Практическое занятие №4. Тепловая нагрузка промпредприятий

Задача 4-1. Определить суммарный расчетный расход теплоты на технологические нужды, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение хлебозавода производительностью 12 т/ч продукции, расположенного в районе с расчетной наружной температурой воздуха t_н.о. = -25°С. Объем отапливаемых помещений по наружному обмеру составляет 50·10³ м³, а объем вентиляционных помещений – 80% от отапливаемых. Удельный расход теплоты на выработку единицы продукции принять 12 ГДж/т. Расход горячей воды на технологические нужды принять 6 кг/с, среднюю температуру горячей воды - 60°С, а холодной - 10°С.

РЕШЕНИЕ. Определим расчетный расход теплоты на технологически нужды по формуле, приняв = 0:

Q_тех = q_iП_t = 1,2·10⁶·12 = 14,4 ГДж/ч.

Расчетный расход теплоты на отопление находим, предварительно определив отопительную характеристику здания:

кДж/(м³·ч·К).

Учитывая, что t_н.о. = -25°С, примем температуру воздуха внутри помещения t_в.р. = 18°С. Тогда

Q₀ = q₀V(t_в.р. - t_н.о.) = 1,44·50·10³ (18+25) = 3,1·10⁵ кДж/ч = 3,1 ГДж/ч.

Определим расчетный расход теплоты на вентиляцию, приняв q_в = 0,85 кДж/(м³·ч·К):

Q_в = q_вV(t_в.р. - t_н.о.) = 0,85·50·10³·0,8(18+25) = 1,36 кДж/ч.

Средний расход теплоты на горячее водоснабжение найдем из уравнения теплового баланса

= 6·3600·4,19(60-10)=4,52 кДж/ч.

Учитывая поправки на неравномерность потребления горячей воды по суткам и неделям, принимаем расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение 2·4,52·10⁶ = 9,04·10⁶ кДж/ч.

Суммарный расход теплоты

Q_сум = Q₀ + Q_в + = 3,1 + 1,36 + 9,04 = 13,5 ГДж/ч.

Задача 4-2. Для района городской застройки с жилой площадью =1 млн м² определить по укрупненным показателям суммарную тепловую нагрузку отопления, а также годовой расход теплоты всех указанных видов теплопотребления. Построить годовой график продолжительности тепловой нагрузки.

В качестве исходных данных принять:

- расчетная температура наружного воздуха для отопления = -26 ^оС;

- средняя температура наружного воздуха в наиболее холодный месяц ^оС;

- средняя за отопительный период температура наружного воздуха = -1,8^оС;

- продолжительность отопительного периода 220 сут.;

- обеспеченность жилой площадью = 18 м²/чел.;

- укрупненный показатель максимальной нагрузки на 1 м² жилой площади q=163 Вт/м²(принимается по СНиП);

- коэффициент, учитывающий нагрузку отопления общественных зданий района городской застройки k_общ= 0,25;

- коэффициент, учитывающий тепловую нагрузку вентиляции общественных зданий районов k_в=0.4;

- средненедельный расход воды на ГВС на одного жителя в сутки = 110 л/сут по жилым зданиям и = 20 л/сут по общественным зданиям;

- данные длительности стояния температур наружного воздуха взять из табл. 3.1;

-длительность работы вентиляции 16 ч/сут. или 220·16 = 3520 ч/год.

Таблица 3.1

Среднесуточные температуры наружного воздуха, оС	Ниже -30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+8
Продолжительность периода стояния, ч	18	47	172	418	905	1734	3033	4920

РЕШЕНИЕ

Определить расчетную относительную нагрузку жилых и общественных зданий района жилой застройки, МВт:

.

Определить расчетную тепловую нагрузку вентиляции общественных зданий района, МВт:

.

Число жителей района, чел.:

.

Определить средненедельную тепловую нагрузку ГВС жилых и общественных зданий для зимнего периода при t_г=60 ^оС и t_x=5 ^оС, МВт:

.

Суммарная расчетная тепловая нагрузка района, МВт:

.

Летняя тепловая нагрузка ГВС при φл = 0,8 и tхл = 15 ^оС, МВт:

.

Средняя за относительный период нагрузка отопления, МВт:

.

Годовой расход теплоты на отопление при n_o=220·24=52804 ۬۬۬۬۬۬۬۠ч = 19·10⁶ с, МДж/год:

.

Средняя за отопительный период нагрузка вентиляции при ее работе по отопительному графику, МВт:

.

Годовой расход теплоты на вентиляцию при n_в=3520 ч =12,7·10⁶ с и , МДж/год:

.

·

Годовой расход теплоты на ГВС при длительности зимнего периода n_o= 19·10⁶ с и летнего периода n_л= 8400 - 5280= 3120 ч= 11,2·10⁶ с, МДж/год:

.

Суммарный годовой расход теплоты района городской застройки, ГДж/год:

.

При уточненных расчетах Q^год необходимо учитывать еще и тепловые потери трубопроводов тепловой сети, k_пот=1,1.

Перед построением графика продолжительности тепловой нагрузки (рис. 3.6) строится график тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха. Для этого рассчитываются тепловые нагрузки каждого вида теплопотребления при трех характерных температурах наружного воздуха : t_н= 8 ^оС (начало отопительного периода), ^оС (средняя температура наружного воздуха в наиболее холодный месяц) и t_но= -26 ^оС (расчетная температура наружного воздуха для отопления). Результаты расчета сводятся в таблицу по форме 4.1.

Рис.4.5. Графики тепловой нагрузки Q = f(t_н) и продолжительности тепловой нагрузки Q = f(n)

Форма 4.1

Величина	Формула или способ определения	Расчет	Численное значение при температуре наружного воздуха tн, оС
			+8	-7,8	-26
Тепловая нагрузка на отопление Qo, МВт
Тепловая нагрузка на вентиляцию (при работе 16 ч/сут) Qв, МВт
Тепловая нагрузка на ГВС Qгср.н , МВТ	Из расчета
Всего

По суммарной нагрузке и продолжительности стояния температур t_н строится график продолжительности тепловой нагрузки Q=f(n) (рис. 4.5). Площадь графика должна быть равна расчетному значению Q_год

Задача 4-3. Сетевой подогреватель теплофикационной установки ТЭЦ должен подогревать воду в количестве G = 288 кг/с от t₁ = 70 ^оС до t₂ = 116 ^оС паром P = 0,245 МПа ( ^оС). Требуется выбрать пароводяной сетевой вертикальный подогреватель типа ПСВ. Коэффициент загрязнения поверхности нагрева .

РЕШЕНИЕ

По заданному расходу воды из табл. 1 приложения (с. 103) выбираем для проверки наиболее близкий типоразмер ПСВ и записываем его технические характеристики: площадь поверхности нагрева F, м²; число ходов; диаметр трубок d_н/d_в, мм; число трубок n, шт.; площадь живого сечения для прохода воды f, м²; расчетную высоту трубок (расстояние между соседними перегородками) Н, м.

Необходимая тепловая производительность подогревателя, Вт:

,

где с –теплоемкость воды ,Дж/(кг·К) ;

Температурный напор, ^оС:

.

Средняя температура воды, ^оС:

.

Средняя температура стенки теплообмена трубки, ^оС:

.

Число Григулля для конденсата при ^оС:

,

где A₁ определяется по табл. 2 приложения, с. 104

Коэффициент теплоотдачи конденсирующего пара к наружной стенке теплообменной трубки, Вт/(м²·К):

- при Z < 2300

,

где А₃ определяется по табл. 2 приложения по заданной , число Рейнольдса Re_н по формуле

- при Z > 2300

,

где А₄ определяется по табл. 2 приложения по заданной ,

,

где Pr и Pr_ст- критерии Прандтля для конденсата греющего пара при и .

Скорость движения нагреваемой воды в трубках теплообменника , м/с:

,

где - плотность воды при средней ее температуре;

Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки теплообменной трубки к нагреваемой воде, Вт/(м²·К):

,

где А₅-температурный множитель (табл. 2 приложения);

Расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К):

,

где - коэффициент теплопроводности стенки теплообменной трубки при t_cт (для условий задачи Вт/(м·К);

Необходимая площадь поверхности нагрева, м²

.

Принять к установке необходимое количество сетевых подогревателей, выбранных для проверки.

Задача 4-4. Определить тепловые потери 1 м подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, наружный диаметр труб d = 273 мм, трубы проложены бесканально в грунте на глубине h = 1,8 м, расстояние между осями труб b = 520 мм.

Температура воды в подающем трубопроводе ^оС, в обратном трубопроводе ^оС. Температура грунта на глубине заложения труб t_o = 2 ^оС, коэффициент теплопроводности изоляции Вт/(м·К), толщина изоляции на подающем трубопроводе мм, на обратном мм. Теплопроводность грунта Вт/(м·К).

Задача 4-5. Решить задачу 3-4 для случая прокладки изолированных трубопроводов в непроходном канале с промежуточной стенкой и расстоянием между осями труб b = 600 мм. Ячейка непроходного канала для каждой из труб имеет форму квадрата с внутренними размерами 600× 600 мм.

Коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху и от воздуха к внутренним стенкам канала Вт/(м·К). При расчете коэффициенты теплопроводности стенок канала и грунта принять равными: .

Задача 4-6. Определить тепловые потери 1 м паропровода диаметром d/d_в = 273/259 мм, проложенного на открытом воздухе с температурой t_o = 10 ^оС. Средняя скорость движения воздуха w = 5 м/с. По паропроводу подается насыщенный пар с температурой 150 ^оС. Тепловая изоляция паропровода толщиной 80 мм, ее коэффициент теплопроводности 0,1 Вт/(м·K). Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы 10000 Вт/(м²·К). Коэффициент лучеиспускания поверхности изоляции c_n = 5 Вт/(м²·К). Коэффициент теплопроводности стенки стального паропровода Вт/(м²·K).

Определить также тепловые потери паропровода при его длине l = 500 м и количество выпадающего конденсата.

Задача 4-7. Определить суммарный расчетный расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района с населением Ж = 25000 человек, если объем отапливаемых зданий по наружному обмеру V_п = 1,4 ·10⁶ м³, объем вентилируемых зданий 20% от объема отапливаемых, удельная отопительная характеристика q₀ = 0,4 Вт/(м³·К), удельная вентиляционная характеристика q_в = 0,32 Вт/(м³·К), расход горячей воды одинм жителем G_в = 0,0011 кг/с, температура воздуха внутри помещения t_нар = -24ºС, температура горячей воды t_г.в. = 60ºС и температура холодной воды t_х.в. = 5ºС.

РЕШЕНИЕ

Расчетный расход тепла на отопление

.

Расчетный расход тепла на вентиляцию

.

Средний расход тепла на горячее водоснабжение

Расчетный расход тепла на горячее водоснабжение

.

Суммарный расчетный расход тепла равен

Q = + + = 24,64·10⁶ + 3,94·10⁶ + 12,66·10⁶ = 41,24·10⁶ Вт.

Приложение к задачам практических занятий

Табл. 1

Технические характеристики пароводяных вертикальных сетевых подогревателей ПСВ

Величина	ПСВ- 200-7-15	ПСВ- 200-14-23	ПСВ- 315-14-23	ПСВ- 500-14-23
Площадь поверхности нагрева, м2	200	200	315	500
Номинальный расход воды, т/ч	800	800	1130	1800
Площадь живого сечения для прохода воды, м2	0,123	0,123	0,137	0,226
Потеря напора с водяной стороны, м.в.ст	5,5	5,5	5,5	5,5
Число ходов воды	2	2	2	2
Число латунных трубок диаметром 17,5 мм	1018	1018	1144	1830
Диаметр корпуса, мм	1232	1232	1540	1640
Общая высота подогревателя, мм	5540	5540	7140	7360
Расстояние между соседними перегородками каркаса подогревателя, м	1,67	1,67	1,61	1,62
Рабочее давление (избыточное), МПа: - с водяной стороны - с паровой стороны	1,5 0,7	2,3 1,4	2,3 1,4	2,3 1,4
Максимальная температура среды, оС: - пара - воды	400 150	350 180	400 150	400 180
Масса, т: - без воды - с водой	6,6 11,5	6,6 11,5	10 19,4	11,9 25,4

Табл. 2

Температурные множители

Конденсирующийся пар					Вода при турбулентном движении
Температура насыщения t, оС	A1	A2	А3	А4·103	А5
20	5,16	-	-	1,62	2124
30	7,88	-	-	2,06	2220
40	11,40	-	-	2,55	2400
50	15,60	-	-	3,06	2574
60	20,90	-	-	3,62	2773
70	27,10	-	-	4,22	2896
80	34,50	8403	12140	4,88	3051
90	42,70	8688	12601	5,57	3269
100	51,50	8925	13031	6,28	3315
110	60,70	9135	13402	6,95	3439
120	70,30	9327	13734	7,65	3554
130	82,00	9467	14001	8,47	3663
140	94,00	9560	14246	9,29	3762
150	107,00	9663	14392	10,15	3852
160	122,00	9727	14501	11,09	3937
170	136,00	9772	14600	12,04	4012
180	150,00	9792	14629	12,90	4076