Методические указания к проведению практических занятий

В соответствии с государственным образовательным стандартом специалисты, выпускники теплоэнергетических специальностей вузов, должны не только понимать физику процессов, происходящих при работе оборудования и теплоэнергетических систем, но и уметь применять теоретические знания при решении практических задач как при конструировании и наладке, так и при эксплуатации.

Наиболее глубокое понимание любого процесса достигается путем аналитического и экспериментального изучения влияния на него различных факторов. Практические занятия по дисциплине «Основы централизованного теплоснабжения» позволяют студентам на конкретных примерах оценить воздействие различных факторов на показатели работы теплоэнергетического оборудования источников и систем теплоснабжения. При решении предполагаемых ниже задач студенты изучают методики и приобретают навыки практических расчетов, необходимых в дальнейшей инженерной деятельности.

При решении задач рекомендуется следующая точность расчетов: величины, имеющие большое численное значение (энтальпию, температуру, расходы и др.), ограничиваются одним знаком после пятой, величины, имеющие малые численные значения (относительная тепловая нагрузка, относительный расход греющего теплоносителя и др.) - тремя знаками после запятой.

Задача 1

Для района городской застройки с жилой площадью = 1 млн м² определить по укрупненным показателям суммарную тепловую нагрузку отопления, а также годовой расход теплоты все 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 = 9 м²/чел;

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

- 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.9;

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

Таблица 3.1

Среднесуточные температуры наружного воздуха, ^оС	Ниже -30	-25	-20	-15	-10	-5		+8
Продолжительность периода состояния, ч

Порядок решения

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

.

2. Определить расчетную тепловую нагрузку вентиляции общественных зданий района, МВт

.

3. Число жителей района, чел

.

4. Определить средненедельную тепловую нагрузку ГВС жилых и общественных зданий для зимнего периода при t _г=60 ^оС и t _x=5 ^оС, МВт:

.

5. Суммарная расчетная тепловая нагрузка района, МВт

.

6. Летняя тепловая нагрузка ГВС при φл = 0,8 и t хл = 15 ^оС, МВт

.

7. Средняя за относительный период нагрузка отопления, МВт

.

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

.

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

.

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

.

·

11. 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

12. 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. 2) строится график тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха. Для этого рассчитываться 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.

Рис.3.1. Графики тепловой нагрузки Q = f (t _н) и продолжительности тепловой нагрузки Q = f (n)

Форма 3.1

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 Qг^ср ^.н, МВТ	п.4 расчета
Всего

По суммарной нагрузке и продолжительности стояния температур t _н (табл.9) строится график продолжительности тепловой нагрузки Q = f (n) (рис. 3.1). Площадь графика должна быть равна расчетному значению Q _год (см. п. 12).

Задача 2

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 .

Порядок решения

1. По заданному расходу воды из табл. приложения 1 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.

2. Необходимая тепловая производительность подогревателя, Вт

,

где с –теплоемкость воды,Дж/(кг·К);

3. Температурный напор, ^оС

.

4. Средняя температура воды, ^оС

.

5 Средняя температура стенки теплообмена трубки, ^оС

.

6. Число Григулля для конденсата при ^оС

,

где A₁ определяется по табл. приложения 2.

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

- при Z < 2300

,

где А₃ определяется по табл. приложения 2 по заданной ,

- при Z > 2300

,

где А₄ определяется по табл. приложения 2 по заданной ,

,

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

8. Скорость движения нагреваемой воды в трубках теплообменника, м/с

,

где - плотность воды при средней ее температуре;

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

,

где А₅-температурный множитель (приложение 2);

10. Расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К)

,

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

11. Необходимая площадь поверхности нагрева, м²

.

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

Задача 3

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 падающем 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 падающем трубопроводе мм, на обратном мм. Теплопроводность грунта Вт/(м·К).

Порядок решения

1. Расчет термических сопротивлений грунта ведется с использованием различных формул в зависимости от глубины заложения теплотрассы в грунт:

-при h / d _н<2

,

при h / d _н≥2(глубокое заложение)

.

В данной задаче h / d _н = 1,8/0,413>2, поэтому расчет следует вести по формулам для глубокого заложения.

2. Термическое сопротивление изоляции, м·К/Дж

,

где d _н- наружный диаметр изоляции;

3. Термические сопротивления подающего R₁ и обратного R₂ трубопроводов, м·К/Дж

,

.

4. Условное термическое сопротивление,учитывающее взаимное влияние соседних труб, м·К/Вт:

.

5. Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов, Вт/м

.

6. Суммарные удельные тепловые потери, Вт/м

.

Задача 4

Решить задачу 3 для случая прокладки изолированных трубопроводов в непроходном канале с промежуточной стенкой и расстояние 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: .

Порядок решения

1. Эквивалентный диаметр каждой ячейки непроходного ка

,

где F и P - сечение и периметр ячейки канала соответственно, м ² и м;

2. Отношение h / d _э по условиям задачи больше чем 2,поэтому дальнейшие расчеты ведем по формулам для трубопроводов глубокого заложения.

3. Термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов, м·К/Вт:

,

.

4. Условное термическое сопротивление, учитывающее взаимно влияние соседних труб, м·К/Вт

.

5. Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов, Вт/м:

,

.

6. Суммарные удельные тепловые потери, Вт/м

.

7. Сравнить тепловые потери при бесканальной прокладке трубопроводов и прокладкой в непроходном канале с разделяющей стенкой.

Примечание. Расчетный анализ показывает, что тепловые потери теплотрасс при бесканльной прокладке без разделяющей трубопроводы стенкой практически одинаковы с тепловыми потерями теплотрассы с разделяющей стенкой (разница около 5 %).

Задача 5

Определить тепловые потери 1 м паропровода диаметром d / d _в = 273/259 мм, проложенного на открытом воздух 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·К⁴). Коэффициент теплопроводности стенки стального паропровода Вт/(м·K).

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

Порядок решения

1. Задаемся предварительно коэффициентом теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху , Вт/(м⁴·К), например Вт/(м²·К).

2. Полное термическое сопротивление изолированного паропровода, м·К/Вт

Расчетный анализ показывает, что для изолированного теплопровода (R_в+R_тр)<<(R_и+R_н), поэтому величинами R_в и R_тр при расчете изолированных теплопроводов обычно пренебрегают. В этом случае

.

3. Приближенное значение температуры наружной поверхности изоляции, ^оС

.

4. Коэффициент теплоотдачи конвекций от наружной поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м²·К)

.

5. Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием от наружной поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м²·К)

.

6. Уточненное значение коэффициента теплоотдачи от наружности изоляции к воздуху, Вт/(м²·К)

.

7. Уточненные значения R_н и R(см п.2) при уточненном значении .

8. Удельные потери, Вт/м

.

9. Тепловые потери изолированного паропровода, Вт

,

где - коэффициент местных потерь теплоты (по условиям эксплуатации паропровода примем ).

10. Количество выпадающего конденсата, кг/с

,

где r- теплота парообразования при заданном давлении насыщенного пара (r = 2112 кДж/кг при P = 0,5 МПа).

Приложения к задачам практических занятий

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, м^2
Номинальный расход воды, т/ч
Площадь живого сечения для прохода воды, м^2	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
Число латунных трубок диаметром 17,5 мм
Диаметр корпуса, мм
Общая высота подогревателя, мм
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
Масса, т: - без воды - с водой	6,6 11,5	6,6 11,5	19,4	11,9 25,4

2. Температурные множители

Конденсирующийся пар	Вода при турбулентном движении
Температура насыщения t,^оС	A1	A2	А3	А4·10^3	А5
	5,16	-	-	1,62
	7,88	-	-	2,06
	11,40	-	-	2,55
	15,60	-	-	3,06
	20,90	-	-	3,62
	27,10	-	-	4,22
	34,50			4,88
	42,70			5,57
	51,50			6,28
	60,70			6,95
	70,30			7,65
	82,00			8,47
	94,00			9,29
	107,00			10,15
	122,00			11,09
	136,00			12,04
	150,00			12,90

Дата добавления: 2015-07-02