Расчет системы централизованного теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет системы централизованного теплоснабжения



Содержание

Введение

1. Краткие сведения о системах централизованного теплоснабжения

1.1 Классификация систем теплоснабжения

1.2 Источники тепловой энергии

1.3 Тепловые сети

1.4 Тепловые пункты

2. Теплопотребление населенного пункта

2.1 Определение расчетных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

2.2 Определение годового расхода теплоты на теплоснабжение микрорайона

2.3 Текущие тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Графики тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, суммарный график. График годового расхода теплоты

3. Определение расчетных расходов сетевой воды

4. Гидравлический расчёт тепловой сети

4.1 Определение диаметров и потерь напора на расчётных участках основного циркуляционного кольца

4.2 Пьезометрический график основного циркуляционного кольца

5. Разработка и построение продольного профиля тепловой сети

6. Разработка и построение отопительно-бытового температурного графика

7. Расчёт водоподогревательной установки горячего водоснабжения

8. Определение толщины слоя изоляции теплопровода

Литература



Введение

Развитие энергетики, промышленности, сельскохозяйственного производства, жилищно-коммунального хозяйства, транспорта и связи, обеспечивающих удовлетворение неограниченных потребностей людей, неизбежно ведет к росту потребления первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), запасы которых ограничены и не возобновляемы.

С учетом сравнительно высокого уровня потребления и в то же время ограниченности запасов ТЭР в мире назрела потребность весьма эффективного их производства, транспортирования и использования. Необходимость реализации энергосберегающей политики особенно остро встает в нашей стране. Удельная энергоемкость единицы продукции в России в 2 раза превышает среднемировой уровень. В частности, Россия на единицу ВВП тратит энергоресурсов в 3 раза больше, чем страны Западной Европы, в 2,3 раза больше, чем США и в 2 раза больше, чем Китай.

Весьма значительные объемы топлива в России расходуются на выработку тепловой энергии. Годовое потребление тепловой энергии в нашей стране составляет 10 млрд ГДж (2,4 млрд Гкал). Для производства отмеченного количества теплоты требуется ежегодно сжигать до 450 млн т у. т. Таким образом, в нашей стране в настоящее время на производство тепловой энергии тратится до 47 % потребляемых (28 % добываемых) первичных топливных ресурсов.

При этом на теплоснабжение зданий в России тратится до 40 % производимой тепловой энергии и, соответственно, свыше 20 % потребляемых топливных ресурсов (~ 200 млн т у. т.).

В настоящее время свыше 70 % потребляемой тепловой энергии в России производится централизованно - с использованием теплоисточников мощностью более 23 МВт (20 Гкал/ч). При этом около трети потребляемой тепловой энергии вырабатывается на ТЭЦ в рамках теплофикационного цикла.

В новых экономических условиях получает распространение децентрализованное теплоснабжение - теплоснабжение от групповых и домовых газовых котельных, а также от квартирных котлов с закрытой топкой. Это связано с тем, что централизация теплоснабжения требует крупных капитальных вложений в строительство источников теплоты и тепловых сетей.

Один из существенных факторов, обеспечивающий исходные предпосылки для возможности эффективной выработки и транспортирования тепловой энергии, а также ее рационального использования, - это научно обоснованная разработка и грамотное проектирование теплообменного оборудования и тепловых сетей.



1. Краткие сведения о системах централизованного теплоснабжения

Система теплоснабжения - это совокупность теплообменных аппаратов и технических устройств, обеспечивающих производство, трансформацию, транспортирование и распределение, передачу тепловой энергии потребителям.

Тепловая энергия в виде горячей воды и пара используется, как известно, по двум направлениям:

- на теплоснабжение населенных пунктов, а также промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных предприятий (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение зданий различного назначения, цехов и сооружений);

- на реализацию технологических процессов на промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных предприятиях.

Система централизованного теплоснабжения (СЦТ) состоит из следующих основных звеньев: одного или нескольких источников тепловой энергии, тепловой сети, тепловых пунктов и теплопередающих инженерных систем зданий или теплопередатчиков технологического оборудования предприятий.

К преимуществам централизованного теплоснабжения относятся:

- низкие удельные расходы топлива на выработку тепловой энергии;

- возможность реализации высокоэффективного и экологически чистого процесса сжигания низкосортных топлив, бытовых отходов, вторичных энергетических ресурсов промышленных предприятий;

- возможность организации высокоэффективной очистки и рассеивания продуктов сгорания, утилизации и складирования золы и шлаков.



1.1 Классификация систем теплоснабжения

Системы теплоснабжения классифицируют по следующим признакам:

- по роду (виду) теплоносителя;

- типу и мощности источника теплоты;

- способу подготовки воды на горячее водоснабжение;

- количеству теплопроводов в тепловой сети.

По роду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения. В нашей стране преимущественное распространение имеют водяные системы теплоснабжения. Паровые системы теплоснабжения находят применение на промышленных предприятиях, где для удовлетворения технологических нужд требуется пар.

В зависимости от типа и мощности источника теплоты теплоснабжение потребителей бывает:

- централизованное от теплоподготовительных установок ТЭЦ и АТЭЦ (теплофикация);

- централизованное от РТС, районных и крупных микрорайонных котельных;

- местное от групповых (квартальных), небольших микрорайонных и домовых котельных;

- индивидуальное (автономное) от теплогенераторов (котлов), размещаемых непосредственно в одноквартирных жилых домах и в отдельных квартирах многоэтажных жилых домов.

Местное и автономное теплоснабжение зданий и сооружений представляет собой так называемое децентрализованное теплоснабжение. В энергетике к децентрализованным системам теплоснабжения относят системы мощностью менее 23,3 МВт (20 Гкал/ч) .

По способу подготовки воды на горячее водоснабжение водяные СЦТ бывают:

- закрытые,

- открытые.

В закрытых СЦТ для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, нагреваемая сетевой водой в водоподогревателях (рис. 1.1 и 1.2). Сетевая вода после ее использования в качестве греющего теплоносителя возвращается в источник тепловой энергии.

В открытых СЦТ вода для горячего водоснабжения отбирается непосредственно из тепловой сети и после ее использования сбрасывается в канализацию, т.е. в источник теплоты не возвращается.

1.2 Источники тепловой энергии

В качестве источников тепловой энергии в СЦТ находят применение котельные и теплоэлектроцентрали.

Котельные. По назначению котельные подразделяются на отопительные (коммунальные), производственные и отопительно-производственные.

Отопительные котельные предназначены для теплоснабжения населенных пунктов. Они вырабатывают тепловую энергию в виде горячей воды, используемой в качестве первичного (греющего) теплоносителя в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий населенного пункта.

В отопительных котельных находят применение водогрейные или паровые котельные агрегаты малой и средней мощности. При этом между паровыми котельными агрегатами и тепловой сетью в отопительной котельной размещается сетевая водоподогревательная установка, обеспечивающая подготовку горячей (сетевой) воды (рис. 1.1).

Отопительно-производственные и производственные котельные размещаются на площадке промышленного предприятия. Эти котельные вырабатывают теплоту в виде пара и горячей воды. Отопительно-производственная котельная снабжает теплом и предприятие и прилегающий к нему населенный пункт (микрорайон, район). Производственная котельная предназначена для снабжения теплом только предприятия.

По мощности (теплопроизводительности) котельные условно подразделяются:

- малой мощности ( 23,3 МВт);

- средней мощности (23,3 116,3 МВт);

- большой мощности (116,3 800 МВт).

Крупные котельные мощностью 300…800 МВт называются теплоцентралями или районными тепловыми станциями (РТС).

Принимая во внимание структуру селитебной зоны городов и поселков, отопительные (коммунальные) котельные классифицируют по такому признаку, как размер обслуживаемой территории. Различают отопительные котельные:

- домовые ( 2 МВт);

- групповые (2 10 МВт);

- микрорайонные (10 70 МВт);

- районные (70 300 МВт);

- теплоцентрали или районные тепловые станции (300 800 МВт).

При проектировании котельных рекомендуется установка в них однотипных котельных агрегатов одинаковой теплопроизводительности. При этом для обеспечения надежности теплоснабжения должно быть установлено не менее трех-четырех агрегатов одинаковой теплопроизводительности (мощности).

Основное оборудование отопительных, отопительно-производственных и производственных котельных - это паровые котельные агрегаты малой и средней мощности (барабанные с естественной циркуляцией), а также прямоточные стальные водогрейные котельные агрегаты.

Теплоэлектроцентрали. Это электрические станции на органическом (ТЭЦ) и ядерном (АТЭЦ) топливе, работающие по теплофикационному циклу и вырабатывающие одновременно электрическую и тепловую энергию.

В зависимости от ведомственной принадлежности ТЭЦ подразделяются на отопительные, промышленно-отопительные и промышленные.

К основному оборудованию ТЭЦ относятся парогенераторы (энергетические паровые котельные агрегаты) и турбоагрегаты. На существующих крупных ТЭЦ в основном установлены парогенераторы и турбоагрегаты с рабочими параметрами пара 14/13 МПа, 560/555 и лишь в отдельных случаях находит применение оборудование на рабочие параметры пара 10/9 МПа, 540/535.

На ТЭЦ преимущественное применение находят барабанные котельные агрегаты без промежуточного перегрева пара паропроизводительностью 500 т/ч. Только лишь в блоках с турбинами Т-180/215-130 и Т-250/300-240 установлены соответственно барабанный (Еп-670-140) и прямоточный (Пп-1000-255) паровые котлы с промежуточным перегревом пара.

В нашей стране на ТЭЦ, работающих на органическом топливе, нашли применение теплофикационные турбины двух типов:

- с конденсацией пара и с регулируемыми отборами пара (Т и ПТ);

- с противодавлением без конденсаторов (Р и ПР).

1.3 Тепловые сети

Тепловая сеть представляет собой систему подающих и обратных теплопроводов (с сопутствующим оборудованием и строительными конструкциями), обеспечивающих транспортирование и распределение горячего теплоносителя по территории населенного пункта и подачу его к потребителям, а также прием, сбор и возвращение охлажденного теплоносителя к источнику теплоты.

Тепловая сеть - один из наиболее дорогостоящих и трудоемких элементов СЦТ. Она включает в себя:

- стальные трубы, соединенные между собой сваркой;

- тепловую изоляцию;

- компенсаторы тепловых удлинений;

- запорную и регулирующую арматуру, КИП;

- дренажные и воздухоспускные устройства;

- строительные конструкции (каналы, подвижные и неподвижные опоры, специальные сооружения: переходы через реки, овраги, ж/д пути и т.п.);

- здания и сооружения, размещаемые на ее трассе (насосные, тепловые пункты, камеры, колодцы и т.п.).

Тепловая сеть начинается от выходных запорных задвижек (исключая их) коллектора источника теплоты и заканчивается на входных запорных задвижках (включая их) индивидуальных тепловых пунктов зданий.

По конфигурации в плане тепловые сети бывают:

- тупиковые (разветвленные);

- радиально-кольцевые;

- кольцевые.

То или иное техническое решение тепловой сети принимается в зависимости от числа потребителей, их потребности в тепловой энергии, а также требований к качеству и бесперебойности теплоснабжения.

В качестве базовой (основной) схемы тепловых сетей при проектировании СЦТ принимается тупиковая схема.

Основной недостаток тупиковой тепловой сети - это ее сравнительно низкая надежность обеспечения потребителей теплотой. Так, при аварии на одном из участков ее магистрального теплопровода прекращается теплоснабжение потребителей, расположенных за местом аварии.

Для повышения надежности теплоснабжения потребителей между смежными магистралями тупиковой сети утраиваются перемычки. Устройство последних обязательно, если мощность магистралей 350 МВт и более. При отмеченной мощности магистралей их диаметр составляет 700 мм и более.

В результате установки перемычек между магистралями тупиковой радиальной тепловой сети она превращается в радиально-кольцевую.

Для устройства кольцевых тепловых сетей требуются более значительные капитальные вложения по сравнению с тупиковыми. Достоинство кольцевых тепловых сетей - это наличие в системе теплоснабжения нескольких источников теплоты. Благодаря этому повышается надежность обеспечения потребителей теплотой и уменьшается суммарная резервная мощность котельного оборудования, так как увеличивается степень его использования за счет оптимального распределения нагрузки между источниками теплоты.

По количеству параллельно проложенных теплопроводов водяные тепловые сети бывают: одно-, двух- и многотрубные (трех- и четырехтрубные).

Однотрубная тепловая сеть - это сеть, состоящая только из подающих теплопроводов. При применении однотрубной тепловой сети система теплоснабжения является открытой. В этом случае горячая вода из подающего теплопровода сети поступает вначале в системы отопления и вентиляции, а затем - в системы горячего водоснабжения зданий и после использования сбрасывается в канализацию.

Преимущественное распространение в нашей стране имеют двухтрубные тепловые сети, главным образом в коммунальных системах теплоснабжения малой и средней мощности (квартальных и микрорайонных), не имеющих в своем составе центральных тепловых пунктов (ЦТП).

Магистральные теплопроводы - это теплопроводы, соединяющие источники теплоты между собой, а также с районами теплового потребления. Магистральные теплопроводы являются элементом тепловых сетей районных и межрайонных СЦТ. Тепловые сети квартальных и микрорайонных систем теплоснабжения, а также система теплоснабжения одного предприятия состоят обычно только из распределительных теплопроводов.

Прокладка магистральных теплопроводов должна осуществляться через районы с наиболее плотной тепловой нагрузкой; их протяженность должна быть минимальной. Трубы магистральных теплопроводов, как правило, имеют диаметр 400…1400 мм.

Распределительные теплопроводы - это крупные ответвления от магистралей. Они обеспечивают подачу и распределение теплоносителя по отдельным частям населенного пункта (районы, микрорайоны кварталы). Диаметр труб распределительных теплопроводов 100…300 мм. Диаметр труб вводов в здания в зависимости от значения подаваемого теплового потока колеблется от 50 до 150 мм и выше.

1.4 Тепловые пункты

Тепловые пункты представляют собой узлы соединения теплопередающих систем зданий и теплопередатчиков технологического оборудования с тепловой сетью, а также микрорайонных (квартальных) сетей с магистральными теплопроводами.

В тепловых пунктах размещается оборудование, арматура, а также приборы контроля, управления и автоматизации.

Тепловые пункты подразделяются на индивидуальные (ИТП) и центральные (ЦТП).

ИТП обязательно предусматриваются в каждом здании независимо от наличия в квартале (микрорайоне) ЦТП. Они обеспечивают присоединение к тепловой сети систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции здания или теплопередатчиков технологического оборудования цеха предприятия.

Наличие ЦТП позволяет вынести узлы приготовления горячей воды (насосы, водоподогреватели) из подвалов жилых зданий в отдельно стоящее здание.

Принципиальные схемы ИТП и ЦТП приведены на рис. 1.1 и 1.2.

Рис. 1.1. Принципиальная тепловая схема ИТП со смешанным присоединением к тепловой сети водоподогревательных установок систем отопления и горячего водоснабжения: 1, 2 подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 3 элеватор; 4 регулятор расхода; 5 регулятор температуры нагреваемой воды; 6 нормально закрытая задвижка; 7 насос; 8, 9 датчики температуры и давления воды; 10, 11 трубопроводы холодной (водопроводной) и горячей воды; 12, 13 подающий и обратный теплопроводы тепловой сети; 14, 15 подающий и обратный теплопроводы системы водяного отопления; 16 циркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения; 17, 18 подающий и обратный теплопроводы системы приточной вентиляции

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха присоединяются к двухтрубным тепловым сетям, как правило, по зависимой схеме. При температурных графиках 150/70 оС и 130/70 оС зависимое присоединение систем отопления осуществляется через водоструйные элеваторы или смесительные насосы. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха к тепловой сети присоединяются непосредственно (по прямоточной схеме) и лишь в отдельных случаях - с использованием смесительных насосов.

Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема ЦТП (ИТП) с последовательным присоединением к тепловой сети водоподогревательных установок систем отопления и горячего водоснабжения: 3* водоподогреватель отопления; 4* регулятор отопления; 14*, 15* подающий и обратный теплопроводы местной тепловой сети от ЦТП, обеспечивающей теплоснабжение систем отопления и вентиляции группы зданий (14, 15 для ИТП, как и на рис. 1.3); 17, 18 тоже, что и на рис. 1.3 для ИТП; 19 моделирующее устройство; 20 регулятор подпитки; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.3

Водоподогревательные установки (ВПУ) систем отопления зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты, должны быть выполнены из двух параллельно включенных водоподогревателей, каждый из которых рассчитан на максимальный тепловой поток. ВПУ систем отопления всех остальных зданий должны иметь в своем составе один водоподогреватель, обеспечивающий максимальный тепловой поток.

Водоподогревательные установки горячего водоснабжения (ГВС) в закрытых СЦТ присоединяются к тепловой сети по отношению к системе водяного отопления по следующим схемам: параллельной, предвключенной, смешанной и последовательной.

Выбор схемы присоединения водоподогревателей ГВС к тепловой сети осуществляется по значению такого критерия, как относительная максимальная нагрузка горячего водоснабжения, представляющая собой отношение максимальных тепловых потоков на горячее водоснабжение и на отопление.

Водяные ВПУ систем отопления и горячего водоснабжения выполняются из горизонтальных секционных кожухотрубных водоподогревателей по ГОСТ 27590 или из пластинчатых водоподогревателей по ГОСТ 15518. Движение греющей (сетевой) и нагреваемой воды относительно друг друга в этих установках должно осуществляться по схеме "противоток". При этом в горизонтальных секционных кожухотрубных водоподогревателях систем ГВС

движение греющей (сетевой) воды должно совершаться через их межтрубное пространство, а нагреваемой воды - через трубки. В отопительных водоподогревателях этого же типа сетевая вода, наоборот, движется по трубкам, а нагреваемая вода - через межтрубное пространство.

С точки зрения интенсивности теплоотдачи предпочтительной является последовательная схема соединения. Эта схема применяется во всех случаях, когда потери напора в калориферной установке не превышают значения располагаемого напора в тепловой сети в месте подсоединения установки. При этом движение воды и воздуха относительно друг друга может осуществляться по перекрестной, противоточно-перекрестной, прямоточно-перекрестной и смешанной схемам. Теплоотдача отдельных калориферов и в целом установки регулируется изменением расхода или температуры греющей (сетевой) воды, а также путем обвода воздуха мимо калориферов. Последний метод регулирования применяется довольно редко, так как, не сокращая расхода теплоносителя, он приводит к повышению температуры обратной воды. Изменение температуры греющей воды на входе в калориферы обеспечивается путем подмешивания к ней обратной воды.



2. Теплопотребление населенного пункта

2.1 Определение расчетных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Определить расчетные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района города, включающего восемь кварталов. Площадь кварталов представлена в табл. 1.

Застройка кварталов - многоквартирная многоэтажная. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления

Таблица 1 Расчет теплопотребления в кварталах района города
№ квар- тала	Этаж- ность						Потребляемые тепловые потоки, МВт
1	6	8	5250	42000	60000	3500	6,06	0,72	1,316	8,096
2	7	8	5500	41800	59714,3	3483	6,03	0,716	1,309	8,055
3	9	5	6000	30000	42857,1	2500	4,33	0,51	0,94	5,78
4	8	6	5750	34500	4928,5752	2875	4,98	0,59	1,08	6,65
5	6	7	5250	36750	52500	3063	5,30	0,63	1,152	7,082
6	5	8	5000	40000	57142,9	3333	5,77	0,686	1,25	7,706
7	5	4	5000	20000	28571,1	1667	2,89	0,347	0,626	3,863
8	8	6	5750	34500	49285,7	2875	4,98	0,591	1,081	6,652
9	7	9	5500	49500	70714,3	4125	7,14	0,849	1,55	9,539
10	9	5	6000	30000	42857,1	2500	4,33	0,514	0,94	5,784
Итого:	51,81	6,153	11,24	69,207
Учитывая потери теплоты тепловой сетью в размере 5 %, отпускаемые тепловые потоки составляют:	54,400	6,46	11,802	72,67

Результаты расчета сводятся в табл. 1. Предварительно в колонки 1, 2, 3 заносятся соответственно номер, этажность и площадь кварталов. По табл. 4.1а находится плотность жилого фонда и ее значения заносятся в колонку 4 табл.1.

В качестве примера проводится расчет применительно к кварталу № 1.

Последовательность расчета:

1. Жилая площадь зданий квартала № 1 составляет:

2. Общая площадь жилых зданий квартала № 1:

где - безразмерный планировочный коэффициент квартиры.

3. Количество жителей в квартале № 1:

где - норма жилой площади на человека, м2/чел.

4. Находим расчетный (максимальный) тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий квартала № 1:

где - расчетный (максимальный) тепловой поток на отопление группы жилых и общественных зданий, МВт;

- коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий (при отсутствии данных следует принимать = 0,25);

- укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление 1 общей площади жилых зданий, , принимаемый,;

- общая площадь жилых зданий,

5. Определяем расчетный (максимальный) тепловой поток на вентиляцию общественных зданий квартала № 1:

где - расчетный (максимальный) тепловой поток на вентиляцию группы общественных зданий, МВт;

- коэффициент, показывающий, какую долю составляет в среднем тепловой поток на вентиляцию общественных зданий от теплового потока на их отопление (при отсутствии данных следует принимать для общественных зданий, построенных до 1985 г., = 0,4; после 1985 г. - = 0,6).

6. Вычисляем расчетный (средний) тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий квартала № 1:

где - средний тепловой поток на горячее водоснабжение, МВт;

укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека, Вт;

число человек (жителей).

2.2 Определение годового расхода теплоты на теплоснабжение микрорайона

Определить годовой расход теплоты и условного топлива на теплоснабжение квартала. В качестве исходных принимаются данные из табл.1. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления Средняя температура наружного воздуха за отопительный период; продолжительность отопительного периода z = 207сут; доля тепловыделений в зданиях.

Последовательность расчета:

1. Вычисляем коэффициенты пересчета максимальных значений тепловых потоков на отопление и вентиляцию, на их средние значения

:

где - коэффициент пересчета расчетного (максимального) значения теряемого теплового потока на его текущее значение ;

- доля внутренних тепловыделений от расчетного значения теплового потока, теряемого зданием ("расчетная" доля тепловыделений):

.

где средняя температура наружного воздуха за отопительный период, .

2. Определяем средние за отопительный период отпускаемые тепловые потоки на отопление и вентиляцию:

где коэффициенты пересчета максимальных значений тепловых потоков на отопление и вентиляцию на их средние значения.

3. Рассчитываем отпускаемый средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период:

где - средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период, МВт;

температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период (при отсутствии данных принимается равной 15 );

коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к ее расходу в отопительный период (при отсутствии данных принимается: = 0,8 для жилищно-коммунального сектора всех населенных пунктов, кроме курортных и южных городов, = 1,5 для жилищно-коммунального сектора курортных и южных городов, = 1,0 для предприятий).

4. Находим годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

где количество часов работы в течение суток систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения соответственно

( );

- продолжительность отопительного периода, сут ;

средние за отопительный период тепловые потоки на отопление и вентиляцию соответственно, МВт;

средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период, МВт.

5. Отпускаемый годовой расход теплоты на теплоснабжение района определяется, как сумма годовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

где - годовой расход теплоты на теплоснабжение населенного пункта или отдельного здания, МДж;

годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение соответственно, МДж.

6. Годовой расход условного топлива на выработку отпускаемой теплоты вычисляется следующим образом:

где -низшая теплота сгорания условного топлива, Дж/кг;

- КПД системы централизованного теплоснабжения;

- коэффициент запаса (



2.3 Текущие тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Графики тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, суммарный график. График годового расхода теплоты

Рассчитать и построить графики тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, а также график суммарного теплового потока. Построить график годового расхода теплоты.

Исходные данные:

1.Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления ; расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции ; продолжительность отопительного периода z = 203сут = 4872 час; доля тепловыделений в зданиях .

2.; ; .

3. Число часов стояния в течение отопительного периода температур наружного воздуха:

	-30…-25	-25…-20	-20…-15	-15…-10	-10…-5	-5…0	0…+5	+5…+8
	19	51	158	395	696	1375	1542	636
	19	70	228	623	1319	2694	4236	4872

Последовательность расчета:

1. Вычисляем коэффициенты пересчета:

где - расчетная температура внутреннего воздуха в отапливаемых зданиях, принимаемая для жилых и общественных зданий равной 18 , а для производственных - 16 ;

- текущая температура наружного воздуха,

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, , как температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

2. Определяем тепловые потоки на отопление и вентиляцию:

где

коэффициенты пересчета максимальных значений тепловых потоков на отопление и вентиляцию на их средние значения.

3. Находится суммарный тепловой поток:

4. Рассчитываем отпускаемый средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период:

Графики, построенные по результатам выполненных расчетов, представлены на рис. 1

Рис.1 Графики тепловых потоков: 1 ? на отопление; 2 - вентиляцию; 3 - на горячее водоснабжение; 4 - суммарный; 5 - график годового расхода теплоты



3. Определение расчетных расходов сетевой воды

Последовательность расчета:

1. Предварительно определяются расчетные расходы сетевой воды соответственно на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение каждого микрорайона. Затем вычисляются суммарные расчетные расходы сетевой воды на каждый микрорайон (через каждое ответвление).

Расчетные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение микрорайона составляют:

на отопление

где - расчетный расход сетевой воды на отопление, кг/с;

- расчетный (максимальный) тепловой поток на отопление, Вт;

- удельная теплоемкость воды, Дж/;

- расчетные температуры сетевой воды соответственно в подающем и обратном теплопроводах тепловой сети

- температуры сетевой воды соответственно в подающем и обратном теплопроводах тепловой сети в точке излома отопительно-бытового температурного графика

на вентиляцию

где - расчетный расход сетевой воды на вентиляцию, кг/с;

- расчетный (максимальный) тепловой поток на вентиляцию, Вт;

Соответственно, имеем:

на горячее водоснабжение

А) Закрытые СЦТ.

1) Смешанная схема присоединения ВПУ ГВС:

а) средний расход сетевой воды:

где - доля теплового потока на горячее водоснабжение, приходящаяся на вторую (верхнюю) ступень ВПУ ГВС;

где - температура холодной воды на входе в первую (нижнюю) ступень

ВПУ ГВС (5 0С)

- температура нагреваемой воды после первой (нижней) ступени ВПУ ГВС;

0С) =

Суммарный расчетный расход (кг/с) сетевой воды в водяных двухтрубных тепловых сетях закрытых и открытых СЦТ при центральном качественном регулировании отпуска тепла рассчитывается по выражению:

где - коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение

2) Вычисляется расход сетевой воды на первом (головном) участке тепловой сети как сумма расходов сетевой воды через все ответвления:

3) Определяем расчетные расходы сетевой воды на расчетных участках 2, 3, 4,5:

где - расчетный расход сетевой воды на -е ответвление, расположенное между расчетными участками кг/с;



4. Гидравлический расчёт тепловой сети

4.1 Определение диаметров и потерь напора на расчётных участках основного циркуляционного кольца

Гидравлический расчёт выполняется согласно расчётной схеме, представленной на рис. 4.1.

Расчетное циркуляционное кольцо (расчетное направление) тепловой сети включает в себя магистральные теплопроводы и наиболее удаленное ответвление V и состоит, соответственно, из расчетных участков 1, 2, 3, 4 и 5. Результаты расчёта сводим в таблицу 4.1.

1) Зная расчетные расходы сетевой воды и задавшись удельной потерей давления находим расчетные диаметры труб на участках расчетного кольца. В качестве примера принимаем расчётный участок 5:

где - коэффициенты;

коэффициент определяется:

2)Расчетные значения диаметра труб на участках округляются до его стандартных значений .

Применительно к расчетному участку 5 из существующего сортамента труб принимаем трубу с условным диаметром , имеющую размеры: Внутренний диаметр принятой трубы составляет:

3) Находим скорость движениясетевой воды, и затем вычисляем фактические значения удельной линейной потери давления в трубах расчетных участков.

Применительно к расчетному участку 5 имеем:

Значения скорости движения сетевой воды в трубах расчетных участков тепловой сети не должны превышать 3,5 м/с.

коэффициент определяется:

где - абсолютная эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб (для стальных труб водяных тепловых сетей .

5) По длине расчетного кольца выявляются все местные сопротивления, вычисляем эквивалентные длины расчетных участков.

Так, на расчетном участке 5 (на одной линии) имеется: одно сужение и сальниковый компенсатор. В этом случае получаем:

6) находится приведенная длинарасчетных участков.

Для расчетного участка 5 имеем:

7) Вычисляем потери полного давления , и потери полного напора на расчетных участках.

Для расчетного участка 5 имеем:

8) Определяем потери полного напора по длине подающей и обратной линий расчетного направления, включая ответвление V. Соответственно, предварительно проводится расчет ответвления V.

Так как для закрытой СЦТ, имеем:

11) Вычисляем требуемый перепад напора на коллекторах источника теплоты:

Значение перепада напора зависит от вида теплового пункта (ЦТП или ИТП), схем присоединения к тепловой сети систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и сопротивления установленного оборудования. тепловой отопление водоснабжение микрорайон

12) Находим расчетный напор насоса:

где - потеря напора в источнике тепла с учетом его внутренних коммуникаций (обычно ;

- потеря напора соответственно в подающей и обратной линиях расчетного циркуляционного кольца (определяются гидравлическим расчетом), м;

- требуемый перепад напора на замыкающем участке расчетного циркуляционного кольца - на входе в ИТП или ЦТП, м.

Рис. 2. Расчетная схема тепловой сети в однолинейном исполнении:

1 - источник теплоты (ИТ); 2 - магистральные теплопроводы тепловой сети;

3 - ответвления от магистральных теплопроводов к микрорайонам , 4 - задвижка; 5 - переход теплопровода с большего на меньший диаметр



4.2 Пьезометрический график основного циркуляционного кольца

По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график основного циркуляционного кольца (рис. 4.2.). На рис. 4.2: потеря напора в источнике теплоты; перепад напора на коллекторах источника теплоты; напор, развиваемый сетевыми насосами; статический напор (напор, развиваемый подпиточным насосом); потери напора в подающем и обратном трубопроводе ответвления ; требуемый перепад на входе в микрорайон (тепловой пункт); номера расчетных участков; номер ответвления (микрорайона).

Расчет и построение продольного профиля тепловой сети

Расчетная схема тепловой камеры представлена на рис. 4. На расчетной схеме, изображенной на рис. 4, буквы обозначают:

отметка поверхности земли, принимаемая по генплану населенного пункта, м;

отметки, соответственно, дна камеры, оси трубопроводов, потолка и пола примыкающих каналов, м;

расстояние от поверхности земли до верха перекрытия камеры ();



Рис. 4.. Расчетная схема тепловой камеры:

1 ? поверхность земли; 2 ? тепловая камера; 3 ? плита перекрытия камеры;

4 ? каналы, примыкающие к тепловой камере 2; 5 ? задвижка; 6 ? шпиндель задвижки.

толщина плиты перекрытия камеры ();

расстояние от шпинделя задвижки до низа плиты перекрытия камеры, принимаемое в зависимости от наружного диаметра трубопроводов;

высота шпинделя задвижки, принимаемая в зависимости от наружного диаметра трубопроводов;

расстояние от оси трубопроводов до пола каналов;

расстояние от оси трубопроводов до дна камеры;

высота каналов, примыкающих к камере;

высота камеры в свету.



Для построения продольного профиля тепловой сети необходимо определить высоту камер, отметки потолка и пола примыкающих к ним каналов.

Последовательность расчета.

План участка тепловой сети и его продольный профиль, построенный по результатам выполненных ниже расчетов, представлены на рис. 5

А. Расчет камеры УТ0 и примыкающих каналов

1. Исходные данные:

а) диаметр входящих и выходящих трубопроводов,

б) типоразмер каналов, примыкающих к камере: ;

в) сопутствующие величины:

2. Приведенная высота задвижки, определяемая по формуле:

3. Высота камеры в свету:

4. Высота камеры от поверхности земли, определяемая:

5. Отметка :



6. Отметка оси трубопроводов:

7. Отметки пола и потолка каналов, определяемые:

Б. Расчет камеры УТ1 и примыкающих каналов

1. Исходные данные:

а) диаметр трубопроводов:

? входящих в камеру:

? выходящих из камеры:

б) типоразмер каналов, примыкающих к камере:

? ? на входе и на выходе;

в) сопутствующие величины:

2. Отметка пола каналов :

где уклон трубопроводов;

длина расчетного участка 1.

3. Отметка потолка каналов определяемая:

4. Отметка оси трубопроводов, определяемая:

5. Отметка дна камеры, определяемая:

6. Высота камеры от поверхности земли:

7. Высота камеры в свету:

В. Расчет камеры УТ2 и примыкающих каналов

1. Исходные данные:

а) диаметр трубопроводов:

? входящих в камеру:

? выходящих из камеры:

б) типоразмер каналов, примыкающих к камере:

? ? на входе и на выходе;

в) сопутствующие величины:

2. Отметка пола каналов :



где уклон трубопроводов;

длина расчетного участка 2.

3. Отметка потолка каналов :

4. Отметка оси трубопроводов:

5. Отметка дна камеры:

6. Высота камеры от поверхности земли:

7. Высота камеры в свету:



Рис.5. Продольный профиль участка тепловой сети и его план



5. Разработка и построение продольного профиля тепловой сети

Рассчитать и построить отопительно-бытовой температурный график для и .

Решение:

1. Определяем координаты начальных точек "0" прямых, положенных в основу построения графика :

;

где

;

2. Находим коэффициент пересчета и температуру наружного воздуха в точке излома графика:

коэффициент пересчета максимального значения теплового потока на отопление на его текущее значение в точке излома отопительно-бытового температурного графика (при .

Коэффициент определяется следующим образом:

- температура сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети при значении температуры наружного воздуха

3.Рассчитываем коэффициенты пересчета и температуры сетевой воды при

где

4. При при всех значениях , а



6. Разработка и построение отопительно-бытового температурного графика

Отопительно-бытовой температурный график для ,1 построенный с использованием результатов выполненного расчета, представлен на рис. 6

Рис. 6. Отопительно-бытовой график для закрытой СЦТ (



7. Расчёт водоподогревательной установки горячего водоснабжения

Выполнить тепловой расчет двухступенчатой ВПУ ГВС, подсоединенной к тепловой сети по смешанной схеме (см. рис.7.1.), ВПУ ГВС установлена в ЦТП микрорайона №9.

ВПУ ГВС состоит из горизонтальных секционных кожухотрубных подогревателей по ГОСТ 27590. Поверхность нагрева подогревателей представляет собой пучок прямых гладких латунных трубок, фиксируемых в объеме корпуса с помощью двухсекторных опорных перегородок. ВПУ ГВС размещается в ЦТП, обслуживающем группу жилых зданий.

Центральное качественное регулирование отпуска тепла осуществляется по отопительно-бытовому температурному графику 150/70 °С

Исходные данные:

1) расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,

2) расчетная температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях зданий,

3) температуры прямой и обратной сетевой воды по отопительно-бытовому температурному графику:

При

При

определяется расчетом;

4) расчетные температуры нагреваемой (водопроводной) воды соответственно на входе и выходе из ВПУ, и

5) расчетные тепловые потоки:

- на отопление,

- на горячее водоснабжение,

1. Применительно к точке излома отопительно-бытового температурного графика вычисляем соответственно коэффициент пересчета температуру обратной сетевой воды и температуру греющей воды на входе в первую (нижнюю) ступень ВПУ. Затем определяем температуру нагреваемой воды на выходе из первой (нижней) ступени ВПУ.

Соответственно, имеем:

где

- температура сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети при значении температуры наружного воздуха

2. Находим расчетный расход нагреваемой воды:

Где

- расчетный тепловой поток на горячее водоснабжение, Вт;

- удельная теплоемкость воды,

, - расчетные температуры греющей (сетевой) воды соответственно на входе и выходе из ВПУ ГВС, °С (

- расчетные температуры нагреваемой воды соответственно на выходе и входе в ВПУ, °С (

3.Рассчитываем тепловые потоки и передаваемые нагреваемой воде, соответственнов первой (нижней) и во второй (верхней) ступенях ВПУ ГВС:

4. Определяем расчетный расход греющей (сетевой) воды через вторую (верхнюю) ступень ВПУ (расход сетевой воды на горячее водоснабжение):

5. Вычисляем расчетный расход сетевой воды на отопление:

где - расчетный (максимальный) тепловой поток на отопление, Вт;

- расчетные температуры соответственно прямой и обратной сетевой воды по отопительно-бытовому температурному графику (при ), °С.

6. Устанавливаем общий расчетный расход сетевой воды на тепловой пункт (через первую ступень ВПУ):

7. Рассчитываем температуру греющей воды на выходе из первой (нижней) ступени ВПУ ГВС (на выходе из теплового пункта):

где (вычислена в первом действии данного расчета).

8. Осуществляется выбор необходимого типоразмера водоподогревателя. Для этого предварительно задается скорость движения нагреваемой воды в трубках водоподогревателя, и принимается двухпоточная схема компоновки каждой ступени ВПУ ГВС. После этого определяется требуемая площадь сечения трубок водоподогревателя:

где - расход теплоносителя, движущегося через трубки водоподогревателя, кг/с;

- количество потоков (параллельно включенных водоподогревателей) в ВПУ (ее ступени);

- плотность воды, кг/.

где

С учетом полученного значения по табл. 1 прил. 7 принимается водоподогреватель по ГОСТ 27590 с техническими характеристиками:

- наружный диаметр корпуса секции,

- число трубок в секции n-37 шт.

- площадь сечения трубок,

- площадь сечения межтрубного пространства,

- эквивалентный диаметр межтрубного пространства,

- длина секции,

- площадь поверхности нагрева одной секции,

- диаметр трубок,

Вычисляем фактические скорости движения:

Где

i - текущий индекс; i=mp, мmp (i=d, h для пластинчатого теплообменника).

а) нагреваемой воды в трубках

б) греющей воды в межтрубном пространстве водоподогревателей ВПУ:

- первая (нижняя) ступень

- вторая (верхняя) ступень

9. Предварительно рассчитываются средние температуры , греющей и нагреваемой воды, находятся коэффициенты теплоотдачи (, ), затем определяются расчетные коэффициенты теплопередачиобеих ступеней ВПУ ГВС.

Соответственно, имеем:

а) первая (нижняя) ступень

1) средние температуры греющей (сетевой) и нагреваемой воды

2) коэффициенты теплоотдачи:

3) коэффициент теплопередачи

где - коэффициент, учитывающий загрязнение поверхностей трубок (пластин) водоподогревателей (для трубных водоподогревателей , а для пластинчатых - );

- коэффициент, учитывающий изменение эффективности теплообмена в трубных водоподогревателях по ГОСТ 27590 в зависимости от конструкции опор и вида трубок ( - гладкие трубки с опорами в виде полок; - гладкие трубки с двухсекторными опорными перегородками; - профилированные трубки с двухсекторными опорными перегородками );

- средние коэффициенты конвективной теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности нагрева (трубкам, пластинам) водоподогревателя и от поверхности нагрева к нагреваемой воде, соответственно, Вт/;

- толщина стенки трубок (пластин), м;

- коэффициент теплопроводности материала трубок (пластин), Вт/.

б) вторая (верхняя) ступень

1) средние температуры греющей (сетевой) и нагреваемой воды:

2) коэффициенты теплоотдачи:

3) коэффициент теплопередачи

10. Предварительно вычисляются наибольшая и наименьшая разности температур теплоносителей для каждой ступени ВПУ ГВС, затем определяется их расчетный температурный напор :

а) первая (нижняя) ступень

где

б) вторая (верхняя) ступень

где

11. Определяем требуемую площадьповерхности нагрева ступеней ВПУ ГВС и количество секций в одном потоке этих ступеней:

а) первая (нижняя) ступень

где - площадь поверхности нагрева одной секции (принимается по справочной литературе в составе технических характеристик принятого размера водоподогревателя),

Принимается 4 секции. В целом ступень состоит из 8 секций, и ее фактическая площадь поверхности нагрева составляет:

б) вторая (верхняя) ступень

Принимается шесть секций. В целом ступень состоит из 12 секций, и ее фактическая площадь поверхности нагрева составляет:

Рис.7. Принципиальная тепловая схема ИТП со смешанным присоединением к тепловой сети водоподогревательных установок систем отопления и горячего водоснабжения: 1, 2 подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 3 элеватор; 4 регулятор расхода; 5 регулятор температуры нагреваемой воды; 6 нормально закрытая задвижка; 7 насос; 8, 9 датчики температуры и давления воды; 10, 11 трубопроводы холодной (водопроводной) и горячей воды; 12, 13 подающий и обратный теплопроводы тепловой сети; 14, 15 подающий и обратный теплопроводы системы водяного отопления; 16 циркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения; 17, 18 подающий и обратный теплопроводы системы приточной вентиляции



8. Определение толщины слоя изоляции теплопровода

А. Расчет толщины слоя изоляции

1. Вычисляем нормативное значение линейного сопротивления теплопередачи подающего и обратного теплопроводов:

Где

- норма удельной линейной потери теплоты теплопроводом, принимаемая, Вт/м;

2. Находим линейное сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности изоляционной конструкции теплопроводов:

3. Находим линейное сопротивление теплопроводности слоев изоляции теплопроводов:

4. Предварительно вычисляются средние температуры слоев изоляции и затем по выражению:

находятся коэффициенты теплопроводности материала этих слоев. Соответственно имеем:

Находим толщину слоёв изоляции теплопроводов:

Принимаем толщину слоя изоляции для обоих теплопроводов .

Толщина изоляционной конструкции составляет:

Предельная толщина теплоизоляционной конструкции для трубнаружным диаметром составляет 160 мм.

Наружный диаметр изоляции и изоляционной конструкции равны соответственно:

Б. Расчет потери теплоты изолированными теплопроводами

1. Определяем линейные сопротивления теплопроводности отдельных слоев изоляционной конструкции каждого теплопровода:

- слой изоляции

- коэффициент теплопроводности материала слоя изоляционной конструкции, Вт/();

- соответственно внутренний и наружный диаметры слоя изоляционной конструкции, м;

- покровный слой

2. Вычисляем линейное сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности изоляционной конструкции теплопроводов:

- средний коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности изоляционной конструкции,

;

- наружный диаметр изоляционной конструкции, м.

3. Находим линейное сопротивление теплопередачи теплопроводов:

- количество слоев в изоляционной конструкции, шт.;

- линейное сопротивление теплопроводности отдельного слоя изоляционной конструкции, ()/Вт:

4. Вычисляем эквивалентные внутренний и наружный диаметры канала:

Где - площадь внутреннего поперечного сечения канала,

- периметр внутреннего поперечного сечения канала, м;

- линейное сопротивление теплопроводности стенок канала, ()/Вт:

Где - площадь наружного поперечного сечения канала,

- периметр наружного поперечного сечения канала, м;

находим линейные сопротивления соответственно теплоотдачи на внутренней поверхности канала и теплопроводности его стенок:

где - средний коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности канала

где - коэффициент теплопроводности материала стенок канала (Вт/() - железобетон);

5. Определяем по формуле (6.14) линейное сопротивление теплопроводности грунта:

- коэффициент теплопроводности грунта,Вт/(),

6. По выражению (6.9) находим линейное сопротивление потоку теплоты от воздуха в канале через грунт к наружному воздуху:

7. Температура воздуха в канале вычисляется по выражению (6.8):

Где

- линейное сопротивление потоку теплоты от воздуха в канале через грунт к наружному воздуху, ()/Вт.

8. Находим линейную плотность тепловых потоков, теряемых теплопроводами:

где - удельная линейная потеря теплоты теплопроводом, Вт/м:

;

- соответственно тепловой поток (Вт), теряемый теплопроводом, и

его длина (м);

расчетная среднегодовая температура сетевой воды в теплопроводе, ;

- расчетная температура окружающей среды, ;

- полное линейное термическое сопротивление теплопередачи теплопровода, ()/Вт.

9. Суммарный тепловой поток, теряемый 1 м теплопроводов, составляет:

10. Полный тепловой поток, теряемый 1 м теплопроводов, определяем:

11. Температура сетевой воды в конце теплопроводов головного участка тепловой сети находится по выражению(6.26):

Где

- температура сетевой воды в начале теплопровода, .

12. Температура наружной поверхности изоляционной конструкции теплопроводов определяется по выражению(6.37):



Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов / Е.Я. Соколов. - 8-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 472 с.

2.Водяные тепловые сети: справочное пособие по проектированию / И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др.; под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 376 с.

3. Горшенин, В.П. Теплоснабжение. Тепловой расчет рекуперативных теплообменников в системах теплоснабжения: учебное пособие для высшего профессионального образования / В.П. Горшенин. - Орел: ФГБОУ ВПО "Госуниверситет - УНПК", 2014. - 104 с.

4. Горшенин, В.П. Теплоснабжение. Теоретическое обоснование гидравлического режима водяных систем централизованного теплоснабжения: учебное пособие для высшего профессионального образования / В.П. Горшенин. - Орел: ПГУ, 2016. - 154 с.

5. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 48 с.

Размещено на Allbest.ru

...