Расчеты тепловых схем
Расчет тепловой схемы источника теплоснабжения является одним из основных, наиболее важных этапов проектирования. Цель — определение количественных и параметрических характеристик основных потоков пара и воды, выбор на основании этих характеристик основного и вспомогательного оборудования, определение диаметров трубопроводов, мощности турбин и производительности водоподготовки. Для выполнения расчета составляют принципиальную расчетную схему, содержащую следующие элементы:
1. Условное изображение основного и вспомогательного оборудования
2. Однолинейное изображение коммуникаций.
3. Параметры работы оборудования (давление, температура, теплосодержание).
4. Расходы среды по расчетным режимам.
Тепловая схема рассматривается для четырех характерных режимов. Каждый из них отличается определенным значением наружной температуры, которой соответствуют тепловые нагрузки отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Первый режим — максимально-зимний, соответствует расчетной наружной температуре воздуха для проектирования отопления. Необходим для проверки обеспечения основным оборудованием пика тепловых нагрузок.
Второй режим — соответствует средней температуре самого холодного месяца. В этом режиме должна обеспечиваться максимально длительная выдача тепла для технологии, средняя за наиболее холодный месяц выдачи тепла на отопление и среднечасовая нагрузка горячего водоснабжения при условии выхода из строя наиболее мощного парового или водогрейного котла. Необходим для выбора количества котлоагрегатов.
Третий режим — среднезимний, соответствует средней температуре за отопительный период. Необходим для расчета среднегодовых технико-экономических показателей и выбора оптимального режима работы основного оборудования.
Четвертый режим — среднелетний, характеризуется отсутствием тепловых нагрузок отопления и вентиляции. Необходим для расчета среднегодовых технико-экономических показателей и выбора оптимального режима работы основного оборудования.
Тепловые нагрузки технологических потребителей в общем случае не являются функцией наружных температур, поэтому привязка указанных нагрузок к режимам, определяемых наружными температурами, является в определенной мере условной. Однако с целью учета всех тепловых нагрузок, обеспечиваемых от источника теплоснабжения, технологические нагрузки определяют по приведенным выше режимам на основании данных о потреблении тепла по конкретным видам производственного потребления. При отсутствии таких данных технологическая нагрузка принимается равной максимальному ее значению в первом, втором и третьем режимах, а в четвертом она снижается на 20—30%.
Расчет тепловой схемы выполняется последовательно для каждого из четырех режимов на основании сводной таблицы тепловых нагрузок и расчетных схем. Поскольку расчет тепловой схемы ТЭЦ и котельной имеет много общих элементов, рассмотрим методику расчета на примере промышленно-отопительной ТЭЦ с необходимыми замечаниями, относящимися к котельным. Расчет удобно разделить на несколько этапов.
1 Определение исходных данных. На этом этапе выполняют следующие операции:
а) уточнение тепловых и электрических нагрузок;
б) выбор типа источника и ориентировочного состава основного оборудования и его параметров;
в) определение процентного количества воды, продуваемой из котлов в зависимости от качества исходной воды и схемы химической очистки ее (обычно 1,5—5%);
г) определение температуры исходной сырой воды (обычно зимой 5° С, летом 10° С);
д) определение температуры сырой воды, идущей на химическую очистку (обычно 20—40° С);
е) определение процента потерь пара и воды внутри схемы источника (обычно 1,5—2% от общего расхода теплоносителя, без учета потерь с невозвращаемым конденсатом производства);
ж) вид теплоносителя для подогрева воздуха в калориферах)- котлоагрегата (пар, горячая вода);
з) параметры пара, поступающего на мазутное хозяйство (обычно 0,9,—1,2 МПа, 250—300 °С);
и)Гопределение графика температур сетевой воды.
2. Определение расходов пара и тепла в расчетных точках схемы. Расчет тепловых балансов элементов схемы ведется обычно в приводимой ниже последовательности. Уравнение теплового баланса теплофикационной установки запишем в виде
Так как Сг.в определяется как второе слагаемое в формуле (27), то задача сводится к определению величины потерь- Утечка теплосети согласно действующим нормам принимается равной 0,5% объема воды в трубопроводах теплосетей с учетом местных систем отопления и вентиляции. Удельные объемы воды на 10е кДж тепловой нагрузки в зависимости от вида теплопотребителя приведены в табл. 26.
Умножая удельные расходы, приведенные в табл. 26, на соответствующие часовые нагрузки, получают суммарный объем воды в тепловой сети и затем величину утечки теплоносителя. Далее определяют количество тепла, вносимого в систему с подпиточной водой:
Тогда нагрузку пикового подогревателя (водогрейный котел или пиковый бойлер) определим из выражения
Подпитка теплосети в настоящее время как для ТЭЦ, так и для котельных, осуществляется с помощью вакуумных деаэраторов. Принципиальная схема вакуумного деаэратора изображена на рис. 4. Схема работает следующим образом: к колонке вакуумного деаэратора подводится холодная аэрированная вода в количестве, необходимом для подпитки тепловой сети. Кроме того, в колонку подается горячая вода с температурой 60—70° С в количестве 30—40% от расхода холодной воды. После деаэрации выходящая из колонки вода поступает в поверхностный теплообменник, где подогревается до 70° С. Конденсат греющего пара теплообменника может направляться в колонку либо возвращаться в цикл станции.
Уравнение теплового баланса деаэратора запишем в виде
При расчете тепловой схемы котельной одним из основных элементов является редукционно-охладительная установка РОУ, так как с ее помощью производится трансформация острого пара в пар с параметрами, необходимыми внешним потребителям и собственным потребителям котельной. Если в схеме ТЭЦ РОУ является резервным элементом, то в схеме котельной — постоянно работающей установкой.
Решив совместно уравнения теплового и материального баланса аппарата при условии пренебрежения потерями в дренаж и окружающую среду, определим расход пара в РОУ из выражений:
В качестве охлаждающей, среды обычно используют питательную воду после деаэратора с температурой 104 С или после ПВД с температурой 145° С.
Запишем выражение (45) в виде
При снижении давления пара до 0,981 МПа величина Пел увеличивается на 15—20%. Расход пара на мазутные подогреватели зависит от типа подогревателя и температурного напора. Значения расходов пара и температурного напора для различных типов подогревателей приведены в табл. 28. Расход пара на спутники мазутопроводов колеблется в зависимости от расположения мазутного хозяйства на генеральном плане и должен определяться в соответствий с методикой гидравлического расчета паропроводов. Для ориентировки в табл. 29 приведены значения DcnyT для некоторых значений диаметров трубопроводов спутников. Расход пара на резервуары мазута принимается на основании данных табл. 30. Определив расходы пара на установки по отпуску тепла и элементы схемы, не зависящие от паропроизводительности котельной, можно перейти к следующему этапу расчета.
3. Определение предварительного расхода пара котлами. Расход пара котлами на ТЭЦ
На основании результатов второго этапа расчета производится распределение определенных выше расходов пара с учетом необходимых параметров между отопительным и промышленным отборами турбины по формулам (55) и (56). Зная величины отборов, при помощи диаграммы режимов работы турбины находят расход пара, а затем суммарный расход пара всеми турбинами ТЭЦ и значение DK по формуле (53).
Дальнейший расчет для котельных выполняют следующим образом. Очевидно, расход на собственные нужды
На современных ТЭЦ принимается, как правило, двухступенчатая деаэрация питательной воды. Первая при давлении 0,118 МПа и вторая при давлении 0,59 МПа ступени деаэрации включены в тепловой баланс системы регенерации турбины. При этом принято, что весь конденсат производственного и отопительного отборов полностью возвращается в систему регенерации с температурами, соответственно равными 70 и 104° С. Однако для подавляющего большинства ТЭЦ это условие не удается выполнить, и в связи с этим возникает задача определения дополнительного, сверх регенерации, расхода пара на деаэраторы 0,118 и 0,59 МПа. Расчеты деаэраторов первой ступени при давлении 0,118 МПа для ТЭЦ и котельных ничем не отличаются.
Расход пара в питательном деаэраторе 0,118 МПа определяем, решая совместно уравнения теплового и материального балансов (последнего в соответствии с расчетной схемой):
При определении расхода пара на деаэратор иногда оказывается, что полученное значение этой величины весьма незначительно или даже отрицательно. Такой результат говорит о неправильном балансе деаэратора, при котором вносимое количество тепла превышает потребное. Для ликвидации этого явления применяют захолаживание наиболее горячего потока, или, если это возможно по условиям схемы, повышение давления в деаэраторе. Струйные деаэраторы, расчет которых приведен выше, в настоящее время находят все меньшее применение. Их место занимает вакуумная деаэрация питательной воды для ТЭЦ и барботажная — для котельных. С точки зрения теплового баланса, последние не отличаются от струйных деаэраторов. Однако часть пара должна быть подведена к барботажному устройству, минуя колонку. Распределение потока пара выполняется в соответствии с указаниями заводов-изготовителей деаэраторов.
Расход пара в вакуумном питательном деаэраторе определяют по формулам (38)—(42), приведенным выше при расчете подпитки. Получив значения расчетных расходов пара на теплообменники, связанные с производительностью котельной, принятой нами равной DK, необходимо для ТЭЦ заново определить значения отборов турбин, расходов острого пара на турбины и подставить эти расходы в уравнение (54). Для котельных полученные значения расходов пара на подогреватели и деаэратор подставляют соответственно в уравнение (55). Если найденное значение DK отличается от того, которое было получено ранее, не более чем на 1,5—2%, то расчет считается оконченным и следует принять
Затем определяют мощности турбин по диаграммам режимов.
На основании расчетов тепловой схемы составляют сводные таблицы теплового и материального баланса для четырех расчетных режимов. Кроме этого, необходимо отметить, что во втором режиме, определяемом температурой наиболее холодного месяца, баланс сводится без одного наиболее мощного котла. Это делается для проверки возможности обеспечения нагрузок при аварийном либо ремонтном выходе котла из строя.
Сводный тепловой и материальный балансы для ТЭЦ : мощностью 160 МВт приведен в табл. 31, а для паровой котельной с четырьмя паровыми ГМ-50-14 и четырьмя водогрейными котлами КВГМ-100 — в табл. 32. Расчет тепловой схемы водогрейной котельной приведен в табл. 33.
Виноградов Ю. И., Векштейн Л. М., Соболь И. Д. ПРОМЫШЛЕННОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ. «Техника», 1975
