В.В. Назаревич Теплоснабжение и теплотехническое хозяйство шахт

1

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

Курс «Теплоснабжение и теплотехническое хозяйство шахт» является профилирующей дисциплиной, имеющей большое значение в практической деятельности горного инженера – электромеханика.

Горный инженер–электромеханик должен уметь рассчитывать потребность в тепле горного предприятия, выбирать теплоноситель и источник тепла, составлять схему теплоснабжения и проектировать теплосети, обоснованно выбирать схемы подключения теплопотребителей к теплосети, соответствующее теплообменное оборудование, запорную

ирегулирующую арматуру, выполнять гидравлический и тепловой расчеты теплосетей, выбирать систему регулирования теплопотребления.

Освоение курса базируется на знании следующих дисциплин: «Физика», «Химия», «Математика», «Гидрогазодинамика», «Теоретическая механика», «Сопромат», «Теплотехника», «Информатика», «Экология»

идр.

Студент – заочник, руководствуясь программой и методическими указаниями к ней, самостоятельно изучает материал. Для лучшего усвоения рекомендуется составлять конспект по каждой теме и для самоконтроля отвечать на контрольные вопросы по темам.

Составленный конспект поможет грамотно и своевременно выполнить контрольную работу и курсовой проект.

По всем вопросам студент – заочник может обращаться за консультацией к преподавателю.

Качество усвоения курса проверяется в процессе защиты курсового проекта и при сдаче устного экзамена.

Программа курса составлена с учетом требований государственного стандарта высшего специального образования к подготовке горного инженера по специальности 170100 – «Горные машины и оборудование».

В условиях проводимых в стране экономических реформ без эффективного использования теплогенерирующего и теплообменного оборудования, систем транспортирования и трансформирования тепла невозможно снизить себестоимость добычи угля, повысить эффективность использования добываемого топлива и вырабатываемого тепла.

Кроме этого, улучшение показателей работы теплоэнергетического хозяйства горного предприятия в значительной мере улучшает экологическую ситуацию.

2

С этой целью в изучаемом курсе «Теплоснабжение и теплотехническое хозяйство шахт» излагаются основные вопросы анализа производства, транспортирования и использования тепла для отыскания эффективных и экологически чистых режимов работы с минимизацией удельных расходов топлива и тепла при эксплуатации котельных, калориферных установок и всего теплотехнического хозяйства шахты.

Задача курса заключается в подготовке горного инженера – электромеханика, владеющего навыками проектирования и эксплуатации современного теплогенерирующего и теплоиспользующего оборудования и теплового хозяйства предприятия в целом.

Значение теплотехнической подготовки будет расти при решении государственных программ по снижению удельных расходов топлива и загрязнения окружающей среды.

1. НАИМЕНОВАНИЕ ТЕМ, ИХ СОДЕРЖАНИЕ, ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

ТЕМА ПЕРВАЯ

Виды теплоносителей и теплопотребителей

Горные предприятия в качестве теплоносителей используют пар, горячую воду, горячий воздух, электричество. Каждый из перечисленных теплоносителей имеет свои преимущества, недостатки и области рационального использования. При изучении этой темы необходимо разобраться, где и когда можно использовать каждый из перечисленных теплоносителей.

Учитывая многообразие потребителей: отопление, вентиляция, горячее водопотребление, технология, необходимо научиться рассчитывать потребление тепла перечисленными потребителями в течение суток, месяца, сезона, года для выбора оптимального вида теплоносителя, организации режимов работы потребителей и котельных установок с целью снижения удельных норм расхода топлива и тепла.

Вопросы для самопроверки по первой теме

1. Перечислите виды теплоносителей, приведите краткую характеристику и опишите область применения каждого из них.

3

2.В каких случаях и для каких зданий следует применять системы воздушного отопления?

3.Приведите расчетные формулы по определению расхода тепла каждым видом теплопотребления.

4.Где и по каким критериям выбираются удельные характеристики расхода тепла на отопление и вентиляцию зданий?

5.Какую информацию несут климатологические таблицы?

6.Расскажите об основных принципах построения графиков тепловых нагрузок.

7.От каких факторов зависит суточный расход тепла на технологические нужды?

8.Как определяется часовой расход тепла на горячее водопотребление?

9.Назовите основные противопожарные мероприятия, которые необходимо соблюдать при использовании электрических обогревателей?

10.Как перевести ккал/ч в Вт?

ТЕМА ВТОРАЯ

Системы теплоснабжения

Любая система теплоснабжения – это комплекс систем и оборудования по выработке, транспортировке и использованию тепла теплопотребителями. В соответствии с этим каждая система теплоснабжения состоит из трех основных звеньев: теплогенератора, трубопроводов и системы теплопотребления с теплопотребителями.

Системы теплоснабжения классифицируются по назначению, по виду источника, виду теплоносителя, схеме присоединения теплопотребителей к теплосети и по общей мощности системы.

При проектировании следует обоснованно выбирать: закрытую или открытую системы теплоснабжения; температуру горячей воды принимают в соответствии с санитарно – гигиеническими требованиями, по условиям «невскипания» и др. Для этого необходимо знать все достоинства, недостатки и области применения различных схем теплоснабжения.

Водяные системы теплоснабжения, занимающие в настоящее время доминирующее положение, имеют широкий спектр по классификации, поэтому инженеру необходимо из всего многообразия (однотрубные, двухтрубные, закрытые и открытые двухтрубные; зависимые и не-

4

зависимые по схеме присоединения потребителей к сети) выбрать наиболее приемлемую для условий шахты и др.

Технологические потребители, как правило, используют в качестве теплоносителя – пар. Паровые системы теплоснабжения намного сложнее и дороже водяных систем. Поэтому при изучении паровых систем теплоснабжения необходимо уделить больше внимания их конструкции, особенно систем, повышающих рентабельность применения дорогостоящего теплоносителя, которым является пар.

В последние годы на шахтах предпочтение отдают водяным системам теплоснабжения. Основными причинами вытеснения водяного пара как теплоносителя являются трудность возврата конденсата, низкая гигиеничность и надежность конденсатоотводных систем, сложное регулирование теплопроизводительности, чрезмерная коррозия конденсатопроводов, низкая экологичность из-за работы на режиме пролетного пара и, наконец, сложность обслуживания паровых систем.

Водяные системы теплоснабжения шахт дают следующие преимущества:

-централизованное количественное и качественное регулирование нагрузки;

-высокую аккумулирующую способность системы.

При выборе системы теплоснабжения предпочтение следует отдавать двухтрубным, закрытым с центральным тепловым пунктом (ЦТП).

Окончательные выводы по применению той или иной схемы теплоснабжения делаются только на основе технико-экономических расчетов. Выбор параметров теплоносителя сказывается в первую очередь на экономике системы теплоснабжения.

Вопросы для самопроверки по второй теме

1. Назовите составные элементы системы теплоснабжения.

2.По каким признакам классифицируются системы теплоснабжения?

3.Расскажите о преимуществах и недостатках открытых и закрытых систем теплоснабжения. Нарисуйте их схемы.

4.В чем принципиальные отличия между водяными и паровыми системами теплоснабжения?

5.Нарисуйте и объясните основные схемы присоединения шахтовых отопительных систем к водяным тепловым сетям.

6.Нарисуйте и объясните основные схемы паровых систем теплоснабжения с возвратом конденсата.

5

7.Нарисуйте и объясните основные схемы паровых систем теплоснабжения без возврата конденсата.

8.Нарисуйте схему шахтовой котельной со стальными водогрейными котлами.

9.Расскажите, по каким критериям выбирается система теплоснабжения.

10.Перечислите энергетические показатели системы теплофикации.

ТЕМА ТРЕТЬЯ

Тепловые пункты

Тепловой пункт – это комплекс оборудования и приборов, предназначенный для приготовления и подачи теплоносителя из теплосети к теплопотребителям (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) заданных параметров; контроля и учета расхода тепла и теплоносителя. Таким образом, тепловой пункт является связывающим звеном между тепловой сетью и системами потребителей тепла.

По теплоносителю различают тепловые пункты для пара и горячей воды. В соответствии этому выбираются схемы и оборудование тепловых пунктов.

Схемы тепловых пунктов обусловливаются прежде всего видами теплопотребителей и перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами. В зависимости от этого могут быть элеваторные и насосные, с водоподогревателем, если система закрытая, и без него. Может предусматриваться отдельный трубопровод для технологических потребителей тепла.

Тепловые пункты, как правило, оборудуют типовыми элеваторами, которые рассчитывают для каждого узла по типовым методикам. Элеватор – это бесприводной насос, он прост и надежен в эксплуатации. В последнее время внедряются элеваторы с изменяющимся диаметром сопла (путем введения в сопло иглы) для непрерывного и мягкого регулирования температуры и расхода теплоносителя, подаваемого к теплопотребителям.

Для автоматического регулирования параметров и расхода теплоносителя тепловые пункты оборудуются автоматическими регуляторами расхода, давления и температуры.

6

Вопросы для самопроверки по третьей теме

1. Назначение и классификация тепловых пунктов.

2.Нарисуйте основные схемы тепловых пунктов.

3.Нарисуйте схему теплового пункта для присоединения разнородных теплопотребителей.

4.Назовите основное оборудование тепловых пунктов.

5.Изложите методику расчета элеватора.

6.Перечислите основные контрольно-регулирующие приборы, применяемые в тепловых пунктах.

7.Как организуется очистка воды в тепловых пунктах и когда она применяется?

8.Нарисуйте схему индивидуального теплового пункта при закрытой системе теплоснабжения.

9.При каких перепадах давления между прямым и обратным трубопроводами можно применять элеваторное регулирование температуры теплоносителя?

10.Какие автоматические регуляторы устанавливают в тепловых пунктах.

ТЕМА ЧЕТВЕРТАЯ

Теплоподготовительные установки.

Основное и вспомогательное оборудование. Расчет и выбор

Теплоподготовительная (водоподогревательная) установка – это комплекс оборудования и приборов, предназначенный для выработки горячей воды заданной температуры.

На горных предприятиях применяют кожухотрубные и пластинчатые; водопаровые и водо-водяные; скоростные и емкостные водоподогреватели.

При изучении этой темы необходимо, прежде всего, изучить методику расчета и выбора типа водоподогревателя для рассматриваемых конкретных условий. Наиболее перспективными в настоящее время являются пластинчатые теплообменники, у которых коэффициент теплопередачи в 2,5 раза выше, чем у кожухотрубных, в связи с чем строительные размеры соответственно меньше в 3,5 раза.

7

Эффективность работы водоподогревателей во многом зависит от режимов движения теплоносителей, которые задаются циркуляционными насосами.

При изучении насосов особое внимание следует уделить их рабочим характеристикам (напору, мощности, КПД) и понять, что действительная производительность и напор насосной установки (насос - сеть) определяются точкой пересечения характеристики сети с напорной характеристикой насоса. При совместной работе (последовательной и параллельной) двух насосов суммарный напор и производительность не равны их арифметической сумме, а определяются точкой пересечения совместной напорной характеристики с характеристикой сети.

Вспомогательное оборудование, грязевики, фильтры, аккумуляторы выбираются из условий эксплуатации системы.

Вопросы для самопроверки по четвёртой теме

1. Назначение и классификация теплоподготовительных установок.

2.Начертите схемы теплоподготовительных установок для паровых систем теплоснабжения.

3.Начертите схему и объясните работу редукционно – охладительного устройства.

4.Назовите основные типы водогрейных котельных агрегатов.

5.Назовите основные типы паровых котельных агрегатов, применяемых в промышленности.

6.Классификация водоподготовительных теплообменников и области их применения.

7.Пластинчатые теплообменники, особенности их конструкции, достоинства и недостатки.

8.Алгоритм расчета и выбора водоподготовительных теплообменников.

9.Классификация насосов, применяемых в системах теплоснабжения.

10. Расчет рабочих режимов насосных установок.

8

ТЕМА ПЯТАЯ

Тепловые сети

Транспортирование теплоносителя от котельной или теплоцентрали до потребителей осуществляется по трубопроводам, которые объединяются в единую систему теплосети.

Тепловая сеть - одна из наиболее дорогостоящих и трудоемких элементов систем теплоснабжения. Это сложные сооружения, состоящие из соединенных между собой сваркой стальных труб, тепловой изоляции, компенсаторов тепловых удлинений, запорно и регулирующей арматур, строительных конструкций, подвижных и неподвижных опор, камер, дренажных и воздухоспускных устройств.

По способу прокладки тепловые сети делятся на подземные и надземные. На горных предприятиях предпочтение отдают надземной прокладке на эстакадах, на кронштейнах, заделанных в стенах зданий.

Требования по проектированию, монтажу и эксплуатации тепловых сетей изложены в СНиП 2.04.07-86 “Тепловые сети”.

Вопросы для самопроверки по пятой теме

1. Расскажите о составных элементах тепловой сети.

2.Какие способы прокладки теплосетей применяют на горных предприятиях?

3.Для чего служат и как устраиваются компенсаторы на тепловых

сетях?

4.Опишите типы опор для надземной прокладки теплосетей.

5.Каковы основные причины повреждений в тепловых сетях?

6.Как производится защита тепловых сетей от коррозии?

7.По каким критериям выбирается способ прокладки тепловых се-

тей?

ТЕМА ШЕСТАЯ

Гидравлический расчет тепловых сетей

Основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

9

В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов.

Результаты гидравлического расчета используются для выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования и арматуры, определения стоимости тепловой сети.

Потери давления при движении теплоносителя по трубам обусловливаются гидравлическими сопротивлениями (вентиля, задвижки, поворота и т.д.)

Для удобства формулы расчета гидравлических сопротивлений сведены в таблицы и монограммы.

Гидравлический расчет теплосети начинают вести от наиболее удаленного участка или теплопотребителя к магистрали по направлению к котельной. Методика гидравлических расчетов весьма подробно излагается в СНиП 2.04.07-86. Следует обратить внимание на то, что паропровод рассчитывается с некоторыми особенностями по сравнению с водяными сетями. Причина расхождения заключается в том, что при движении пара по трубопроводу его давление и плотность постоянно уменьшаются по длине трубопровода. Поэтому расчет паропровода может быть выполнен только методом последовательных приближений. Практически расчет ведется по номограммам, построенным для пара с единичной плотностью с последующим перерасчетом на действительную. Вторая особенность состоит в том, что при расчетах следует учитывать нормативные допустимые удельные падения температуры перегретого пара.

Отдельный класс составляют задачи по расчету конденсатопроводов. Возврат конденсата от потребителя к источнику тепла представляет большие трудности. Это обусловлено тем, что давление пара в узловых точках по длине магистрали неодинаково, в связи с чем не исключается вероятность обратного движения конденсата. Поэтому при гидравлических расчетах конденсатопроводов особое внимание уделяют более тщательному выравниванию давлений в узловых точках установкой автоматических регуляторов “после себя”. Кроме этого, при расчетах уделяется внимание вероятности возникновения условий вторичного вскипания конденсата и образования в конденсатопроводах потока двухфазных сред (конденсат + пар), которые значительно снижают пропускную способность конденсатопровода.