Источники и системы теплоснабжения предприятий: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы, задание на курсовой проект, практические работы и методические указания к их выполнению

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо - Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ Рабочая программа Задание на контрольную работу Методические указания к выполнению контрольной работы Задание на курсовой проект Практические работы и методические указания к их выполнению

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 650800 - теплоэнергетика 100700 - промышленная теплоэнергетика Направление подготовки бакалавра 550900 - теплоэнергетика

Санкт – Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 697.34 (075.8) Источники и системы теплоснабжения предприятий: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы, задание на курсовой проект, практические работы и методические указания к их выполнению.- СПб: СЗТУ, 2004. – 48 с. Методический сборник соответствует государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650800 – “Теплоэнергетика” (специальность 100700 –“Промышленная теплоэнергетика”) и направлению подготовки бакалавра 550900 – “Теплоэнергетика”. Дисциплина охватывает основные разделы: источники генерации теплоты – промышленные котельные, промышленные ТЭЦ, теплоутилизационные установки; тепловые сети, методы расчета источников и систем теплоснабжения. В методический сборник включены также тематика использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в источниках теплоснабжения и технико – экономическое обоснование выбора систем теплоснабжения. Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 13 ноября 2003 г.; одобрено методической комиссией энергетического факультета 14 ноября 2003 г. Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики Северо - Западного государственного заочного технического университета (зав. кафедрой З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.). В.И. Французов, канд. техн. наук, доц. кафедры теплосиловых установок и тепловых двигателей СПбГТУРП. Составители: Е.А. Блинов, канд. техн. наук, доц.; А.В. Пакшин, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ Целью изучения дисциплины является получение необходимых практических и теоретических знаний в проектировании и надежной эксплуатации систем теплоснабжения промышленных предприятий при минимальных затратах энергетических, материальных и трудовых ресурсов. Задачи изучения дисциплины заключаются в творческом усвоении: - методов определения потребности предприятий в теплоте пара и горячей воды на технологические и сантехнические нужды; - схем, состава оборудования и режимов работы современных и перспективных источников теплоснабжения предприятий; - способов и схем эффективного использования ВЭР предприятий для выработки теплоносителей; - принципов и методов построения и регулирования систем теплоснабжения; - правил технической эксплуатации оборудования систем теплоснабжения; - методов проектирования и технико-экономического анализа систем теплоснабжения с применением ЭВМ. Материал дисциплины базируется на знаниях и навыках, полученных при усвоении курсов: "Высшая математика", "Физика", "Информатика", "Гидрогазодинамика", "Техническая термодинамика", "Тепломассообмен", "Котельные установки и парогенераторы", "Тепловые двигатели и нагнетатели", "Тепломассообменное оборудование предприятий", "Технология централизованного производства электроэнергии и теплоты", "Экономика промышленных предприятий". Изученный материал применяется в дисциплинах специализаций и в дипломном проектировании с использованием современных математических методов и ПК. Одна треть материала дисциплины изучается на очных занятиях – лекциях, практических и лабораторных работах. Две трети материала дисциплины студенты изучают самостоятельно, используя рекомендованную литературу и консультации преподавателя, а также выполняя контрольную работу и курсовой проект.

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС Назначение, структура, классификация. Методы определения потребности потребителей в паре и горячей воде. Методы регулирования отпуска теплоты из систем централизованного теплоснабжения. Тепловые сети: их назначение, конструкции. Методы определения расчетного расхода воды и пара. Гидравлический расчет паро-, водо- и конденсатопроводов. Гидравлический режим тепловых сетей. Выбор сетевых, подпиточных и подкачивающих насосов. Способы поддержания давлений в "нейтральных" точках. Тепловой и прочностной расчеты элементов тепловых сетей. Источники генерации теплоты, используемые в системах теплоснабжения. Промышленные котельные: назначение, классификация, параметры, рациональные области использования; тепловые схемы и их расчет; методы выбора основного и вспомогательного оборудования; методы распределения нагрузки между котлами; энергетические, экономические и экологические характеристики котельных. Теплоэлектроцентрали промышленных предприятий: назначение, классификация; методика определения энергетических показателей теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), методика составления и расчета тепловых схем ТЭЦ, выбор ее оборудования. Утилизационные котельные. Теплонасосные установки и ТЭЦ, использующие вторичные энергетические ресурсы предприятий для генерации теплоты и электроэнергии: схемы, режимы работы, определение технико-экономических показателей; расчет тепловых схем, выбор режима работы утилизационных установок параллельно с заводскими и районными котельными, ТЭЦ и конденсационными электрическими станциями. Использование математического моделирования, пакетов прикладных программ, банков данных для расчета систем теплоснабжения. 1.2. Рабочая программа (объем дисциплины 240 часов) 1.2.1. Введение [1], с. 7-16 Предмет и содержание курса. Назначение и область применения источников и систем теплоснабжения предприятий. Современное состояние и перспективы развития теплоэнергетики в России и за рубежом. Перспективы развития теплоснабжения в России. Тепловые сети и теплопотребляющие системы как основные звенья системы теплоснабжения. Основные направления развития систем теплоснабжения в других странах.

Задачи совершенствования систем теплоснабжения. Проблемы дальнего теплоснабжения. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергий. Промышленное теплопотребление в народном хозяйстве, уровни теплопотребления различных отраслей промышленности. Состояния и пути повышения надежности теплоснабжения. Энергетическая сущность теплофикации. Рациональное размещение источников теплоты, тепловых подстанций центральных тепловых пунктов. Экологические задачи. Очистка производственных сточных вод от вредных выбросов. Вопросы для самопроверки 1.Сущность и задачи теплоснабжения. 2. Состояние теплоснабжения в России и перспективные направления его развития. 1.2.2. Тепловые потребители предприятий 1.2.2.1 Технологические потребители пара и горячей воды [1], с.35-47 Классификация тепловых нагрузок. Сезонные и круглогодовые нагрузки. Методика расчета потерь теплоты зданиями. Тепловые нагрузки предприятий. Нормирование теплопотребления в промышленности. Определение тепловой нагрузки промплощадки, района. Технологическое потребление пара и горячей воды. Используемые теплоносители, их параметры. Нормирование расходов теплоты. Методы определения расчетной потребности в паре и горячей воде для технологических нужд. Характерные режимы и графики теплопотребления. Горячее водоснабжение; его назначение, требуемые параметры. Методы определения расчетной потребности в теплоте. Характерные графики потребления. Отопление промышленных зданий. Расчет внутренних тепловыделений в производственных цехах. Тепловой баланс производственных помещений. Определение расчетного расхода теплоты на отопление предприятий. Суточные и годовые графики теплопотребления. Вентиляция промышленных цехов. Нормы и параметры санитарного состояния воздушной среды промышленных и общественных помещений. Методы определения количества вредных выделений, их предельные и допустимые концентрации. Области применения вентиляции, методы подготовки и обработки влажного воздуха. Определение потребности в теплоте для вентиляционных установок, графики их теплопотребления.

Системы кондиционирования воздуха, их назначение, области применения. Определение потребностей в теплоте и холоде. Режимы работы и методы регулирования промышленных систем кондиционирования воздуха. Вопросы для самопроверки 1. Как определить тепловую нагрузку на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение? 2. Какова методика установления тепловой нагрузки на технологические нужды? 3. Как определить годовую тепловую нагрузку? 4. Как построить график тепловой нагрузки по продолжительности? 1.2.2.2. Системы горячего водоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха [2], с.49-67, 72-86, 87-424, 159-188 Классификация систем горячего водоснабжения промышленных, жилых и общественных зданий. Децентрализованные и централизованные системы. Аккумулирование горячей воды. Приборы, трубы и арматура. Оборудование установок горячего водоснабжения. Расчет подающих и циркуляционных трубопроводов. Системы водяного, парового и воздушного отопления промышленных и жилых зданий. Отопительные приборы. Выбор и их размещение. Трубы и их соединение. Уклон труб. Перемещение и удаление воздуха. Расширительный бак. Изоляция труб. Принципы проектирования систем отопления. Системы вентиляции промышленных помещений; их схемы и методы расчета. Устройства для нагревания воздуха. Фильтры для очистки воздуха. Воздуховоды и камеры. Воздухоприемные и воздухораздающие устройства. Регулирующие устройства. Классификация систем кондиционирования воздуха. Секционные, блочные и блочно-секционные кондиционеры. Камеры орошения, форсунки, секции подогрева, охладители, фильтры, воздухораспределители, приборы и средства автоматизации. Присоединение потребителей теплоты к тепловым сетям. Выбор вида присоединения. Схемы присоединения потребителей с разнородными тепловыми нагрузками.

Вопросы для самопроверки 1. Перечислите виды отопления промышленных зданий. 2. Назовите задачи воздушного режима зданий. 3. Процессы обработки воздуха в системах кондиционирования воздуха. 4. Схемы присоединения систем потребителей к тепловым сетям. 5. Каково устройство тепловых пунктов промышленных зданий? 1.2.3. Системы теплоснабжения предприятий 1.2.3.1. Паровые системы и системы сбора и возврата конденсата [1], с.77-80 Виды систем теплоснабжения предприятий; их структура и особенности. Паровые системы теплоснабжения; их схемы, состав оборудования, режимы работы, методы обеспечения надежности пароснабжения. Системы сбора и возврата конденсата от промышленных потребителей; их назначение, состав оборудования, режимы работы. Меры снижения потерь конденсата. Вопросы для самопроверки 1. Каково устройство однотрубной паровой системы теплоснабжения с возвратом конденсата? 2. Каковы особенности однотрубной паровой системы теплоснабжения с центральной струйной компрессией? 3. Принципиальная схема двухтрубной паровой системы с возвратом конденсата. 4. Перечислите основные элементы однотрубной паровой системы без возврата конденсата. 1.2.3.2. Водяные системы теплоснабжения [1], с.57-77 Водяные системы теплоснабжения предприятий. Двухтрубные и многотрубные водяные системы, их схемы, области применения, основные преимущества и недостатки. Водяные системы с однотрубной транзитной и двухтрубной распределительными сетями. Теплоносители и их характеристика. Технико-экономическое сопоставление систем теплоснабжения.

Вопросы для самопроверки 1. Каковы особенности схемы присоединения потребителей к открытой двухтрубной водяной системе в случае связанного регулирования? 2. Опишите устройство и работу водоструйного элеватора. 3. Каковы преимущества и недостатки открытой двухтрубной водяной системы теплоснабжения? 4. Каковы перспективы использования однотрубных водяных систем теплоснабжения? 1.2.4. Источники теплоснабжения предприятий 1.2.4.1. Производственные котельные [3], с.91-118, 128-143, 190-192, 235-239 Назначение, тепловые схемы, основное и вспомогательное оборудование производственных котельных. Методика и расчет тепловых схем котельных с применением и без применения ПК. Выбор основного и вспомогательного оборудования котельных. Выбор метода и схемы водоподготовки в производственных котельных. Режимы работы и распределение нагрузки между котлами. Техникоэкономические показатели котельных. Компоновка производственных котельных. Пути совершенствования тепловых схем, оборудования и режимов работы производственных котельных. Вопросы для самопроверки 1. Приведите принципиальные тепловые схемы паровой, водогрейной и пароводогрейной котельной. 2. Назовите основные типы и характеристики паровых и водогрейных котлов. 3. Каковы различия в составе оборудования котельных для открытых и закрытых систем теплоснабжения? 4. Каково назначение линии перепуска в котельных? 5. Перечислите способы утилизации теплоты продувочной воды паровых котлов. 6. Каково назначение рециркуляции водогрейных котлов? 7. Каков выбор метода водоподготовки для паровой и водогрейной котельных? 8. Каковы критерии выбора числа работающих котлов и распределения нагрузки между ними?

9. Каковы требования к условиям оптимальной компоновки котельных? 10. Каков порядок расчета удельного расхода условного (натурального) топлива на выработку и отпуск теплоты? 11. Себестоимость отпущенной теплоты от паровых, водогрейных и пароводогрейных котельных. 12. Каковы особенности схем и технико-экономические показатели котельных с комбинированными пароводогрейными котлами? 13. Назовите способы снижения потерь с уходящими газами в газовых котельных. 1.2.4.2. Паротурбинные электростанции [4], с.11-74, 80-84, 94-98, 159-162, 188-200, 221-224, 227-238 Назначение, тепловые схемы, состав оборудования, параметры и области применения производственных паротурбинных электростанций. Энергетическая эффективность теплофикации и ее зависимость от коэффициента теплофикации. Выбор оптимальных начальных и конечных параметров пара на ТЭЦ. Эффективность промежуточного перегрева пара на ТЭЦ. Регенеративный подогрев питательной воды и его распределение по ступеням. Оптимизация параметров и схем системы регенеративного подогрева питательной воды. Особенности применения смешивающих и поверхностных подогревателей. Схемы отпуска теплоты от ТЭЦ с паром и горячей водой и их эффективность (тепловая экономичность, надежность и капитальные затраты). Распределение тепловых нагрузок между отборами турбин и пиковыми водогрейными котлами и выбор оптимальных значений коэффициентов теплофикации. Совместная работа котельных и ТЭЦ в системах теплоснабжения. Принципиальная и полная схемы ТЭЦ. Методика расчета принципиальной тепловой схемы ТЭЦ. Алгоритм расчета тепловой схемы на ЭВМ. Методы анализа тепловых схем ТЭЦ и изменений в них: эксергетический, коэффициентов ценности теплоты и коэффициентов изменения мощности. Назначение, принципы действия и методы расчета элементов тепловой схемы ТЭЦ. Методы и схемы водоподготовки на ТЭЦ. Характеристики современных котельных установок и теплофикационных турбин. Диаграммы режимов теплофикационных турбин типа Т, ПТ и Р. Выбор основного оборудования промышленной ТЭЦ. Собственные нужды ТЭЦ. Пути снижения затрат энергии на собственные нужды. Выбор типа привода вспомогательных механизмов. Технико-экономические показатели современных ТЭЦ. Частные КПД и удельные расходы топлива на производство электроэнергии и теплоты. Учет

влияния собственных нужд на показатели ТЭЦ. Удельные капитальные затраты, удельная численность персонала и себестоимость энергии ТЭЦ. Требования к выбору площадки для ТЭЦ. Генплан и компоновка промышленной ТЭЦ. Техническое водоснабжение ТЭЦ. Охрана окружающей среды от вредных выбросов ТЭЦ. Вопросы для самопроверки 1. Каково влияние начальных параметров пара на ТЭЦ? 2. Почему промежуточный перегрев пара применяется только в турбинах типа Т (Т-180/210-130 и Т-250/300-240)? 3. Каково влияние конечных параметров и параметров отбора на экономичность ТЭЦ? 4. Чем обусловлено повышение тепловой экономичности ТЭЦ при введении регенеративного подогрева питательной воды? 5. От чего зависит оптимальная температура питательной воды? 6. Назовите преимущества и недостатки поверхностных и смешивающих регенеративных подогревателей. 7. Как осуществляется отпуск технологического пара от ТЭЦ? 8. Чем обусловлено применение на ТЭЦ пиковых водогрейных котлов? 9. Каковы варианты и эффективность схем многоступенчатого подогрева сетевой воды на ТЭЦ? 10. Назовите оптимальные способы подготовки подпиточной воды на ТЭЦ для открытой и закрытой систем теплоснабжения. 11. Что понимают под расчетным коэффициентом теплофикации? 12. Каковы назначение и схема включения испарительной установки? 13. Схемы включения расширителей непрерывной продувки котлов ТЭЦ. 14. Каково назначение рециркуляции конденсаторов теплофикационных ПТУ? 15. Как осуществляется выбор единичной мощности и основного оборудования ТЭЦ? Какая существует зависимость между расчетным и годовым коэффициентами теплофикации? 16. Каков принцип построения диаграмм режимов теплофикационных турбин? Что представляет собой область режимов ЕПД? 17. Как определяются показатели тепловой экономичности ТЭЦ по производству тепловой и электрической энергии? 18. Перечислите основные технико-экономические показатели современных промышленных ТЭЦ с турбинами типа ПТ, Т и Р. 19. Какова общая характеристика агрегатов собственных нужд ТЭЦ? 20. Что относят к агрегатам собственных нужд теплофикационной установки ТЭЦ? 21. Каковы требования к площадке и компоновке главного корпуса?

22. Назовите методы очистки дымовых газов от золы и оксидов серы. 23. Перечислите способы уменьшения выброса оксидов азота. 24. Чем отличается прямоточная система водоснабжения от оборотной? 1.2.4.3. Газотурбинные и парогазовые электростанции [4], с.100-109, 112-118, 120-140 Принципиальные схемы, параметры и оборудование энергетических газотурбинных установок (ГТУ). Методы повышения тепловой эффективности ГТУ. Особенности тепловых схем теплофикационных ГТУ. Методика расчета тепловых схем газотурбинных ТЭЦ. Режимы работы газотурбинных ТЭЦ. Технико-экономические показатели газотурбинных ТЭЦ. Принципиальные схемы, параметры и оборудование парогазовых установок (ПГУ). Особенности схем ПГУ с внутрицикловой газификацией твердого топлива. Условия применимости различных типов ПГУ. Особенности теплофикационных установок ПГУ. Методика расчета парогазовых ТЭЦ. Сопоставительный анализ технико-экономических показателей паротурбинных, газотурбинных и парогазовых ТЭЦ. Вопросы для самопроверки 1. От каких параметров зависит КПД и работа цикла ГТУ? 2. При каких условиях заданной температуре газа перед газовой турбиной соответствует максимум удельной теплофикационной выработки электроэнергии? 3. Схемы и режимные характеристики одно- и двухвальных ГТУ. 4. Особенности отпуска пара и горячей воды от газотурбинных ТЭЦ. 5. Изобразите цикл в Т – s - диаграмме и схемы реальной теплофикационной ГТУ. 6. Изобразите схемы и характеристики газотурбинной ТЭЦ с аккумуляцией горячей воды. 7. Изобразите схемы и циклы в Т – s - диаграмме ПГУ с НПГ, ПГУ с ВПГ, ПГУ с КУ. 8. Каковы условия рационального применения ПГУ различных типов? 9. Чем обусловлено ускоренное освоение ПГУ с ВЦГТГ? 10. Чем обусловлено применение в ПГУ с КУ одного, двух и трех давлений? 11. Как осуществить выбор схем отпуска пара и горячей воды от парогазовых ТЭЦ? 12. Каковы условия применения и схемы теплофикационных ПГУ в составе энерготехнологических установок предприятий?

13. Проведите сравнение технико-экономических паротурбинных, газотурбинных и парогазовых ТЭЦ. 1.2.4.4. Атомные источники теплоснабжения [4], с.265-275

показателей

Использование атомных ТЭЦ (АТЭЦ), станций теплоснабжения (АСТ) и станций производственного теплоснабжения (АСПТ) для отпуска пара и горячей воды предприятиям. Особенности конструкций и режимов работы ядерных реакторов. Принципиальные схемы, параметры и оборудование атомных источников теплоснабжения (АИТ). Особенности теплоподготовительных установок и схем отпуска технологического пара АИТ. Перспективы и условия внедрения атомных хемотермических систем дальнего теплоснабжения (АСДТ) на базе высокотемпературных ядерных реакторов (ВТР). Технико-экономические показатели АТЭЦ, АСТ, АСПТ, АСДТ и АИТ. Вопросы для самопроверки 1. Приведите принципиальные схемы АИТ с реакторами типа ВВЭР РБМК, БН, ВТГР. 2. Характеристики реакторов для АТЭЦ, АСТ и АСПТ. 3. Характеристики турбин для АТЭЦ. 4. Каковы принципиальные схемы и характеристики Билибинской АТЭЦ и Шевченковской АЭС с опреснительной установкой? 5. Как произвести выбор расчетного коэффициента теплофикации на АТЭЦ? 6. Схемы атомных энерготехнологических установок в металлургии. 7. Схема получения водорода из метана с использованием ВТГР в химической промышленности. 8. Схема и процессы АСДТ. 1.2.4.5. МГД-электростанции и источники теплоснабжения на возобновляемых энергоресурсах [4], 275-283 МГД-метод преобразования энергии и его применение на МГДэлектростанциях для комбинированного энергоснабжения. Схемы, параметры и оборудование МГД-электростанций на органическом и ядерном топливе. Технико-экономические показатели МГД-электростанций. Схемы, параметры, оборудование и технико-экономические показатели источников теплоснабжения на возобновляемых энергоресурсах - энергии

Солнца, биомассы, глубинной теплоте Земли, тепловой энергии Мирового океана. Вопросы для самопроверки Каковы параметры низкотемпературной плазмы, обеспечивающей прямое преобразование ее внутренней энергии в электрическую в МГД - генераторе? 2. Какие системы обеспечивают функционирование МГД - генератора? 3. Чем обусловлена низкая тепловая эффективность МГД - генератора? 4. Схемы и циклы МГД-электростанций с паровыми и газовыми турбинами на органическом и ядерном топливе. 5. Схема, оборудование и характеристики МГД-электростанции мощностью 500 МВт с тур6иной Т-250/300-240. 6. Схемы, оборудование и характеристики солнечно-топливных ТЭЦ и котельных. 7. Перечислите способы использования сухой и влажной биомасс в источниках теплоснабжения. 1.2.4.6. Использование ВЭР в источниках теплоснабжения [4], с.204-216 Основные виды ВЭР промышленных предприятий различных отраслей промышленности и их выход. Виды, параметры и графики выхода ВЭР, используемых для производства пара и горячей воды в утилизационных установках (ТУУ). Типы утилизационных установок для выработки пара и горячей воды: схемы, параметры, состав оборудования и режимы работы. Методы расчета схем и оборудования ТУУ с применением ЭВМ. Оптимизация схем, параметров и режимов работы ТУУ при автономной и совместной эксплуатации с производственными котельными и ТЭЦ. Методика определения экономии первичного топлива и технико-экономических показателей ТУУ. Методы защиты окружающей среды при эксплуатации ТУУ. Вопросы для самопроверки 1. Приведите классификацию ВЭР. 2. Выход и использование тепловых ВЭР в различных отраслях промышленности. 3. Схема утилизации теплоты отходящих газов мартеновских печей. 4. Схема утилизации теплоты конверторных газов с помощью ОКГ. 5. Схема утилизации теплоты кокса в установках сухого тушения. 6. Схема утилизации тепловых ВЭР в схемах производства сухого тушения кокса (УСТК) и слабой азотной кислоты.

7. Схемы, цикл и эффективность парокомпрессионной ТНУ. 8. Схема, цикл и эффективность абсорбционной ТНУ. 9. Методика расчета экономии топлива за счет утилизации ВЭР. 10. Методики расчета схем ТУУ с применением ЭВМ. 11. Технико-экономические показатели источников теплоснабжения (ТЭЦ, котельных) при совместной эксплуатации с ТУУ. 1.2.5. Регулирование отпуска теплоты в системах теплоснабжения [1], с. 83... 134 Назначение и структура системы регулирования. Возможные методы регулирования тепловой нагрузки в системах централизованного теплоснабжения, их сопоставление. Регулирование отпуска теплоты из паровых сетей. Аккумуляторы пара; их применение и расчет. Центральное регулирование однородной и разнородной тепловых нагрузок. Графики температур и расхода теплоносителя. Методы центрального регулирования суммарных нагрузок отопления и горячего водоснабжения, используемые в системах теплоснабжения городов. Методы корректировки температурных графиков на вводах предприятий, получающих горячую воду от районных ТЭЦ. Эффективность различных систем регулирования отпуска теплоты. Аккумулирование теплоты. Схемы, расчет и режимы работ теплоаккумулирующих установок. Вопросы для самопроверки 1. Характеристика методов регулирования. 2. Центральное регулирование однородной нагрузки. 3. Регулирование разнородной тепловой нагрузки. 4. Как осуществить выбор метода регулирования отпуска теплоты? 5. Назовите особенности регулирования паровой тепловой нагрузки. 1.2.6. Тепловые сети предприятий 1.2.6.1. Схемы, прокладки и конструкции тепловых сетей [1], с.137-144, 245-258 Схемы и конфигурация тепловых сетей. Трасса и профиль теплопроводов. Конструкции теплопроводов. Теплоизоляционные материалы и конструкции. Трубы и их соединения. Виды прокладок. Опоры. Компенсаторы. Арматура. Камеры и колодцы. Общие вопросы проектирования теплопроводов.

Вопросы для самопроверки 1. Назовите области применения воздушной, бесканальной и канальной прокладок. 2. Каково назначение подвижных и неподвижных опор? 3. Каково устройство компенсаторов? 4. Тепловая изоляция теплопроводов. 5. Конструкция и оборудование тепловых камер. 1.2.6.2. Гидравлический, тепловой и прочностной расчеты тепловых сетей [1], с.136-190, 258-269, 279-288 Задачи гидравлического расчета. Основные требования к режиму давлений в водяных тепловых сетях. Методика расчета паропроводов, тепловых сетей и конденсатопроводов. Методы и алгоритмы гидравлического расчета с использованием ЭВМ. Пьезометрические графики и выбор вида присоединения потребителей к тепловым сетям. Определение параметров сетевых, подпиточных и конденсатных насосов. Гидравлические характеристики участков тепловой сети, насосов и регуляторов. Понятие о гидравлической устойчивости и разрегулировке тепловой сети. Методика расчета гидравлического режима систем теплоснабжения. Схемы закрепления давления в «нейтральных» точках. Гидравлический удар и средства борьбы с ним. Задачи теплового расчета. Методы расчета тепловых потерь в теплопроводах и падения температуры теплоносителя по длине участка. Определение оптимальной толщины тепловой изоляции. Прочностной расчет трубопроводов. Расчет усилий на подвижные и неподвижные опоры. Компенсация температурных напряжений в трубопроводах тепловой сети. Расчет и подбор компенсаторов. Использование и расчет естественной компенсации. Вопросы для самопроверки 1. Как определить диаметры трубопроводов? 2. Как осуществляется подбор параметров сетевых, подпиточных и конденсатных насосов? 4. Как производится выбор оптимальной толщины тепловой нагрузки? 3. Как производится расчет потерь теплоты в теплопроводах?

5. Как производится расчет П-образных компенсаторов? 1.2.7. Схемы и оборудование тепловых подстанций предприятий [1], с.208-236 Назначение, схемы и оборудование тепловых подстанций. Методика расчета и выбора основного оборудования тепловых подстанций. Связь тепловых подстанций с системами потребителей и источниками теплоты. Тепловые пункты микрорайонов и предприятий. Расчет и выбор оборудования тепловых пунктов (элеваторов, насосов, подогревателей) . Технологические схемы и компоновка насосных станций. Аккумулирование теплоты. Защита от коррозии, шлака и накипи местных установок горячего водоснабжения. Автоматизация тепловых подстанций. Вопросы для самопроверки 1. Какие типы подогревателей используются в тепловых подстанциях и ЦТП? 2. Как обосновать выбор узла смешения для производственного здания? 3. Перечислите преимущества и недостатки схем сбора конденсата. 4. Назовите способы использования пара вторичного вскипания. 5. Каковы пути использования отходящих производственных газов? 1.2.8. Эксплуатация систем теплоснабжения предприятий [1], с.297-318 Организация обслуживания и ремонта теплотехнического оборудования. Эксплуатация топливного хозяйства, котлов, паровых турбин, тягодутьевых машин, насосов, теплоиспользующих установок, внутрицеховых трубопроводов, тепловых сетей. Пусковая и режимная наладки теплотехнического оборудования и тепловых сетей. Выбор оптимальных режимов работы. Повышение надежности теплоснабжения. Гидропневматическая промывка теплопотребляющих систем. Методы обнаружения и ликвидации разрывов и неплотностей в тепловых сетях.

Вопросы для самопроверки 1. Перечислите задачи эксплуатации тепловых сетей. 2. Назовите методы обнаружения и ликвидации разрывов в тепловых сетях. 3. Каковы методы борьбы с коррозией теплопроводов? 4. Как обосновать расчетную температуру воды для тепловой сети? 5. Назовите основные направления работы по экономии тепловой энергии при эксплуатации тепловой сети. 6. Периодичность проведения и состав работ по режимно-наладочным испытаниям паровых и водогрейных котлов. 7. Периодичность проведения и состав работ по режимно-наладочным испытаниям тепловых сетей. 8. Цель и результаты гидропневматической промывки тепловых сетей. 1.2.9. Технико–экономический расчет систем теплоснабжения предприятий [1], с. 297-318 Методы технико-экономических расчетов в энергетике. Расчётный период и его составляющие при строительстве систем теплоснабжения. Знакомство с действующей методикой оценки эффективности инвестиций в строительство систем теплоснабжения. Условия сопоставимости альтернативных вариантов систем теплоснабжения. Укрупнённая оценка капитальных вложений в теплогенерирующие источники, тепловые сети и теплопотребляющие системы. Структура и составляющие себестоимости продукции в системах теплоснабжения. Балансовая и чистая прибыли от модернизации или реконструкции системы теплоснабжения действующего предприятия. Оптимизация систем теплоснабжения. Решение технических задач оптимального проектирования систем теплоснабжения. Оптимизация систем по показателям надёжности и качества теплоснабжения. Вопросы для самопроверки 1. Статические методы оценки эффективности инвестиций строительство систем теплоснабжения. 2. Сущность дисконтирования в инвестиционном проектировании. 3. Динамические методы оценки эффективности инвестиций строительство систем теплоснабжения. 4. Достоинства и недостатки метода срока окупаемости.

в в

5. Из каких частей складывается расчётный период инвестиционного проекта? 6. Как определить капитальные затраты в строительство ТЭЦ или котельной? 7. Как определить капитальные затраты в строительство тепловых сетей? 8. Как определить капитальные затраты в теплопотребляющие системы предприятия? 9. Перечислите составляющие себестоимости отпускаемой теплоты. 10. Затраты на топливо и топливная составляющая себестоимости теплоты. 11. Что понимают под чистой прибылью от реконструкции системы теплоснабжения? 12. Выбор оптимального значения расчётного коэффициента теплофикации. 13. Как определяется оптимальное удельное падение давления в тепловых сетях?. 14. Как учитываются показатели качества и надёжности при проектировании систем теплоснабжения? 1.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (56 часов) 1. Введение. Централизованное и децентрализованное теплоснабжения…2 часа 2. Тепловые нагрузки предприятий………………………..………………....4 -//3. Графики тепловых нагрузок по продолжительности……………….…....2 -//4. Паровые, водогрейные и пароводогрейные котельные…..……………....4 -//5. Производственно-отопительные ТЭЦ……….……………………………4 -//6. Водяные системы теплоснабжения …………………………….………....4 -//7. Паровые системы теплоснабжения………………………………….…….4 -//8. Использование ВЭР в системах теплоснабжения предприятий……..…..4 -//9. Классификация и основы методов регулирования отпуска теплоты..….2 -//10. Центральное регулирование однородной нагрузки…………...………….2 -//11. Центральное регулирование разнородной нагрузки…………….……….4 -//12. Гидравлический расчет и пьезометрический график тепловых сетей..…4 -//13. Гидравлический режим тепловых сетей….……………………………….4 -//14. Схемы и оборудование ИТП, ЦТП и тепловых сетей….....……………...4 -//15. Выбор теплоизоляционной конструкции тепловых сетей.………..……..4 -//16. Основы технико-экономического расчёта систем теплоснабжения.……4 -//-

1.4. Перечень лабораторных работ (12 часов) 1. Изучение тепловой схемы ИТП и испытания элеватора …...…….……..4 часа 2. Режим отпуска теплоты от квартальной котельной (испытания и анализ) ………………………...……………………..…….…………………..4 -//3. Соответствие фактического режима эксплуатации парового (водогрейного) котла его режимной карте (испытания и анализ)……..…….……...………..4 -//-

1.5. Тематический план практических занятий (12 часов) 1. Расчёт тепловых нагрузок коммунально-бытовых и промышленных потребителей……………………………………..……………………….…….4 часа 2. Выбор оборудования производственно-отопительной ТЭЦ......................4 -//3. Тепловой расчёт теплопроводов…………………………….………....…..4 -//2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник. - М.: Энергия, 1982.- 360 с. 1*. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2001.- 472 с. (Ссылки в рабочей программе соответствуют учебнику [1]). 2. Голубков Б. Н. и др. Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция. - М.: Энергоиздат, 1982.- 232 с. 3. Бузников Е. Ф., Роддатис К. Ф., Берзиньш Э. Я. Производственные и отопительные котельные. - М.: Энергоатомиздат, 1984.- 248 с. 4. Промышленные тепловые электростанции: Учебник/Под ред. Е. Я. Соколова. М.: Энергия, 1979.- 296 с. Дополнительный: 5. Кузнецов Н. М. и др. Энергетическое оборудование блоков АЭС.- М.: Машиностроение, 1987. – 86 с. 6. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей/Сост. Манюк В. И. и др. - М.: Стройиздат, 1982.- 214 с. 7. Водяные тепловые сети: Справочное пособие/Под ред. Н. К. Громова.М.: Энергоатомиздат, 1988.- 375 с.

3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Целью контрольной работы является практическое приложение теоретических знаний, полученных при изучении раздела дисциплины, посвящённого регулированию отпуска теплоты в системах теплоснабжения. Задача контрольной работы сводится к построению температурного графика регулирования смешанной нагрузки (отопления и ГВС) по нагрузке отопления при зависимом присоединении систем отопления потребителей к тепловым сетям с элеватором, а также соответствующего ему графика расходов сетевой воды. В переходный период (при температурах наружного воздуха от 8 °С до соответствующей точке излома температурного графика) регулирование нагрузки отопления осуществляется местными пропусками. Системы ГВС потребителей в открытой системе теплоснабжения подключены по схеме несвязанного регулирования, а в закрытой – по одноступенчатой параллельной схеме. Объектом расчёта служит жилое или общественное здание с ИТП, которое оснащёно оборудованием, соответствующим заданному типу системы теплоснабжения [1]. Исходными данными на контрольную работу являются: • расчётная нагрузка отопления потребителей Q iD ; • расчётная нагрузка ГВС потребителей Q D A; • расчётная температура наружного воздуха для систем отопления t iD ; • расчётная (средняя) температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях t D A; • расчетная температура прямой τ1D и обратной τ D 2 сетевой воды; • расчетная температура сетевой воды после элеватора τ3D ; • температура сетевой воды после подогревателя ГВС в точке излома температурного графика τ и2г ; • температура горячей воды после подогревателя ГВС или смесителя t г ; • тип системы теплоснабжения (СТО - открытая, СТЗ - закрытая); Численные значения исходных данных на контрольную работу выбираются студентом в соответствии с шифром по табл. 1 и 2. Таблица 1 Характеристика

Последняя цифра шифра 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Q iD , кВт

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300 1400

QD A , кВт

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

Тип системы теплоснабжения

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

СТО

СТЗ

Таблица 2 Характеристика

Полусумма двух последних цифр шифра* 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

τ1D , °С

115

120

130

140

150

115

120

130

140

150

τD 2 , °С

70

70

70

70

70

70

70

70

70

70

τ3D , °С

95

95

95

95

95

95

95

95

95

95

τ E2 A , °С

25

30

35

25

30

35

25

30

35

30

t iD , °С

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55

-60

tD A , °С

16

18

16

20

16

20

16

20

16

20

t г , °С

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

* Нецелое число увеличить до ближайшего целого

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Контрольная работа состоит из двух частей: первая часть должна содержать решение варианта, выбранного по табл. 1 и 2 в соответствии с шифром, а вторая часть – решение этого же варианта, но для альтернативного типа системы теплоснабжения. Например, по шифру выбраны исходные данные для СТЗ, а во второй части приводится решение для СТО при тех же исходных данных. Материалы выполненной контрольной работы должны содержать таблицу исходных данных и два решения задачи – для обоих типов системы теплоснабжения, а также к каждому решению по два рисунка: температурный график и график расходов сетевой воды на отопление и ГВС. К решению контрольной работы следует приступать после изучения соответствующего раздела учебника [1]. Решение контрольной работы рекомендуется производить на ПК с использованием программы обработки электронных таблиц Microsoft Excel. Ниже в табл. 3…5 в качестве иллюстрации алгоритма и методики расчёта приведен пример решения варианта контрольной работы с соответствующими рис. 1…4 (решения для СТО). Рис. 1…4, полученные студентом в результате решения своего варианта, рекомендуется выполнять на ПК с помощью Мастера диаграмм Microsoft Excel. Допускается их выполнение с помощью чертёжных инструментов. Графическую часть необходимо дополнить типовыми схемами присоединения систем отопления и ГВС к тепловым сетям в СТЗ и СТО. Следует иметь в виду,

что при t iD ≥-25°С шаг расчёта по t o принимается равным 5 °С, а при t iD ≤30°С равным 10 °С. Исходные данные на контрольную работу приведены в табл. 3. Таблица 3 Обозначени е

Численное значение

1. Расчётная нагрузка отопления, кВт

Q iD

2400

2. Расчётная нагрузка ГВС, кВт

QD A

720

3. Тип системы теплоснабжения

СТЗ

СТЗ

4. Расчётная температура наружного воздуха, °С

t iD

-60

5. Расчётная температура внутреннего воздуха, °С

tD A

20

6. Расчётная температура прямой сетевой воды, °С

τ1D

145

7. Расчётная температура обратной сетевой воды, °С

τD 2

70

8. Расчётная температура сетевой воды после элеватора, °С

τ3D

95

τ E2 A

33

tг

60

Наименование

9. Температура сетевой воды после ПГВС в точке излома температурного графика, °С 10. Температура горячей воды после ПГВС, °С

Таблица 4 Температура наружного воздуха t i , °С Расчётная формула или источник

-60

-50

-40

-30

-20

-10

8,8 *

D D Q i = Q i / Q iD = ( t D A − t i ) /( t A − t i )

1,0

0,8 75

0,7 50

0,6 25

0,5 00

0,3 75

0,3 59

0,1 50

0,0

D Δt D = 0,5(τ 3D + τ D 2 ) − tA

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

62, 5

3. Расчётная разность температур сетевой воды перед элеватором, °С

δτiD = τ1D − τ 3D

75

75

75

75

75

75

75

75

75

4. Расчётная разность температур сетевой воды после элеватора, °С

θ D = τ 3D − τ3D

25

25

25

25

25

25

25

25

25

130 116 102 ,9 ,5 ,0

87, 1

72, 0

70, 0

43, 1

20

65, 2

55, 1

49, 6

43, 8

43, 1

31, 8

20

130 116 102 ,9 ,5 ,0

87, 1

72, 0

70, 0

70, 0

70, 0

Характеристика

1. Относительная нагрузка отопления 2. Расчётный температурный напор отопительных приборов, °С

5. Температура прямой сетевой воды (без ГВС), °С

6. Температура обратной сетевой воды (без ГВС), °С 7. Температура прямой сетевой воды (с ГВС), °С

D τ1 = t A + Δt D Q i0,8 +

+ (δτ iD

D

− 0,5θ )Q i

τ 2 = τ1 − δτiD − 0,5Q i

При t o ≤ t iE принимают по п.5, а при t o > t iE − τ1 = τ1E = 70 °С

145

70

145

60, 3

8

20

8. Температура обратной сетевой воды (с ГВС), °С 9. Расход сетевой воды на отопление, кг/с

При t o ≤ t iE по п.6, а при t o > t iE τ 2 = τ E2

G o = Q iD /( 4,187 δτiD ) , а при t o = 8o C D E G o = G iE ( t D A − 8) /( t A − t i )

10. Расчётная нагрузка ГВС, кВт

По табл. 1П

11. Расчётный расход городской воды на ГВС, кг/с

G r = QD A /( 4,187 ( t г − t x )

12. Расчётный температурный напор в ПГВС, °С 13. Параметр ПГВС 14. Температура сетевой воды после ПГВС (предварительно), °С 15. Расход сетевой воды на ПГВС, кг/с

70

65, 2

60, 3

55, 1

49, 6

43, 8

43, 1

43, 1

43, 1

7,6 4

7,6 4

7,6 4

7,6 4

7,6 4

7,6 4

7,6 4

3,1 9

0

720 720 720 720 720 720 720 720 720 3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

3,4 4

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

17, 5

D Ф = (( τ1E − τ 2EA )( t г − 5)) 0,5 / Δt iAAN

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

2,5 8

τ 2A - задаётся с последующим уточнением

10, 5

14, 5

18, 4

21, 9

26, 5

31, 2

33, 0

33, 0

33, 0

G r = QD A /( 4,187 ( τ1 − τ 2 A )

1,2 8

1,4 8

1,7 5

2,1 5

2,8 4

4,2 2

4,6 4

4,6 4

4,6 4

D Δt iAAN = ((τ1E − 5) − (τ1E − t г )) /

/ ln((τ E2 A

− 5) − (τ1E

− t г ))

16. Эквивалент расхода сетевой воды на ПГВС, кДж/(с·°С) 17. Эквивалент расхода городской воды на ПГВС, кДж/(с·°С) 18. Безразмерная удельная нагрузка ПГВС 19. Температура сетевой воды после ПГВС, °С

Wсв = Q D A /( τ1 − τ 2 A )

5,3 5

6,1 9

7,3 4

8,9 9

11, 87

17, 67

19, 45

19, 45

19, 45

Wгв = Q D A /( t г − 5)

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

13, 09

0,9 61

0,9 24

0,8 80

0,8 25

0,7 48

0,6 09

0,5 70

0,5 70

0,5 70

10, 5

14, 5

18, 4

21, 9

25, 7

31, 2

33, 0

33, 0

33, 0

ε = ((0,35Wсв / Wгв + 0,65 + + ( Wсв / Wгв )

0,5

/ Ф)

−1***

τ 2 A = τ1 − ε( τ1 − 5)**

* t o = t iE = −8,8 o C – температура наружного воздуха в точке излома температурного графика, которая определена итерационным расчётом при выполнении условия τ1 = τ1E = 70 o C . Обозначения характеристик при этой температуре наружного воздуха приводятся с верхним индексом «и». **Полученные значения при соответствующих значениях τ 2A t i подставляются вместо ранее принятых в п. 12. При расчёте на ПК с помощью электронных таблиц Microsoft Excel до их полного совпадения такая замена приводит к автоматическому пересчёту значений характеристик по пп. 15, 16, 18 и 19. Процедура повторяется до полного совпадения значений τ 2 A по пп. 14 и 19. ***При t o ≥ t iE расчёт ε по приведённой формуле может привести к отклонению значения τ 2 A от исходного значения по табл. приложения 1. В этом случае рекомендуется произвести самостоятельный подбор числовых коэффициентов в приведённой формуле. В рассматриваемом примере при t o ≥ t iE вместо 0,35 подставлено 0,395, а вместо 0,65 - 0,695.

Температура прямой сетевой воды (без ГВС) Температура обратной сетевой воды (без ГВС) Температура прямой сетевой воды (с ГВС) Температура обратной сетевой воды (с ГВС) Температура сетевой воды после ПГВС

100

50

0 -60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Температура наружного воздуха, град. С

Рис. 1. График температур сетевой воды в СТЗ

9,0 Расход воды на отопление Расход воды на ПГВС

8,0

7,0 Расход сетевой воды, кг/с

Температура сетевой воды, град. С

150

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Температура наружного воздуха, град. С

Рис. 2. График расходов сетевой воды в СТЗ

20

Таблица 5 Температура наружного воздуха tÎ , °С Характеристика

1. Относительная нагрузка отопления 2. Расчётный температурный напор отопительных приборов, °С 3. Расчётная разность температур сетевой воды перед элеватором, °С 4. Расчётная разность температур сетевой воды после элеватора, °С

Расчётная формула или источник

(

)

Q i = Q i / Q iD = t D A − ti /

(

D / tD A − ti

)

(

20

0,87 0,75 0,74 0,62 0,50 0,37 0,27 0,15 0,0 5 0 5 0 5 0 4 9

)

62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5

δτ Di = τ1D − τ 3D

75,0 75,0 75,0 75,0 75,0 75,0 75,0 75,0 75,0 75,0

θ D = τ 3D − τ 3D

25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0

D τ1 = t A + Δt D Q i0,8 +

+

6. Температура обратной сетевой воды (без ГВС), °С

τ 2 = τ1 − δτ iD − 0,5Q i

8. Температура обратной

1,0

8

D Δt D = 0,5 τ 3D + τ D 2 − tA

5. Температура прямой сетевой воды (без ГВС), °С

7. Температура прямой сетевой воды (с ГВС), °С

-60 -50 -40 39,5 -30 -20 -10 -2,4* *

(

δτ iD

− 0,5θ

D

)Q

а при t o >

− τ1 =

20

70 65,2 60,3 60,0 55,1 49,6 43,8 39,0 31,8

20

i

При t o ≤ t iE принимают по п.5, t iE

130, 116, 115, 102, 87,1 72,0 60,0 43,1 9 5 0 8

145

τ1E

o

= 60 C

При t o ≤ t iE по п.6, а при

145

130, 116, 115, 102, 87,1 72,0 60,0 60,0 60,0 9 5 0 8

70 65,2 60,3 60,0 55,1 49,6 43,8 39,0 39,0 39,0

сетевой воды (с ГВС), °С 9. Расход сетевой воды на отопление, кг/с

t o > t iE τ1 = τ1E

(

G o = Q iD / 4,187δτ iD

), а при

t o = 8o C

(

)(

D E G o = G iE t D A −8 / tA − ti

)

10. Расчётная нагрузка ГВС, кВт 11. Доля отбора воды из подающего трубопровода

β = (60 − τ 2 ) / (τ1 − τ 2 )

12. Доля отбора воды из обратного трубопровода

(1 − β) , а при t o ≤ −39,5 o C (1 − β)(60 − 5) / (τ 2 − 5)

13. Расход прямой сетевой воды на ГВС, кг/с 14. Расход обратной сетевой воды на ГВС, кг/с

По табл. 1П

G гп = β Q D A / (4,187(τ1 − 5))

7,64 7,64 7,64 7,64 7,64 7,64 7,64 7,64 4,10 0,00

720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 0,10 0,27 0,57 1,0 5 6 5

1,0

1,0

0,85 0,91 0,99 0,89 0,72 0,42 0,0 1,0 0 8 5 5 4 5

0,0

0,0

0

0

0

0

0

0

0

0 0,33 0,86 1,80 3,13 3,13 3,13

G го = (1 − β )Q D A / (4,187(τ1 − 5)) 2,65 2,86 3,11 3,13 2,80 2,26 1,33

0

0

0

* t o = t iE = −2,4 o C – температура наружного воздуха в точке излома температурного графика, которая определена итерационным расчётом при выполнении условия τ1 = τ1E = 60 o C ; t o = −39,5 o C – температура наружного воздуха, которой соответствует условие τ 2 = 60 o C , а β = 0 (определена итерационным расчётом).

Температура сетевой воды, град. С

150

Температура прямой сетевой воды (без ГВС) Температура обратной сетевой воды (без ГВС) Температура прямой сетевой воды (с ГВС) Температура обратной сетевой воды (с ГВС)

100

50

0 -60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Температура наружного воздуха, град. С

Рис. 3. График температур сетевой воды в СТО 9,0

Расход воды на отопление Расход прямой сетевой воды на ГВС Расход обратной сетевой воды на ГВС

8,0

Расход сетевой воды, кг/с

7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Температура наружного воздуха, град. С

Рис. 4. График расходов сетевой воды в СТО

10

20

5. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

В курсовом проекте разрабатывается система теплоснабжения крупного промышленного предприятия и близлежащего массива с жилыми и общественными зданиями, источником теплоснабжения в которой служит промышленно-отопительная котельная или ТЭЦ. Исходные данные на проектирование выдаются индивидуально в соответствии с заявкой предприятия, на котором работает студент, или выбираются самим студентом по рис. 5 и табл. 6…8. Исходными данными для выполнения проекта являются: • генплан района теплоснабжения и масштаб изображения на генплане; • расчетный отпуск пара на производственно-технологические нужды D пp ; • давление и температура технологического пара p п и t п ; • доля возврата и температура конденсата технологического пара βк и tк; • годовое время использования максимума технологической нагрузки h п ; • расчетные нагрузки отопления-вентиляции и горячего водоснабжения ∂ р промышленного предприятия Q iai и Q гп ; • климатические условия города; • численность населения в районе теплоснабжения m (число жителей в каждом микрорайоне принять одинаковым); • тип системы теплоснабжения (СТО - открытая, СТЗ - закрытая); • номер ТЭЦ; • количество этажей самого высокого здания в микрорайоне; • рельеф местности в виде отметок горизонталей а-з на генплане; • топливо (Т - твердое; ГМ - газ или мазут). Выполненный курсовой проект состоит из пояснительной записки на 4050 страницах стандартной писчей бумаги (формат А4) и графической части на двух листах чертежной бумаги (формат А1).

1

2 П

4

3 6

5

а

7 8 9

10

б

в

YIII

IX

X

Y

YI

YII

II

III

IY

г

1 д

е

ж

з

Рис 5. Генплан района теплоснабжения: I-X - коммунально-бытовые потребители (кварталы, микрорайоны) 1-10 - ТЭЦ П - промышленные потребители (промзона) а-е - геодезические уровни

Таблица 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Климатичес кие условия города

Абакан

Арзамас

Архангельск

Балашов

Барабинск

Барнаул

Белгород

Владивосток

Владимир

Вологда

Воркута

Гомель

Дербент

Елабуга

Ижевск

Калуга

Липецк

Мурманск

Новгород

Сумма двух последних цифр

Характерист ика

Номер ТЭЦ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

10

Система теплоснабже СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО СТЗ СТО ния

Таблица 7 Характеристика

Последняя цифра шифра 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Масштаб генплана, м/см Численность населения, тыс. чел. D пр , кг/с

150 80

175 120

200 150

225 180

250 220

275 260

300 300

325 340

350 380

375 420

40

60

75

90

110

130

150

170

190

210

∂ , МВт Qiai

60

90

115

130

160

190

220

250

280

310

Q гр п, МВт

10

15

20

25

30

35

40

45

50

60

Отметки на генплане, м: а б в г д е ж з

20 20 20 20 20 20 20 20

20 19 18 17 16 15 14 13

15 17 19 21 23 25 27 29

25 23 21 19 17 15 13 11

10 13 16 19 22 25 28 31

15 14 13 12 13 14 15 16

5 7 9 11 13 15 13 11

10 12 14 12 10 12 14 10

8 6 4 6 8 6 4 2

20 25 30 32 30 25 20 23

Таблица 8 Характеристика

Полусумма двух последних цифр шифра * 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

рп , МПа 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.9 1.0 о tп , С 235 240 245 250 230 220 210 200 215 225 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.6 βк о tк , С 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 hп , ч/год 4300 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000 5100 5200 Топливо Т ГМ Т ГМ Т ГМ Т ГМ Т ГМ Количество этажей 16 15 12 9 7 8 9 10 11 12 самого высокого здания микрорайона I-X * Нецелое число увеличить до ближайшего целого

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

В соответствии с государственным образовательным стандартом специалисты, выпускники теплоэнергетических специальностей вузов, должны не только понимать физику процессов, происходящих при работе оборудования и теплоэнергетических систем, но и уметь применять теоретические знания при решении практических задач как при конструировании и наладке, так и при эксплуатации. Наиболее глубокое понимание любого процесса достигается путем аналитического и экспериментального изучения влияния на него различных факторов. Практические занятия по дисциплине “Источники и системы теплоснабжения предприятий” позволяют студентам на конкретных примерах оценить воздействие различных факторов на показатели работы теплоэнергетического оборудования источников и систем теплоснабжения. При решении предлагаемых ниже задач студенты изучают методики и приобретают навыки практических расчетов, необходимых в дальнейшей инженерной деятельности. При решении задач рекомендуется следующая точность расчетов: величины, имеющие большое численное значение (энтальпию, температуру, расходы и др.), ограничиваются одним знаком после запятой, удельные объемы – двумя знаками после запятой, величины, имеющие малые численные значения (относительная тепловая нагрузка, относительный расход греющего теплоносителя и др.) – тремя знаками после запятой. Задача 1

Для района городской застройки с жилой площадью Fж=1 млн м2 определить по укрупненным показателям суммарную тепловую нагрузку отопления, а также годовой расход теплоты всех указанных видов теплопотребления. Построить годовой график продолжительности тепловой нагрузки. В качестве исходных данных принять: - расчетная температура наружного воздуха для отопления tно=-25оС; - то же для вентиляции tнв=-14оС ; - средняя за отопительный период температура наружного воздуха о t ср н = −3,2 С ; - обеспеченность жилой площадью fж=9 м2/чел; - укрупненный показатель максимальной нагрузки на 1 м2 жилой площади q=163 Вт/м2 (принимается по СН и П); - коэффициент, учитывающий нагрузку отопления общественных зданий района городской застройки kобщ=0,25;

- коэффициент, учитывающий тепловую нагрузку вентиляции общественных зданий района kв=0,4; - средненедельный расход воды на ГВС на одного жителя в сутки αж=110 л/сут по жилым зданиям и αобщ=20 л/сут по общественным зданиям; - данные длительности стояния температур наружного воздуха взять из табл. 9; Таблица 9

Среднесуточные ниже температуры наружного -30 воздуха, оС Продолжительность 18 периода стояния, r

-25

-20

-15

-10

47

172

418

905

-5

0

+8

1734 3033 4920

- длительность работы вентиляции 16 ч/сут и 205·16=3280 ч/год. Порядок решения 1. Определить расчетную относительную общественных зданий района жилой застройки, МВт:

нагрузку

жилых

и

Q′o = qFж (1 + k общ ) ;

2. Определить расчетную тепловую нагрузку вентиляции общественных зданий района, МВт: Q′в = k в k общ qFж ; 3. Число жителей района, чел

М = Fж / f ж ; 4. Определить средненедельную тепловую нагрузку ГВС жилых и общественных зданий для зимнего периода при tг=60оС и tх=5оС, МВт: .н Q ср = (α ж + α общ )Мс( t г − t х ) ; г

5. Суммарная расчетная тепловая нагрузка района, МВт

.н Q′ = Q′o + Q′в + Q ср г ; 6. Летняя тепловая нагрузка ГВС при φл=0,8 и tхв=15оС, МВт

.н ср.н Q ср гл = Q г ϕ л

t г − t хл ; tг − tх

7. Средняя за отопительный период нагрузка отопления, МВт

Q ср о

= Q′о

t вр − t ср н t вр − t но

;

8. Годовой расход теплоты на отопление при nо=4920 ч=17,7·106 с, МВт ср Q год о = Qо n о ;

9. Средняя за отопительный период нагрузка вентиляции при ее работе по отопительному графику (без излома графика при tнв=-14оС), МВт

Q ср в

= Q′в

t вр − t ср н t вр − t но

;

10. Годовой расход теплоты на вентиляцию при nв=3280 ч=12·106 с и αгод=0,975, МДж/год Q год в = Q ′в n в α год ; 11. Годовой расход теплоты на ГВС при длительности зимнего периода nо=17,7·106 с и летнего периода nл=8400-4920=3480 ч=12,5·106 с, МДж/год .н ср.н Q год = Q ср г г n o + Q гл n л ;

12. Суммарный годовой расход теплоты района городской застройки, ГДж/год

год год Q год = Q год о + Qв + Qг . При уточненных расчетах Qгод необходимо учитывать еще и тепловые потери трубопроводов тепловой сети. Перед построением графика продолжительности тепловой нагрузки (рис. 6) строится график тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха. Для этого рассчитываются тепловые нагрузки каждого вида теплопотребления при трех характерных температурах наружного воздуха: tн=8оС (начало отопительного периода), tн=tнв=-14оС (расчетная температура наружного воздуха для вентиляции) и tно=-25оС (расчетная температура наружного воздуха для отопления). Результаты расчета сводятся в таблицу по форме (см. с. 38).

Рис. 6. Графики тепловой нагрузки Q=f(tн) и продолжительности тепловой нагрузки Q=f(n)

Форма

Величина

Тепловая нагрузка на отопление Qo, МВт Тепловая нагрузка на вентиляцию (при работе 16 ч/сут) Qв, МВт Тепловая нагрузка .н на ГВС Q ср , МВт г Всего

Формула или способ определения

Q′o

Qв =

Расчет

Численное значение при температуре наружного воздуха tн, оС +8 -14 -25

t вр − t н t вр − t но

t вр − t н 16 ⋅ t вр − t нв 24

п. 4 расчета

.н По суммарной нагрузке Q = Q o + Q в + Q ср и продолжительности г стояния температур tн (табл. 9) строится график продолжительности тепловой нагрузки Q=f(n) (рис. 6). Площадь графика должна быть равна расчетному значению Q год (см. п. 12).

Задача 2

Сетевой подогреватель теплофикационной установки ТЭЦ должен подогревать воду в количестве G=288 кг/с от t1=70оС до t2=116оС паром р=0,245 МПа ( τн =126,8оС). Требуется выбрать пароводяной сетевой вертикальный подогреватель типа ПСВ. Коэффициент загрязнения поверхности нагрева β=0,8. Порядок решения 1. По заданному расходу воды из табл. приложения 1 выбираем для проверки наиболее близкий типоразмер ПСВ и записываем его технические характеристики: площадь поверхности нагрева F, м2; число ходов; диаметр трубок dн/dв, мм; число трубок n, шт; площадь живого сечения для прохода воды f, м2; расчетную высоту трубок (расстояние между соседними перегородками) Н, м. 2. Необходимая тепловая производительность подогревателя, Вт

Q = Gc( t 2 − t1 ) ,

где с – теплоемкость воды, Дж/(кг·К); 3. Температурный напор, оС (τ − t ) − (τ н − t 2 ) Δt = н 1 ; τ н − t1 ln τн − t 2 4. Средняя температура воды, оС

t = τ н − Δt ; 5. Средняя температура стенки теплообменной трубки, оС

t ст = 0,5(τ н + t ) ; 6. Число Григулля для конденсата при τн=126,8оС

Z = A1H(τ н − t ст ) , где А1 определяется по табл. приложения 2; 7. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара к наружной стенке теплообменной трубки, Вт/(м2·К): - при Z2300 αп =

Re н , A 4 H(τ н − t ст )

где А4 определяется по табл. приложения 2 по заданной τн, 4 ⎤3

⎡ Pr Re н = ⎢253 + 0,069 0, 25 ( Z − 2300)⎥ , Prст ⎣⎢ ⎦⎥ 0, 75

где Pr и Prст – критерии Прандтля для конденсата греющего пара при τн и τст; 8. Скорость движения нагреваемой воды в трубках теплообменника, м/с G w= , fρ где ρ=959 кг/м3 – плотность воды при средней ее температуре; 9. Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки теплообменной трубки к нагреваемой воде, Вт/(м2·К)

αв = А5

w 0 ,8 d в0,75

,

где А5 – температурный множитель (приложение 2); 10. Расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)

k=

β , 1 δ ст 1 + + k п λ ст α в

где λст – коэффициент теплопроводности стенки теплообменной трубки при tст (для условий задачи λст=105 Вт/(м·К); 11. Необходимая площадь поверхности нагрева, м2

F=

Q ; k ⋅ Δt

12. Принять к установке необходимое подогревателей, выбранных для проверки.

количество

сетевых

Задача 3

Определить тепловые потери 1 м подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, наружный диаметр труб d=273 мм, трубы проложены бесканально в грунте на глубине h=1,8 м, расстояние между осями труб b = 520 мм. Температура воды в подающем трубопроводе τ1=150оС, в обратном трубопроводе τ2=70оС. Температура грунта на глубине заложения труб tо=2оС, коэффициент теплопроводности изоляции λu=0,116 Вт/(м·К), толщина изоляции

на подающем трубопроводе δ1=70 мм, Теплопроводность грунта λгр=1,75 Вт/(м·К).

на

обратном

–

δ2=40

мм.

Порядок решения 1. Расчет термических сопротивлений грунта ведется с использованием различных формул в зависимости от глубины заложения теплотрассы в грунт: - при h/dн 2, поэтому расчет следует вести по формулам для глубокого заложения. 2. Термическое сопротивление изоляции, м·К/Дж

Rи =

d 1 ln н , 2πλ и d

где dн – наружный диаметр изоляции; 3. Термические сопротивления трубопроводов, м·К/Дж

подающего

R1 =

dн 4h 1 1 , ln 1 + ln 2πλ и d 2πλ гр d н1

R2 =

dн 1 1 4h ; ln 2 + ln 2πλ и d 2πλ гр d н 2

R1

и

обратного

R2

4. Условное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние соседних труб, м·К/Вт:

2

1 ⎛ 2h ⎞ Rо = ln 1 + ⎜ ⎟ ; 2πλ гр ⎝ b ⎠ 5. Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов, Вт/м

q1 =

q2 =

(τ1 − t о )R 2 − (τ 2 − t о )R о R 1R 2 − R о2

,

(τ 2 − t о )R1 − (τ1 − t о )R о ; R1R 2 − R о2

6. Суммарные удельные тепловые потери, Вт/м

q = q1 + q 2 . Задача 4

Решить задачу 3 для случая прокладки изолированных трубопроводов в непроходном канале с промежуточной стенкой и расстоянием между осями труб b=600 мм. Ячейка непроходного канала для каждой из труб имеет форму квадрата с внутренними размерами 600×600 мм. Коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху и от воздуха к внутренним стенкам канала αн=αст=12 Вт/(мּК). При расчете коэффициенты теплопроводности стенок канала и грунта принять равными: λгр=λст. Порядок решения 1. Эквивалентный диаметр каждой ячейки непроходного канала, м

dэ =

4F , P

где F и P – сечение и периметр ячейки канала соответственно, м2 и м; 2. Отношение h/dэ по условиям задачи больше чем 2, поэтому дальнейшие расчеты ведем по формулам для трубопроводов глубокого заложения; 3. Термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов, м·К/Вт:

R1 =

R2 =

4h d 1 1 1 1 ln , ln н1 + + + d πd н1α н πd э α ст 2πλ гр d э 2πλ и d 1 1 1 1 4h ; ln н 2 + + + ln 2πλ и πd н 2 α н πd э α ст 2πλ гр d э d

4. Условное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние соседних труб, м·К/Вт

2

1 ⎛ 2h ⎞ Ro = ln 1 + ⎜ ⎟ ; 2πλ гр ⎝ b ⎠ 5. Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов, Вт/м:

q1 =

q2 =

(τ1 − t o )R 2 − (τ 2 − t o )R o R 1R 2 − R o2 (τ 2 − t o )R 1 − (τ1 − t o )R o R 1R 2 − R o2

,

;

6. Суммарные удельные тепловые потери, Вт/м q = q1 + q 2 . 7. Сравнить тепловые потери при бесканальной прокладке трубопроводов и прокладкой в непроходном канале с разделяющей стенкой. Примечание. Расчетный анализ показывает, что тепловые потери теплотрасс при бесканальной прокладке без разделяющей трубопроводы стенкой практически одинаковы с тепловыми потерями теплотрассы с разделяющей стенкой (разница около 5%).

Задача 5

Определить тепловые потери 1 м паропровода диаметром d/dв=273/259 мм, проложенного на открытом воздухе с температурой tо=10оС. Средняя скорость движения воздуха w=5 м/с. По паропроводу подается насыщенный

пар с температурой τ=150оС. Тепловая изоляция паропровода толщиной δи=80 мм, ее коэффициент теплопроводности λи=0,1 Вт/(м·К). Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы αв=10000 Вт/(м2·К), коэффициент лучеиспускания поверхности изоляции сл=5 Вт/(м2·К4). Коэффициент теплопроводности стенки стального паропровода λтр=58 Вт/(м·К). Определить также тепловые потери паропровода при его длине l=500 м и количество выпадающего конденсата. Порядок решения 1. Задаемся предварительно коэффициентом теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху αн, Вт/(м4·К), например αн=220 Вт/(м2·К); 2. Полное термическое сопротивление изолированного паропровода, м·К/Вт R = R в + R тр + R и + R н ; расчетный анализ показывает, что для изолированного теплопровода (Rв+Rтр)