из нескольких видов

регулирования, взаимно дополняющих друг друга.

Всистемах теплоснабжения применяется, как правило, централь-

ное и местное регулирование. При этом центральное – основное. Центральное регулирование выполняется на ТЭЦ или в котельной

по преобладающей тепловой нагрузке, характерной для большинства

63

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

абонентов района. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки, например отопление, так и два разных вида, например, отопление и горячее водоснабжение (ГВС) при заданном отношении расчетных вели-

чин этих нагрузок. При центральном регулировании по суммарной на-

грузке делается возможным удовлетворять нагрузку гвс без значительного увеличения расчетного расхода воды на два вида нагрузки (отопление и ГВС) по сравнению с расчетным расходом воды на отопление.

Групповое регулирование поддерживает требуемые расход и температуру теплоносителя, поступающего в распределительные и внутриквартальные тепловые сети.

Местное регулирование осуществляется обычно с помощью системы автоматического регулирования (САР), управляющей подачей тепла

в группы однотипных теплопотребляющих установок или приборов. Индивидуальное регулирование дополняет другие виды регулиро-

вания. В виду отсутствия регуляторов на приборах применяется ограни-

чено.

Комбинированное регулирование – центральное регулирование дополняется групповым, местным или индивидуальным.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового

баланса

Q = Gc(τ1 − τ2)n = kF tn , кДж (ккал),

(4.1)

где Q – количество тепла, полученное от теплоносителя и отданное на-

греваемой среде, кДж (ккал);

G – расход теплоносителя, кг/ч;

с – теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг · К); τ1, τ2 – температура теплоносителя на входе и выходе из теплооб-

менника, К;

n – время, ч;

к– коэффициент теплопередачи, кВт/(м2 · К) (ккал/(ч · м2 · К);

F – поверхность нагрева теплообменника, м2;

t – температурный напор между греющей и нагреваемой средой, К.

Из уравнения следует, что регулирование тепловой нагрузки воз-

можно несколькими методами:

–изменением температуры теплоносителя t = var – качественный

метод;

–изменениемрасходатеплоносителяG = var – количественныйметод;

–периодическимотключениемсистем– прерывистоерегулирование;

–изменением поверхности нагрева теплообменника.

Применяются три метода центрального регулирования:

64

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Качественный – заключается в регулировании отпуска тепла путем изменения температуры теплоносителя на входе в отопительный при-

бор, расход сетевой воды Gс.в = const. Преимущества:

–комбинированная выработка электрической энергии больше, чем при других методах центрального регулирования;

–постоянный расход Gс.в в тепловой сети способствует устойчивому гидравлическому режиму.

Недостатки: максимальный расход воды, а следовательно и повышенные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Количественный – ведется изменением Gс.в = var, при t1 = const

и t2 = var.

Преимущества:

–пониженные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя. Недостатки:

–невыгодно для ТЭЦ (снижается комбинированная выработка);

–неустойчивый гидравлический режим в тепловой сети, вследст-

вие переменного расхода сетевой воды.

Качественно-количественное регулирование ведется изменением

Gс.в = var и t1 = var.

Основным видом регулирования в системах теплоснабжения является центральное качественное регулирование. Количественное используется в качестве местного регулирования.

Регулирование отпуска тепла в двухтрубных тепловых сетях может

осуществляться двумя способами.

1.Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке ведется по отопительному графику температур в закрытых и от-

крытых сетях.

2.Центральное качественное регулирование по совмещенной на-

грузке (отопление и ГВС):

– ведется в закрытых тепловых сетях по повышенному графику

температур;

– в открытых тепловых сетях по скорректированному графику температур.

Регулирование отпуска тепла в четырехтрубных тепловых сетях – центральное качественное по отопительной нагрузке.

65

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

4.2. Общее уравнение регулирования

Расчет режимов регулирования основан на уравнениях теплового баланса, составленных для любого вида нагрузки при нерасчетных и расчетных условиях:

Q = Gпc(τ1 − τ2 )= Gвc(τ1 − τ2 )						= кF t , кВт (ккал/ч);		(4.2)
Q	′	′ ′	′	′ ′	′	′ ′	, кВт (ккал/ч),	(4.3)
		= Gпc(τ1	− τ2 )= Gвc(τ1		− τ2 )	= к F t

где Q – текущая тепловая нагрузка;

Gп – расход первичного (греющего) теплоносителя; Gв – расход вторичной (нагреваемой) среды;

τ1, τ2 – температура первичного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника;

t2, t1 – соответственно, температура нагреваемой среды на входе в теплообменник и на выходе из него.

Индексом штрих обозначены все величины, относящиеся к расчетным условиям.

Из отношения равенств (4.2) и (4.3) получим общее уравнение ре-

гулирования

Q

=

Gп(τ1 −

τ2)

=

Gв(t1 −t2)

=

к

t

.

(4.4)

'

'

)

'

)

'

'

'

( '

−

( '

− '

Q Gп

τ1

τ2

Gв t1

t2

к

t

Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде

Q =Wбδtм =Wмδtб = кF t , кВт,

(4.5)

где Wб, Wм – большее и меньшее значения водяных эквивалентов теплообменивающихся сред, Вт / °С (ккал/(ч · °С);

W = G · с – эквивалент расхода воды, представляющий собой произведение расхода теплоносителя на его удельную теплоемкость Вт / °С (ккал/(ч · °С);

δtм, δtб – соответственно меньший и больший перепады температур теплоносителей, °С.

Для первичного теплоносителя в данном случае δτ = τ1 – τ2, для вторичной среды δt = t1 – t2, °С.

С учетом выражения (4.5) уравнение регулирования (4.4) может быть записано в общем виде

Q

=

б

м =

м

б = к

δt

δt

W

W

t

,

(4.6)

66

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где Q = Q/ Q' , W =W/ W' , δt = δt/ δt' , к = к/ к' , t = t/ t' – относитель-

ные величины соответственно тепловой нагрузки, водяных эквивалентов, перепадов температур греющей и нагреваемой среды, коэффициента теплопередачи, температурного напора, представляющие собой долю от расчетного их значения.

Зависимость расхода или эквивалента расхода сетевой воды от теп-

	ловой нагрузки описывается эмпирическим уравнением
			=		m ,			(4.7)
		W
				Q
	где m – показатель степени, зависящий от метода регулирования.
	При качественном методе m = 0,						= 1, при	качественно-
						W
	количественном 0 < m < 1.

4.3. Тепловые характеристики теплообменных аппаратов

Регулирование тепловой нагрузки приводит к изменению расхода и температуры теплоносителя в теплообменных аппаратах. Расчет режимов регулирования на основании общего уравнения (4.4) или (4.6) в ряде случаев затруднителен. Неизвестные значения температуры воды приходится определять методом последовательных приближений.

Расчеты упрощаются при использовании тепловых характеристик теплообменных аппаратов, предложенных профессором Е. Я. Соколовым.

Уравнение характеристики теплообменного аппарата из общего уравнения регулирования при замене среднелогарифмической разности температур линейной зависимостью вида

t = v −aδtм −bδtб , °C,

(4.8)

где ν = τ1 – t2, – максимальная разность температур греющей и нагреваемой среды на входе в теплообменник;

а и b – постоянные коэффициенты, зависящие от схемы движения теплоносителя в теплообменном аппарате (при прямотоке принимается а = b = 0,65, при противоточном движении а = 0,35, b = 0,65);

δtм, δtб – наименьший и наибольший перепады температур греющей и нагреваемой среды (см. рис. 4.1).

Как показывают исследования, замена среднелогарифмической разности температур линейной зависимостью (4.8) дает расхождение в результатах расчетов не более 4÷6 %, что не выходит за допустимые пределы точности инженерных расчетов.

67

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

	τ1				τ1
	м		м
	t		δt	б		б
				t
						δt
v	t1	τ2			t1	τ2
				v
	б		б
			t
	t			м		м
	δ					t
				δt
	t2					t2
	a				τ1	б
	τ1
			м
			δt			б
						t
	б	τ2		б		τ2
	t		м	t
	=		t	=
		t	1			м
	v			v		t
						t1
			б
	t2		t		t2	м
						δt
	в					г

Рис. 4.1. Изменение температур теплоносителей в противоточных и прямо-

точных аппаратах: а – при соотношении Wп/Wв > 1; b – то же, Wп/Wв < 1, Wп – водяной эквивалент первичного (греющего) теплоносителя; Wв – водяной эквивалент вторичного (нагреваемого) теплоносителя

Если теплопроизводительность теплообменника Q отнести к максимальной разности температур ν, то уравнение характеристики может быть представлено в виде

q = Q	, кВт / °С,	(4.9)
v

где q – тепловая производительность аппарата на 1 °С максимальной разности температур греющей и нагреваемой среды на входе в теплообменник, кВт / °С.

Из уравнений (4.9), (4.8) и (4.5) получим

q = Q	=	Q	=		1					, кВт / °С.
				a		b		1
v		a δtм +b δtб + t			+		+				(4.10)
				W б		W м		к F

68

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Для противотока уравнение (4.10) действительно при q ≤ Wм или δtб< ν, т. к. перепад температур теплоносителя не может быть больше максимальнойразноститемпературмеждугреющей инагреваемойсредой.

Для прямотока уравнение (4.10) действительно в диапазоне

q	≤			1
			1	+	1
		W б
				W м

или

δ tб + δ tм ≤ ν.

Уравнение характеристики легко приводится к безразмерному виду, что значительно упрощает расчеты.

Обозначим через ε безразмерную удельную тепловую производительность теплообменника

ε	=	q	.	(4.11)
	W м

Выражение для расчета ε получают из уравнений (4.10) и (4.11):

1				≤ ε*,
ε =					(4.12)
	a W м +b +	1
	W б	ω

где ω= k F/ W м;

ε* – безразмерная удельная теплопроизводительность теплообменника с бесконечно большой поверхностью нагрева.

Для противотока ε* = 1, для прямотока ε* = 1/(1 + Wм/Wб).

По физическому смыслу ε представляет собой отношение теплопроизводительности данного подогревателя к тепловой производительности подогревателя с бесконечно большой поверхностью нагрева, работающего при тех же параметрах теплоносителя на входе в аппарат.

Знак неравенства в выражении (4.12) указывает на то, что величина ε не может превысить ε*, т. к. температура нагреваемой среды не может превысить температуру греющей среды.

Поэтому, когда расчетное значение ε получается больше ε*, для дальнейших расчетов принимают ε = ε*.

Уравнение характеристики отопительной системы выводится из общего уравнения регулирования (4.6). При этом учитывается наличие

69

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

смешения на вводе и высокое значение эквивалента воздуха по сравнению с эквивалентом расхода воды, что позволяет принимать Wм/Wб = 0.

Безразмерная удельная теплопроизводительность отопительной системы равна

ε0 =	Q	0	=			1				≤1,
	ν W				0,5 +u		+	W			(4.13)
					1+u			к F

где ν = τ1 – tв – разность температур воды в подающей линии тепловой сети и воздуха в помещении;

W – эквивалент расхода сетевой воды, поступающей в смесительное устройство узла ввода;

u – коэффициент смешения.

Для облегчения расчетов зависимости (4.12) и (4.13) могут быть преобразованы путем замены произведения kF равнозначным выражением, учитывающим с достаточной для практических расчетов точностью все факторы, влияющие на условия теплообмена.

Для водоводяных подогревателей

к	F = Ф W мW б , Вт / °С,	(4.14)
для калориферов с водяным обогревом
к	F = Ф W мm1W бm2 , Вт / °С,	(4.15)

где Ф – параметр теплообменника, величина практически постоянная для данного подогревателя;

m1, m2 – показатели степени; для калориферов при турбулентном движении воды и воздуха принимают m1 = 0,12÷0,3; m2 = 0,33÷0,5.

Параметр Ф определяют из формул (4.14) или (4.15) по данным расчетного режима.

Изменение коэффициента теплопередачи отопительных приборов

описывается выражением
	к = A( to )= A(τср −tв)n , Вт/(м2 · °С),	(4.16)
где tо – температурный напор;
τср	– средняя температура теплоносителя в приборе;
tв	– температура воздуха в помещении;

А и n – константы, зависящие от типа прибора и схемы его установки, принимают n = 0,25.

70