График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

 

Вид контроля	Цель и содержание задания	Рекомен- дуемая литература	Продолжи- тельность выполнения	Форма контроля	Срок сдачи
лабораторная работа №1	Ознакомление с устройством и методами работы на установке ИТ-λ-400, исследование температурной зависимости истинной удельной теплопроводности твердых материалов.	[1,3,8]	6 часа	Текущий	4-я неделя
лабораторная работа №2	Изучить устройство и принцип работы пружинного манометра – датчика давления.	Весь перечень основной и допол. литературы	8 часа	Рубеж- ный	7-ая неделя
Тестовый (письменный) опрос	Ответить на тестовые вопросы по темам 1-3	[1,3,8]	1 час	Текущий	7-ая неделя
лабораторная работа №3	Определение удельной теплоты парообразования и средней удельной теплоёмкости воды, исследование процесса кипения.	Весь перечень основной и допол. литературы	8 часа	Текущий	10-ая неделя
лабораторная работа №4	Определение погрешности показаний термопар	Весь перечень основной и допол. литературы	8 часа	Рубеж- ный	14- ая неделя
Тестовый (письменный) опрос	Ответить на тестовые вопросыы по темам 5-8	[1,3,4]	1 час	Текущий	14-ая неделя
Экзамен	Проверка усвоения материала дисциплины	Весь перечень основной и дополнительной литературы	2 контактных часов	Итоговый	В период сессии

Конспект лекций

 

Тема 1 Значение и задачи курса. Общие сведения об энергетических установках. Виды тепловых нагрузок. Сезонные тепловые нагрузки. Круглогодовые тепловые нагрузки. Годовые графики тепловых нагрузок.

План лекции

1 Значение и задачи курса.

2 Основные виды и принципиальные схемы централизованного

теплоснабжения.

3 Классификация теплообменных аппаратов.

4 Теплоносители.

Энергетика является ведущей отраслью современного индустриально развитого народного хозяйства страны. Понятием энергетики охватывается широкий круг установок для производства, транспорта и использования электрической и тепловой энергии, энергии сжатых газов и других энергоносителей.

Основным направлением в развитии энергетики является централизация энергоснабжения промышленности, сельского хозяйства, городов и населенных пунктов. Это направление позволяет наиболее успешно решать важнейшие народнохозяйственные задачи по повышению производительности труда за счет роста энерговооруженности и укреплению технико-экономического потенциала страны путем рационального использования энергетических ресурсов. В числе энергоносителей особо важное место занимает электроэнергия в силу универсальности ее применения в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту, а также возможности транспортировать на многие сотни и тысячи километров при минимальных потерях.

Основное потребление тепловой энергии в городском хозяйстве приходится на промышленность около 70%).

К наиболее теплопотребляющим относится химическая и нефтехимическая, машиностроительная и металлообрабатывающая, топливная и пищевая отрасли промышленности.

На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Современные промышленные предприятия требуют на ведение технологических процессов большое количество тепловой энергии, в ряде случаев значительно превосходящее другие потребности. Так, доля расходов тепла на технологические процессы в общем годовом расходе составляет: для нефтеперерабатывающей промышленности – 90-97%, текстильной (производства шерсти и трикотажа) – 80-90%, резиновой, кожевенно-обувной –70-80%, текстильной (хлопчатобумажной) – 70-78%, пищевой – 68-78%, основной химии-70-75%, электротехнической-50-60%.

В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. Удельный вес горячего водоснабжения составляет в среднем 20%, достигая в южных районах страны 30-40%. Удельный вес тепловой энергии на вентиляцию на настоящее время незначителен – около 5%, однако имеет тенденцию к увеличению в связи со значительным расширением строительства общественных зданий различного назначения.

В систему теплоснабжения входят теплоприготовительные установки, трубопроводы, насосы, теплопотребляющие приборы и оборудование, регулирующая, сигнализирующая и регистрирующая аппаратура, устройства автоматики. Работа всех этих элементов основана на ряде тесно сплетающихся явлений и законов физики, химии, механики, гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, связанных с конструированием, расчетом, монтажом и эксплуатацией устройства для производства и передачи тепловой энергии к потребителям, а также рациональным ее использованием, и составляет содержание учебной дисциплины «Теплоснабжение».

Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого(до 105⁰С) и среднего (до 350⁰С) потенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников.

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК по сравнению с местным печным и центральным отоплением от домовых котельных позволяет резко сократить расход топлива, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Различают два способа выработки электрической и тепловой энергии (рисунок 1.1): комбинированный на ТЭЦ и раздельный на конденсационной электрической станции (КЭС) и в котельной.

 

Рисунок 1.1 - Принципиальный схемы раздельного и комбинированного процессов выработки тепла и электроэнергии.

Раздельный процесс: а - конденсационная электрическая станция (КЭС); б – районная котельная (РК); в – комбинированный процесс (ТЭЦ); 1 – котел; 2 - турбина; 3- генератор; 4 - конденсатор; 5 - конденсаторный насос; 6 -регенеративный подогреватель; 7 - питательный насос; 8- подогре-ватель сетевой воды; 9 – сетевой насос; ∆ - потеря тепла, %; □ – полезно использованное тепло, %.

 

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, совместной выработке тепловой и электрической энергии называется теплофикацией. Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснабжения.

При комбинированном способе энтальпия пара используется вначале для выработки электрической энергии, а затем тепловая энергия частично отработавшего пара используется для централизованного теплоснабжения.

Сопоставление ориентировочных тепловых балансов при раздельной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии показывает, что общая доля полезного использования тепла при раздельной выработке примерно вдвое меньше, чем на ТЭЦ.

Термодинамические преимущества теплофикации наглядно видны из сравнения циклов Ренкина в координатах Т-S для обоих процессов (рисунок 1.2).

В конденсационных турбинах с целью увеличения выработки электрической энергии пар срабатывает до более глубокого вакуума, чем в теплофикационных турбинах. Поэтому электрическая энергия, вырабатываемая за цикл в конденсационной турбине, превосходит выработку электроэнергии, производимую в теплофикационной турбине.

 

Рисунок 1.2 - Цикл Ренкина в Т-S диаграмме: а – конденсационный цикл; б – теплофикационный цикл; I – тепло, эквивалентное произведенной механической энергии; II – тепло, отданное конденсирующимся паром в конденсаторе; III – тепло, полезно используемое в теплофикационном подогревателе.

В конденсационном цикле тепло, выделяющееся при конденсации отработавшего пара, количественно равное площади I I, передается в конденсаторе охлаждающей воде и из-за низкой ее температуры (25-30⁰С) не может быть использовано для целей теплоснабжения. Из теплофикационной турбины частично отработавший пар с более высоким давлением подается технологическому потребителю или поступает в теплофикационные подогреватели на нагрев сетевой воды, т.е. его тепло используется полезно.

Термический коэффициент полезного действия КПД идеального конденсационного цикла, равный отношению полезной работы к затраченному теплу, составляет:

η = F₁/ F₁+ F₁₁«1, (1.1)

в то время как в идеальном теплофикационном цикле он равен:

η = F₁+ F₁₁₁/ F₁+ F₁₁₁=1, (1.2)

В реальных условиях с учетом дополнительных потерь КПД КЭС не превышает 35-40%, а КПД ТЭЦ – 80%.

При комбинированном способе удельный расход топлива на выработку электрической энергии получается значительно меньше, чем при раздельном. Только в 1975 г. годовая экономия топливо от применения теплофикации составила около 35 млн. т условного топлива, а экономия затрат – свыше 600 млн. руб. В этом и состоит несомненное преимущество теплофикации.

Теплообменными аппаратами (теплообмен­никами) называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями.

 

Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 2003

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 2005г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 2004 г.

 

Контрольные задания для СРС [1,2]

1 Принципиальные схемы централизованного теплоснабжения

2Теплообменные аппараты и их классификация

3 Теплоносители классификация и предъявляемые к ним требования

 

Тема 2. Системы теплоснабжения. Виды систем теплоснабжения. Водяные системы теплоснабжения. Паровые системы теплоснабжения. Преимущества и недостатки систем теплоснабжения. Схемы тепловых сетей.

План лекции

1 Классификация систем теплоснабжения

2 Преимущества и недостатки систем теплоснабжения

3 Схемы тепловых сетей

 

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использыванию теплоты.

Снаюжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические процессы и водоснабжение зданий) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использывания теплового потенциала теплоносителя. В соответствии с этим каждая система теплоснабжения состоит из трех звеньев: источника теплоты, трубопроводов и систем теплопотребления с нагревательными приборами.

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: по мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуется дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объеденены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Пимером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение теплоты и передача ее воздуху помещений объеденены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Централтзованными системы теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений или зданий. Простейшей формой централизованного теплоснабжения является система снабжения теплотой одного здания любого объема от одного источника теплоты. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих теплотуот котельного агрегата, установленного в подвале здания. От этого котельного агрегата может подаваться теплота для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районные теплоснабжения и теплофикацию. При районном теплоснабжении источником теплоты служит районная котельная, а при теплофикации – ТЭЦ (теплоэлектрцентраль).

Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления и и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты. Теплофикация от районного теплоснабжения отличается не тоько видом источника теплоты, но и самим характером производства тепловой энергии. Она может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и элктрической энергии.

Кроие источника теплоты, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы. Однако, как правило, охват централизованным теплоснабжением, т. е. количество снабжаемых теплотой абонентов, при теплофикации значительно выше, чем при районном теплоснабжении.

Теплоносителем называется среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы – на водяные и паровы системы теплоснабжения. Из названии ясно, что в водяных системах теплоснабжения основным теплоносителем служит вода, а в паровых – пар. В нашей стране для городов и жилых районов в качестве теплоносителя используют воду.

 

Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 2003

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 2005г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 2004 г.

 

Контрольные задания для СРС [2,3]

1 Виды систем теплоснабжения.

2Преимущества и недостатки систем теплоснабжения

3 Схемы тепловых сетей

Тема 3 Системы горячего водоснабжения. Классификация систем горячего водоснабжения. Децентрализованные установки горячего водоснабжения. Централизованные системы горячего водоснабжения. Компоновка оборудования горячего водоснабжения. Расчет подающих трубопроводов.

 

План лекции

1 Классификация систем горячего водоснабжения

2Децентрализованные установки горячего водоснабжения

3Централизованные системы горячего водоснабжения

4 Компоновка оборудования горячего водоснабжения

К освоение централизованного горячего водоснабжения во городах страны совпадает с началом массового строительства. Именно с этого времени горячему водо­снабжению уделяется большое внимание в связи с быстро возрастающей потребностью дополнительной тепловой нагрузки. В наcтаящее время на долю горячего водоснабжения жилых, культурно-бытовых и промышленных зданий в различных зонах страны приходится 20- 40% от общего расхода тепловой энергии, а в районах нового строительства — более 40%,.

Круглогодовой расход тепла на горячее водоснабжение позволяет использовать отборы пара из теплофикационных турбин не в отопительный период, но и в летнее время, повышая тем самым число часов использования теплофикационных отборов в течении года. Большое отношение нагрузок отопительно-вентиляционной и горячего водоснабжения несколько усложняет централь регулирование отпускаемой тепловой энергии. Но этот недостаток уступает многочисленным преимуществам, получаемым за счет более экономного сжигания топлива на единицу вырабаты­ваемого тепла и высвобождения массы рабочих, занятых обслуживанием мелких установок горячего водоснабжения. Централизованное горячее водоснабжение на базе крупных источников тепловой энергии снижает также загрязнение окружающей среды в районах.

Перспективным планом советской теплофикации предусматривается довести централизованное приготовление горячей воды на Е^ЭЦ и в районных котельных до 90% от всей ее потребности.

Система горячего водоснабжения состоит из источника приготовления горячей, трубопроводов, по которым вода поступает к водоразборным приборам потребителей, и приспособлений для регулирования параметров и контроля расхода теплоносителя. Системы отличаются большим разнообразием, поэтомy их классификация производится по многим признакам.

По месту расположения источника системы горячего водоснабжения различаются на децентрализованные и централизованные.

Децентрализованные системы обеспечиваются горячей водой от местных источников, размещенных в непосредственной близости от водоразборных приборов.

В централизованных системах горячая вода поступает к болей группе потребителей из внешних тепловых сетей от ТЭЦ и районных котельных или от собственных котельных. На промышленных предприятиях горячее водоснабжение может быть организовано от различных установок по использованию вторичных энергоресурсов. Централизованное горячее водоснабжение от внешних водяных тепловых сетей бывает, двух видов: с непосред­ственным водоразбором в открытых системах теплоснабжения (рис. II.4, Б II. 6)) и с нагревом местной водопроводной воды в закрытых систе-мах теплоснабжения (рисунок II.4, А). Централизованное горячее водоснабжение от внешних паровых тепловых сетей видов: с нагревом водопроводной воды в пароводяных подогревателях (рисунок II.8) и смешением водопроводной воды с паром (рисунок II.9).

В централизованных системах горячего водоснабжения от собственных котельных и утилизационных установок способы нагрева го-
дя^ей воды зависят от типа котлов и установок. Если водогрейные установки имеют большую емкость, то горячая вода может пода-
ваться в водоразборные приборы непосредственно. Непосредствен­ное приготовление горячей воды в водогрейных установках экономически выгодно тем, что большой запас воды позволяет обхо­диться без аккумуляторов. Использование стальных водогрейных котлов, большой производительности специально для подогрева воды до 60—75°С на горячее водоснабжение технически нерацио­нально из-за повышенной коррозии хвостовых поверхностей нагре­ва. В местных котельных с паровыми котлами горячая вода нагревается в пароводяных подогревателях, установленных в ко­тельной:

По назначению потребителей различают системы горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий. Системы горячего водоснабжения жилых домов и некоторых типов гостиниц отличаются многочисленностью стояков и ответвлений к водоразборным приборам, размещенным по всему объему здания. Во многих общественных, административных и производственных зданиях пункты общего пользования горячей водой (санитарные узлы, общие и индивидуальные душевые и ванные кабины, мойки) сосредоточены в нескольких помещениях. В жилых домах, лечеб­ных, гостиничных и некоторых других учреждениях водоразборные приборы размещаются на различных этажах; пункты общего поль­зования горячей водой коммунальных, спортивных, производствен­ных предприятий располагаются преимущественно на первом эта­же или в подвалах. Различное гидростатическое давление в стояках горячего водоснабжения многоэтажных зданий требует установки на отводах в квартиры дроссельных шайб или принятия двух мероприятий для обеспечения одинаковых избыточных давлений слива воды из водоразборных приборов на разных этажах. В малоэтажных зданиях и производственных бытовых помещени­ях эти требования не имеют существенного значения.

Суточная неравномерность горячего водоснабжения жилых до­мов существенно отличается от неравномерности общественно-про­изводственного потребления горячей воды. Для последних харак­терно периодическое пользование горячей водой в определенные часы суток, которое требует в одном случае создания запасов горячей воды, в другом - временного включения подогревателей воды.

По прокладке трубопроводов от местного теплового пункта до водоразборных приборов различают местные системы: с верхней инижней разводкой, тупиковые и с циркуляцией.

По способу циркуляции горячей воды системы бывают с есте­ственной и принудительной (насосной) циркуляцией.

По месту аккумулирования горячей воды различают системы: Ш индивидуальным аккумулированием в МТП,__с_ групповым акку­мулированием в ЦТП или в водогрейных котлах местных котельниых, с центральным аккумулированием у источника тепла.

Децентрализованное или местное горячее водоснабжение применяется при отсутствии централизованного теплоснабжения или кoгда возможности нейтрализованного обеспечения горячей водой ограничены. Источником местного приготовления горячей воды в жилых и общественных зданиях являются газовые и электрические водонагреватели или водогрейные колонки на твердом или газовом топливе. В бытовых помещениях промышленных пред-приятий при числе душевых сеток до пяти или при расходе тепла а горячее водоснабжение не более 58 кВт применяют индивидуальные пароводяные или водоводяные подогреватели.

Газовые водонагреватели используют в жилых домах высотой не более пяти этажей. В отдельных помещениях общественных зданий (в ванных комнатах гостиниц, домов отдыха и санаториев; в школах, кроме буфетов и жилых помещений; в душевых спортзалов и котельных), где неограничен доступ лиц, не обученных правилам пользования газовыми приборами, установка индиви­дуальных газовых водонагревателей не допускается.

 

Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 2003

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 2005г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 2004 г.

 

Контрольные задания для СРС [3]

1 Классификация систем горячего водоснабжения;

2Децентрализованные установки горячего водоснабжения;

3Централизованные системы горячего водоснабжения;

4 Компоновка оборудования горячего водоснабжения.

Тема 4 Регулирование тепловой нагрузки. Задачи и виды регулирования. Общее уравнение регулирования. Тепловые характеристики теплообменных аппаратов. Центральное регулирование закрытых систем по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

План лекции

1 Задачи и виды регулирования.Регулирование тепловой нагрузки.

2Общее уравнение регулирования.

3 Тепловые характеристики теплообменных аппаратов.

4Центральное регулирование закрытых систем по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

 

Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей тепла, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопи­тельных установок изменяется в зависимости от температуры на­ружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход тепла, на горячее водоснабжение и для ряда техно­логических процессов не зависит от температуры наружного воз­духа, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели. В этих условиях необходимо искусственное изменение пара­метров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество тепло­снабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. В зависимости от места осуществления регулирования разли­чают центральное, групповое, местное и индивидуальное регу­лирование.

Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котель­ной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобла­дающим является технологическое теплопотребление.

Групповое регулирование производится в центральных тепло­вых пунктах для группы однородных потребителей. В ЦТП под­держиваются требуемые расход и температура теплоносителя, по­ступающего в распределительные или во внутриквартальные сети. Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоноси­теля с учетом местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредст­венно у теплопотребляющих приборов, например у нагреватель­ных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регу­лирования.

Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных, систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому цент­ральное регулирование отпуска тепла дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинирован­ное регулирование.

Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском тепла и фактическим теплопотреблением. По способу осуществления регулирование может быть авто­матическим и ручным.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса

4.1

где Q — количество тепла, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде, кВт*ч; G — расход теплоносителя, кг/ч; с — теплоемкость теплоносителя, кДж/кг^.°С; t1, t2 — темпе­ратура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; n — время, ч; к – коэффициент теплопередачи кВт/м²,°С; F - поверхность нагрева теплообменника, м²; ∆t - температурный напор между греющей и нагреваемой средой, °С.

Из уравнения (4.1) следует, что регулирование тепловой на­грузки возможно несколькими методами: изменением температу­ры теплоносителя - качественный метод; изменением расхода, теплоносителя - количественный метод: периодическим отключением систем — прерывистое регулирование; изменением поверхно­сти нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего метода ограничивает возможность его широкого применения.

 

Рекомендуемая литература

1 Немцев З. Ф., Арсеньев Г. В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат. 2003

2 Голубков Б.Н., Данилов О.Л., Зосимовский Л.В. и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 2005г.

3 Козин В. В. и др. Теплоснабжение. – М.: Высшая школа, 2004 г.

 

Контрольные задания для СРС [4]

1 Классификация систем горячего водоснабжения;

2Децентрализованные установки горячего водоснабжения;

3Централизованные системы горячего водоснабжения;

4 Компоновка оборудования горячего водоснабжения.

Тема 5 Основы виды оборудования контроля гидравлического режима. Гидравлическая устойчивость систем теплоснабжения. Регулирование давления в тепловых сетях. Гидравлический режим сетей с насосными и дросселирующими подстанциями.

План лекции

1 Гидравлические режимы тепловых сетей.

2Основы гидравлического режима.

3 Гидравлическая устойчивость систем теплоснабжения. Регулирование давления в тепловых сетях.

4 Гидравлический режим сетей с насосными и дросселирующими подстанциями.

 

По назначению имеются следующие приборы для измерения давления: барометры - для измерения абсолютного атмосферного давления, манометры - для измерения избыточного давления атмосферного, вакуумметры - для измерения давления менее атмосферного, дифференциальные манометры - для измерения разности давлений.

Приборы по принципу действия подразделяются на ряд групп: жидкостные, в которых давление уравновешивается высотой столба жидкости; поршневые, где давление уравновешивается силой (грузом), действующей на поршень определенного сечения; деформационные, в которых измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации трубчатой пружины, мембраны или сильфона; приборы унифицированной системы ГСП (электрические или пневматические).

По целевому назначению приборы давления подразделяются на рабочие, контрольные и образцовые.

В жидкостных U-образных манометрах давление или разность давлений измеряемой среды определяется высотой h столба уравновешивающей жидкости (рис. 7.1).

Пределы измерения таких манометров определяются их геометрическими размерами и плотностью уравновешивающей жидкости и, как правило, не превышают 105 Па (750 мм. рт. ст.). Погрешность измерения составляет ±2 мм для U-образных и ±1 мм для однотрубных (чашечных) манометров.

Применение оптических устройств для отсчёта уровня позволяет повысить точность измерения. Деформационные приборы для измерения давления имеют очень широкий диапазон применения: от 10 до 109 Па. В манометрах такого типа используется для измерения деформация или изгибающий момент упругих чувствительных элементов. Разновидностью деформационных приборов являются приборы с трубчатой пружиной, а так же самопишущие приборы. Самопишущие приборы (рис. 7.2, д) имеют в качестве чувствительного элемента многовитковую трубчатую пружину для манометров с верхним пределом измерения от 1 до 160 МПа либо гармониковую мембрану - сильфон для манометров с верхним пределом измерения от 0,06 до 0,6 МПа, а так же для вакуумметров и большинства мановакуумметров.

Самопишущие приборы выпускаются с дисковыми или ленточными диаграммами для одновременной записи одного, двух или трёх значений давления. Перемещение диаграммной бумаги осуществляется либо часовым механизмом, либо синхронным электродвигателем переменного тока.

Для целей автоматического контроля, сигнализации и регулирования давления используют различные средства измерения давления. Местный контроль осуществляется показывающими манометрами; для дистанционного контроля на щитах и пультах используют самопишущие манометры с записью на диаграммной бумаге; для контроля и автоматической сигнализации аварийных значений давлений применяют электроконтактные манометры.

Общий вид манометров показан на рис.7.2. В зависимости от назначения манометры имеют соответствующую маркировку: виброустойчивые - МТП, МВТП; сверхвысокого давления - СВ; взрывозащищенные ВЭ-16-Р6; точных измерений - МТИ, ВТИ (класс 0,6; 1,0);образцовые - МО, ВО (класс 0,4), технические - МТ; МОШ; ОБМ.

Тема 6 Конструктивные элементы тепловых сетей. Компенсаторы. Прокладки тепловых сетей. Прокладка теплопроводов в особых условиях. Трасса и профиль тепловой сети. Назначение тепловой изоляции и требования к материалам.

 

План лекции

1 Конструктивные элементы тепловых сетей. Компенсаторы.

2Прокладки тепловых сетей. Прокладка теплопроводов в особых условиях.

3 Трасса и профиль тепловой сети.

4 Назначение тепловой изоляции и требования к материалам.

 

Теплоэнергетические системы промышленных предприятий (ТЭС ПП) объединяют потоки всех энергоресурсов (ЭР) на предприятии, как поступающих со стороны, так и внутренних (ВЭР), с целью их наиболее полного и рационального использования. При этом должны быть обеспечены: бесперебойное снабжение ЭР всех потребителей и защита окружающей среды.
ТЭС любого предприятия определяется характером его производства, а также энергетическими и режимными характеристиками входящих в него технологических агрегатов и производств. Энергетическая эффективность и экономичность данного технологического производства зависит от многих предприятий, особенно энергоёмких, от совершенства ТЭС ПП. Так как при этом существуют обратные взаимодействия, оптимизацию ТЭС ПП и технологии производства надо вести совместно.

При построении оптимальной ТЭС ПП надо комплексно рассматривать следующие факторы:

1. неизбежную неоднозначность исходной информации. Нельзя ограничиваться только расчётами по различным средним значениям влияющих факторов (годовым, сезонным, суточным и часовым);

2. реальные графики потребления различных ЭР технологическими агрегатами и производствами, а также реальные графики выхода ВЭР, вплоть до ча-совых, с учётом режимных характеристик и условий работы технологических агрегатов.

3. нештатные ситуации, когда, например, от 10 20 минут до нескольких часов крупные источники ВЭР прекращают их выдачу, а также перерывы в потреблении ВЭР крупными потребителями;

4. возможную многовариантность в выборе направления и способов использования различных ВЭР, а также их параметров;

5. влияние возможных в обозримом будущем изменений технологических процессов на размеры выхода ВЭР;

6. возможную мультипликацию погрешностей в расчётах;

7. условность и временность различных цен, искажающих народнохозяйственную эффективность того или иного мероприятия.
Решение задачи построения ТЭС ПП могло бы значительно облегчить наличие полноценных однозначных показателей степени совершенства её построения, как в целом, так и отдельных её частей и установок.

Для металлургических заводов могут быть целесообразными следующие показатели энергетического совершенства ТЭС ПП:

Обеспеченность бесперебойного снабжения основных потребителей энерго-ресурсами требующихся видов и параметров;
Минимальное потребление на единицу готовой продукции топлива и элек-троэнергии со стороны с учётом народнохозяйственной ценности топлива, потребляемого предприятием; степень и эффективность использования внутренних энергоресурсов, в частности низкопотенциальных;
минимум или даже отсутствие потерь энергоресурсов из-за различных дебалансов и наиболее эффективное использование имеющихся энергоресурсов с народнохозяйственной точки зрения; минимум капитальных затрат на ТЭС ПП; минимальное загрязнение окружающей среды; минимум приведённых затрат.

Оптимальное научно обоснованное построение ТЭС ПП имеет большое значение для энергетических, экономических и экологических показателей работы предприятий.

Принципы приёма, распределения и использования ресурса в различных системах.

Выбор основной схемы присоединения определяет режим работы и метод проектирования всей системы теплоснабжения. Так, например, выбор непосредственной или независимой схемы присоединения горячего водоснабжения предопределяет соответственно выбор открытой и закрытой систем теплоснабжения, имеющих различные принципы расчёта, регулирования, оборудования и автоматики.

При открытой системе теплоснабжения выбор схемы присоединения определяется лишь необходимостью установки аккумулятора горячей воды. Установка аккумулятора обычно предписывается нормами проектирования или заданием энергоснабжающей организации. Те же правила действуют и при закрытых системах теплоснабжения. Однако, в некоторых случаях при закрытых системах теплоснабжения вопрос об установке аккумуляторов решается экономическим расчётом.

Аккумуляторы, позволяя создать запас горячей воды, выравнивают и, следовательно, снижают расход сетевой воды и тепловую нагрузку подогревателей горячего водоснабжения.

Основным вопросом при закрытой системе теплоснабжения является выбор схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Выбор схемы определяется прежде всего принятым температурным режимом работы тепловой сети. При повышенном температурном графике применяют последовательную двухступенчатую схему.

При нормальном отопительном графике возможно применение всех трёх видов схем: параллельной, смешанной и последовательной двухступенчатой. При работе тепловой сети по отопительному графику выбор схемы присоединения необходимо производить сравнивая параллельную и смешанную схемы.
Расчётная производительность подогревателей обычно определяется по количеству воды (температуру которой необходимо устойчиво поддерживать) и по её начальным и конечным температурам. Необходимая поверхность нагрева рассчитывается обязательно на максимум расхода тепла и при минимальной температуре подаваемой воды из тепловой сети, поскольку именно при этом режиме будет иметь место минимум перепада температур и коэффициента теплопередачи.

В практике проектирования обычно подбор подогревателей производится по номограммам и таблицам.

Ёмкость баков-аккумуляторов определяют по интегральной кривой методом, предложенным А. В. Хлудовым. Интегральную кривую строят на основе графика потребления горячей воды.

По оси абсцисс откладывается время суток, а по оси ординат - потреблённое с начала суток тепло. После построения интегральной кривой на график наносят линию предполагаемой подачи тепла с начала суток. Эта линия во всех точках должна быть выше точек интегрального графика. В точках касания линии подачи тепла с линией его потребления бак-аккумулятор не имеет запаса горячей воды.

В точке наибольшего расхождения линии потребления с линией подачи бак-аккумулятор содержит максимальное количество горячей воды. Эта точка и определяет требуемую ёмкость аккумулятора. Основные размеры баков-аккумуляторов приводятся в справочной литературе.

Контроль и регистрация параметров энергоносителя в приёмных, распределительных и использующих устройствах.

Контроль и регулирование паровой сети.

Контроль паровой сети осуществляется по двум направлениям:

- определяется характеристика изменения давлений пара и его массовые потери, т.е. его гидравлическая характеристика состояния паровой сети;

- определяются тепловые потери, т.е. характеристика изменения энтальпии пара, которая непосредственно связана с состоянием тепловой изоляции паропроводов.

По результатам измерения давлений строится график, при этом используются данные о расходах пара потребителями и избыточные давления на вводах потребителей. При построении распределения давлений разностью геодезических отметок пренебрегают, выдерживая масштаб только для длин участков и абсолютное давление пара.

Для нахождения распределения давления в паровой сети паровая сеть разбивается на отдельные участки и в крайних точках каждого участка устанавливаются манометры. При этом, к измерению давлений пружинными манометрами надо предъявлять следующие требования:

1. манометр должен иметь поверочный паспорт - свидетельство с указанием значений вероятной погрешности;

2. манометр к паропроводу должен присоединяться через сифонную трубку, а при измерении пульсирующих давлений между трёхходовым краном и манометром должна быть установлена металлическая шайба (диафрагма) с диаметром отверстия 1 - 2 мм;
3. манометры должны подбираться с таким расчётом, чтобы стрелка прибора при рабочем давлении находилась посередине или на расстоянии? от начала шкалы;

4. исправность манометра должна периодически проверяться. Манометр считается исправным, если при соединении манометра с атмосферой его стрелка становится на нуль. При правильной эксплуатации манометра и правильном отсчёте показаний суммарная погрешность при измерении давлений должна составлять.

Разбивку на участки следует производить таким образом, чтобы на данном отрезке паропровода отсутствовали разветвления и подключения к потребителям. Следовательно, установку манометров надо предусматривать в точках разветвлений и подключения участка паропровода к потребителям.

Аналогично следует снимать график давлений конденсатопровода. Это позволит отрегулировать давление в конденсатопроводе так, чтобы давление в любой его точке было на 0,03 - 0,05 МПа меньше, чем в соответствующей точке паропровода.

Известно, что для нормальной работы аппаратов с непрерывным возвратом конденсата необходимо правильно выбирать и регулировать конденсатные насосы отдельных абонентов. Следует выбирать такие напоры насосов, которые позволили бы каждому насосу работать независимо от других. Необходимо, чтобы конденсатопровод обеспечивал расход, равный максимальному расходу возврата конденсата при работе всех насосов. Не менее важной задачей обеспечения нормальной работы паровой сети является контроль теплопотерь, что совместно с характеристикой изменения давления пара обеспечит контроль его качества на входе к потребителям.
При прокладке паропроводов над землёй СНиП I I-36-73 рекомендует делать её в зоне территории промышленных предприятий. При подземной прокладке трубопроводов контроль значительно усложняется. Единственным исключением является прокладка в проходных каналах, но на небольших предприятиях она практически не применяется.

Контроль за состоянием тепловой изоляции в условиях подземной прокладки может быть прямым и косвенным. Прямой основан на непосредственном осмотре тепловой изоляции путём вскрытия непроходных каналов или шурфовки. Шурфовка используется при контроле тепловой изоляции трубопровода, проложенного в условиях бесканальной прокладки. Косвенный способ контроля состояния тепловой изоляции состоит в экспериментальном определении фактических значений удельных потерь теплоты и сравнении их с нормативными значениями. Определение удельных тепловых потерь отрезка паропровода при транспорте перегретого пара не представляет трудности. При гидравлических и тепловых испытаниях паровой сети следует по возможности увеличивать расход пара и его температуру, что в определённой степени предотвратит конденсацию пара, а значит повысит точность измерений.

Обслуживание паровой сети заключается в периодическом осмотре оборудования паровой сети, который должен производиться по специальному графику, утверждённому главным энергетиком предприятия, но не реже одного раза в неделю. При этом контролируется состояние арматуры, компенсаторов, опор, строительных конструкций, плотность сетей, вводов и местных систем; при подземной прокладке - состояние тепловой изоляции паропроводов. Выявленные недостатки должны немедленно устраняться. Без хорошо и чётко налаженной системы обслуживания паровой сети нельзя говорить о высоком уровне её регулирования, тем более о применении автоматических устройств регулирования, эффективность использования которых в противном случае будет низкой. Для уменьшения разрегулирования системы пароснабжения необходимо максимально повышать давление пара на входе в сеть, ограничивая его только пределом прочности трубопроводов.

Из вышеизложенного вытекает необходимость более широкого использования автоматических регуляторов давления, применения шайбирования и других эффективных способов повышения тепловой устойчивости паровой сети.

Комплекс технических средств для локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС-2) и в дальнейшем развитии - микропроцессорные средства диспетчеризации, автоматики и телемеханики предназначены для применения в централизованных и распределённых АСУТП агрегатов и установок с непрерывными, непрерывно-дискретными и дискретными технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Техническая структура объектоориентированного комплекса создаётся из агрегатных элементов и модулей различного функционального значения. Компоновочные изделия комплекса (каркасы, шкафы, тумбы) обеспечивают установку, электрическое объединение, подключение к интерфейсной магистрали ИК1 и цепям питания элементов и модулей.

Средства комплекса обеспечивают: сбор, первичную обработку, сбор и передачу информации; централизованный контроль; программно-логическое управление; непосредственное цифровое управление; воздействие на автономные локальные автоматические регуляторы; ручной ввод данных.

Комплекс представляет совокупность технических средств, математического, информационного и программного обеспечения. Математическое обеспечение включает алгоритмы обработки информации и управления. Информационное обеспечение определяет информационную совместимость изделий между собой и с другими средствами ГСП. Программное обеспечение содержит: однопроцессорную многозадачную операционную систему реального времени; библиотеку программных модулей операций ввода-вывода, математических и логических операций, преобразования чисел и кодов, тестовых проверок и диагностики; пакеты прикладных программ, соответствующие основным функциональным задачам комплекса. Языки программирования ПО-асемблер, PL/M-80 и проблемно-ориентированный язык булевых выражений.

Для автоматизации несложных процессов применяют упрощённые системы или специализированные средства автоматизации.

Примерами специализированных средств являются: унифицированная схема автоматической регулировки, управления и защиты микрокотлов АМК, предназначенная для комплексной автоматизации паровых (0,2 - 1 т/ч) и водогрейных микро-котлов; управляющее устройство КУРС-10 для автоматизации пароводогрейных кот-лов, сжигающих жидкое или газообразное топливо и устанавливаемых в тепличных хозяйствах.
Основу современной ветви пневматического регулирования ГСП составляют устройства универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСППА). Из набора отдельных элементов (пневматические ёмкости, сопротивления, дроссельные сумматоры, и т.д.) компонуются разнообразные устройства аналогового преобразования сигнала. Типовые законы регулирования, статическое) и динамическое преобразование сигналов реализуется приборами системы "старт".

Автоматические устройства системы "старт" работают совместно с измерительными преобразователями ГСП, преобразующими давление, температуру, расход и другие измеряемые физические величины в унифицированный пневматический сигнал - давление сжатого воздуха, измеряющееся в пределах 1,96 104 9,8 104 Па.

Гидравлические средства регулирования.

Используются для построения систем автоматизации паровых турбин. В автоматических системах регулирования общепромышленного назначения может оказаться эффективным комбинированный вариант регулятора с управляющей частью электрической ветви и гидравлической исполнительной частью (ИЧ). Гидравлические ИЧ поршневого типа развивают большие перестановочные усилия при высокой скорости перемещения ИЧ. Для связи управляющей и исполнительной части вводится электрогидравлический преобразователь.

 

Общие сведения об энергобалансах.

 

Анализ энергетического баланса предприятия.

Энергетические балансы промышленных предприятий должны обеспечить решение следующих основных задач:

- определение направлений, способов и размеров использования подведённых и побочных энергетических ресурсов;
- оценка эффективности использования отдельных видов энергетических ресурсов и в целом энергетического хозяйства предприятия;
- выявление и оценка потерь энергии, определение резервов хозяйства в области производства и использования энергоносителей;
- определение нормативов по энергетическому хозяйству, используемых в процессе принятия проектно-плановых решений (межотраслевые балансы, плановые энергетические балансы, планы развития отраслей, предприятий - проекты систем энергоснабжения и т.п.);

- обеспечение информацией научно-исследовательских и проектных разработок, связанных с созданием новой энергетической техники, совершенствованием методов и средств планирования и управления энергетическим хозяйством.
Наиболее простым направлением анализа является исследование структуры приходной и расходной частей баланса и тенденций её изменения. Изучение структуры энергетического баланса позволяет объяснить различия в уровнях энергопотреб-ления и эффективности использования ресурсов по отдельным предприятиям. Эффективным направлением исследования энергетических балансов является метод, основанный на расчёте коэффициентов полезного использования (К.П.И.) отдельных энергоносителей и всего энергетического хозяйства предприятия. Расчёт К.П.И. проводится по данным расходной части баланса, составленного по целевым расходам топлива и энергии.

Следующее направление анализа энергетического баланса промышленного предприятия заключается в определении связи энергетики с основными показателями хозяйственной деятельности и оценке взаимного влияния энергетики и экономики производства. Это направление анализа предусматривает расчёт обобщённых энерго-экономических характеристик предприятия, из которых наиболее важными являются: электро- и энерговооружённость труда; энерго-, электро- и теплоёмкость продукции; энерго-, электро- и теплооснащённость основных производственных фондов; тепло-электрический и электротопливный коэффициенты и ряд других показателей.

Общую эффективность хозяйственной деятельности предприятия характеризуют три показателя: производительность труда, рентабельность, фондовооружённость. В нормальных условиях работы предприятия они должны иметь тенденции к росту.

Если электровооружённость труда на отдельном предприятии превышает среднеотраслевой уровень, то причинами этого могут быть: более высокий, чем средний, уровень техники и организации производства, больший удельный вес электроэнергии в технологическом энергопотреблении (например, за счёт замены пламенных печей электропечами). В этом случае следует провести экономический анализ целесообразности такой замены энергоносителей.

Более низкая электровооружённость труда может иметь ряд причин, которые целесообразно объединить в три группы:

- общепроизводственные, сюда относятся: низкий уровень механизации вспомогательных, сборочных, наладочных работ и ремонтов; большой возраст основных фондов, препятствующий комплексной механизации и рациональной организации производства;

- энергетические, например, широкое применение топлива в высокотемпературных процессах; наличие парового привода в силовых процессах (паровые молоты, прессы, паровозные краны, маневровые паровозы), низкая степень низкая степень электрификации среднетемпературных производственных процессов и т.п.;

- электрические, например, недостаточный уровень электропотребления из-за слабого развития вентиляции, кондиционирования воздуха, освещения и т.п.; недостаточная мощность электроснабжения и другие факторы.

Электрификация народного хозяйства неразрывно связана с техническим прогрессом, поэтому коэффициент электрификации должен постепенно расти. Снижение коэффициента электрификации может происходить по тем же причинам, что и показатели электровооружённости труда. При систематическом снижении обоих показателей необходимо проводить тщательный анализ вызывающих их причин.