Теплоснабжение производства

При техническом перевооружении или реконструкции завода необходимо проанализировать существующую систему теплоснабжения, уделив максимальное внимание вопросам экономии тепловой энергии.

Тепловая мощность системы теплоснабжения определяется как сумма максимальных тепловых нагрузок на технологию, горячее водоснабжение, отопление и вентиляцию с учетом сезонной загрузки предприятия по формуле:

Qr = K(Qо + Qв + Qг.в. + Qm), Вт

(5.7)

где K - коэффициент, учитывающий потери тепла в теплопроводах;

Qо, Qв, Qг.в., Qm - максимальная тепловая нагрузка на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические аппараты, соответственно.

5.2.1 Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию

Максимальная тепловая нагрузка на отопление определяется теплопотерями наружными ограждениями зданий при расчетной температуре наружного воздуха. В общем случае она может быть определена по укрупненным характеристикам здания: строительному объему (Vi) и удельной отопительной характеристике (qoi) из формулы:

Qoi = (1 + m)qoi a Vi ( - .), Вт

(5.8)

где m - коэффициент инфильтрации, учитывающий расход тепла на подогрев воздуха, поступающего в здание инфильтрацией через неплотности в ограждениях, и определяющийся по "Теплотехническому справочнику " или по формуле:

m= 0,01 * 20*Н*(1- Тн.о^р/ Тв^р) +Wв²; (5.9)

Н - свободная высота здания (этажа), м;

Тн.о., Тв - наружная и внутренняя расчетная температура воздуха, К;

tн.о. ,tв - тоже, но в °С. Определяется по строительным нормам и правилам (СНиП) "Климатология и геофизика" и "Отопление, вентиляция и кондиционирование";

Wв - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца в районе строительства. Определяется по СНиП "Климатология и геофизика";

а- поправочный коэффициент, учитывающий действительное значение расчетной температуры наружного воздуха (tн. о)^р, т.к. qoi приводится для температуры tн.о^р= -30°С. Определяется по "Теплотехническому справочнику" или эмпирической формуле:

а = 60/(30- tн. ор) - 0,003 (30 - tн. ор)

(5.10)

Расход тепла на вентиляцию равен количеству тепла, затрачиваемому на подогрев наружного воздуха, подаваемого извне для вентиляции цехов, зданий и отдельных помещений. При этом, также может быть использован метод расчета по укрупненным показателям, по формуле:

Qвi = qвiVi (tвр - tн.вр), Вт

(5.11)

где qвi - удельный расход тепла на вентиляцию здания, Вт/(м³ К);

tн.в^р - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, определяемая по СНиП «Отопление, вентиляция, кондиционирование»;

или по формуле:

Qв= Lсвозrвоз(tвр-tнр),

(5.12)

где L- количество воздуха для расчетного воздухообмена;

с_воз - удельная массовая теплоемкость воздуха;

r_воз- плотность воздуха;

L=m*Vi , м3/ч

(5.13)

m - кратность воздухообмена. Кратностью воздухообмена называют величину, характеризующую интенсивность вентиляции.

Кратность показывает, сколько раз в течение 1 ч необходимо сменить воздух в объеме данного помещения. Чем сильнее загрязнен воздух в помещении, тем больше должна быть кратность воздухообмена.

5.2.2 Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение

Максимальная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение определяется количеством тепла, затрачиваемого на подогрев холодной водопроводной воды, используемой для нужд горячего водоснабжения, исходя из норм расхода горячей воды и часовой неравномерности потребления по формуле:

Sn_i a_i c (tг.в-tх.в^з) * К _ч.н

Qг.в = 24 * 3600 ,Вт (5.14)

где n_i- норма расхода горячей воды, кг/сутки;

a_i- показатель, на который дана норма расхода горячей воды (число технологических аппаратов; число производственных рабочих для цехов и т.п.);

с - теплоемкость воды;

tг.в,tх.в^з - температура горячей воды у потребителя и температура холодной водопроводной воды в зимний период;

Кч. н- коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, определяемый по эмпирической формуле:

Кч.н=7,5(аn)-0,1

(5.15)

Расход воды на лабораторные нужды принимается 1-2% от расхода на технологические нужды и мойку оборудования; а на санитарно-бытовые нужды - 20-30%.

Суточные расходы горячей воды на мойку технологического оборудования и технологические процессы принимаются по паспортным данным аппаратов, а результаты расчетов рекомендуется сводить в таблицу 5.5.

Таблица 5.5 – Суточный расход горячей воды

№ пп	Наименование технологического оборудования	Количество единиц	Расход воды на ед. кг/сут	Общий расход воды, кг/сут

5.2.3 Тепловые затраты на технологические нужды

Расход тепла на технологические процессы рассчитывают, используя формулы, применяемые в технологии. Нагрузка на аппараты, в которых не происходит фазовых превращений продукта (плавление, кипение), определяется по формуле:

Qт=Ас(tк-tн) Кр , Вт

(5.16)

где А- производительность аппарата по продукту;

с - удельная теплоемкость продукта;

tк и tн - конечная и начальная температура продукта;

Кр - коэффициент регенерации тепла.

Чаще тепловую нагрузку на технологические аппараты определяют по паспортным данным аппарата или по формуле:

Qт=А(ik-iн)Кр , Вт

(5.17)

где iк и iн - конечная и начальная удельные энтальпии продукта.

Результаты расчетов рекомендуется сводить в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 – Тепловая нагрузка на технологические аппараты

№ пп	Наименование технологического оборудования	Производительность А, кг/с	Энтальпия, Дж/кг	Мощность Qт, Вт
ik	iн

В большинстве случаев расход тепла удобно представлять в виде расхода пара. Расход пара связан с расходом тепла соотношением вида

Dт = Qт / (i¢¢- i¢)h, кг/с

(5.18)

где i¢¢ и i¢ - энтальпия греющего пара и конденсата;

h - коэффициент использования тепла в аппарате.

Результаты расчета рекомендуется сводить в таблицу 5.7.

Таблица 5.7 – Расход пара на технологические нужды

№ пп	Наименование и тип технологического оборудования	Количество единиц	Общий расход пара, кг/ч

На основании графика загрузки технологического оборудования составляется таблица суточного потребления тепловой энергии и строятся графики суточного потребления тепловой энергии, пример которого дан на рис. 5.1.

Если графики имеют значительную неравномерность по тепловой нагрузке, то предприятия обязаны принимать меры по регулированию графика тепловых нагрузок.

Рисунок 5.1 – Суточное потребление тепловой энергии

Регулирование графика тепловых нагрузок может производиться по возможности изменением технологического процесса, заключающегося в том, что изменяется график загрузки технологического оборудования. Чаще предусматривается установка теплового аккумулятора (Рисунок 5.2).

Тепловой аккумулятор представляет собой резервуар, заполненный на 80-90% кипящей водой, температура которой равна температуре насыщенного пара. В периоды, когда выработка пара превышает его потребление, происходит зарядка аккумулятора. Как только потребность в паре превысит его выработку, осуществляется разрядка аккумулятора. При этом давление в аккумуляторе снижается, в результате чего образуется влажный пар, который направляется в теплоиспользующие аппараты.

Водяной объем аккумулятора определяется по формуле:

Vв=Dak(i1¢¢-i2¢)/(r(i1¢-i2¢) ), м3

(5.19)

где D_ак- необходимая аккумулирующая способность по пару;

r - плотность воды при давлении в начале разрядки аккумулятора;

i₁¢ и i₂¢- удельная энтальпия воды соответственно в начале и в конце разрядки;

i₁¢¢- удельная энтальпия образующегося пара.

Рисунок 5.2 – Принцип работы теплового аккумулятора

Аналогичную функцию выполняют тепловые аккумуляторы горячей воды.

Емкостные рекуперативные и регенеративные теплообменные аппараты обладают аккумулирующей способностью, определяемой по формуле:

QА = Мс *(tк - tн),

(5.20)

где М - масса насадки регенеративного теплообменника (количество нагреваемого теплоносителя в емкостном рекуперативном теплообменнике);

с - удельная массовая теплоемкость насадки (нагреваемого теплоносителя);

tн, tк - начальная и конечная температуры насадки (нагреваемого теплоносителя).

Расчет требуемой поверхности нагрева емкостного рекуперативного теплообменника производится по основному уравнению теплопередачи по средней тепловой мощности, определяемой по формуле:

,

(5.21)

где Q_З - мощность, отдаваемая теплообменником при его зарядке;

Z_З - время работы теплообменника на зарядку;

Q_А - расход нагреваемого теплоносителя.