Шпаргалка по "Теплотехнике"

 Напряжения в  трубопроводах подразделяются на  следующие: 

1.  напряжение  растяжения  под  действием   внутреннего  давления  в   двух 

плоскостях σ1 –  торцевой плоскости, нормальной к оси  трубы, мПа: Обычно [σ1] = 20 мПа.

Здесь: Р – давление внутри трубы, мПа; dв – внутренний диаметр трубы, м; Δ − толщина  стенки трубы, м. σ2 – в продольной плоскости, мПа, проходящей через ось  трубы: Результирующее  напряжение,  мПа,  под  действием  внутреннего давления: 2.  напряжение изгиба: σ3 – под действием собственной силы тяжести трубопровода, теплоносителя и тепловой изоляции, мПа:

Здесь: l∗ − расстояние, м, между скользящими (подвижными) опорами. где  dн , dв  −  внутренний  и  наружный  диаметры  трубы,  м.  Обычно [σ3] ≅ 35 мПа.  σ4 – под действием термической деформации  в гнутых  П-образных компенсаторах и на участках естественной компенсации, мПа, Здесь:  Δх – удлинение  участка  трубы  между  неподвижными  опорами  при нагревании участка длиной L, м, на Δt, °С; hк − длина вылета П-образного компенсатора, м; dв – внутренний диаметр трубы, м. Обычно [σ4] ≅ 90 мПа. Суммарное напряжение, мПа, от изгиба трубопровода: 3.  напряжение  от  кручения  τ,  мПа,  под действием термической деформации. Возникает только в пространственных трубопроводах. В плоскостных трубопроводах τ = 0. Здесь:  W – экваториальный  момент  инерции  сечения  трубы,  м3;  Мкр – крутящий момент, Н⋅м.

  При  одновременном   действии  всех  видов  напряжений  суммарное напряжение рассчитывается  так σс должно быть меньше или равно допустимому [σ] для углеродистой стали. [σ] ≅ 170 мПа

 Задачей расчета  гидравлического режима открытых  водяных тепловых сетей является  определение  пределов  изменения  давления сетевых насосов при  изменении расхода воды на  горячее водоснабжение от минимального  до максимального  значений,  которые  обеспечат  постоянный  расход  сетевой воды в отопительные  приборы теплопотребителей. Пределы   изменения  давления  сетевых   насосов  определяют  из уравнения 

которое показывает отношение давления сетевых насосов  при включенном водоразборе  на  горячее  водоснабжение  и  расходе  воды  в  отопительные приборы  к давлению сетевых насосов при  выключенном водоразборе, когда  вода от насоса поступает только в  отопительные приборы. Здесь:  n = Gгвс/GОР  –  отношение  расхода  воды  на  горячее  водоснабжение  и  расчетного на отопление;

 – доля воды  на горячее водоснабжение из  прямой сети от общего расхода;  – относительные сопротивления прямой,  обратной  труб  и элеватора, причем Sп + SO + SЭ =1. Меняя пределы β и n от 0 до 1, определяют  пределы изменения давления сетевых насосов, которые используют при выборе насосов.

 Тепловая  сеть,  питаемая  от  двух  источников  теплоснабжения,

представлена на рис. 8.3. Исходные данные для расчета:

расходы воды через  абонентов: v1, v2, v3, м3 / с; сопротивления  магистральных участков: SI, SII, SIII и SIV, м⋅с2 / м6; напоры,  создаваемые  сетевыми  насосами  в  котельной  слева  ΔНА  и  справа ΔНВ, м. вод. ст. Требуется  найти  расходы  воды  в  магистральных  участках  тепловой сети: VI, VII, VIII, VIV, м3 / с. Назначим  точку  водораздела – К  и направления  потоков стрелками. Для узла «a» напишем первое уравнение Кирхгофа: Зададим произвольно в первом  приближении расход  VI,  м3 / с,  с последующим уточнением. Тогда расход VII = VI - v1. Напишем располагаемый перепад давлений  в точке К в положительном потоке воды (слева от точки К):

Для узла «в» напишем  первое уравнение Кирхгофа: VIV - v3 - VIII = 0   Зададим  произвольно  в  первом  приближении  VIV,  м3 / с,  с последующим уточнением. Тогда  расход VIII = VIV - v3. Напишем располагаемый  перепад давлений в точке К  в отрицательном потоке воды (справа от точки К).

СНА, СНВ − сетевые  насосы на двух источниках; ΔНi – располагаемые  напоры,  м. вод. ст.;  VI,  VII,  VIII,  VIV – расходы  воды  на  магистральных  участках I, II, III и IV, соответственно, м3/с; V1, V2, V3, V4 – расходы воды к теплопотребителям, м3 / с  Навязка располагаемых перепадов  давления в точке К слева и  справа:

Если  величина  навязки  нас  не  устраивает,  то  находим  увязочный 

расход Здесь: z – число  магистральных  участков;  Si – сопротивление i-го

магистрального  участка; Vi – расход  воды  на  этом  же  магистральном участке, м3 / с. Если ΔΗк+  (слева от точки  К) получается больше, чем ΔΗк−  (справа от точки  К),  значит  левые  участки  недогружены.  Если  наоборот,  то недогружены  участки  справа  от  точки  К.  К  недогруженным  участкам прибавляем увязочный расход ΔV, на перегруженных участках –  отнимаем. Новые расходы на магистральных  участках:  

Второе приближение  Располагаемый перепад давлений в точке К в положительном  потоке

(слева от точки  К):

Располагаемый  перепад  давлений  в  точке  К  в  отрицательном  потоке (справа от точки К):

Невязка  располагаемых  перепадов  давлений  в  точке  К  во  втором приближении: Увязочный расход во втором приближении: Новые расходы на магистральных участках во втором приближении: Возможно  будет и третье  приближение,  до  тех пор пока  ΔΗкi  станет равной  нами  заданной  величине.  Выписываем  расходы на  магистральных участках. Теперь можно найти их диаметры и построить пьезометрический график

ТЕПЛОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ (ЦТП) 

И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ (ИТП)

 Между  источником  теплоснабжения  и  теплопотребителем 

размещаются ЦТП  или ИТП. ЦТП сооружаются во дворах на целый квартал 

теплопотребителей,  ИТП  только  на  отдельного  теплопотребителя  и,  как 

правило,  в  подвальном  помещении.  Назначение  ЦТП  и  ИТП – экономить 

затраты электроэнергии на привод сетевого насоса и капитальные  затраты на

металл и тепловую изоляцию тепловых сетей. Действительно,  для  передачи  одной  и  той  же  мощности,  кВт,  от

источника  до  абонента  Q  водой  при  разности  температур  в  прямой  и 

обратной  трубах  τ′1 - τ′2 = 150 - 70 = 80°С  и τ′1 - τ′2 = 90 - 70 = 20°С  расход

сетевой воды G = Q/(τ′1 - τ′2)⋅4,19 будет отличаться в четыре раза. Мощность

привода будет меньше в четыре раза и затраты электрической  энергии будут 

меньше во столько  же раз. Диаметр труб будет меньше в корень квадратный

из отношения расходов, т. е. в два раза.

 Обязательным  элементом ЦТП является смесительный  насос, который 

подмешивает  обратную  воду  после  отопительных  установок  абонентов  с 

температурой τ2 к  прямой воде с температурой τ1 и делает температуру воды на  выходе  из  ЦТП – τ3.  Она  же  поступает  в  отопительные  приборы.

Температура τ3 в  предельном случае, когда температура  наружного воздуха 

равна  расчетной  – t′н,  не  должна  превышать 90°С (согласно  санитарным

нормам).  Имеются  две  ступени  подогрева  холодной  водопроводной  воды,

которая используется для целей горячего водоснабжения. Для поддержания 

температуры tгвс = 55°С имеется регулятор температуры  – 18. Для  удаления  из  горячей  воды  растворенных  газов (О2, N2,  СО2) используется  вакуумный  деаэратор  – 4, эжектор – 5, циркуляционный насос  – 6 и бак-газоотделитель – 7. Баки-аккумуляторы – 9 предназначены для  сглаживания  неравномерности  графика  водоразбора  на  горячее водоснабжение. Клапан – 15 регулирует расход воды в системы  отопления. Насос  рециркуляции – 10 поддерживает  постоянную  температуру  воды  у кранов  горячей  воды  абонентов.  Имеются  грязевики  – 11 для  улавливания 

посторонних предметов, попавших в трубы во время ремонта  или монтажа. Термометрами – 19 фиксируют  температуру,  манометрами – 20 замеряют

избыточное  давление  в  прямом  и  обратном  трубопроводах.  Для  учета 

тепловой энергии  на квартал установлен теплосчетчик – 14 и расходомер на

горячую  воду – 12. Вода  на  гвс  из  сети  не  отбирается.  В  зависимости  от отношения  Qгmвсax /Qоm,вax  предусматриваются  разные  схемы  включения подогревателей горячей воды – 1 и 2. Если это отношение  меньше или равно 0,6,  то  применяют  двухступенчатую  последовательную  схему  включения теплообменников  с отопительными приборами. Если 0,6<Qгmвсax /Qоm,вax< 1,2, то

применяют  двухступенчатую  смешанную  схему  включения,  когда  первая   ступень включается последовательно с отопительными  приборами, а вторая

–  параллельно.  Когда  упомянутое  соотношение  больше  или  равно 1,2, то

используется  одна  вторая  ступень,  которая  включается  параллельно  с 

отопительными приборами  абонентов. Схема индивидуального  теплового пункта (ИТП) отличается от схемы ЦТП только заменой смесительного  насоса – 3 на элеватор. Элеватор –  это струйный  смесительный  насос,  имеющий постоянный  коэффициент  смешения  при  переменных  гидравлических  режимах Элеваторы выбираются  по  номограмме  с  использованием  двух  параметров – 

сопротивления  отопительной  системы  и  коэффициента  инжекции. Упомянутые  два  параметра  определяют  номер  элеватора  и  диаметр  сопла [13]. ЦТП для цехов промпредприятий  сооружаются отдельно, т. к. в них  отопительный сезон начинается позже  из-за внутренних тепловыделений.

 В открытых  системах теплоснабжения вода  на горячее водоснабжение отбирается  непосредственно  из  трубопровода  обратной  воды,  прямой  или  смешанной. Схема ЦТП представлена  на рис. 9.2. Предусмотрена установка  смесительного насоса – 1, благодаря  ему происходит подмес обратной  воды из  отопительных  систем  абонентов  с  температурой  τ2  к  прямой  воде  с температурой  τ1.  Смешанная  вода  с   температурой  τ3  поступает   в отопительные  установки   абонентов.  Имеется  регулятор   расхода  воды  в отопительные  приборы – 5. Регулятор – 6 поддерживает  температуру горячей воды –  55°С. Для  регистрации  тепловой  энергии  имеются  теплосчетчик  – 9 и расходомер воды на  горячее водоснабжение – 2. Установлены  грязевики – 3, манометры –  8 и термометры – 7 для задерживания  посторонних предметов, замера  давления  и  температуры.  Регулятор  – 5 поддерживает  постоянный  расход воды на отопление. 

Элеваторное устрoйство.

1 – сопло; 2 – камера  смешения; 3 – диффузор; τ1, τ2, τ3 –  температуры прямой, обратной и  смешанной воды.   Между   ЦТП (ИТП)  и  абонентами  находятся  внутриквартальные  (распределительные)  водяные   тепловые  сети.  В  закрытых  системах теплоснабжения их, как  правило, четыре – прямая и  обратная для отопления, прямая  горячего  водоснабжения  и   линия  рециркуляции  горячей   воды. Обычно  внутриквартальные   тепловые  сети  прокладывают  под  землей канально или  бесканально.

 Топливоподача   к  котлам,  работающим  на  твердом  топливеОна состоит  из тепляка – 1 для размораживания 

топлива в зимний период и выгрузки угля из железнодорожных  вагонов – 2 в 

бункер − 3. Далее  топливо поступает через узел пересыпки – 4 на ленточный 

транспортер – 5. Для  улавливания  металлических  предметов  установлен

металлоуловитель  – 6. Затем  топливо  поступает  в  дробилку – 7 и  по

ленточному транспортеру поступает на заполнение топливных  бункеров – 8.

Оборудование  топливоподачи  рассчитывается  на  максимальный  расход

топлива  на  все  работающие  котлы.  Рядом  с  котельной  размещается 

расходный  склад.  На  расстоянии  пяти  километров  организуется  резервный 

склад топлива. При  работе  котельной  на  газообразном  топливе  устанавливается 

газораспределительный  узел (ГРУ) (рис. 14.2). В  котельную  приходит

природный  газ  из  газораздаточной  станции  с  давлением 0,6 МПа.

Назначение ГРУ  – понизить давление до 0,05 МПа и  поддерживать его на

постоянном  уровне.  ГРУ  включает  в  себя  продувочные  свечи – 1, манометры – 2 для регистрации  давления газа до и после ГРУ, фильтры  – 3 для  улаливания  пыли,  регулятор  давления – 4, назначение  которого – понижать  давление  и  поддерживать  на  постоянном  уровне  за  ГРУ, предохранительный  клапан – 5 для  сброса  избыточного  давления  и  свечи 

безопасности – 6.  

Рис. 14.1. Схема топливоподачи.

1 – тепляк; 2 –  железнодорожный  вагон; 3 – бункер; 4 – узел пересыпки; 5 – ленточный  транспортер; 6 – металлоуловитель; 7 – дробилка; 8 – бункер котельного  агрегата; 9 – котлы со слоевым  сжиганием топлива. Золошлакоудаление.  При сжигании твердого топлива  образуются зола 

и шлак в количестве Вmax⋅А / 100 (А – зольность топлива, %). Для удаления

золы и шлака  предусматривается устройство, показанное на рис. 14.4. Такие 

устройства  создают  для  котлов  со  слоевым  сжиганием  топлива.  В  канал,

заполненный  водой  – 5 погружается  гидрозатвор – 9, через  который  из

котла – 1 поступают  зола и шлак. Гидрозатвор предназначен для устранения

присоса воздуха  в топку котла. Далее скребком – 6 зола и шлак переносятся 

в бункер-накопитель – 8, откуда автотранспортом перевозится  на золоотвал.

Скребок – 6 передвигается  при помощи цепной передачи. Для  котлов  с  пылеугольным  сжиганием  топлива  и  жидким шлакоудалением применяется схема гидрозолошлакоудаления схема  предусматривает  установку  канала – 2 с  наклонной  плоскостью, заполненного водой, гидрозатвора – 12, через который удаляется шлак при помощи  смывных  сопел  – 10. Для  улавливания металлических  предметов установлен металлоуловитель – 8. Шлак дробится в дробилке – 5 и  вместе с водой поступает в  багерные насосы – 6, откуда поступает  на золоотвал – 7. Насосом – 3 вода  возвращается  в  накопительный  бак – 9, откуда  насосом смывной  воды – 4 подается в смывные сопла  – 10.

 Замена большого  числа мелких местных котельных  на один крупный 

источник  тепловой  энергии,  снабжающий  многочисленных теплопотребителей, называется централизацией теплоснабжения. Энергетическая  эффективность  от  централизации  теплоснабжения оценивается абсолютной экономией  топлива, кг / год:

Здесь:  Nгод –  годовой  отпуск  теплоты  теплопотребителям,  гДж / год,  на

отопление,  вентиляцию  и  горячее  водоснабжение;  Qрн  –    теплота  сгорания

натурального топлива, кДж / кг(кДж / м3); ηмк – кпд местной  котельной, %;

ηрк – кпд районной котельной, %.

Здесь  ηк = Qо +Qв +(Qгвс +Qп /BQрн  – )отношение  полезной  мощности  к 

затраченной. Согласно [17] с возрастанием мощности котлов кпд их тоже растет.

  Так,  для   водогрейных  котлов  КВГМ-4  кпд  при  работе  на  природном 

газе – 90,5 %, на мазуте – 86,3 %, а для котла КВГМ-100 при  работе на газе –

92,7 %, на мазуте  – 91,3 %; кпд местной котельной  при работе на твердом 

топливе  0,5 - 0,55,  районной  котельной 0,75 - 0,8, при  работе  на  газе  или 

мазуте 0,6 - 0,7 и 0,8 - 0,85, соответственно.

  Следовательно,  экономия топлива получается  за счет более высокого 

кпд крупных котельных  с более мощными котлами. Вводится  понятие  удельная  экономия  условного  топлива  от

централизации, кг⋅у. т / ГДж.

Удельная экономия от централизации при сжигании твердого топлива 

достигает 33 % от  расхода  топлива  в  местных  котельных.  Введем  понятие 

«удельный расход топлива», кг / ГДж: На  крупных  котельных  экономически  оправдано  применение

дорогостоящей  автоматики  и  системы  очистки  дымовых  газов  от  вредных выбросов в  атмосферу.

 Такие  котельные   строят  в  том  случае,  если  общая  мощность, отпускаемая  абонентам с промышленным паром  и горячей водой, идущей на  отопление, вентиляцию и г.  в. с., больше 50 мВт. Методика пригодна  как для вновь создаваемых,  так и расширяемых котельных.  Исходные данные для расчета 

1.  Расход промышленного  пара, Dп, кг / с. 

2.  Давление и  температура, Рп, tп, на выходе  котельной, МПа, °С. 3.  Доля возврата  конденсата, β = 0 - 1.

4.  Максимальные  тепловые  мощности  Qom,вax  и   среднесуточная  на  г. в. с. ,кВт. 

5.  Мощность тепловых  потерь в водяных сетях, Qтп, кВт. 6.  Расчетный расход сетевой  воды на выходе из источника, Gр, кг / с. 7.  Подпитка теплосети, Gпод.в, кг / с. 

8.  Температуры  сетевой воды в отопительных  системах абонентов  τ′1 / τ′2 

при расчетной наружной температуре, °С.

9.  Система теплоснабжения  – закрытая, двухтрубная. Цель  расчета – определить  паропроизводительность  паровой  части 

котельной,  тепловую  мощность  водогрейной  части  котельной,  расходы 

теплоносителей (воды  и  пара)  в  различных  точках  схемы  котельной,

тепловую мощность подогревателей. На основе расчетных  данных выбрать 

основное  и  вспомогательное  оборудование.  К  основному  оборудованию

относятся водогрейные  и паровые котлы, к вспомогательному – деаэраторы   99

питательные и подпиточные, теплообменники, насосы, дымовые трубы  и т. д. Паропроизводительность котельной  авна, кг / с, Dк = Dп + Dсн - GРОУ1 - GРОУ2.

Здесь  Dп –  расход  пара  на  производство,  кг / с;  Dсн – расход  пара  на собственные  нужды  котельной (деаэраторы подпиточной  и  питательной 

воды,  подогреватели  сырой  и  химочищенной  воды,  на  мазутное

хозяйство), кг / с. В  отличие от паровой котельной  расход пара на сетевые подогреватели  не  рассчитывается,  т. к.  они  отсутствуют.  Dсп = 0.  Энтальпии  iп′′ ,  iк′  и iд′′  определяются  не  по  давлению  в сетевых подогревателях,  а в деаэраторах 0,12 мПа.Далее используется методика расчета схемы паровой котельной.  Определяется расход воды через водогрейные котлы, кг / с, Gк = Gр + Gрmеiцn . Здесь Gр – расчетный расход воды в тепловой сети на выходе из котельной, кг / с; Gрmеiцn – минимальный расход воды через насосы рециркуляции, кг / с.  Далее используется методика расчета схемы водогрейной котельной, с

той  лишь  разницей,  что  расходы  воды  на  вакуумный  деаэратор, подогреватели  водопроводной  и  химически  очищенной  воды,  охладители деаэрированной воды не рассчитываются, т. к. перечисленное оборудование в  данной схеме отсутствует.

 Расчетный   среднесуточный  расход  воды  на  хозяйственно-питьевые 

нужды районом, м3 / сут Здесь: Ni – число жителей в районе, чел.; qiср − среднесуточная норма расхода холодной воды на  одного жителя района,  л / (сут.⋅чел.); m –число групп однотипных потребителей холодной воды. Вводятся понятия:  1.  коэффициенты суточной неравномерности водоразбора:

Суточный расход максимальный и минимальный холодной воды, м3 / сут:

2.  коэффициенты  часовой неравномерности потребления  холодной воды на хозяйственно-бытовые  нужды района:

Тогда  часовой  расход  холодной  воды,  м3 / ч,  максимальный  и минимальный 

Промышленные  потребители  холодной  воды  на  хозяйственно-бытовые  и технические цели. Промышленные  предприятия  потребляют  холодную  водопроводную воду на хозяйственно-бытовые  цели – это душевые в цехах, в столовых для приготовления  пищи,  питье  рабочих  в  цехах,  на  технические  цели – это  охлаждающая  вода  в  подшипниках  вращающихся  механизмов,  в конденсаторах  паровых  турбин  и  электрогенераторах,  металлургических печах и т. д. Так, на производствах, связанных с загрязнением тел или требующих особого  санитарного  режима,  должен  быть  учтен  расход  холодной  воды  в душевых  из  расчета 500 л / ч  на  одну  душевую  сетку  в  течение 45 минут после окончания  смены.  Количество  душевых  сеток  на  одного  рабочего  определяется условиями труда на рабочем месте. Для  цехов  с  производственными  процессами,  не  вызывающими 

загрязнение одежды и рук, положено Р = 1 сетка на 15 рабочих.  То же, но вызывающее указанные загрязнения  Р = 1 сетка на 7 рабочих. Для  цехов  с  применением  воды  и  выделением  значительного количества пыли Р = 1 сетка на 5 рабочих. В  водоочистных  сооружениях  речная  вода  доводится  до  питьевого качества следующими мероприятиями: 1.  осветление  воды.  Производится  отстаиванием  в  отстойниках.  Для ускорения процесса применяют коагулянты; 2.  обесцвечивание воды – удаление из воды окрашенных коллоидов. Для этого применяют  окислители (хлорка, озонирование). 3.  обезжелезивание воды. Достигается  продуванием через воду воздуха;

4.  фторирование  питьевой  воды – внесение  в  воду  соединений  фтора. 

Делается это для  предотвращения кариеса зубов; 5.  обеззараживание  воды – удаление  из  воды  бактерий  и  вирусов.

Достигается это  хлорированием, озонированием или  облучением воды

ультрафиолетовыми лучами.