Энерготеплоснабжение предприятий.

Вопрос 16. Варианты энергоснабжения и энергопотребление промышленных предприятий. (2, с.3..9)

Промышленные предприятия потребляют электроэнергию и тепло среднего (пар) и низкого (горячая вода) потенциала (температуры).

Существует три варианта системы энергоснабжения:

1. Раздельное энергоснабжение – независимо осуществляется

- электроснабжение от энергосистемы (местной или районной) или от электростанции на предприятии,

- теплоснабжение от местной или районной котельной.

Применяется в двух случаях: а) если предприятие не связано с энергосистемой; б) если есть небольшое сезонное теплопотребление (ТЭЦ экономически не целесообразна)

Годовой расход топлива:

,

где - выработка электроэнергии на КЭС, - выработка тепла в котельной.

2. Комбинированное энергоснабжение осуществляется от электроэнергетической системы и ТЭЦ предприятия, районной или промышленной ТЭЦ, а также установок, использующих ВЭР (вторичные энергоресурсы) – т.е. комбинированная выработка электроэнергии и тепла (использование пара из отборов турбин и турбин с противодавлением).

Общее количество электроэнергии, вырабатываемой на ТЭЦ:

,

где - по теплофикационному циклу, - по конденсационному циклу.

Предприятие может быть связано с электроэнергетической системой или нет.

Годовой расход топлива:

,

где - на выработку электроэнергии на ТЭЦ, - на выработку тепла, - экономия топлива.

3. Смешанная система энергоснабжения (сочетание 1 и 2) – теплоснабжение от турбин ТЭЦ (мятый пар) и непосредственно от котлов (острый пар).

Пар из котлов применяется, когда потребителям нужен пар с давлением, большим, чем в отборе турбины, но в таких малых расходах, что установка специальных противодавленческих турбин экономически нецелесообразна.

Годовой расход топлива: .

Экономичность больше, чем у раздельной схемы, но меньше чем у комбинированной.

В настоящее время тепло, потребляемой промышленностью, покрывается таким образом: 50% - комбинированное энергоснабжение, 38% - за счет котельных (раздельное), 12% - за счет ВЭР.

При централизованном теплоснабжении режимы теплопотребления отдельных предприятий сильно влияют на выбор оборудования источников тепла (ТЭЦ, котельных) и эффективность его использования.

Основной режимный фактор, который необходимо учитывать при проектировании – это большая неравномерность расхода тепла в течение суток, месяца, года.

Если технологический процесс непрерывен, то минимальная суточная неравномерность, если работа в 2 смены – то максимальная.

В течение месяца неравномерность еще больше из-за выходных и праздничных дней, плановых ремонтов.

Годовая неравномерность обусловлена изменением температуры наружного воздуха, смешанностью производства и т.п.

Например, при продолжительности работы 7500-8500 часов в год, число часов использования максимальной технологической тепловой нагрузки находится в пределах 4500-5500 часов. Теплопотребление системами отопления и вентиляции имеет еще более ярко выраженный сезонный характер (зависит только от температуры наружного воздуха).

Нагрузка горячего водоснабжения неравномерна даже в течение часа, т.к. зависит от бытовых условий ЖКС.

Вопрос 17. Общая характеристика системы теплоснабжения предприятия: ее схема и источники теплоты. (2, с.9..11)

Система теплоснабжения промпредприятия (СТС ПП) – комплекс взаимосвязанных установок и сооружений, предназначенных для бесперебойного снабжения промышленного предприятия теплотой различного потенциала на технологические и сантехнические нужды.

Схема СТС ПП включает источники тепла на предприятии и устройства приема теплоты от внешних источников (районных ТЭЦ). Пар идет в сеть паропроводов разного давления, а горячая вода – в тепловую сеть ПП. Для резервирования источников и балансирования выработки и потребления теплоты применяются аккумуляторы теплоты и дожимающие паровые компрессоры. Конденсат пара от потребителей собирается в баки и возвращается в деаэраторы источника (т.е. станции). Потери пара, конденсата и сетевой воды компенсируются умягченной водой.

См. схему на рис. 12.

В качестве источников тепла используются в СТС ПП:

1. Котельные с паровыми котлами низкого и среднего давления (0,9-2,5 МПа), в которых сжигают или первичные энергоресурсы (уголь, газ, мазут), или горючие ВЭР (доменный, коксовый газ, кора, щепа, опил и т.п.);

2. Заводские ТЭЦ с паровым котлами энергетических параметров (3,5-13 МПа), отпускающими технологический пар из промышленных отборов, противодавления турбин или через редукционно-охладительную установку (РОУ) и теплоту сантехническим потребителям из отопительных отборов;

3. Утилизационные ТЭЦ, в них пар энергетических параметров из котлов-утилизаторов (работают на горячих ВЭР – газообразные продукты сгорания промышленных печей) идет в турбины, где расширяется до давления пара в отборах;

4. Котлы-утилизаторы вырабатывают пар производственных параметров за счет тепловых ВЭР предприятия. Иногда пар дополнительно перегревается в центральном пароперегревателе;

5. Системы испарительного охлаждения (СИО) отдельных элементов технологического оборудования.

Вопрос 25. Расчет тепловой мощности котельной. Выбор типа и мощности котлоагрегатов. (2, с.44..46)

Расчет тепловой мощности котельной,

т.е. максимальной суммарной мощности, отпускаемой по всем теплоносителям, выражаемой в МВт или ГДж/ч. Различают установленную, резервную и рабочую мощности котельной. Например, рабочая мощность водогрейной котельной на мазуте для закрытых систем: , где - отопление + вентиляция, - горячее водоснабжение.

Выбор типа и мощности котлоагрегатов.

Тип котлов зависит от вида и способа сжигания топлива, требуемой производительности, от вида и параметров теплоносителя.

Количество и теплопроизводительность выбирают по максимальному расходу тепла так, чтобы при отказе одного котла оставшиеся обеспечивали:

- максимальный отпуск на технологические нужды;

- средний по наиболее холодному месяцу отпуск на отопление и вентиляцию;

- среднечасовой отпуск на горячее водоснабжение;

- на собственные нужды котельной.

Средняя нагрузка наиболее холодного месяца:

.

Относительное допустимое снижение нагрузки котельной при выходе (отказе) одного котла , или иначе , но , где - число котлов. Следовательно, или , .

Однако должно быть .

Оптимально: паровые/водогрейные котельные - , пароводогрейные - .

Вопрос 32. Задачи и основные положения гидравлического расчета тепловой сети. (4, с.3..5)

Гидравлический расчет – важнейший этап проектирования и эксплуатации трубопроводов. Его задачи – определить:

- диаметры трубопроводов;

- падение давления (напор) по длине трубопроводов;

- давление в любой точке сети;

обеспечить допустимые и необходимые напоры в сети и у абонентов.

Гидравлический расчет позволяет:

1) определить стоимость монтажа сети;

2) установить характеристики насосов (подпиточных и циркуляционных), их количество и размещение;

3) рассчитать схемы присоединений потребителей тепла;

4) выбрать авторегуляторы для тепловой сети и потребителей тепла;

5) разработать экономичные режимы эксплуатации;

6) рассчитать возможный радиус передачи тепла.

При расчете задаются схема и профиль (по рельефу) тепловой сети, размещение станции, потребителей и их расчетные нагрузки.

Тепловая сеть включает в себя трубопроводы, тепловую изоляцию, запорную и регулировочную арматуру, насосные подстанции, авторегуляторы, компенсаторы тепловых удлинений, дренажные и воздухоспускные устройства, опоры, камеры обслуживания и строительные конструкции.

Гидравлический расчет для определения диаметра труб выполняется на расчетные суммарные зимние расходы теплоносителя (по всем нагрузкам). При дублированных (т.е. прокладка параллельного трубопровода) или кольцевых (перемычки между магистралями) схемах производятся также проверочные расчеты на аварийный режим, при котором минимальный расход теплоносителя должен обеспечивать неотключаемые тепловые нагрузки. Потери давления при транспортировке теплоносителя в существующих сетях определяются путем испытаний.

Величина эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб при определении коэффициента гидравлического трения трубопровода принимается:

- для водяных тепловых сетей - =0,0005 м;

- для паропроводов - =0,0005 м;

- для конденсатопроводов - =0,001 м.

При расчете проектируемой сети удельные потери давления на трение определяются на основании технико-экономических расчетов. Допускается принимать линейные :

- для магистральных участков сетей (от исходного до наиболее удаленного потребителя) в пределах 40-80 Па/м;

- для распределительных сетей и ответвлений к зданиям по располагаемому перепаду давлений, но не более 295 Па/м;

- для паропроводов по располагаемому перепаду давлений;

- для напорных конденсатопроводов до 98 Па/м.

Вопрос 46. Схемы систем кондиционирования, их классификация. Условия комфортности.(1, с.63..65)

Задачей кондиционирования воздуха является поддержание состояния воздушной среды в помещениях в соответствии с потребностями людей или технологией производства. Она решается по принципу общеобменной вентиляции с регулированием количества и параметров приточного воздуха в соответствии с режимом его изменения в помещениях. В некоторых случаях системы кондиционирования могут осуществлять очистку воздуха от запахов, придание специальных запахов, ионизацию и др. В типовых кондиционерах, выпускаемых промышленностью, обеспечивается очистка и регулируемая обработка воздуха по температурно-влажностным параметрам.

Под кондиционированием подразумевают автоматическое поддержание параметров воздуха в помещении по принципу общеобменной вентиляции с охлаждением, подогревом, осушением, увлажнением, фильтрацией и дегазацией воздуха.

Классификация.

1. По назначению:

- комфортные – обеспечивают оптимальные (комфортные) санитарно-гигиенические условия для людей и применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях;

- технологические – обеспечивают параметры воздушной среды, отвечающие требованиям технологии (могут быть локальные – обеспечивают нужные условия непосредственно у технологического оборудования или внутри него);

-комфортно-технологические – обеспечивают необходимые параметры воздушной среды для людей и технологического оборудования.

2. По сезонности:

- круглогодичные – обеспечивают режим во все периоды года;

- сезонные – в один из периодов (в теплый или холодный) в зависимости от климатических условий местности.

3. По месту обработки воздуха:

- центральные – источники тепла и влаги располагаются в едином агрегате (кондиционере), а обработанный воздух подается в несколько помещений;

- местные – кондиционер располагается в каждом обслуживаемом помещении;

- комбинированные (многозональные) – первичная обработка воздуха осуществляется в центральных кондиционерах, а приведение параметров приточного воздуха в соответствии с требованиями для каждого помещения – в местных доводчиках.

4. По степени централизации систем тепло- и хладоснабжения:

- автономные – каждый кондиционер имеет свою систему тепло- и хладоснабжения;

- неавтономные – тепло и холод приготавливаются централизованно и по трубопроводам подводятся к кондиционерам.

5. В зависимости от использования наружного и рециркуляционного воздуха:

- прямоточные – используется только наружный воздух, который обрабатывается в кондиционере, подается в помещения и после обработки в них выбрасывается наружу;

- рециркуляционные – в кондиционер поступает наружный воздух и воздух из помещений, после обработки смесь подается в кондиционируемые помещения, откуда воздух частично выбрасывается наружу, а частично вновь подается в кондиционер (бывают только рециркуляционные системы, но только там, где нет болезненных микроорганизмов или токсичных веществ).

Условия комфортности.

До 80% общей продолжительности жизни человек проводит в закрытых помещениях, поэтому к ним предъявляются повышенные требования.

Микроклимат помещения – совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи (взрослый человек при нормальных условиях выделяет в окружающую среду 85-120 Вт тепла: 20% - конвекция, 55% - излучение, 25% - испарение).

Количество выделяемой теплоты измеряется в зависимости от физической нагрузки и температуры воздуха внутри помещения . Существенное влияние оказывает температура внутренних поверхностей стен, пола, потолка , которая является средней радиационной температурой.

Влияние на микроклимат оказывают подвижность воздуха и его влажность.

Тепловое равновесие в организме человека называют комфортным при отсутствии напряжений в системе терморегуляции.

На рис. 23. показаны зоны комфортных сочетаний температур в жилых помещениях: 1- зимний период, 2 – летний период.

Кроме комфортных различают допустимые условия, когда дискомфорт незначителен.

Температурную обстановку помещения определяют двумя условиями комфортности:

1. Температура помещения должна соответствовать режиму в центре рабочей зоны: а) спокойное состояние =21-23^оС, б) легкая работа =19-21^оС, в) тяжелая работа =14-16^оС;

Для зимнего периода , где - средняя температура помещения.

2. Определяет дополнительные температуры нагретых или охлажденных поверхностей если они расположены в рабочей зоне человека.

Поверхности потолка и стен могут быть нагреты, тогда:

, , где - коэффициент облученности, который зависит от расположения и размеров поверхностей. - одна поверхность, - несколько поверхностей.

соответствует доле лучистого потока, падающей на поверхность элементарной площадки на голове человека от всей лучистой эмиссии.

Наружная температура оборудования и аппаратов в рабочей зоне не должны превышать 50^оС.

Основные требования к микроклимату приводятся в СН 245-71, а также в СНиП 2.04.05-86, ГОСТ 12.1.005-88.

В нормах указано, что температура пола может быть ниже температуры тела на 2-2,5^оС, но не выше 34^оС.

Обычно задаваемые климатические условия местности ввиду многообразия комбинаций параметров воздуха очерчиваются на I-d-диаграмме определенными границами, характеризующими наружный расчетный климат (рис. 24). Они определяются изотермами максимальных и минимальных температур и линиями относительных влажностей. В качестве летней расчетной величины служит теплосодержание, соответствующее средним значениям температуры и влажности наружного воздуха в данной местности в 13 часов самого жаркого месяца (практикуется и ограничение расчетного климата предельным значением абсолютного влагосодержания воздуха).

Микроклимат в помещениях назначают исходя из санитарных требований и технологических условий; определяются допустимые колебания температуры и влажности воздуха в помещении.

Сводные данные для обработки кондиционируемого воздуха, характеризующие наружный и внутренний климат, приведены на рисунке. При проектировании кондиционирующей установки должен быть обеспечен такой режим, чтобы при любых параметрах наружного воздуха, лежащих в пределах зоны наружных колебаний, параметры воздуха помещения не выходил за границу их допустимых колебаний. Процесс обработки приточного воздуха следует выбирать наиболее экономичным, а автоматическое регулирование – наиболее простым.

Вопрос 47. Режимы и методы обработки воздуха. (1, с.65..67, 72..73)

В установке для кондиционирования воздуха (см. рис. 25) воздух поступает через жалюзи 1, очищается от пыли фильтром 2, подогревается калорифером 4 первой ступени, теплоносителем которого являются горячая вода или пар.

Перед калорифером установлены клапаны 3, регулирующие количество поступающего воздуха (часть воздуха может пропускаться мимо калорифера). Подогретый воздух направляется в оросительную камеру для увлажнения.

Вода для орошения забирается из поддона 10 через фильтр 11 насосом 12, проходя фильтр 13, подается к форсункам 6. для предотвращения выноса капель из оросительной камеры перед ней и после нее установлены сепараторы 5. увлажненный воздух подогревается в калорифере 7 второго подогрева, проходит через клапаны 8 и с помощью центробежного вентилятора 14 с приводом 9 поступает в воздуховоды приточной вентиляции 15 и затем в вентилируемое помещение 16 и на выход 17.

Для использования избыточной теплоты, выделяющейся в помещении, создается рециркуляция воздуха. Часть воздуха первой рециркуляции 18 поступает в камеру смешения с воздухом, нагретым калорифером 4 первой ступени. Другая часть воздуха второй рециркуляции 19 поступает в камеру смешения с воздухом, прошедшим оросительную камеру.

По такой схеме работает кондиционер в зимний период.

В летний период необходимо охлаждать воздух, для чего может устанавливаться специальный воздухоохладитель (поверхностный или контактный). В поверхностном - воздух отдает теплоту поверхности труб, по которым пропускают холодную воду или хладоагент. В контактном – воздух охлаждается в результате непосредственного контакта с охлажденной водой. В данной схеме кондиционера охладителем является оросительная камера. В летнем режиме калорифер первой ступени отключен. Калорифер 7 второго подогрева может использоваться в некоторых схемах летнего кондиционирования для подогрева охлажденного и увлажненного воздуха после камеры.

Вопрос 48. Построение процессов кондиционирования (i-d-диаграмма). (1, с.67..72)

Для рассмотрения процессов тепловлажностной обработки воздуха представим кондиционер в виде схемы на рис.26,а), состоящей из секций. Цифрами 1, 2, 3, 4, 5 обозначим состояния воздуха после соответствующей обработки в разных секциях.

Для холодного периода года (см. рис. 26,б)) при расчетном режиме наружный воздух на I-d-диаграмме характеризуется расчетной точкой 1, требуемое состояние воздуха в помещении – точкой 5. В соответствии с расчетным режимом выделения вредностей находится угловой коэффициент луча процесса изменения тепловлажностного состояния воздуха в помещении:

,

где - избыточное количество теплоты, - количество влаги.

В результате выделения и влаги состояние воздуха изменяется в направлении, которое определяется коэффициентом (показывает насколько увеличивается теплосодержание воздуха при повышении его влагосодержания).

Система кондиционирования должна забирать наружный воздух из состояния точки1 перевести в состояние, характеризуемое точкой 4, для чего требуется его нагревание и увлажнение. Орошение в холодный период осуществляется с использованием адиабатного режима.

Наружный воздух в калорифере первого подогрева нагревается до состояния 2, в камере орошения увлажнятся до состояния 3, в калорифере второго подогрева доводиться до состояния 4. точка 3 в данном процессе называется условно точкой росы и лежит на линии относительной влажности 90-95%.

При расчетном режиме теплого периода года (см. рис.26,в)) наружный воздух состояния 1 поступает в камеру орошения, где осуществляется политропный процесс охлаждения 1-3 (с увлажнением или осушением). Далее воздух нагревается в калорифере второго подогрева до состояния 4 и направляется в помещения.

Схема с первой рециркуляцией и режимы тепловлажностной обработки воздуха показаны на рис. 27 (применяются при необходимости снижения требуемой теплоотдачи калориферов первого подогрева в холодный период, а также холодопроизводительности камеры орошения в теплый период года).

Отличие в том, что первым процессом в кондиционере с рециркуляцией является смешивание наружного воздуха (точка 1) с внутренним рециркуляционным (точка 6) и получение состояния смеси (точка 2). Параметры смеси могут быть найдены по формуле:

.

После этого смесь (точка 2) подвергается обработке как в прямоточном кондиционере для холодного и теплого периодов.

Применение в системах кондиционирования второй рециркуляции позволяет в ряде случаев избежать необходимости постановки калориферов второго подогрева. Схема показана на рис. 28.

Первая ступень обработки воздуха (калорифер первого подогрева и камера орошения) такая же, как в прямоточном кондиционере. Далее путем смешивания камерного воздуха 3 и рециркуляционного воздуха из помещения 5 добиваются получения смеси, соответствующей параметрам точки 4. Линия 3-4-5 должна иметь угловой масштаб .

Вопрос 51. Назначение и типы теплонасосных установок. (3, с.68..69), (6, с.204..208, л/р)

Все возрастающее потребление энергоресурсов делают актуальной проблему экономии топлива, а вместе с ней – экологическую.

Тепловые насосы позволяют в весьма больших размерах экономить топливо, снижают загрязнение окружающей среды. Для их работы требуется не топливо, а электроэнергия, транспорт которой значительно проще и дешевле. Они являются универсальными перспективными устройствами, которые можно применят как для обогрева, так и для охлаждения помещений, для одновременного производства теплоты и холода, для сушки и дистилляции и т.д.

Теплонасосные установки (ТНУ) включают три основных элемента: собственно тепловой насос (ТН) (по типам их различают парокомпрессионные, абсорбционные, пароэжекторные, термоэлектрические, газокомпрессионные и др.), низкопотенциальный источник теплоты (НПИТ) и потребитель теплоты (ПТ) (рис. 29).

По типу теплоносителей НПИТ и ПТ различают следующие ТНУ: воздухо-воздушные – используются в системах кондиционирования воздуха, сушильных установках, НПИТ – вытяжной воздух помещений, наружный воздух, отработавший сушильный агент; воздухо-водяные – используются для горячего водоснабжения, теплоснабжения и в технологических целях, НПИТ – аналогичен предыдущему; водо-воздушные – используются для кондиционирования воздуха, теплоснабжения ферм, теплиц, НПИТ – сточные воды, вода оборотных систем охлаждения, грунтовая вода, вода рек, водохранилищ; водо-водяные – используются для отопления, горячего водоснабжения, НПИТ – аналогичен предыдущему.

Все типы установок могут использоваться для утилизации и возврата в цикл тепла с различных технологических процессов.

Выбор схемы ТНУ определяется видом НПИТ. НПИТ могут быть как естественного (воздух, вода, грунт) так и искусственного происхождения (тепловые отходы различных производств, например, отходящие горячие газы промышленных печей в среднем содержат около 30-40% теплоты, поступающей в печи, охлаждающая вода в различных процессах).

Общая мощность ТНУ в мире более 100 МВт, в России – несколько ТНУ, суммарной мощностью около 1 МВт.

Вопрос 54. Теплонасосные установки для кондиционирования и вентиляции воздуха. (3, с.70..73)

При вентиляции и кондиционировании целесообразно использовать теплоту вытяжного нагретого воздуха помещения для подогрева приточного свежего воздуха из атмосферы. Обычно нагрев осуществляется калориферами и теплота сбрасываемого воздуха не используется.

1. ТНУ с промежуточным теплоносителем, работающая на фреоне-12 (рис. 33). Зимой установка подогревает приточный холодный воздух до 15-20^оС за счет охлаждения вытяжного воздуха до 0^оС. промежуточный теплоноситель соединяет теплообменники воздуха с теплообменниками теплового насоса, работающего по циклу ПКХУ. Если изменить направление движения воздуха от вентиляторов, тогда установка может использоваться летом для охлаждения приточного воздуха.

Наибольшее применение ТНУ могут иметь в производственных помещениях с высокой кратностью вентиляции и большими тепло- и влаговыделениями. При необходимости догрев приточного воздуха может проводиться различными калориферами.

2. ТНУ для осушки и подогрева (кондиционирования) (рис. 34).

Влажный (приточный) воздух охлаждается и осушается в испарителе за счет выпадения конденсата и подогревается в конденсаторе за счет использования теплоты конденсации влаги воздуха в испарителе. Испаритель и конденсатор могут располагаться также последовательно по ходу воздуха и на выходе будет более сухой и нагретый воздух. Отопительный коэффициент таких ТНУ равен 2-2,5. Подобные установки могут использоваться для утилизации тепла высоковлажного вытяжного воздуха, осушения воздуха с его подогревом и рециркуляцией, для осушения и подогрева наружного воздуха в районах с высокой влажностью атмосферного приточного воздуха.

Для установок вентиляции и кондиционирования в качестве НПТИ кроме воздуха могут использоваться незамерзающие водоемы (озера, пруды ТЭЦ), грунт (его воды), артезианская вода.

Дата добавления: 2015-07-20