kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008
.pdf
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 = f(tн) с горизонтальной линией, соответствующей τ1''' =70 °С. График
температур на рис. 4.6 носит название отопительно-бытового.
При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке расход воды в отопительных системах остается постоянным в течении всего отопительного сезона. Требуемый расход cетевой воды на горячее водоснабжение и вентиляцию устанавливается соответствующими местными регуляторами. В этих условиях присоединение абонентских установок к тепловой сети выполняется обычно по параллельной или двухступенчатой смешанной схеме.
Расчет и построение графиков регулирования рассмотрим отдельно для каждого вида нагрузки.
4.5.1. Графики температур, расходов тепла и воды на отопление
Температура воды в подающем и обратном трубопроводах определяется по формулам (4.27) и (4.28) с точкой излома температурного графика при минимально допустимой температуре воды в подающей линии τ1''' =70 °С.
Вдиапазоне 1 (см. рис. 4.6) при постоянной температуре воды
вподающем трубопроводе регулирование отопительной нагрузки осуществляется обычно местными пропусками. Периодическое отключение систем отопления предотвращает перегрев помещений.
Число часов ежесуточной работы системы определяют из уравнения
n = 24 |
tв −tн |
, ч. |
(4.40) |
|
tв −t'''н |
||||
|
|
|
В связи с периодическим отключением отдельных отопительных установок общий расход воды в сети сокращается по мере повышения температуры наружного воздуха. Температуру обратной воды для этого
диапазона принимают постоянной и равной τ'2'',0 .
Регулирование местными пропусками, осуществляемое вручную, приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в помещениях и к перерасходу тепла. Более целесообразным является групповое или местное количественное регулирование, выполняемое автоматически. По мере повышения температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление сокращается. Смесительные насосы, установленные в ЦТП после подогревателей горячего водоснабжения, увеличивают расход подмешиваемой воды из обратной линии для поддерживания гидравлического и теплового режима системы отопления.
81
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
В диапазоне II при tн < t'н'' осуществляется центральное качествен-
ное регулирование. Расчетный расход воды на отопление определяется по формуле (4.31).
4.5.2.Графики температур и расходов тепла и воды на вентиляцию
При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне от tор до t'н'' изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. По
характеру изменения температуры воды и расхода тепла на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона (рис. 4.7).
|
|
|
|
Qв |
|
|
|
мин |
Qв |
|
|
|
|
0 |
Qв |
|
|
|
|
|
,C |
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,4 |
|
0,6 |
0,8 |
1,0 |
+18 |
+8 |
t |
н |
II |
tрв |
t0р |
|
I |
|
III |
ро |
||
|
МКР |
|
ЦКР |
МКР |
|
|
Рис. 4.7. График температур, расходов тепла и сетевой воды при регулировании вентиляционной нагрузки расходом сетевой воды: МКР – местное количе-
ственное регулирование; ЦКР – центральное качественное регулирование
82
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Вдиапазоне I (от tн = 8 °С до t'н'' ) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии постоянна.
Вдиапазоне II (от t'н'' до tвр) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды.
Вдиапазоне III (от tвр до tор) при постоянном расходе на вентиля-
цию температура воды в подающей линии переменна.
Как следует из графиков, центральное качественное регулирование вентиляционной нагрузки возможно лишь в диапазоне II, где характер изменения температуры воды соответствует изменению нагрузки. В диапазонах I и II осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды или расхода нагреваемого воздуха.
Задачей расчета является определение температуры воды после калориферов и расхода сетевой воды.
Расчет графиков производится отдельно для каждого диапазона с учетом принятого способа регулирования.
Регулирование расходом сетевой воды
Общее уравнение регулирования (4.4) применительно к вентиляционной нагрузке запишется в виде
Qв |
= |
Gв (τ1 − τ2,в) |
= |
k t |
, |
(4.41) |
||
Q''в |
G''в(τ1'' − τ''2,в) |
k'' |
t'' |
|||||
|
|
|
|
|||||
где Qв – расход тепла на вентиляцию при текущей температуре наружного воздуха;
Gв – расход сетевой воды на вентиляцию; τ2в – температура воды после калориферов; k – коэффициент теплопередачи;
t – температурный напор в калорифере.
(Двумя штрихами обозначены величины, относящиеся к расчетной температуре наружного воздуха, для проектирования вентиляции tвр ).
Изменение коэффициента теплопередачи калорифера описывается зависимостью (4.15), преобразованной при постоянном расходе воздуха к виду
k F = |
( |
)0,15 = |
( |
Gв |
с)0,15 |
, ккал/(ч · °C), |
(4.42) |
|
Фк W м |
|
Фк |
|
|
|
где Фк – параметр калорифера;
Wм = Gв с – эквивалент расхода сетевой воды на вентиляцию.
83
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Уравнение (4.41), с учетом зависимости (4.42), запишется в виде
Qв |
|
Gв |
(τ − |
τ2,в |
) |
|
0,15 |
t |
|
|
|
= |
1 |
|
Gв |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
(4.43) |
||
Q''в |
G''в(τ1'' − τ''2,в) |
t'' |
|||||||||
|
Gв'' |
|
|
|
|||||||
Заменив отношение расходов воды отношением расходов по зависимости (4.41), после преобразований получим
|
Qв |
0,85 |
|
'' |
'' |
0,15 |
t |
|
|
|
|
|
= |
τ1 |
− τ2,в |
|
. |
(4.44) |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
'' |
|
τ1 |
|
|
t |
'' |
|
|
|
Qв |
|
− τ2,в |
|
|
|
|||||
Неизвестное значение температуры обратной воды τ2в определяется решением уравнения (4.44) методом последовательных приближений.
Расход воды находят по формуле
Gв |
= |
Qв |
, кг/ч. |
(4.45) |
|
c(τ1 −t2,в) |
|||||
|
|
|
В диапазоне I (см. рис. 4.7) с увеличением вентиляционной нагрузки возрастает расход воды, что приводит к сокращению времени пребывания воды в калорифере и к росту температуры обратной воды. Регулирование расхода воды осуществляется с помощью регулировочного клапана РК по импульсу от температуры воздуха за калорифером (рис. 4.8).
|
ДК |
K |
tв |
tн |
|
||
|
|
РК
Рис. 4.8. Принципиальная схема присоединения калорифера к тепловым сетям:
К – калорифер; ДК – дроссель клапан; РК – регулирующий клапан
Расчет графиков производится по формулам (4.44) и (4.45).
Для диапазона II, при постоянном расходе воды, уравнение (4.44) упрощается:
|
|
|
= |
τ1 |
− τ2,в |
, |
|
|
Q |
в |
(4.46) |
||||||
τ1'' |
− τ''2,в |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
84
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
отсюда температура воды после калориферов определится из выражения
τ2,в = τ1 −(τ1'' − τ'2,' в) |
|
в, °С, |
(4.47) |
Q |
где τ'2,' в – расчетная температура воды на выходе из калорифера, при-
нимаемая равной 60 °С.
Расчетный расход сетевой воды определяют по формуле (4.45) при расчетныхзначенияхтепловойнагрузкиQ′′в итемпературахводы τ1'' и τ'2,' в .
В диапазоне III постоянный расход тепла на вентиляцию при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. Уравнение (4.44) для этого диапазона запишется так:
|
τ1'' − τ''2,в 0,15 |
t |
|
|
||
1 = |
|
|
|
|
. |
(4.48) |
|
|
'' |
||||
|
|
|
t |
|
|
|
|
τ1 − τ2,в |
|
|
|
||
Температуру обратной воды определяют методом подбора. Расчет графиков регулирования целесообразно начинать с расчетных условий,
соответствующих tвр.
Регулирование расходом воздуха
Местное количественное регулирование осуществляется изменением расхода наружного воздуха, проходящего через калорифер при постоянном расходе сетевой воды. Общее уравнение регулирования в данном случае запишется в виде формулы (4.46).
Расчетный расход воды определится по формуле (4.45) при расчетном расходе тепла Q'в' и температуре воды, соответствующей расчетным значениям τ1'' и τ'2,' в . В диапазоне I (рис. 4.9) рост вентиляционной на-
грузки при постоянной температуре в подающем трубопроводе и постоянном расходе воды приводит к увеличению перепада температур сетевой воды.
Из уравнения (4.46) при Gв = 1 имеем
τ2,в = τ1''' −(τ1'' − τ'2,' в) |
|
в , °С. |
(4.49) |
Q |
В диапазоне II осуществляется центральное качественное регулирование.
85
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
В диапазоне III по мере понижения наружной температуры уменьшается количество наружного воздуха, поступающего в калорифер. Система работает с рециркуляцией.
Из уравнения (4.46) при Qв =1 и Gв =1,
τ2,в = τ1 −(τ1'' − τ'2,' |
в) , °С. |
(4.50) |
||
Qв |
|
|
Qв |
Qв |
|
|
|
||
Qв |
|
|
|
|
Gв |
|
Gв |
|
|
|
|
|
|
|
I |
tн |
II |
tрв |
t ор |
|
III |
|||
МКР |
|
ЦКР |
МКР |
|
Рис. 4.9. Графики температур, расходов тепла и сетевой воды при регулировании вентиляционной нагрузки расходом воздуха
4.5.3.Графики температур, расходов тепла и сетевой воды на горячее водоснабжение
Тепловая нагрузка горячего водоснабжения отличается большой суточной неравномерностью. В случае установки аккумуляторов горячей воды расчет графиков регулирования производится по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. При отсутствии аккумуляторов графики рассчитываются исходя из максимального часового расхода тепла.
При условно принятом для расчета графиков регулирования постоянном расходе тепла на горячее водоснабжение отопительный период делится на два диапазона (см. рис. 4.10).
Вдиапазоне I при постоянной нагрузке горячего водоснабжения
ипостоянной температуре воды расход сетевой воды тоже остается неизменным.
86
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Qг Qг
Gг |
|
|
|
|
Gг |
+8 |
t н |
t р |
о |
||
|
I |
II |
|
ЦР |
МКР |
|
|
Рис. 4.10. Графики температур, расходов тепла и сетевой воды на горячее водоснабжение при параллельной схеме включения подогревателей: ЦР – цен-
тральное регулирование
В диапазоне II постоянный расход тепла на горячее водоснабжение при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. С увеличением температуры сетевой воды регулятор РТ прикрывается, уменьшая поступление греющей воды в подогреватель (рис. 4.11). Расчет регулирования сводится к определению температуры обратной воды и эквивалента расхода сетевой воды на горячее водоснабжение. Методика расчета зависит от схемы присоединения подогревателей.
|
|
t |
|
|
|
г |
|
|
|
Т РТ |
|
|
|
П |
tх |
|
|
Gвв |
|
|
Gг |
|
|
|
|
G0 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2,0 |
2 |
|
|
2,г |
|
|
|
Рис. 4.11. Присоединение подогревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме: П – подогреватель горячего водоснабжения
87
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Параллельное присоединение подогревателей горячего водоснабжения
При параллельном присоединении подогревателей горячего водоснабжения (рис. 4.11) в диапазоне I, при постоянном расходе сетевой воды температура воды после водоподогревателей также постоянна. Расчетная разность температур сетевой воды принимается равной
δτг''' = τ1''' − τ'2,'' г =35÷40 °С.
Эквивалент расчетного расхода сетевой воды определяют из выражения
W'''г = |
Qг |
, кВт / °С. |
(4.51) |
|||
|
||||||
|
|
|
δτ'''г |
|
|
|
Расход сетевой воды |
|
|
|
|
|
|
''' |
= |
3600 W'''г |
, кг/ч. |
(4.52) |
||
Gг |
|
|
|
|||
|
c |
|||||
|
|
|
|
|
||
В диапазоне II эквивалент расхода сетевой воды находят на основании решения уравнения регулирования (4.20).
Предварительно определяют эквивалент расхода вторичной (водопроводной) воды Wвв:
W вв = |
Qг |
|
, |
(4.53) |
||
( |
− |
tх |
) |
|||
|
tг |
|
|
|
|
|
Параметр подогревателя Ф находят по данным расчетного режима
|
к''' |
F |
|
|
Ф = |
|
|
. |
(4.54) |
|
|
|||
|
W'''г W вв |
|
||
Произведение расчетного коэффициента теплопередачи к′′′ на поверхность нагрева находят из выражения
|
|
ln |
ν−Q |
г |
/ W б |
|
|
|
|||
К''' F |
= |
ν−Qг |
/ W м |
|
, |
(4.55) |
|||||
|
|
||||||||||
|
|
|
1 |
− |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
W м |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
W б |
|
|
|
||||
где W б =W 'г'' ; W м =W вв; ν = τ1 − τх.
88
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
С понижением температуры наружного воздуха расход сетевой воды уменьшается. Сложность дальнейшего решения задачи состоит в том, что заранее неизвестно соотношение между W г и W вв. Поэтому
вначале находят тепловую производительность подогревателя Q* для условия равенства эквивалентов сетевой и водопроводной воды, т. е.
W г =W вв
|
|
|
|
|
Q* = νW вв |
|
|
Ф |
, кВт. |
|
|
|
(4.56) |
|||||
|
|
|
|
|
1 |
+Ф |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В том случае, когда Qг > Q* , значение Wг определяют по формуле |
||||||||||||||||||
W г =W вв |
|
|
|
|
|
4 а2 Ф2 |
|
|
|
, кВт / °С. |
(4.57) |
|||||||
|
|
+ |
|
1+ 4 |
а Ф |
2 |
(ν W |
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
−1 |
|
|
|
вв / Qг −b) |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При Qг <Q* значение Wг находят по формуле |
|
|||||||||||||||||
W г =W вв |
|
|
|
|
4b2 Ф2 |
|
|
, кВт / °С, |
(4.58) |
|||||||||
|
|
+ |
1+ |
4bФ |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
−1 |
|
|
(vW вв / Qг − a) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ν =τ1 – tх; а = 0,35; b = 0,65.
Температуру обратной воды после водоподогревателя определяют из выражения
τ2,г = τ1 |
− |
Qг |
, °С. |
(4.59) |
|
||||
|
W г |
|
||
Смешанная схема включения подогревателей
Вдвухступенчатой смешанной схеме (см. рис. 4.12) предварительный подогрев водопроводной воды в подогревателе нижней ступени за счет использования тепла обратной воды снижает расход сетевой воды на горячее водоснабжение.
Вдиапазоне I (см. рис. 4.13) температура сетевой воды на выходе из подогревателя верхней ступени принимается равной температуре об-
ратной воды после системы отопления ( τ'2,'' г = τ'2,'' o = τ'c''м ). Как показыва-
ют расчеты, этому условию соответствует минимальная суммарная поверхность нагрева подогревателей.
89
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
|
tг |
|
|
|
Т РТ |
|
|
|
|
I |
|
Gг |
РР G |
|
2,г |
|
|
|
|
1 |
|
|
2,о |
2 |
|
|
2,см |
|
|
tп |
|
tх |
|
II |
|
|
|
||
Gвв |
|
|
|
Рис. 4.12. Присоединение подогревателей горячего водоснабжения по двух-
ступенчатой смешанной схеме: I – подогреватель нижней ступени; II – подогреватель верхней ступени
Температура водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени t'п'' определяется из условия недогрева ее до температуры греющей среды t'см'' на величину t′′′:
τ'п'' = τ'см'' − t''' , °С, |
(4.60) |
где t′′′ = 5÷10 °C.
В диапазоне I тепловая нагрузка делится между подогревателями верхней (II) и нижней (I) ступени пропорционально степени подогрева водопроводной воды в каждом из них.
Теплопроизводительность подогревателей верхней и нижней ступени определится зависимостями:
QII = Qг |
|
|
tг −t'''п |
, кВт, |
(4.61) |
|
|
tг −t х |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
QI = Qг |
|
|
tп''' −tх |
, кВт. |
(4.62) |
|
|
|
tг −tх |
||||
|
|
|
||||
90