Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды водяного отопления и горячего водоснабжения

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную;

- охлаждение конденсата до температуры, рекомендуемой нормативно-техническими документами по рациональной эксплуатации конденсатоприводов;

- частичное обеспечение производственного корпуса в горячей воде и теплоносителях для системы водяного отопления;

- использование большей части теплоты пароконденсатной смеси.

Расчет тепловой схемы выполняется для отопительного периода года.

5.1. В качестве расчетной базы принимается часовой выход теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3).

5.2. В дополнение к п. 4.2 задаемся дополнительными техническими условиями.

5.2.1. Температуру прямой воды отопления t_прпринимаем равной 95…105 ^оС.

5.2.2. Температуру обратной воды отопления t_обр принимаем равной 55…65 ^оС.

5.2.3. Промежуточную температуру греющего теплоносителя t^пр_к (конденсирующейся пароконденсатной смеси) принимаем на 10…15 ^оС

ниже температуры насыщения t_н (см. п. 1.5).

5.3. Процесс конденсации пароконденсатной смеси и последующего переохлаждения конденсата показан на рис. 10.

Рис. 10. Процесс конденсации пароконденсатной смеси и переохлаждения конденсата последовательно в водоподогревателе системы водяного отопления (1-2-3) и горячего водоснабжения (3-4) для тепловой схемы (см. рис. 6):

h_к^пр – промежуточная энтальпия конденсата на выходе из водоподогревателя системы водяного отопления, кДж/кг; h_к^пр = С_р · t_к^пр, кДж/кг, где С_р – теплоемкость воды при постоянном давлении, кДж/кг

5.4. Определяем количество теплоты Q_1(от), отдаваемой греющим теплоносителем в водоподогревателе системы водяного отопления, и

соответствующую тепловую мощность Q_1(от):

5.4.1. Зона конденсации пароконденсатной смеси (рис. 10, участок 1–2):

_ _

Q₁^А_(от) = Q^ч_пкс · (h_пкс - h') / (h_пкс - h^пр_к), ГДж/ч;

Q₁^А_(от) = Q₁^А_(от) · 10⁶ / 3600, кВт.

5.4.2. Зона переохлаждения конденсата (рис. 10, участок 2–3)

Q₁^Б_(от) = Q^ч_пкс · (h' - h^пр_к) / (h_пкс - h^пр_к), ГДж/ч;

Q₁^Б_(от) = Q₁^Б_(от) · 10⁶ / 3600, кВт.

5.5. Находим количество теплоты, воспринимаемой нагреваемой циркуляционной водой системы отопления, Q_2(от) и соответствующую

тепловую мощность Q_2(от):

5.5.1. Нагрев воды при конденсации пароконденсатной смеси:

Q₂^А_(от) = Q₁^А_(от) · η, ГДж/ч;

Q₂^А_(от) = Q₂^А_(от) · 10⁶ / 3600, кВт.

5.5.2. Нагрев воды переохлаждаемым конденсатом:

Q₂^Б_(от) = Q₁^Б_(от) · η, ГДж/ч;

Q₂^Б_(от) = Q₂^Б_(от) · 10⁶ / 3600, кВт.

5.6. Строим температурный график водоподогревателя системы водяного отопления (рис. 11).

5.7. Рассчитываем средние разности температур между теплообменивающимися средами (аналогично п. 4.8).

5.8. Определяем площади поверхностей теплообмена и подбираем типоразмер и количество водоподогревателей (аналогично п. 4.9).

5.9. Находим количество теплоты Q_1(гв), отдаваемой греющим теплоносителем (переохлаждаемым конденсатом) в водоподогревателе системы горячего водоснабжения, и соответствующую тепловую мощность

Q_1(гв):

Q_1(гв) = Q^ч_пкс – (Q₁^А_(от)+ Q₁^Б_(от)), ГДж/ч;

Q_1(гв) = Q_1(гв) · 10⁶ / 3600, кВт.

Рис. 11. Температурный график водоподогревателя системыводяного отопления:

Fа и Fб – площади поверхностей нагрева водоподогревателя, соответствующие зонам переохлаждения пароконденсатной смеси и переохлаждения конденсата, м²; t^пр_от – промежуточная температура циркуляционной воды, соответствующая завершению конденсации пароконденсатной смеси, ^оС; Δt' и Δt" – соответственно разности температур между теплообменивающимися средами, ^оС; Δt^пр – промежуточная разность температур между теплообменивающимися средами, соответствующая завершению конденсации пароконденсатной смеси, ^оС

5.10. Определяем количество теплоты Q_2(гв), воспринимаемой нагреваемой водой в водоподогревателе системы горячего водоснабжения, и

соответствующую тепловую мощность Q_2(гв):

Q_2(гв) = Q_1(гв) · η, ГДж/ч;

Q_2(гв) = Q_2(гв) · 10⁶ / 3600, кВт.

5.11. Находим количество нагреваемой в водоподогревателе воды:

V₂ = (Q_2(гв) · 10³) / [Cp · ρ · (t_гв - t _хв)], м³/ч.

5.12. Строим температурный график водоподогревателя системы горячего водоснабжения (рис. 12).

5.13. Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами (по аналогии п. 4.8.2)

при Δt_б / Δt_м < 1,7 Δt_ср= (Δt^' + Δt^'') / 2

при Δt_б / Δt_м ≥ 1,7 Δt_ср= (Δt_б - Δt_м) / ln (Δt_б / Δt_м)

Рис. 12. Температурный график водоподогревателя системы горячего водоснабжения

5.14. Находим площадь поверхности теплообмена водоводяного подогревателя:

F = Q_2(гв) / (K · Δt_ср), м².

5.15. Определяем коэффициент обеспечения производственного корпуса горячей водой, вырабатываемой в водоводяном подогревателе:

Ψ_гв = (V₂ / V_гв) · 100, %.

5.16. Результаты тепловых расчетов необходимо представить в соответствующем масштабе, а также в процентах в виде структурной диаграммы тепловых потоков (рис. 13).

Рис. 13. Структура тепловых потоков в тепловой схеме использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды водяного отопления и горячего водоснабжения:

1 – водоподогреватель системы водяного отопления; 2 – водоподогреватель системы горячего водоснабжения; Q_пот – потери теплоты в водоподогревателях системы водяного отопления и горячего водоснабжения; η – коэффициент полезного использования теплоты в водоподогревателях

6. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения (рис. 7)

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную;

- утилизацию теплоты пароконденсатной смеси;

- частично удовлетворяет потребности производственного корпуса в горячей воде и горячем воздухе на нужды воздушного отопления;

- охлаждение конденсата до температуры, рекомендуемой нормативно-техническими документами для конденсатопроводов.

6.1. В качестве расчетной базы принимается максимальный часовой выход теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3).

6.2. В дополнение к п. 4.2 задаемся дополнительными техническими условиями:

6.2.1. Давление в сепараторе-расширителе Рс принимается равным 160…180 кПа.

6.2.2. Температура холодного воздуха t_х.воз, поступающего в калорифер, принимается равной -20…-10 ^оС.

6.2.3. Температура горячего воздуха после калорифера t_г.воз принимается равной 60…70 ^оС.

6.2.4. Температура конденсата после сепаратора-расширителя t_с

соответствует давлению Р_с (приложение 2).

6.2.5. Коэффициент полезного использования теплоты в калорифере η_кал принимается равным 0,85 … 0,90.

6.3. Процессы изменения параметров пароконденсатной смеси показаны на рис. 14.

6.4. Определяем количество отсепарированного пара D_с по формуле:

D^ч_с = D^ч_пкс · (h_пкс – h'_c) / (r_c · X_c), т/ч;

где h'_c - энтальпия кипящей воды при давлении Р_с, кДж/кг (приложение 2);

r_c - теплота парообразования при давлении Р_с, кДж/кг (приложение 2);

X_c - степень сухости отсепарированного пара (принимается равной 0,93…0,96).

6.5. Находим внутренний объем сепаратора-расширителя V_c по формуле:

V_c = (β · D^ч_c · Х_с· 10³) / (3600 · ρ''_с · q_V), м³,

где β - коэффициент запаса, учитывающий объем водяного пространства (принимается равным 1,3…1,35);

ρ''_с - плотность сухого насыщенного пара при давлении Р_с, кг/м³;

q_V - напряжение парового пространства сепаратора, м³/(м³·с) (принимается равным 0,55…0,60 м³/(м³ · с).

Рис. 14. Процессы изменения параметров пароконденсатной смеси в тепловой схеме использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения:

1-2 – процесс образования отсепарированного пара; 1-3 – процесс образования кипящей воды с давлением Р_с; 3-4 – процесс переохлаждения конденсата в водоподогревателе системы горячего водоснабжения

6.6. Определяем количество теплоты Q₁₍_c₎, отдаваемой в калорифере, и

соответствующую тепловую мощность Q₁₍_c₎:

Q₁₍_c₎ = D_c (h_x – h_пкс) 10^-3, ГДж/ч;

Q₁₍_c₎ = Q₁₍_c₎ · 10⁶ / 3600, кВт

где h_x - энтальпия отсепарированного пара, кДж/кг:

h_x = h'_c + r_c · X_c, кДж/кг;

h_пкс - энтальпия пароконденсатной смеси после калорифера, кДж/кг

h_пкс = h'_c + r_c · X_пп, кДж/кг;

X_пп - доля пролетного пара в пароконденсатной смеси после калорифера (принимается равной 0,10…0,15).

6.7. Находим количество теплоты Q₂₍_c₎, воспринимаемой в калорифере

нагреваемым воздухом, и соответствующую тепловую мощность Q₂₍_c₎:

Q₂₍_c₎ = Q₁₍_c₎ · η_кал, ГДж/ч;

Q₂₍_c₎ = Q₂₍_c₎ · 10⁶ / 3600, кВт.

6.8. Строим температурный график калорифера (рис. 15).

Рис. 15. Температурный график калорифера:

Δt_б и Δt_м – большая и меньшая разности температур между теплообменивающимися средами, ^оС

6.9. Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами в калорифере:

при Δt_б / Δt_м < 1,7 Δt_ср= (Δt_б + Δt_м) / 2

при Δt_б / Δt_м ≥ 1,7 Δt_ср= (Δt_б - Δt_м) / ln (Δt_б / Δt_м)

6.10. Рассчитываем площадь поверхности нагрева калорифера:

F = Q₂₍_c₎/ К_кал· Δt_ср, м²,

где К_кал - коэффициент теплопередачи калорифера, кВт/(м² · К), который принимается равным 40…60 Вт/(м² · К).

Подбираем тип и количество калориферов с учетом запаса тепловой мощности до 10 % (приложение 11).

6.11. Определяем количество конденсата, поступающего в качестве греющего теплоносителя в водоподогреватель системы горячего водоснабжения:

D^ч_к = D^ч_пкс - D_c, т/ч.

6.12. Находим количество теплоты Q₁, отдаваемой переохлажденным конденсатом в водоводяном теплообменнике, и соответствующую тепловую

мощность Q₁:

Q₁^ч = D^ч_к(h_c – h_к) · 10^-3, ГДж/ч;

Q₁ = Q₁· 10⁶ / 3600, кВт.

6.13. Определяем количество теплоты Q₂, воспринимаемой нагреваемой водой в водоводяном теплообменнике, и соответствующую тепловую

мощность Q₂:

Q₂^ч = Q₁^ч · η, ГДж/ч;

Q₂ = Q₂^ч · 10⁶ / 3600, кВт.

6.14. Строим температурный график водоводяного подогревателя (рис. 16).

Рис. 16. Температурный график водоводяного подогревателя (см. рис. 7)

6.15. Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами:

Δt_ср= (Δt_б + Δt_м) / 2, ^оС.

6.16. Находим площадь поверхности нагрева водоводяного подогревателя:

F = Q₂/ К · Δt_ср, м².

Подбираем типоразмер и количество теплообменников (приложение 10).

6.17. Результаты тепловых расчетов необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы тепловых потоков по аналогии с рис. 13.

6.18. Результаты материальных расчетов пароконденсатной смеси необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы материальных потоков (рис. 17).