Сводка лекций

1

Энергоснабжение

Энергетическая продукция, в отличие от других видов, не складируется, а по-

требляется сразу. Это определяет жесткую связь между режимами работы энергопо-

требляющих установок и энергогенерирующего оборудования предприятия (ТЭЦ,

энергосистемы). Только комплексное рассмотрение режимов работы этих систем и оборудования может дать правильное решение энергоснабжения предприятия, обес-

печить достаточно эффективную эксплуатацию его оборудования, и, наконец, про-

ектирование его энергохозяйства.

Поэтому инженер-электрик должен знать не только схемы энергоснабжения

(как правило, электрические), но и теплотехнические, во взаимосвязи между ними,

как с точки зрения эксплуатации, так и экономики. Современное же предприятие,

кроме того, имеет и сложную систему использования вторичных энергоресурсов,

которые имеют немаловажное значение в экономии топлива и сырья.

Задачами курса, таким образом, являются:

1. Изучение схем теплоснабжения предприятий и систем транспортировки те-

пла;

2.Использование вторичных энергоресурсов;

3.Изучение теплотехнического оборудования, устанавливаемого на предпри-

ятии.

Тема I. Системы теплоснабжения и тепловые сети

Потребители теплоты и их тепловые нагрузки.(5, с.35..50), (6, с.222..241)

Вопрос 1. Основные потребители теплоты, их классификация. (1, с.3..4,10)

	промышленные предприятия	жилищно-коммунальное хозяйство
		(жилые и общественные здания)
	• для приводов силовых агрегатов (паро-	• для отопления (температура поверхнос-
	вые молоты, прессы, турбонасосы, ко-	ти отопительных приборов д.б. <95оС)
	вочные машины) - перегретый пар с па-
		• для вентиляции
	раметрами 0,8-3,5 МПа и 250-450оС
		• для кондиционирования
	• для технологических аппаратов (подо-	• для горячего водоснабжения (темпера-
	грев-ли, сушилки, выпарные апп-ты...) -	тура горячей воды лежит в пределах
	насыщенный (или слабоперегретый) пар	50-60…70оС)
	0,3-0,8 МПа и 150оС

2

Потребителей, получающих тепло от централизованной системы теплоснаб-

жения, называют абонентами этой системы, а расходуемое абонентами тепло – теп-

ловой нагрузкой источника тепла.

Тепловые потребители диктуют не только вид и параметры теплоносителя, но и характер изменения тепловых нагрузок. По характеру изменения со временем теп-

ловые нагрузки делятся на сезонные и круглогодичные.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических ус-

ловий (температуры наружного воздуха – главным образом, скорости и направления ветра, солнечного излучения, влажности воздуха…). Сезонная нагрузка имеет срав-

нительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки. К

ней относятся отопление (см. рис.1), вен-
тиляция, кондиционирование воздуха.
		Q
					1,0
К круглогодичной нагрузке относят-	1,0					0,9															0,9
	0,8						0,8
ся технологическая нагрузка (производст-																				0,7
	0,6							0,5
во, искл. – переработка с/х сырья) и горя-
	0,4																		0,4
чее водоснабжение. График технологиче-
	0,2
ской нагрузки зависит от профиля и ре-
	0,0
жима работы производственных предпри-	1					2	3	4	5	6		7				8	9		10	11	12
												месяц
ятий, а график нагрузки горячего водо-		Рис.1. Годовой график расхода теп-
снабжения – от благоустройства зданий,							лоты на отопление

состава и распорядка рабочего дня основных групп населения, режима работы ком-

мунальных предприятий – бань, прачечных. Имеет почти постоянный годовой и резко переменный суточный график. Суточные графики в субботние и воскресные дни обычно отличаются от суточных графиков других дней недели.

При решении задач проектирования и эксплуатации в расчеты закладываются,

прежде всего, следующие параметры, характеризующие тепловое потребление:

1.Максимальная расчетная тепловая нагрузка;

2.Характер изменения нагрузки в течение суток (суточный график нагрузки);

3.Годовой график нагрузки;

4.Продолжительность тепловых нагрузок в течение года – график продолжи-

тельности тепловых нагрузок;

5. Термодинамические параметры состояния теплоносителя.

3

Вопрос 2. Тепловая нагрузка на отопление. (1, с.5..7)

Основная задача отопления заключается в поддержании условий теплового комфорта (условия, благоприятные для жизни и деятельности).

Согласно СНиП допустимые (оптимальные) метеорологические условия в зо-

не жилых и общественных зданий:

-температура воздуха 18-22оС (22-24оС)

-относительная влажность 65% (45-30)

-скорость движения воздуха не более 0,3 м/с (0,1-0,15)

Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком, которое может быть выражено в виде следующего равен-

ства (теплового баланса):

Q Qо Qв.и.,

где Q - суммарные тепловые потери, Qо - приток тепла через отопительную систему, Qв.и. - внутренние источники теплоты.

Q включает в себя:

Qт - потери из-за теплопередачи через наружные ограждения;

Qи - потери инфильтрацией из-за поступления холодного воздуха в поме-

щения через неплотности наружных ограждений, Qи Qт , где - коэффици-

ент инфильтрации ( =0,03-0,06 – жилые, общественные здания, =0,25-0,30 –

промышленные здания);

Qох -теплота на подогрев холодных предметов (материалов), (Qох 0)

Qв.и. включает в себя:

Qрад - от солнечной радиации (фонари, окна);

Qоб - от коммуникаций и технологического оборудования;

Qэ - отэлектрического оборудования иэлектрическихосветительныхприборов;

Qмат - от нагретого материала и изделий;

Qтехн - при технологических процессах (конденсация);

Qпр.сг. - от продуктов сгорания, поверхности печей;

Qл - от людей.

Есть две методики расчета Qт.

4

1) Для малых зданий (помещений):

Qт kiFi ti ,

где ki - коэффициент теплопередачи, Fi - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, ti - разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон этих ограждений.

2) Для больших зданий V 3000 м3:

для приближенных расчетов по так называемым укрупненным показателям применяют упрощенную формулу

Qт qoV(tв tн ),

где V - объем здания по наружному обмеру, м3;

tв - усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помеще-

ний, оС;

tн - температура наружного воздуха, оС;

qo - удельные теплопотери здания, Вт (м3 К), которые зависят от:

-теплопередачи стен, потолка, пола;

-формы, размеров здания;

-остекления здания и расчетной разности температур.

Это значение берется из справочников или рассчитывается по приближенной

эмпирической зависимости qo n V .

Для tн =-30 оС =5,5 кДж(м3 ч К), n=8.

Для других районов вводится поправочный коэффициент :

0,54 22 . tв tн

Расход тепла на отопление тогда равен:

Qо Q Qв.и.

Принимаем, что Qох 0, тогда Q Qт Qи Qт(1 ) qoV(tв tн )(1 ).

Подставим это выражение в предыдущее равенство и получим:

Qо qoV(tв tн )(1 ) Qв.и..

Видно, что Qо имеет максимальное значение при минимальной температуре наружного воздуха.

5

Проблема! По какой наружной температуре следует определять расчетный расход теплоты на отопление? Если его определят при минимальной наружной тем-

пературе, когда-либо наблюдавшейся в данной местности, то получатся чрезмерно завышенные мощности тепловых установок, т.к. такая температура имеет кратко-

срочный характер. Поэтому исходят из более высокого, так называемого расчетного значения наружной температуры для отопления tн.о., равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-

летний период. Эти данные есть в справочниках.

Для экономного и правильного использования топлива имеет весьма большое значение выбор начала и конца отопительного сезона.

Для жилых и общественных зданий tн tнк +8 оС (устойчивая среднесуточ-

ная температура).

Для промышленных зданий он определяется такой наружной температурой,

при которой Q Qв.и., tнк tв Qв.и. (tв tн.о.) +8 оС.

Qт

Вопрос 3. Тепловая нагрузка на вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды. (1, с.7..9)

Тепловая нагрузка на вентиляцию.

Вентиляция поддерживает задаваемый санитарными нормами состав воздуха.

ПДК вредных веществ (паров, газов, пыли) следует принимать в соответствии с ука-

занием раздела 9 и 10 «Санитарных норм проектирования промышленных предпри-

ятий». При естественной (проветривание) или принудительной вентиляции (венти-

лятор) теплый воздух tв (с вредными примесями) удаляется из помещения, а вместо него поступает холодный наружный воздух tн . Чтобы его нагреть, надо затратить теплоту Qв , которую называют теплотой, расходуемой на вентиляцию. Ее расход относительно невелик (не превышает 5-10% расхода теплоты на отопление в жилых и общественных зданиях, а вот на производственных предприятиях он иногда пре-

вышает расход на отопление).

Ориентировочный расчет Qв можно проводить по формуле:

Qв kVвcв(tв.к. tн ),

6

Qв qвVв(tв tн ),

где k - кратность воздухообмена (VвVпомещения ), cв - объемная теплоем-

кость воздуха, равная 1,26 кДж/(м3·К), tв.к. - температура нагретого в калорифере

(подогревателе) воздуха, qв - удельный расход теплоты на вентиляцию.

Расчетный расход теплоты на вентиляцию Qв определяется по расчетной

(вентиляционной) температуре наружного воздуха на вентиляцию tнв tнр tно ,

равной средней температуре наиболее холодного периода продолжительностью 15%

отопительного сезона. Тогда Qв qвVв(tв tнв).

Если tн tнв, расход теплоты Qв const , т.к. сокращается кратность возду-

хообмена путем рециркуляции. Для регулирования k в интервале [tнв ,tнр] вентиля-

ционные установки необходимо снабжать авторегуляторами (ручное регулирование несовершенно).

7

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение.

Горячее водоснабжение имеет весьма неравномерный характер, как в течение суток, так и в течение недели (максимум потребления приходится в первый выход-

ной день). Средненедельная тепловая нагрузка бытового горячего водоснабже-

ния:

Qср.н. aSc

в

(t

г

t

х

)/n ,

г

с

где a - средненедельная норма расхода горячей при t=60 оС на 1 потребителя,

л/чел. (по СНиП);

S - число потребителей;

cв =4,187 26 кДж/(кг·К) – удельная теплоемкость воды;

nс

- расчетная длительность передачи теплоты на горячее водоснабжение,

ч/сут. (nс =24 – санатории, больницы, nс -по факту - промышленность);

tг =60-75 оС, tх =5оС(зима)…15 оС(лето).

Расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение:

Qг

Qгср.н. н с ,

где н - коэффициент неравномерности расхода;

с

- коэффициент суточной неравномерности за сутки наибольшего водопо-

требления.

Для

ориентировки

принимаются следующие

значения:

жилые

здания -

н =1,2, с =1,7-2,0; производственные здания -

н

с 1,0.

Кроме того, можно использовать формулы (в отопительный период для жилых

и общественных зданий).

Жилые дома с квартирами 80-90 л/сут.

a (л/сут.)

80

90

100

110

120

130

qгв (Вт)

291

320

349

378

407

436

Qср

q

гв

S,

г

Qгmax 2Qгср - максимальный расход тепла,

Qгл 0,65Qгср - в летний период (жилые/общественные здания)

Qгл 0,82Qгср.от. - в летний период (производственные здания)

8

Тепловая нагрузка на технологические нужды.

Тепловые нагрузки промышленных предприятий задаются видом используе-

мых технологических процессов и определяются расчетами на основе нормативных данных или испытаниями теплопотребляющего оборудования.

Усовершенствование и рационализация технологического процесса могут вы-

звать коренные изменения в размере и характере тепловой нагрузки. Для экономии топливно-энергетических ресурсов следует максимально использовать отработав-

шую теплоту для технологических целей.

Для ориентировочных расчетов можно использовать следующие данные по среднегодовому удельному расходу теплоты qо на 1 т произведенной продук-

ции (ГДж/т):

-синтетический каучук – 115

-бумага и картон – 10

-кокс – 1

-мартеновская сталь – 0,15

Qпр Qо qоП ,

где Qо - расход теплоты, не за-

висящий от количества продукции, П - количество выпускаемой продукции.

Суточные графики теплопотреб-

ления могут быть очень неравномер-

ными (рабочие мены, технологические процессы…).

Вопрос 4. Графики тепловых нагрузок (суточный, годовой) в зависимости от температуры наружно-

го воздуха. (1, с.5,9..11)

Большинство систем тепло-

снабжения имеет разнообразную теп-

ловую нагрузку (отопление, вентиля-

ция, горячее водоснабжение, техноло-

н.в.

9

гические потребители), причем одни из них являются сезонными, а другие – кругло-

годичными. Ее величина и характер зависят от многих факторов, в том числе от климатических и главным образом от температуры наружного воздуха. Покажем на графике (см. рис.2) зависимость расходов теплоты на О, В, ГВ и ТН от температуры наружного воздуха, т.е. затраты теплоты.

По оси ординат отложены относительные значения расходов теплоты в долях еди-

ницы (за единицу принят максимальный суммарный расход теплоты, т.е.

Q Qo Qв Qг Qтн 1).

QQo Qв Qг Qтн Qo Qв Qг Qтн

По оси абсцисс – температура наружного воздуха tн .

Построим 4 графика разных тепловых нагрузок. Расход теплоты на техноло-

гические нужды и горячее водоснабжение не является функцией наружной темпе-

ратуры. График будет иметь неравномерный характер в течение суток и в течение недели, но сглаживается в течение года и приобретает равномерный характер.

Отопительная нагрузка имеет, как правило, круглосуточный характер. При неизменной наружной температуре отопительная нагрузка жилых зданий практиче-

ски постоянна. Для промышленных предприятий она имеет непостоянный суточный и недельный график, т.е. в целях экономии искусственно снижают подачу теплоты в ночной период и выходные дни. Максимальный расход на отопление соответствует расчетной температуре наружного воздуха для отопления tн.о. и является расчетной величиной нагрузки отопления Qo . Минимальный расход теплоты на отопление со-

ответствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного сезона

tн.к.

Характерными температурами для графика вентиляционной нагрузки явля-

ются: t - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции соответству-

ет расчетной нагрузке вентиляции (используется нагрев рециркуляцией). При tн tн.в. расход тепла на вентиляцию постоянен и вентиляционные установки рабо-

тают с рециркуляцией, т.е. с подмешиванием к наружному воздуху воздуха, взятого их помещений. Рециркуляция воздуха допустима для помещений, в воздухе которых не содержаться болезнетворные микроорганизмы, ядовитые газы, пары и пыль.

Подмешивание воздуха осуществляется перед калориферной установкой и в количе-

10

стве, обеспечивающем неизменяемую его температуру. С понижением температуры наружного воздуха подмешивание увеличивается, а подача наружного воздуха уменьшается. Температура воды, поступающей в калориферы, остается постоянной.

Таким образом, когда температура наружного воздуха ниже tн.в. расход теплоты на вентиляцию остается равным расчетному за счет сокращения кратности воздухооб-

мена. Для регулирования кратности обмена воздуха в интервале tнв tн tно венти-

ляционные установки должны быть оснащены авторегуляторами. (tн.н. - температу-

ра включения вентиляции.) Минимальный расход теплоты на вентиляцию соответ-

ствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного периода промышленных зданий.

Суммарный расход теплоты на О, В, ГВ и ТН по району является суммой рас-

ходов отдельных абонентов. Преобладающей является нагрузка отопления. График суммарного расхода теплоты имеет вид, показанный на рисунке. На нем есть 3 точ-

ки перегиба:

а) включение отопления;

б) включение вентиляции;

в) изменение нагрузки вентиляции.

Характер графика суммарной нагрузки зависит от соотношения нагрузок от-

дельных групп потребителей.

Вопрос 5. Годовой график продолжительности тепловой нагрузки. Коэффициент теплофикации. (1, с.11..14)

График продолжительности тепловой нагрузки нужен для:

-установления экономичного режима работы теплофикационного оборудо-

вания;

-выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя;

-распределения теплоты между источниками;

-определения расхода топлива;

-разработки режимов использования оборудования и графиков его ремонта,

загрузки;

-разработки графиков отпусков обслуживающего персонала;