Сведения об авторах ЭУМКД 5 глава

 

, где - потери по пути от турбины до подогревателя.

 

По определяют . Расчетное значение , Dtнед =10…15 0С. По на графике температур проводят горизонтальную линию. Сплошная линия t 1 есть график температуры на выходе из основного подогревателя. При t н > t нa отпуск тепла обеспечивается только работой основного подогревателя. При t н < t нa в работу

Рис.4.8.

включается и пиковый подогреватель. соответствует максимальному отбору пара в отборе Т при отключенном отборе П. С введением в работу пикового подогревателя расход пара в отборе Т уменьшается до номинального.

Рассмотрим случай, когда установлен пиковый водяной котел.

Рис.4.9.

Технико-экономическим расчетом определяется оптимальное значение a и . При t _н > t _нa работает только основной подогреватель.

При t н < t нa включаются основной подогреватель и пиковый водяной котел. При включении в работу водяного котла загрузка теплофикационного отбора не меняется, что можно обеспечить при постоянном расходе в сети выдерживая постоянный перепад давления по сетевой воде на основном подогревателе.

Рис.4.10.

При работе по режиму 2 < , определенному в п.1. При работе по режиму 3 определяются . По найденному находят t _нa и .

 

&&&

$$$002-005-100$Лекция №5.Вопросы для самоконтроля

 

&&&

$$$002-006-000$3.2.6 Лекция №6. ВОДОПОДГОТОВКА

{Вопросы лекции}

1 Использование конденсата.

 

&&&

$$$002-006-001$3.2.6.1

{Конспект лекции}

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов и систем теплоснабжения зависит от качества питательной и подпиточной воды. Показателями качества воды являются прозрачность, т.е. содержание взвешенных веществ, удаляемых при механическом фильтровании; сухой остаток – содержание минеральных и органических примесей после выпаривания; жесткость – содержание солей кальция и магния; щелочность – содержание в воде анионов (бикарбонатов), (карбонатов), (гидратов); содержание агрессивных газов (О₂ и СО₂).

Основной задачей подготовки воды является борьба с коррозией и накипью. Требования к качеству воды в паровых и водогрейных котельных различные, т.к. в паровых котельных вода испаряется, а в водогрейных- только нагревается.

Наиболее важным показателем качества воды является ее жесткость. Различают жесткость постоянную (некарбонатную), обусловленную наличием в воде хлоридов, сульфатов и других некарбонатных солей кальция и магния, и временную (карбонатную), обусловленную присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния .

Общая жесткость равна сумме концентраций катионов кальция и магния

Ж_о=Ж_Са + Ж_Mg мг-экв/кг. Для пересчета концентраций кальция и магния, выраженных в мг/кг, в мг-экв/кг их делят на эквивалентные массы этих катионов

, .

Общей щелочностью воды Щ_о называется выраженная в мг-экв/кг суммарная концентрация содержащихся в воде анионов .

Сухим остатком, или солесодержанием называют количество солей, оставшееся после выпаривания воды, мг/кг.

Нормы качества питательной воды для паровых котлов зависит от типа котла и вида топлива. Общая щелочность и сухой остаток питательной воды не нормируются, а обуславливаются выбранными методами обработки воды. Щелочность питательной воды определяется по формуле , где -доля химически обработанной воды; Щ _о.в. – щелочность очищенной воды; Щ _к – щелочность конденсата. При отсутствии сведений о качестве конденсата можно принимать 0.05 мг-экв/кг. Сухой остаток питательной воды определяется по формуле . Для конденсата можно принимать S _к=5 мг/кг.

Источниками водоснабжения для котельных могут служить поверхностные воды рек, озер и искусственных водохранилищ, а также подземные воды из артезианских скважин. Поверхностные воды всегда содержат растворенные вещества и нерастворенные примеси. Подземные воды прозрачны, но солей содержат больше. Чаще всего для водоснабжения используется воды рек и озер. Выбор схемы очистки производится согласно таблицы.

Качество исходной воды	Метод обработки	Основное оборудование
Взвешенных веществ до 50 мг/кг, окисляемость менее 15 мг/кг О2	Фильтрование (удаление взвешенных веществ)	Механические фильтры с загрузкой антрацитом или кварцем. Высота слоя <=1 м, d=0.5-1.2 мм
Взвешенных веществ до 100 мг/кг	Фильтрование (удаление взвешенных веществ)	Механические фильтры с двухслойной загрузкой. Первый слой – кварцевый песок d=0.5-1.2 мм, высота слоя 0.7-0.8 м. Второй слой – дробленый антрацит d=0.8-1.8 мм, высота слоя 0.7-0.5 м
Взвешенных веществ более 100 мг/кг, окисляемость больше 15 мг/кг О2, жесткость < 2 мг-экв/кг	Коагуляция в осветлительном фильтре и фильтрование в механических фильтрах. Уменьшается количество взвешенных веществ и снижается окисляемость	Осветление с последующим фильтрованием
Взвешенных веществ более 100 мг/кг, окисляемость более 15 мг/кг О2, жесткость более 2 мг-экв/кг	Известкование с коагуляцией с последующим фильтрованием, снижается окисляемость, частично снижается щелочность	Осветление с последующим фильтрованием

Осветленная исходная вода или вода из хозяйственно-питьевого трубопровода обрабатывается в ионно-обменных фильтрах, что позволяет уменьшить щелочность и жесткость. При этом возможны следующие методы обработки: Na-катионирование, Na-NH₄-катионирование, Н-катионирование с последующим удалением углекислоты (декарбонизацией), NaCl-ионирование, известкование с коагуляцией.

1. Na-катионирование

Паровые котлы требуют воду с Жо не более 0.01 мг-экв/кг, поэтому Na-катионирование как правило двухступенчатое.

2. Н-катионирование с "голодной" регенерацией фильтров применяется для снижения щелочности, углекислоты, умягчения, частичного снижения содержания железа.

3. Параллельное Н-Na – катионирование, декарбонизация.

По этой схеме вода двумя параллельными потоками направляется на Н- и Na – катионитовые фильтры. Затем оба потока направляются на декарбонизацию для удаления свободной углекислоты и на Na-катионитовый фильтр второй ступени. Такая схема применяется для получения умягченной воды с щелочностью не более 0.35 мг-экв/кг и когда суммарное содержание сульфатных и хлоридных ионов в исходной воде не превышает 5-7 мг-экв/кг, карбонатная жесткость исходной воды составляет более 50 % общей жесткости.

4. Параллельное или совместное NH₄-Na – катионирование. Уменьшается жесткость, щелочность и солесодержание котловой воды.

5. Na-Cl – катионирование. Одновременно с умягчением снижается щелочность воды. Вода после 1-й ступени Na-катионирования проходит через фильтр с анионитом и катионитом. Этим методом можно получить жесткость до 0.01 мг-экв/кг и щелочность до 0.2-0.6 мг-экв/кг.

Метод известкования с коагуляцией применяется для обработки вод поверхностных источников. Он относится к методам осаждения. При этом удаляются связанная и свободная углекислота, снижается содержание железа, сухого остатка, щелочности, органических веществ. Известкование основано на связывании ионов в малорастворимые соединения. Они осаждаются в виде шлама. Перед известкованием воду нужно нагревать до 40 ⁰С.

В случае высокоминерализованной исходной воды и больших потерях конденсата можно пользоваться не химической, а термической обработкой воды в испарителях. При использовании артезианских вод перед ионнообменными фильтрами воду нужно очищать от железа. Как правило, двухвалентное железо содержится в виде Fe(HCO₃)₂. Трехвалентное железо Fe ³⁺ содержится в коллоидном состоянии в виде Fe(OH) ₃. Если содержание до 10 мг/кг, то окисление до Fe ³⁺ производится путем подачи сжатого воздуха в трубопровод исходной воды. Затем воду фильтруют в напорных фильтрах. Если больше 10 мг/кг, то для подачи сжатого воздуха используются специальные устройства.

Правильность выбора схемы водоподготовки проверяется по трем параметрам – величина продувки котла, относительная щелочность котловой воды, содержание углекислоты в паре. Несмотря на подготовку питательной воды, для поддержания концентрации солей на нужном уровне воду нужно частично или постоянно обновлять. Эта операция называется непрерывной или периодической продувкой. Непрерывная продувка производится из участков котла, где ожидается максимальная концентрация растворенных веществ. Периодическая продувка - из мест скопления шлама. Продувка котла по сухому остатку определяется по формуле

, где

П _к – суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной; S _x – сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг; S _к.в. – сухой остаток котловой воды, мг/кг принимают по паспортным или эксплуатационным данным. Для котлов с давлением < 14 ата допустимая продувка не более 10 %, солесодержание не более 500 мг/кг. При давлении в 40 ата продувка не более 5 %, солесодержание чистой воды не более 250 мг/кг.

Допустимое содержание углекислоты в паре не более 20 мг/кг. Концентрация СО₂ рассчитывается для безбарботажных деаэраторов или при отсутствии деаэрации воды по формуле

,

для барботажных деаэраторов по формуле

,

где - доля химически очищенной воды в питательной воде; - доля разложения Na ₂ CO ₂ в котле (при давлении до 14 ата – 0.72); ₁ – доля разложения NaHCO ₃ в котле, равная 0.4.

Относительная щелочность воды во избежание межкристаллитной коррозии должна быть не более 20 % при наличии заклепочных соединений и не более 50 % при наличии вальцовочных соединений.

, Щ для паровых котлов не более 20 %. При отклонении одного из указанных параметров от допустимого, схему водоподготовки следует пересмотреть с целью снижения данного параметра.

 

Использование конденсата.

 

Производственный конденсат, как правило, содержит загрязнения в виде механических примесей, соединений железа и меди, кислорода, углекислого газа, аммиака и др. Если загрязнений не более: взвешенных веществ (300 мг/кг), соединений железа 70 мг/кг, масел 20 мг/кг, смол 2 мг/кг то рекомендуется обработку конденсата осуществить в котельной. Для очистки конденсата фильтрацией применяются активированный уголь, сульфоуголь, антрацит, целлюлоза и др. Обработка в Na-катионитовых фильтрах – удаление аммиака и уменьшение общей жесткости; осветление в фильтрах – уменьшение содержания взвешенных веществ, соединений железа и масла.

При содержании железа от 50 до 70 мг/кг, масел от 15 до 20 мг/кг и смол не более 2 мг/кг необходимо предусмотреть отстаивание конденсата с последующим осветлением.

 

&&&

$$$002-006-100$Лекция №6.Вопросы для самоконтроля

 

&&&

$$$002-007-000$3.2.7 Лекция №7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

{Вопросы лекции}

1 Схемы и конфигурации тепловых сетей.

2 Основные расчетные зависимости.

3 Порядок гидравлического расчета.

4 Пьезометрический график тепловой сети.

5 Особенности гидравлического расчета паропроводов.

6 Особенности расчета конденсатопроводов.

7 Режим давления в сети и выбор схемы абонентского ввода.

8 Гидравлический режим тепловых сетей.

9 Сопротивление сети.

10 Кольцевая сеть.

11 Включение насосных подстанций в сети с двумя источниками питания.

12 Гидравлический режим открытых систем теплоснабжения.

 

&&&

$$$002-007-001$3.2.7.1

{Конспект лекции}

В задачу гидравлического расчета входят:

- определение диаметра трубопроводов;

- определение падения давления (напора);

- определение давлений (напоров) в различных точках сети;

- увязка всех точек сети при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

По результатам гидравлического расчета можно решить следующие задачи.

1. Определение капитальных затрат, расхода металла (труб) и основного объема работ по прокладке тепловой сети.

2. Определение характеристик циркуляционных и подпиточных насосов.

3. Определение условий работы тепловой сети и выбора схем присоединения абонентов.

4. Выбор автоматики для тепловой сети и абонентов.

5. Разработка режимов эксплуатации.

 

a. Схемы и конфигурации тепловых сетей.

 

Схема тепловой сети определяется размещением источников тепла по отношению к району потребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя.

Удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика, поскольку потребители пара – как правило, промышленные потребители – находятся на небольшом расстоянии от источника тепла.

Более сложной задачей является выбор схемы водяных тепловых сетей вследствие большой протяженности, большого количества абонентов. Водяные ТС менее долговечны, чем паровые вследствие большей коррозии, больше чувствительны к авариям из-за большой плотности воды.

Рис.6.1. Однолинейная коммуникационная сеть двухтрубной тепловой сети

 

Водяные сети разделяют на магистральные и распределительные. По магистральным сетям теплоноситель подается от источников тепла в районы потребления. По распределительным сетям вода подается на ГТП и МТП и к абонентам. Непосредственно к магистральным сетям абоненты присоединяются очень редко. В узлах присоединения распределительных сетей к магистральным устанавливаются секционирующие камеры с задвижками. Секционирующие задвижки на магистральных сетях обычно устанавливаются через 2-3 км. Благодаря установке секционирующих задвижек уменьшаются потери воды при авариях ТС. Распределительные и магистральные ТС с диаметром меньше 700 мм делаются обычно тупиковыми. В случае аварий для большей части территории страны допустим перерыв в теплоснабжении зданий до 24 часов. Если же перерыв в теплоснабжении недопустим, необходимо предусматривать дублирование или закольцовку ТС.

 

Рис.6.2. Кольцевая тепловая сеть от трех ТЭЦ Рис.6.3. Радиальная тепловая сеть

 

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае получается кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Подобная схема имеет более высокую надежность, обеспечивает передачу резервирующих потоков воды при аварии на каком-либо участке сети. При диаметрах магистралей, отходящих от источника тепла 700 мм и менее, обычно применяют радиальную схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра трубы по мере удаления от источника и снижения присоединенной нагрузки. Такая сеть наиболее дешевая, но при аварии теплоснабжение абонентов прекращается.

 

b. Основные расчетные зависимости

 

Одномерное установившееся движение жидкости в трубе описывается уравнением Бернулли. , где Z 1, Z 2 – геометрическая высота оси трубы в сечениях 1 и 2; w 1 и w 2 – скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2; p 1 и p 2 – давление жидкости на оси трубы в сечениях 1 и 2; D p – падение давления на отрезке 1-2; g – ускорение свободного падения. Уравнение Бернулли можно записать относительно напоров, разделив обе части на g.

Рис.6.1. Схема движения жидкости в трубе

 

Скорость жидкости в трубопроводах невелика, поэтому кинетической энергией потока можно пренебречь. Выражение H = p /r g называется пьезометрическим напором, а сумма высоты Z и пьезометрического напора называют полным напором.

H₀=Z + p / rg = Z + H. (6.1)

Падение давления в трубе представляет собой сумму линейных потерь давления и потерь давления на местных гидравлических сопротивлениях.

D p = D p _л + D p _м. (6.2)

В трубопроводах D p _л= R _л L, где R _л – удельное падение давления, т.е. падение давление единицы длины трубы, определяемое по формуле д'Арси.

. (6.3)

Коэффициент гидравлического сопротивления l зависит от режима течения жидкости и абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубы к_э. Можно в расчетах принимать следующие значения к_э – в паропроводах к_э =0.2 мм; в водяных сетях к_э =0.5 мм; в конденсатопроводах и системах ГВС к_э =1 мм.

При ламинарном течении жидкости в трубе (Re < 2300)

. (6.4)

В переходной области 2300 < Re < 4000

. (6.5)

При

. (6.6)

Обычно в тепловых сетях Re > Re_пр, поэтому (6.3) можно привести к виду

, где . (6.7)

Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле

. (6.8)

Значения коэффициента местного гидравлического сопротивления x приводятся в справочниках. При гидравлических расчетах можно учитывать потери давления на местных сопротивлениях через эквивалентную длину.

.

Тогда , где a=l_экв/l – доля местных потерь давления.

a. Порядок гидравлического расчета

 

Обычно при гидравлическом расчете задаются расход теплоносителя и суммарное падение давления на участке. Требуется найти диаметр трубопровода. Расчет состоит из двух этапов – предварительного и поверочного.

Предварительный расчет.

2. Задаются долей местных падений давления a =0.3...0.6.

3. Оценивают удельные потери давления

. Если падение давления на участке неизвестно, то задаются величиной R_л < 20...30 Па/м.

4. Рассчитывают диаметр трубопровода из условия работы в турбулентном режиме Для водяных тепловых сетей плотность принимают равной 975 кг/м³.

Из (6.7) найдем

, (6.9)

где r – средняя плотность воды на данном участке. По найденному значению диаметру выбирают по ГОСТ трубу с ближайшим внутренним диаметром. При выборе трубы указывают либо d_у и d, либо d_н и d.

 

2. Поверочный расчет.

 

Для концевых участков следует проверить режим движения. Если окажется, что режим движения переходный, то, если есть возможность, нужно уменьшить диаметр трубы. Если это невозможно, то нужно вести расчет по формулам переходного режима.

1. Уточняются значения R_л;

2. Уточняются типы местных сопротивлений и их эквивалентные длины. Задвижки устанавливаются на выходе и входе коллектора, в местах присоединения распределительных сетей к магистральным, ответвлений к потребителю и у потребителей. Если длина ответвления менее 25 м, то допускается устанавливать задвижку только у потребителя. Секционирующие задвижки устанавливаются через 1 – 3 км. Кроме задвижек возможны и другие местные сопротивления – повороты, изменения сечения, тройники, слияние и разветвление потока и т.д.

Для определения количества температурных компенсаторов длинны участков делятся на допустимое расстояние между неподвижными опорами. Результат округляется до ближайшего целого числа. Если на участке есть повороты, то они могут быть использованы для самокомпенсации температурных удлинений. При этом количество компенсаторов уменьшается на число поворотов.

5. Определяются потери давления на участке. Для закрытых систем Dp_уч=2R_л(l+l_э).

Для открытых систем предварительный расчет ведется по эквивалентному расходу

При поверочном расчете удельные линейные потери давления рассчитываются отдельно для подающего и обратного трубопроводов для действительных расходов.

, .

По окончании гидравлического расчета строится пьезометрический график.

 

a. Пьезометрический график тепловой сети

 

На пьезометрическом графике в масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети. По этому графику легко определить напор и располагаемый напор в любой точке сети и абонентских системах.

За горизонтальную плоскость отсчета напоров принят уровень 1 – 1. Линия П1 – П4 – график напоров подающей линии. Линия О1 – О4 – график напоров обратной линии. Н_о1 – полный напор на обратном коллекторе источника; Нсн – напор сетевого насоса; Нст – полный напор подпиточного насоса, или полный статический напор в тепловой сети; Нк – полный напор в т.К на нагнетательном патрубке сетевого насоса; DHт – потеря напора в теплоприготовительной установке; Нп1 – полный напор на подающем коллекторе, Нп1= Нк - DHт. Располагаемый напор сетевой воды на коллекторе ТЭЦ Н1=Нп1-Но1. Напор в любой точке сети i обозначается как Нпi, Hoi – полные напоры в прямом и обратном трубопроводе. Если геодезическая высота в точке i есть Zi, то пьезометрический напор в этой точке есть Нпi – Zi, Hoi – Zi в прямом и обратном трубопроводах, соответственно. Располагаемый напор в точке i есть разность пьезометрических напоров в прямом и обратном трубопроводах – Нпi – Hoi. Располагаемый напор в ТС в узле присоединения абонента Д есть Н4 = Нп4 – Но4.

 

Рис.6.2. Схема (а) и пьезометрический график (б) двухтрубной тепловой сети

 

Потеря напора в подающей линии на участке 1 – 4 есть . Потеря напора в обратной линии на участке 1 – 4 есть . При работе сетевого насоса напор Нст подпиточного насоса регулируется регулятором давления до Но1. При остановке сетевого насоса в сети устанавливается статический напор Нст, развиваемый подпиточным насосом. При гидравлическом расчете паропровода можно не учитывать профиль паропровода из-за малой плотности пара. Потери напора у абонентов, например зависит от схемы присоединения абонента. При элеваторном смешении D Н э= 10…15 м, при безэлеваторном вводе – D нб э =2…5 м, при наличии поверхностных подогревателей D Н п=5…10 м, при насосном смешении D Н нс= 2…4 м.

Требования к режиму давления в тепловой сети:

b. в любой точке системы давление не должно превышать максимально допустимой величины. Трубопроводы системы теплоснабжения рассчитаны на 16 ата, трубопроводы местных систем – на давление 6-7 ата;

c. во избежание подсосов воздуха в любой точке системы давление должно быть не менее 1.5 ата. Кроме того это условие необходимо для предупреждения кавитации насосов;

d. в любой точке системы давление должно быть не меньше давления насыщения при данной температуре во избежание вскипания воды;

 

6.5. Особенности гидравлического расчета паропроводов.

 

Диаметр паропровода рассчитывают исходя либо из допустимых потерь давления, либо из допустимой скорости пара. Предварительно задается плотность пара на расчетном участке.

- расчет по допустимым потерям давления.

Оценивают , a = 0.3...0.6. По (6.9) рассчитывают диаметр трубы.

- задаются скоростью пара в трубе. Из уравнения для расхода пара – G=wrF находят диаметр трубы.

По ГОСТу подбирается труба с ближайшим внутренним диаметром. Уточняются удельные линейные потери и виды местных сопротивлений, рассчитываются эквивалентные длины. Определяется давление на конце трубопровода. Рассчитываются потери тепла на расчетном участке по нормируемым потерям тепла.