рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Конспект лекций по дисциплине Основы теплоснабжения

Конспект лекций по дисциплине Основы теплоснабжения - Конспект Лекций, раздел Науковедение,   Сериков Э.а.   Конспект Лекций По Дисц...

 

Сериков Э.А.

 

Конспект лекций по дисциплине

«Основы теплоснабжения»

(для специальности 5В071800 – Электроэнергетика)

 

 

Введение

 

Современную жизнь невозможно представить без электрической и тепловой энергии.

В обиходе все, что связано с производством электрической энергии называют электроэнергетикой или просто энергетикой. Вместе с тем, между этими понятиями существует большое различие: энергетика является большим и сложным комплексом, в который составной частью входит электроэнергетика.

Под энергетикой страны понимается вся топливно-энергетическая система народного хозяйства, включая производство, транспортировку и использование топлива, электроэнергии и других энергоносителей [1]. В целом энергетика представляет собой совокупность топливно-добывающей промышленности, электроэнергетики и промышленной энергетики (рис. 1).

1. Топливная промышленность включает в себя:

· системы добычи твердого, жидкого и газообразного топлива (шахты, угольные разрезы, нефтепромыслы);

· системы обогащения и переработки топлива (обогатительные фабрики, нефтеперерабатывающие заводы);

· топливно-транспортные коммуникации (нефтепроводы, газопроводы).

2. Электроэнергетическая промышленность решает две основные задачи.

Первая задача – электроснабжение – обеспечение потребителей электрической энергией. Вырабатываемая на электростанциях электрическая энергия по линиям электропередачи (ЛЭП) и электрическим сетям подается к потребителю. Электрическая энергия вырабатывается на энергетических объектах:

- тепловых электрических станциях, использующих химически связанную энергию органического топлива;

- гидроэлектростанциях, использующих энергию речных потоков и морских приливов;

- атомных электростанциях, использующих энергию связи атомов тяжелых элементов.

Вторая задача – теплоснабжение – обеспечение потребителей теплом в виде водяного пара, горячей воды, продуктов сгорания органического топлива. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), районных котельных (РК) и атомных станциями теплоснабжения (АСТ). Это тепло подается к потребителю с помощью тепловых сетей. Высокотемпературные продукты сгорания образуются при сжигании топлива в специальных топочных устройствах (топках).

 

 

Энергетика отраслей экономики (Промыш-ленная энергетика)
ЭНЕРГЕТИКА СТРАНЫ (топливно-энергетическая система экономики страны)
Топливная промышленность
Электроэнергетическая промышленность
Электроснабжение
Теплоснабжение
ТЭС, ГЭС, АЭС
Электрические сети, ЛЭП
ТЭЦ, РК, АСТ
Тепловые сети
Топливодобыча
Обогащение, переработка топлива
Топливно-транспортные коммуникации
Электроэнер-гетическое хозяйство предприятий
Теплоэнер-гетическое хозяйство предприятий
Теплоисполь-зующие установки  
Установки прямого использования топлива

 


Рисунок 1 - Структура топливно-энергетической системы страны

 

 

3. Промышленная энергетика – энергетика отраслей экономики страны – включает в себя электроэнергетические и теплоэнергетические системы промышленных предприятий. Последние получили также название промышленная теплоэнергетика, которая объединяет:

- установки прямого использования топлива (силовые установки, промышленные печи, энерготехнологические агрегаты)

- теплоиспользующие установки (теплообменные, сушильные ректификационные, выпарные, холодильные, отопительные и другие аппараты и агрегаты).

Технологические производства, использующие топливо и тепловую энергию и осуществляемые через изменение теплового состояния обрабатываемого материала, называются теплотехнологическими. Примерами теплотехнологического производства являются цветная и черная металлургия, нефтеперерабатывающие комплексы, тепловые электрические станции и т.д.

В основе теплотехнологического производства лежит использование различных видов энергетических ресурсов. В качестве источника энергии выступают:

· химически связанная энергия органического топлива и газообразных продуктов технологического производства;

· физическое тепло газообразных продуктов технологического производства;

· насыщенный и перегретый пар;

· горячая вода.

 

1. Энергетические ресурсы, используемые в технологическом производстве

 

В промышленности и в быту потребляются различные виды энергоресурсов.

Под энергетическим ресурсом понимается источник энергии, который используется в технологическом производстве. Энергетические ресурсы можно разделить на [2]:

а) топливные:

· первичные – уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы, торф;

· искусственные – горючие газы технологических производств, кокс;

б) нетопливные – энергия воды и ветра, лучистая энергия солнца, тепло подземных вод, энергия морских приливов и т.д.

Указанные энергетические ресурсы являются:

· невозобновляемыми – запасы которых постепенно уменьшаются по мере потребления (каменный уголь, нефть, природный газ, атомное горючее);

· возобновляемыми – запасы которых постоянно воспроизводятся (гидроэнергия, древесина, торф, энергия солнца, ветра).

В теплотехнологическом производстве в основном используются топливные энергетические ресурсы.

Основным источником тепловой энергии для теплотехнологического производства является химически связанная энергия органического топлива, содержащего химические элементы (C, H, S), при окислении которых выделяется тепло. Свое название органическое топливо получило в связи с тем, что химические элементы, входящие в его состав, находятся в подавляющем большинстве случаев в виде органических соединений.

Химический состав твердого и жидкого топлива характеризуется суммарной массой (в %) химических элементов, в 1 кг топлива.

Элементарный состав твердого топлива можно представить следующим образом

 

(1.1)

 

где A – содержание минеральной части топлива, представляющей собой массу несгоревшего остатка (зольность);

W – содержание влаги в топливе (влажность).

 

Состав рабочей массы топлива, сжигаемого в технологическом аппарате, в значительной мере зависит от величины внешнего балласта (зольности) и особенно влаги топлива.

Состав газообразного топлива обычно представляется в виде горючих и негорючих химических соединений и водяных паров

 

. (1.2)

 

Органическое топливо является источником энергии, которое выделяется при реагировании горючих элементов с кислородом. Процесс окисления топлива с интенсивным выделением тепла и быстрым повышением температуры продуктов реагирования (в отличие от медленного окисления в естественных условиях) называется горением и описывается термохимическими уравнениями

 

, (1.3)

(1.4)

 

где Q – тепловой эффект реакции в МДж/кмоль.

 

Для полного окисления горючих компонентов топлива необходимо строго определенное количество кислорода воздуха, которое определяется из материального баланса химической реакции

 

. (1.5)

 

Из уравнения 1.5 выходит, что для окисления 1 кг углерода необходимо израсходовать (32:12)=2,67 кг кислорода. Так как кислорода в воздухе содержится 21% по объему (23,1% по массе), то для сжигания 1 кг углерода необходимо израсходовать 0,0889 м3 воздуха.

Для сжигания 1 кг твердого топлива требуется теоретический расход воздуха

 

, м³/кг, (1.6)

где индекс «Р» означает содержание элементов в рабочей массе топлива.

 

В практических условиях для организации полного сжигания топлива действительный расход воздуха должен превышать теоретический расход, определяемый по химической реакции. Превышение действительного расхода воздуха характеризуется коэффициентом избытка воздуха

 

. (1.7)

 

Коэффициент избытка воздуха для сжигания топлива обычно поддерживается на уровне 1,05 – 1,15.

В процессе горения образуются газообразные продукты горения , , . Кроме того, в составе продуктов горения находятся нейтральный азот воздуха и топлива, а при коэффициенте и кислород избыточного воздуха .

В процессе горения выделяется тепло, равное сумме тепловых эффектов химических реакций. Это тепло называется теплотой сгорания или теплотворной способностью топлива . Это тепло усваивается продуктами сгорания топлива, в результате чего их температура достигает величины

 

, °С (1.8)

 

где – теплоемкость продуктов сгорания, кДж/м³·град.

 

Химически связанная энергия органического топлива в теплотехнологическом производстве может использоваться как непосредственно для осуществления технологического процесса, так и для производства искусственных (вторичных) видов энергии: тепловой и электрической энергии, сжатого воздуха, технического кислорода, искусственных газов и т.д.

Производство тепловой энергии в виде пара и горячей воды

Тепловая энергия в теплотехнологическом производстве используется в виде физического тепла различных теплоносителей.   2.1 Теоретические основы теплотехники [3]

Рисунок 2 – Сложный вид теплообмена: теплопередача

 

Количество тепла передаваемого в процессе теплопередачи определяется по формуле:

 

, Дж (2.4)

 

где k – коэффициент теплопередачи

 

 

– коэффициенты теплопередачи с внешней и внутренней стороны поверхности теплообмена.

 

Выработка пара и горячей воды в котельных установках

В качестве теплоносителя в теплотехнологическом производстве могут использоваться различные газообразные и жидкие вещества, твердые тела. Наиболее… Водяной пар, являющийся одним из основных и наиболее часто применяемых… · возможность транспортировки теплоносителя на большие расстояния;

Выработка тепла в виде пара и горячей воды на ТЭЦ [5, 6].

Ø конденсационные электростанции (КЭС), которые также называются государственными районными электростанциями (ГРЭС) – вырабатывают только… Ø теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) – вырабатывают тепловую и электрическую… В основе работы ТЭС лежит принцип работы паросиловой установки (ПСУ), состоящей из парового котла (парогенератора),…

Рисунок 5 - Принципиальная схема паросиловой установки

 

ПГ – парогенератор, ПЕ – пароперегреватель, ПТ – паровая турбина,

ЭГ – электрогенератор, К – конденсатор, НК и НП – конденсатный

И питательный насосы, ПБ – питательный бак

В ПСУ, работающей на перегретом паре, этот цикл называется циклом Ренкина. Полученный в парогенераторе (ПГ) перегретый пар с параметрами Ро (90-240 бар)… В процессе расширения пар ускоряется при прохождении через сопловую насадку, в которой потенциальная энергия давления…

Сопло, 2 – лопатка турбины, 3 – диск, 4 – корпус турбины, 5 – вал

Рисунок 6 – Одноступенчатая паровая турбина (а) и ступень турбины (в)   Высокоскоростной поток пара обтекает лопатки турбины и передает ей часть энергии. Лопатки закреплены на диске,…

Многоступенчатая турбина, 2 – электрогенератор

Рисунок 7 – Многоступенчатая паровая турбина

 

На одном валу с турбиной закреплен электрогенератор (ЭГ), в котором и вырабатывается электрическая энергия.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор (К), охлаждаемый циркуляционной водой. Пар отдает воде скрытую теплоту парообразования и конденсируется. Объем рабочего тела при конденсации уменьшается на три порядка, в результате чего в конденсаторе устанавливается глубокий вакуум (0,03-0,05 бар). Полученный конденсат питательным насосом (НП) снова подается в парогенератор. Цикл замкнулся.

Процессы, протекающие в ПСУ, работающей по циклу Ренкина, представляют собой термодинамические процессы (рис.8):

- получения пара в ПГ – изобарный процесс «Е-О» (при постоянном давлении);

- расширения пара в турбине – адиабатный (изоэнтропийный) процесс «О-К» (без теплообмена с окружающей среды, протекающий при постоянной энтропии S);

- конденсации отработавшего пара в конденсаторе – изобарно-изотермический процесс К-К';

- процесс повышения давления вода в насосе перед ПГ – изохорно-адиабатный процесс «К'-Е».

 

 
P
T
S
S
h
Е
О
К
К'
К'
К
К
К'
Е
О
О
Е

 


Рисунок 8. Цикл Ренкина в диаграммах

 

Коэффициент полезного действия паросиловой установки, представляющий отношение полезно использованного тепла к теплу затраченному, определяется по формуле:

 

- физическое тепло конденсата на выходе из конденсатора.

 

К.п.д. паросиловой установки составляет 25-35%, т.е. только 25-35% исходного тепла топлива преобразуется в электрическую энергию. Остальное количество тепла теряется в конденсаторе с охлаждающей циркуляционной водой, которая отнимает у отработавшего пара скрытую теплоту парообразования. При этом отработавший пар конденсируется при низких температурах (примерно при 30оС). Объем рабочего тела уменьшается на 3 порядка (в тысячу раз) и в конденсаторе возникает глубокий вакуум (0,03-0,04 бара).

Поэтому основной задачей в теплоэнергетике является уменьшение потерь тепла в конденсаторе, что возможно только уменьшением пропуска пара через него. Следует отметить, что избежать этих потерь принципиально невозможно, так как согласно II закону термодинамики для осуществления кругового процесса необходимо иметь не менее двух источников тепла различной температуры: теплоотдатчика (парогенератора) и теплоприемника (конденсатора или холодильника).

Одним из способов повышения к.п.д. ПСУ является отбор пара из промежуточных ступеней турбины, который в дальнейшем используется для целей теплоснабжения. ТЭС, вырабатывающая одновременно электрическую и тепловую энергию, получила название ТЭЦ и является мощным источником тепла для системы теплоснабжения (рис.9)


1 – парогенератор, 2 – редукционно-охладительная установка (РОУ),

3 – турбина, 4 – электрогенератор, 5 – тепловой потребитель,

6 – питательный бак, 7 – насос обратного конденсата,

8 и 9 – питательный и конденсатный насосы, 10 - конденсатор

 

Рисунок 9. Тепловая схема ТЭЦ с турбиной типа «Т»

 

Отбор пара из промежуточных ступеней турбины называется нерегулируемым, так как величина определяется потребностью теплового потребителя. В зависимости от типа потребителя отбор называется промышленным (если пар используется в теплотехнологическом процессе) или теплофикационным (если используется для коммунальных нужд). Тепловой потребитель использует физическое тепло пара, включая скрытую теплоту парообразования. Пар конденсируется, и конденсат насосом обратного конденсата возвращается на ТЭЦ.

На ТЭЦ в результате отбора пара из промежуточных ступеней турбины пропуск пара через конденсатор уменьшается, что ведет к уменьшению потерь тепла и к повышению к.п.д. станции.

 

4. Характеристики промышленных потребителей тепла [7, 8]

 

Основными потребителями тепла на промышленных предприятиях являются:

а) силовые агрегаты, использующие в качестве рабочего тела пар определенных параметров (паровые молоты, прессы, ковочные машины, насосы, турбокомпрессоры и т.д.). В качестве привода используются паровые машины (0,8÷1,0 МПа, 200÷250°С) или турбины (1,8÷3,5 МПа, 350÷450°С);

б) технологические аппараты и устройства, в которых тепло используется для осуществления технологических процессов (подогреватели, выпарные и ректификационные установки, сушилки, реакторы химической промышленности). В качестве рабочего тела используется насыщенный и перегретый пар (от 0,3÷0,8 до 9 МПа) и вода (с температурой °С);

в) системы отопления и вентиляции производственных, культурно-бытовых и жилых помещений, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. В качестве рабочего тела используется пар (до 0,6 МПа) и вода (с температурой °С).

Несмотря на разнообразие потребителей тепла, по характеру теплового потребления их можно разделить на две группы:

· сезонные потребители;

· круглогодичные потребители.

К сезонным потребителям тепла относятся системы:

- отопления;

- вентиляции (с обогревом воздуха в калориферах);

- кондиционирования воздуха (получение воздуха определенного качества, чистоты, температуры и влажности).

Величина сезонной нагрузки зависит от климатических условий района: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности и др. Причем на величину сезонной нагрузки главным образом влияет температура наружного воздуха (рис.10).


Рисунок 10 – Изменение отопительной нагрузки в течение года

 

Расход тепла в течение суток у сезонного потребителя меняется относительно мало (небольшие суточные изменения), но зато в течение года изменяется значительно, как это имеет место, например, для системы отопления: от максимума в самые холодные месяцы года до нуля – в летние месяцы. В летний период тепло частично может использоваться для выработки холода в холодильных установках.

К круглогодичной нагрузке относится технологическая тепловая нагрузка и горячее водоснабжение (так называемая бытовая тепловая нагрузка).

График технологической тепловой нагрузки зависит от профиля промышленного предприятия и режима его работы. Так, на предприятии с циклически действующими агрегатами (например, автоклавами) тепловая нагрузка носит резко переменный характер.

Технологическая и бытовая нагрузки практически не зависят от температуры наружного воздуха. Вместе с тем они могут меняться как в течение суток (рис.11), так и в течение недели (например, банно-прачечные дни и остановка части предприятий в субботу и воскресенье).

 


Рисунок 11 – График потребления горячей воды во второй половине дня

 

По температурному уровню тепловая нагрузка разделяется на:

- низкотемпературную (t≤150˚С) – отопительная, вентиляционная и бытовая – используется пар и горячая вода;

- среднетемпературную (от150 до 350˚С) – технологическая и силовая нагрузка – используется перегретый пар;

- высокотемпературную (до 1700оС) – технологическая и силовая (промышленные печи, газовые турбины) – используются продукты сгорания топлива.

В теплотехнологических установках в качестве теплоносителей в основном используется насыщенный и перегретый пар и горячая вода.

Пар как теплоноситель используется на промышленных предприятиях, у которых преобладают среднетемпературные тепловые потребители или когда по технологии требуется подача пара (минимальная температура пара равна температуре насыщения).

К преимуществам пара относится более простое регулирование отпуска тепла, меньшие поверхности теплообменных аппаратов (меньшая металлоемкость) из-за высокого коэффициента теплоотдачи. При конденсации пара выделяется скрытая теплота парообразования, во много раз превышающая его физическое тепло.

Вода как теплоноситель имеет следующие преимущества:

· обеспечивает теплом коммунального (бытового) потребителя;

· обеспечивает большую аккумулирующую способность системы (высокая теплоемкость).

К недостаткам воды, как теплоносителя относятся:

· значительные расходы электроэнергии на перекачку (подачу) теплоносителя к потребителю;

· повышенные весовые нагрузки на трубопроводы и теплообменные аппараты (большой вес теплоносителя);

· более низкая температура теплоносителя по сравнению с паром (из-за опасности его испарения);

· большая вероятность аварийного режима работы системы.

Выбор теплоносителя производится, исходя из характера технологического процесса. Если же по условиям технологии безразличен вид теплоносителя, то выбирается теплоноситель с более низким потенциалом, что обуславливает большую экономию топлива на источнике тепла.

Немаловажное значение для выбора вида теплоносителя играет расстояние, на которое может транспортироваться тепло. Горячую воду может транспортировать на расстояние до 15 км и более, в то время как пар подается на расстояние не более 10 км (за счет потерь тепла происходит конденсация пара). На выбор теплоносителя оказывает влияние возможность его загрязнения в технологическом процессе, потери теплоносителя при транспортировке его к потребителю или в технологическом аппарате.

 

4.1 Расчет потребности в тепле промышленных и коммунальных потребителей тепла [4, 7]

 

Тепловая нагрузка промышленных потребителей определяется нормами расхода тепла на технологические нужды. В качестве источников тепла для технологии выступают продукты горения топлива, пар и горячая вода.

Для целей отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения промышленных зданий и жилых помещений используется тепло в виде пара и горячей воды.

 

4.1.1 Расход тепла на отопление

 

Одной из основных задач системы теплоснабжения является отопление зданий различного назначения с целью поддержания температуры внутри помещения на заданном уровне. Для этого необходимо компенсировать тепловые потери здания в окружающую среду, которые тем больше, чем ниже температура окружающего (атмосферного) воздуха.

Часовой расход тепла на отопление отдельного здания определяется из уравнения теплового баланса здания

 

(4.1)

 

где - суммарные тепловые потери (теплопотери) здания;

- потери тепла теплопередачей через ограждающие поверхности (с точки зрения теплотехники здание является теплообменным аппаратом);

- потери тепла с инфильтрирующим воздухом через неплотности наружных ограждений;

- тепло, подводимое в здание системой отопления;

- тепловыделение внутри здания.

 

Источниками внутреннего тепловыделения в жилых зданиях являются люди, бытовые и осветительные приборы, электронная техника. В производственных помещениях источниками тепловыделения являются различные технологические аппараты и процессы, работающие на принципах использования тепловой и электрической энергии.

Теплопотери через ограждающие поверхности определяются по уравнению теплопередачи

, Вт (4.2)

 

где - площадь поверхности наружного ограждения;

- разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих поверхностей.

 

Для практических целей величина теплопотерь здания может определяться по формуле

 

(4.3)

 

где - удельные теплопотери здания, Вт/м³ К;

- объем здания по наружному обмеру, м³;

- усредненная температура внутреннего воздуха;

- температура наружного воздуха.

Удельная отопительная характеристика здания представляет собой потери тепла 1 м³ здания в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1°С.

Расчетная температура воздуха внутри помещения в зимний период для производственных зданий приводится в СНиП – строительных нормах и правилах:

· с незначительным тепловыделением – 12 ÷ 16°С;

· со значительным тепловыделением – 5 ÷ 10°С;

· со значительным влаговыделением – 12 ÷ 18°С.

Для жилых помещений должна быть равна 18°С.

Для определения максимальной величины тепловой нагрузки используется формула расчетной отопительной нагрузки

 

(4.4)

где - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодных 5-дневок из 8 самых холодных зим за последние 50 лет.

При расчете теплового режима помещений необходимо учитывать ряд дополнительных факторов: тепловые потери с инфильтрирующим воздухом, поступление тепла извне от солнечной радиации через окна и кровлю, внутреннее тепловыделение в производственных помещениях:

Для конкретного здания (жилого, производственного) расход тепла на отопление меняется только в зависимости от температуры наружного воздуха

. (4.5)

 


Уравнение 4.5 представляет собой уравнение прямой линии (рис.12).

 

Рисунок 12 – Зависимость отопительной нагрузки

от температуры наружного воздуха

 

Отопительная нагрузка отключается при °С. При этой же температуре происходит и включение отопительной нагрузки. Это обусловлено тем, что при температуре тепловыделение внутри помещения примерно равно тепловым потерям здания (имеет место компенсация тепловых потерь), и необходимость работы отопительной системы отсутствует (в интервале температур наружного воздуха от до °С).

Температура наружного воздуха меняется в течение года и, следовательно, меняется отопительная тепловая нагрузка.

С учетом продолжительности стояния наружной температуры в период ее снижения (осень-зима) и повышения (зима-весна), которая определяется по справочной литературе, можно рассчитать годовую отопительную нагрузку (рис.13).


Рисунок 13 – График годовой отопительной нагрузки

 

Площадь под правой кривой представляет собой годовую тепловую нагрузку источника тепла за отопительный период , в то время как характеризует тепловую мощность источника. Правая кривая строится по точкам пересечения тепловой нагрузки, соответствующей текущей температуре наружного воздуха , и продолжительности стояния этой температуры (и ниже ее) в течение года.

 

4.1.2 Расход тепла на вентиляцию

 

Вентиляция предназначена для обеспечения гигиенических условий внутри помещений и заключается в удалении из помещения загрязненного воздуха и замене его чистым (без загрязнений) атмосферным воздухом.

Воздухообмен в помещении осуществляется в течение всего года, однако в зимний период воздух, подаваемый на вентиляцию, необходимо подогревать для поддержания температуры в помещении на заданном уровне

Расход тепла на вентиляцию можно определить по величине воздухообмена

(4.6)

 

где m - кратность воздухообмена;

- внутренний объем вентилируемого помещения;

- теплоемкость воздуха, равная 1,26 кДж/м³ К;

- температура приточного (подаваемого в помещение) воздуха;

- производительность вентилятора.

 

Для практических расчетов расхода тепла на вентиляцию используется формула

(4.7)

 

где - удельный расход тепла на вентиляцию 1 м³ здания по наружному обмеру при разности температур наружного и внутреннего воздуха в 1°С.

 

Максимальная (расчетная) тепловая нагрузка на вентиляцию определяется по расчетной температуре наружного воздуха

 

. (4.8)

 

Текущая тепловая нагрузка при температуре наружного воздуха (отличной от расчетной) определяется по расчетной нагрузке

 

. (4.9)

 

Зависимость вентиляционной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха для помещений различного назначения и различным уровнем загрязнения (газо- или влаговыделения) представлена на рисунке 14.

 


Рисунок 14 – Зависимость вентиляционной тепловой нагрузки

От температуры наружного воздуха

 

При значительном газовыделении в помещении должен осуществляться полный воздухообмен (линия a-d-в). За расчетную температуру наружного воздуха для системы вентиляции в этом случае принимается расчетная температура наружного воздуха для системы отопления.

При незначительном загрязнении воздуха в помещении при температуре в точке «d» включается система рециркуляции, позволяющая сэкономить часть тепла (линия c-d-в). В режиме рециркуляции из здания удаляется не весь воздух, а лишь его часть. Остальной воздух смешивается с наружным воздухом, подогревается и снова подается в помещение. При этом, чем ниже температура наружного воздуха (в интервале от до ), тем больше рециркуляция, т.е. больше внутреннего воздуха смешивается с чистым воздухом и возвращается в помещение. Температура включения рециркуляции равна средней температуре самого холодного периода года, составляющего 15% от продолжительности отопительного периода.

 

Расход тепла на горячее водоснабжение

Горячая вода используется для хозяйственно-бытовых целей: · в жилых зданиях; · в общественных зданиях и коммунальных предприятиях (ясли, сады, школы, больницы, столовые и т.д.);

Вентиляция, 4 – отопление, 5 – суммарная тепловая нагрузка

Рисунок 15 – Суммарный годовой график тепловых нагрузок

В левой части графика строятся линии отдельных видов нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха. При наличии технологической тепловой нагрузки в левой части графика Россандера должна появиться дополнительная линия и суммарная тепловая нагрузка региона (линия 5) будет больше. Величина суммарной тепловой нагрузки при температуре позволяет определить мощность источника тепла, а площадь под правой кривой представляет собой годовой расход тепла на регион в целом.

 

 

5. Системы централизованного теплоснабжения [7, 9]

 

Система централизованного теплоснабжения (обеспечение группы потребителей из одного источника тепла) является наиболее распространенной в экономике страны.


 

1 – источник тепла, 2 – подающий трубопровод (теплопровод),

3 – абонентский ввод, 4 - вентиляционный калорифер, 5 – абонентский подогреватель местной системы отопления, 6 – нагревательный прибор местной системы отопления, 7 – трубопроводы местной системы отопления,

8 – абонентский подогреватель системы горячего водоснабжения,

9 - местная система горячего водоснабжения, 10 – обратный трубопровод

 

Рисунок 16 – Схема централизованной системы теплоснабжения.

 

Системы централизованного теплоснабжения (рис.16) состоят из следующих основных элементов (инженерных сооружений) [7,9]:

· источников тепла (1);

· тепловых сетей (2, 10);

· абонентских вводов (3);

· местных систем теплоснабжения (4-9).

Источником тепла в централизованных системах теплоснабжения являются крупные котельные (районные котельные, АСТ) или ТЭЦ (АТЭЦ). В зависимости от типа источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяются на:

· системы централизованного теплоснабжения от районной котельной;

· система централизованного теплоснабжения от ТЭЦ на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, которая называется теплофикацией.

Тепло от источника к потребителю транспортируется по магистральным тепловым сетям. В зависимости от вида теплоносителя тепловые сети могут быть водяными или паровыми.

На абонентских вводах происходит переход тепла из магистральных (центральных) тепловых сетей (ЦТС) в местные системы теплоснабжения (МТС). На вводах осуществляется местное (абонентское) регулирование количества и качества используемого тепла.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть:

а) замкнутыми – потребитель использует только часть тепла, а теплоноситель полностью возвращается на источник тепла;

б) полузамкнутыми – потребитель использует как часть тепла, так и часть самого теплоносителя. Остальная часть теплоносителя возвращается на источник тепла;

в) разомкнутыми – теплоноситель и его тепло полностью используется потребителем.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети системы теплоснабжения могут быть одно-, двух-, трех- и четырехтрубными. Трех-, четырех- и более трубные системы в основном используются на промышленных предприятиях.

Однотрубные системы обычно используются при разомкнутых системах теплоснабжения. Эти системы наиболее экономичны и используются в случаях, если среднечасовой расход сетевой воды (теплоносителя) совпадает с расходом воды на горячее водоснабжение (ГВС). Следует иметь ввиду, что для целей горячего водоснабжения может использоваться как сама сетевая вода (открытая система ГВС), так и вода из горводопровода, подогретая в специальных теплообменниках за счет тепла сетевой воды (закрытая система ГВС). Если расход сетевой воды превышает расход воды на горячее водоснабжение или технологию, то используются двухтрубные системы теплоснабжения. По обратному теплопроводу на источник тепла возвращается избыток сетевой воды.

В водяных системах теплоснабжения количество тепла, отпускаемого тепловому потребителю, определяется по формуле

 

(5.1)

 

где - расход сетевой воды;

- температура воды в прямой и обратной сети (магистрали).

 

Параметры теплоносителя в тепловой сети ЦТС значительно выше параметров воды в местных тепловых сетях: = 150 (до 180÷190)°С. В местных сетях в соответствие с санитарно-гигиеническими требованиями температура воды не должна превышать для системы отопления 95÷105°С, а в системе горячего водоснабжения – 75°С. В обратной магистрали (сети) температура теплоносителя равна 60°С.

Так как тепловая нагрузка многих потребителей зависит от температуры наружного воздуха, то возникает необходимость ее регулирования, которое осуществляется следующими способами:

· изменением температуры воды в прямой магистрали (сети) – качественный способ регулирования тепловой нагрузки;

· изменением расхода сетевой воды – количественный способ регулирования;

· одновременным изменением расхода и температуры сетевой воды – качественно-количественный способ регулирования.

Способ регулирования нагрузки сочетается с определенными методами регулирования в зависимости от места, где оно осуществляется. Так, качественный способ осуществляется непосредственно на источнике тепла (централизованный метод), качественно-количественный способ используется на абонентском вводе (местный метод регулирования). Наконец, у потребителя в основном осуществляется количественный способ регулирования (индивидуальный метод).

 

5.1 Источники тепла в системах централизованного теплоснабжения [4, 5]

 

Источниками тепла в системах централизованного теплоснабжения выступают районные котельные и теплоэлектроцентрали.

 

5.1.1 Районные и промышленные котельные

 

В районных котельных вырабатывается только один вид продукции – тепло, которое отпускается в виде пара или горячей воды. Выработка тепла осуществляется в котельных установках (паровых или водогрейных).


Принципиальная схема теплоснабжения от районных водогрейных котельных представлена на рисунке 17.

 

1 – водогрейный котел, 2 – насос рециркуляции, 3 и 10 – регулирующие клапаны,

4 – перемычка из обратной магистрали в прямую, 5 – трехходовой

регулирующий клапан, 6 – датчик наружной температуры воздуха,

7 – сетевой насос, 8 – химводоочистка, 9 – подпиточный насос, 11 – грязевик

 

Рисунок 17 – Принципиальная схема теплоснабжения от РК

с водогрейными котлами

 

Рециркуляция, осуществляемая с помощью насоса 2, необходима для подогрева воды на входе в котельную установку до температуры выше температуры точки росы для исключения конденсации водяных паров продуктов сгорания топлива на низкотемпературных поверхностях котла (для исключения коррозии).

Перемычка 4 предназначена для понижения температуры сетевой воды в прямой магистрали ПМ. Качественное регулирование тепловой нагрузки осуществляется с помощью регулирующего клапана 5 по показаниям датчика температуры наружного воздуха 6.

Восполнение потерь теплоносителя в тепловых сетях в результате утечек или разбора воды тепловым потребителем осуществляется водой, подготовленной в химводоочистке 8. Подпиточная вода подается с помощью насоса 9. Количество подпиточной воды регулируется с помощью клапана 10 по показаниям перепада давлений до и после сетевого насоса 7.

В схеме централизованного теплоснабжения от паровой котельной (рис.18) обычно готовятся два теплоносителя (пар и вода) и используются два вида теплосетей – паровые (ПТС) и водяные (ВТС).

Пар отпускается непосредственно из паровых котлов через паровые тепловые сети, отработавший на производстве теплоноситель в виде конденсата возвращается на районную котельную. Горячая вода на паровых котельных подогревается в сетевых подогревателях 2 и подается в водяные тепловые сети с помощью сетевых насосов 7.

 


1 – паровой котел, 2 – сетевой подогреватель, 3 – конденсатосборник,

4 – питательный насос, 5 – химводоочистка, 6 – насос подпиточный,

7 – сетевой насос, 8 – грязевик, 9 – регулирующий клапан

 

Рисунок 18 – Принципиальная схема теплоснабжения от паровой

котельной

 

Конденсат из обратной магистрали паровой теплосети и сетевого подогревателя подается в конденсатосборник 3, откуда питательным насосом 4 подается в паровой котел 1. Потери теплоносителя (конденсата) в ПТС и в сетевом подогревателе водяной теплосети восполняются подпиточной водой из химводоочистки 5.

В тепловую схему промышленных котельных, кроме паровых котлов, для покрытия пиковых тепловых нагрузок могут включаться и пиковые водогрейные котлы, устанавливаемые после сетевых подогревателей.

Для подготовки сетевой воды используются сетевые подогреватели или бойлеры (рис.19).

Хол. вода
Гр. пар
Гор. вода
Конд.гр. пара

 


1 – корпус (кожух), 2 и 6– верхняя и нижняя водяные камеры,

3 – водяная перегородка, 4 и 7 – верхняя и нижняя трубные доски,

5 – трубчатые поверхности нагрева, 8 – паровые перегородки

 

Рисунок 19 – Конструкции сетевых подогревателей (бойлеров)

 

Сетевые подогреватели представляют собой кожухотрубчатые пароводяные теплообменники. Поверхности нагрева выполняются из труб малого диаметра, размещенных внутри цилиндрического корпуса (кожуха). Трубки закрепляются между верхней (4) и нижней (7) трубными досками. Вода подается внутри труб, а пар – в межтрубное пространство. Для удлинения пути движения пара внутри корпуса установлены паровые перегородки 8. Пар отдает воде тепло, конденсируется на стенках труб, стекает вниз и удаляется из подогревателя. Вода делает два хода вдоль поверхностей нагрева, делая поворот в нижней водяной камере 7 (двухходовой теплообменник). Верхняя водяная камера 4 имеет перегородку 3, которая разделяет ее на две части.

В сетевых подогревателях используются прямые трубки, что облегчает очистку их внутренних поверхностей от отложений (сетевая вода по сравнению с питательной водой более загрязнена различными примесями).

 

Следует отметить, что сетевые подогреватели выполняются как вертикального, так и горизонтального типа. Последние обеспечивают более удобную компоновку оборудования на ТЭЦ и сокращение длины подводящих трубопроводов отбора пара.

 

5.1.2 Схемы отпуска тепла от ТЭЦ

 


Водяной пар от ТЭЦ может поступать непосредственно из противодавленческой турбины типа «Р», на выходе из которой давление и температура отработавшего пара соответствует требованиям потребителя (рис.20).

 

1 –парогенератор, 2 – редукционно-охладительная установка (РОУ),

3 – паровая турбина, 4 – электрогенератор, 5 – потребитель тепла,

6 – питательный бак, 7 насос обратного конденсата, 8 – питательный насос

 

Рисунок 20 – Тепловая схема ТЭЦ с турбинами типа «Р»

 

Свое название эти турбины получили в связи с тем, что конечное давление пара превышает атмосферное. На ТЭЦ с турбинами типа «Р» потери тепла в холодный источник отсутствуют (нет конденсатора). Роль конденсатора выполняет потребитель, который возвращает конденсат на ТЭЦ после использования физического тепла и скрытой теплоты парообразования в технологическом процессе.

Водяной пар и горячая вода также вырабатывается на ТЭЦ с турбинами типа «Т» (с отбором пара из промежуточных ступеней турбины для целей теплофикации) и типа «ПТ» (с отбором пара для промышленных целей и для теплофикации).

Отбор пара из турбины (рис.21) может использоваться не только для подогрева воды в сетевом подогревателе, но и отпускаться непосредственно для технологических нужд потребителя. Пиковый бойлер, работающий на паре из редукционно-отопительной установки (РОУ), или пиковый водогрейный котел (ПК) включаются в период, когда тепла из отбора турбины оказывается недостаточно для покрытия пиковых тепловых нагрузок (например, при низких температурах наружного воздуха).

 


1 – парогенератор, 2 – РОУ, 3 – турбина, 4 – электрогенератор, 5 – конденсатор,

6 – питательный бак, 7 и 8 – питательный и конденсатный насосы,

Сетевой насос, 10 – основной бойлер, 11 – пиковый бойлер или

  Рисунок 21 – Схема ТЭЦ с турбинами типа «Т» Использование ТЭЦ в качестве источника тепла в системе теплофикации, которая базируется на комбинированной выработке…

Рисунок 28 – Паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

 

Паровые системы теплоснабжения используются в промышленных районах и в технологическом производстве. Паровое отопление, как правило, используется в производственных помещениях.

Существуют два варианта паровых систем теплоснабжения:

- с возвратом конденсата;

- без возврата конденсата.

Вариант с возвратом конденсата представлен на рисунке 28.

В схеме «а» отопительный прибор 1 обогревается паром из прямой магистрали ПМ, который, отдавая тепло, полностью конденсируется. Для исключения проскока пара устанавливается конденсатоотводчик 2. Конденсат греющего пара собирается в конденсатосборнике 4 и конденсатным насосом 5 подается в обратную магистраль ОМ (конденсатопровод).

В схеме «б» в отопительный прибор подается горячая вода, нагретая в абонентском подогревателе 7. Циркуляция теплоносителя в местной отопительной системе обеспечивается циркуляционным насосом 9.

Для обеспечения потребителя 13 водой для горячего водоснабжения (схема «в») может использоваться вода из горводопровода 11, нагреваемая в абонентском подогревателе 10.

 

5. Преимущества и недостатки теплофикации

 

Одновременная выработка электроэнергии и тепла на ТЭЦ лежит в основе теплофикации [9], под которой понимается централизованное теплоснабжение внешнего потребителя на базе комбинированной выработки электроэнергии и тепла на ТЭЦ. Альтернативным решением централизованного обеспечения потребителя теплом является теплоснабжение потребителей от крупных районных (местных) котельных (РК), которые вырабатывают тепло в виде пара и горячей воды требуемых параметров. В этом случае потребность потребителя в электроэнергии покрывается от КЭС.

Для сравнения двух систем централизованного теплоснабжения необходимо выполнить условия сопоставимости, как по видам отпускаемой энергии, так и по используемым параметрам теплоносителей. В связи с этим ТЭЦ сопоставляется с раздельной установкой, включающей в себя КЭС и РК (рис. 29).

Для корректности сопоставления вариантов на ТЭЦ и РУ принимаются одинаковыми и , начальные и конечные параметры рабочего тела и .

 

ПГвд
ПТ
ЭГ
К
НК
Е
НПвд
 
 
 
ПГнд
ОНК
НПнд
 
ТП
n
O
K
n'
K'
 
 

 


 

 

Рисунок 29 – Схема раздельной установки

 

Преимущества ТЭЦ, как основы теплофикации, заключаются в следующем.

Физически экономия тепла на ТЭЦ по сравнению с раздельной установкой объясняется уменьшением пропуска пара через конденсатор при одинаковой электрической мощности из-за отбора пара из промежуточных ступеней турбины для целей теплофикации. Экономия тепла ведет к экономии топлива, которая тем больше, чем больше тепловая мощность парогенератора на ТЭЦ. Увеличение единичной мощности парогенератора предполагает возможность перехода на более высокие параметры свежего пара, определяющие более высокий к.п.д. агрегата.

Помимо экономии тепла и топлива к технико-экономическим преимуществам теплофикации относятся (по сравнению с раздельной установкой):

а) меньшие удельные капитальные вложения более мощных установок на ТЭЦ;

б) уменьшение расходов на заработную плату персонала, так как на ТЭЦ можно использовать меньше агрегатов большой единичной мощности и, как следствие меньшую численность персонала;

в) уменьшение затрат на ремонт из-за уменьшения числа крупных агрегатов (меньше вероятность выхода из строя).

Кроме того, к преимуществам теплофикации следует отнести факторы, которые трудно оценить в тенге.

Прежде всего, это относится к усилению защиты окружающей среды за счет применения более эффективных систем очистки и строительства высоких дымовых труб. На РК стоимость основных агрегатов ограниченной единичной мощности может быть меньше стоимости очистных сооружений, и их установка может привести к резкому удорожанию вырабатываемой продукции. На ТЭЦ стоимость дорогостоящих систем экологизации производства становится меньше стоимости крупных агрегатов, и это позволяет реализовывать природоохранные мероприятия.

Немаловажным фактором, который также невозможно оценить в денежном выражении, является улучшение застройки жилых поселков. Если число мелких РК будет большим (вместо одной мощной ТЭЦ), то архитектурные и планировочные решения застройки района ухудшаются, так как котельные, работающие на твердом топливе, обязательно имеют топливные склады, системы разгрузки топлива и золошлакоотвалы. Плохо вписываются в городскую архитектуру и архитектурные решения промышленных объектов.

К недостаткам теплофикации (по сравнению с КЭС) относятся:

а) дополнительные расходы на ТЭЦ на сооружение установок теплоснабжения, наличие потерь тепла в тепловых сетях, увеличение расходов электроэнергии на собственные нужды;

б) ограничение единичной мощности установок из-за малой величины тепловой нагрузки потребителя (малый радиус передачи тепла).

В последние годы в качестве альтернативы централизованному теплоснабжению от РК или ТЭЦ выступают индивидуальные системы теплоснабжения (новая разновидность раздельной установки).

Индивидуальные системы теплоснабжения (ИСТС) имеют право на существование наравне с другими системами, так как обладают рядом достоинств:

а) малые (короткие) тепловые сети, уменьшение потерь рабочего тела, уменьшение потерь тепла;

б) возможность повышения к.п.д. теплогенераторов (малых котлов) за счет использования высшей теплоты сгорания топлива .

Последнее объясняется следующим образом. Как известно, в существующих парогенераторах отходящие газы имеют температуру выше 100˚С для исключения коррозии металла низкотемпературных поверхностей нагрева. Поэтому водяные пары отходящих газов в хвостовых поверхностях нагрева парогенератора не конденсируются, и их скрытая теплота парообразования не усваивается поверхностями нагрева. Использование в теплогенераторах низкотемпературных поверхностей нагрева с антикоррозионным покрытием позволяет охлаждать отходящие газы до температур менее 100°С.

Вместе с тем, имеются ограничения по использованию ИСТС:

а) экологическое загрязнение окружающей среды (низкий выброс продуктов сгорания топлива, так как экономически нецелесообразно строительство высоких дымовых труб);

б) ограниченные возможности топливоснабжения (невозможно всю систему теплоснабжения перевести на солярное жидкое топливо);

в) высокие первоначальные капитальные затраты.

 

 

Список литературы

 

1. Дукенбаев К.Д., Нурекен Е. Энергетика Казахстана (технический аспект). – Алматы, 2001

2. Б.С.Белосельский Технология топлива и энергетических масел. – М.: Издательство МЭИ, 2005

3. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник (под редакцией В.А.Григорьева, В.М.Зорина). –М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник (под редакцией А.В.Клименко, В.М.Зорина). – М.:Издательство МЭИ, 2004 (Теплоэнергетика и теплотехника; кн. 4)

5. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник (под редакцией А.В.Клименко, В.М.Зорина). –М.: Издательство МЭИ, 2003 (Теплоэнергетика и теплотехника; кн.3)

6. Сериков Э.А. Теоретические основы теплоэнергетики. Конспект лекций. –Алматы: АИЭС, 2002

7. Сериков Э.А. Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном технологическом производстве. –Алматы: Эверо, 2007

8. Семененко Н.А. Организация теплоиспользования и энерготехнологическое комбинирование в промышленной огнетехнике. – М.: «Энергия», 1976.

9. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Энергия, 2001

10. Б.В.Сазанов, В.И.Ситас Теплоэнергетические системы промышленных предприятий: -М.:Энергоатомиздат, 1990.

11. Назмеев И.А., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий. – М.: Издательство МЭИ, 2002.

 

 

– Конец работы –

Используемые теги: Конспект, лекций, дисциплине, основы, теплоснабжения0.177

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Конспект лекций по дисциплине Основы теплоснабжения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Конспект лекций по дисциплине Экономика недвижимости: конспект лекций
Государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Уральский государственный экономический университет...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Основы электрохимии
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования...

Дисциплина Эстетико-философские учения Древнего мира и Средних веков наименование дисциплины в соответствии с ФГОС ВПО и учебным планом КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Федеральное государственное образовательное учреждение... Высшего профессионального образования... Сибирский федеральный университет...

История мировых религий: конспект лекций История мировых религий. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Религия как феномен культуры Классификация религий
История мировых религий конспект лекций... С Ф Панкин...

Конспект лекций по дисциплине «Основы менеджмента». Разработка месторождений полезных ископаемых
Государственное высшее учебное заведение... ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ... Факультет экономики...

Конспект лекций по дисциплине устройство и Основы расчёта систем внутреннего оборудования грузовых вагонов
Конспект лекций... по дисциплине устройство и Основы расч та систем внутреннего оборудования грузовых вагонов...

Психодиагностика. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Истоки психодиагностики Психодиагностика: конспект лекций
Психодиагностика конспект лекций... А С Лучинин...

Конспект лекций по дисциплине Основы проектирования электронных ГОСТ 2
Конспект лекций... по дисциплине Основы проектирования электронных... систем для студентов специальности ускоренной формы обучения г м...

По дисциплине Теория организации Краткий конспект лекций по дисциплине
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Челябинский государственный университет...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ... Паэранд Ю Э...

0.338
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам