Термодинамические основы процессов вентиляции и кондиционирования воздуха 4 страница

1 – однооборотная; 2 – двухоборотная; 3 – многооборотная; 4 – с параллейным движением газа; 5 – колпаковая; 6 – с нижним прогревом

 

Допускаемая температура поверхностей печей составляет 120 °С. В детских и лечебных учреждениях максимальная температура поверхностей печей не должна быть выше 90 °С.Температу­ра более 120 °С допускается в помещениях с временным пребыванием людей при установке экранов, предохраняющих от ожогов и переоблучения. Печи классифицируют: по теплоемкости - на теплоемкие с объемом нагреваемого массива не менее 0,2 м³ и толщиной стен топливника не менее 6 см и нетепло­емкие, требующие непрерывной топки;

- по схеме движения газа (рис. 41);

- по виду топливника - на глухие и с колосниковыми решетками;

- по форме в плане - на круглые, прямоугольные, угловые и др.;

- по способу и материалу изготовления.

Конструкции печей и их установка

На рис. 42 показана сравнительно простая умеренного прогрева (на поверхностях до 90 °С) двухоборотная печь. Теплоотдача ее составляет 2700 ккал/ч при двухразовой топке. Печь работает на дровах, торфе, каменном угле. Неравномерность температуры поверхности печи сравнительно велика. Она может быть облицована металлическими листами или плиточными материалами.

 

 

Рис. 42. Двухоборотная печь умеренного прогрева

Имеются достаточно совершенные конструкции печей затяжного (непрерывного) действия. Такая печь изображена на рис. 43.

Есть и другие конструкции печей, в том числе и с использованием газового топлива. В последних предусматриваются предохранительные клапаны для предотвращения опрокидывания цирку­ляции через топливник. Такие устрой­ства позволяют сделать эксплуатацию печей на газовом топливе безопасной.

На практике применяются комбинированные печи для одновременного отопления и хозяйственно-бытовых нужд: кухонные плиты с обогреваемы­ми щитками, духовыми шкафами, водо­грейными бачками и прочее, универсаль­ные "русские" печи, банные печи-"каменки", камины и др.

 

 

 

Рис. 43. Печь непрерывного действия

Кладка печей ведется вымощен­ным красным кирпичом на глино-песчаном растворе. Толщина шва не должна превышать 5 мм. Внутренние стены топливников выкладываются из огнеупорного кирпича на огнеупорной глине. Толщина шва - не более 3 мм. Красный и огнеупорный кирпич между собою не перевязываются. В состав штукатурки печи обя­зательно входит асбест.

Сечения дымовых каналов принимают исходя из следующих сообра­жений:

1/2 х 1/2 кирпича - при печах с теплоотдачей до 3 400 Вт (3000 ккал/ч); 1/2 х З/4 кирпича - при печах с теплоотдачей от 3 400 до 5 100 Вт;

1/2 x 1 кирпича - при печах с теплоотдачей от 5 100 до 6 800 Вт.

Устройство печей связано с выполнением противопожарных требова­ний. В частности, металлические трубы должны быть отнесены на 700 мм от сгораемых конструкций и на 500 мм от трудно сгораемых. Минимальное расстояние кирпичных печей от сгораемых и несгораемых конструкций должно составлять соответственно 380 и 250 мм. При проходе труб через перекрытия устанавливают «разделки». Пример «разделки» приведен на рис. 44.

Рис. 44. Разделка кирпичной трубы, проходящей через перекрытие

 

Подбор отопительных печей.

В качестве расчетной наружной температуры для подбора отопительных печей принимают для проектирования отопления. При этой температуре определяют теплопотери помещений.

Печи удобно подбирать по альбомам, в которых имеются их характеристики, получаемые в результате проведения лабораторных испытаний. Если характеристики той или иной печи отсутствуют, то среднечасовая её теплоотдача может быть принята по формуле:

 

, (28)

где -средняя теплоотдача открыто расположенных поверхностей и поверхностей, обращенных в отступки и в камеру (камера - внутреннее пространство печи, не сообщающееся с дымовыми газами).

Величина колеблется в пределах:

- печи отштукатуренные в металлическом футляре с массой до 1000 кг - 500 – 350 ккал/ч (570 – 400 Вт/ ) (большее значение для двухразовой топки);

- изразцовые печи и остальные печи с массой более 1000 кг – 550 – 400 ккал/ч (630 – 440 Вт/ ).

Для и принимают коэффициент к в пределах 0,5-0,75.

Чтобы амплитуда колебания температуры воздуха в помещении не превышала допустимого значения, коэффициент неравномерности печи следует проверять по условию: < ,

где - среднее теплопоглащение всеми внутренними поверхнос­тями помещения, приходящееся на один квадратный метр площади пола Fn.

При Fn<11 = 50 ккал/ч , при Fn>25 = 65-85 ккал/ч .

а –коэффициент: при одноразовой топке он равен 1, при двухразовой – 0,7.

Поверхность нетеплоемких печей подбирают по формуле:

, (29)

 

где q – удельная теплоотдача.

В заключение приведем некоторые данные для ориентировочного подбора печей при топке один раз в сутки:

- толстостенные печи ½ кирпича и более:

не покрытые изразцами – 280-400 ккал/ч ;

изразцовые – 350-430 ккал/ч ;

- тонкостенные с массой более 1000 кг – 350-400 ккал/ч ;

- то же, но с массой до 1000 кг – 320-390 ккал/ч .

При топке два раза в сутки эти данные рекомендуется увеличивать в 1,4 раза.

2.6 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

По типу приготаливаемого теплоносителя различают водогрейные и паровые котельные. По назначению котельные могут быть:

- отопительными;

- производственными;

- производственно-отопительными;

- пиковыми;

- энергетическими.

В свою очередь отопительные котельные разделяются по сфере обслуживания:

- на индивидуальные;

- на домовые;

- на квартальные;

- на районные.

Домовые и групповые котельные включают в свой состав котлы (не менее двух), питательные и тяго-дутьевые устройства. Котельные большой производительности имеют кроме того экономайзеры, служащие для утилизации теплоты уходящих дымовых газов, водоподготовительные, топливоснабжающие, золоудаляющие и другие устройства.

В котельных теплоснабжения нагревается вода до 95 – 200 °С или производится пар с давлением до 20 ати. Энергетические котлы высокого давления позволяют получать водяной пар с давлением до 250 ати и более.

В домовых котельных устанавливают небольшие котлы, служащие как для отопительно-вентиляционных целей, так и иногда для целей горячего водоснабжения. В связи с тем, что в системах горячего водоснабжения горячая вода теряется безвозратно и необходима постоянная подпитка котла холодной водой с соответствующей ее обработкой для избежания образования накипи и шлама, котлы горячего водоснабжения стремятся не совмещать с котлами для приготовления воды в системе отопления. На рис. 45 приведена принципиальная схема небольшой отопительной котельной. Здесь насос 2 из обратной трубы 6 направляет воду в котел 1, откуда, нагревшись до требуемой температуры, она подается в отопительную магистраль 7.

 

Рис. 45. Принципиальная схема отопительной котельной небольшой производительности

 

 

Возможные утечки воды восполняются в баке-аккумуляторе через точку m. Водопроводная вода 4 поступает в котел горячего водоснабжения 3, где нагревается примерно до температуры 70 °С и затем направляется в бак-аккумулятор и уже из него в магистраль горячего водоснабжения 8. Бак-аккумулятор размещают в самой высокой точке здания. Он кроме создания требуемого гидростатического давления способствует удалению из воды кислорода и других разов и тем самым снижает коррозионную опасность.

Схема крупной отопительной котельной приведена на рис. 46. На этой схеме обратная вода из теплосети 10, пройдя грязевик 3, поступает к сетевому насосу 2 и затем направляется в котел 1. В котле она приобретает требуемую температуру и направляется в подающую магистраль тепловой сети 9. Вода для системы горячего водоснабжения и компенсации утечек подается из водопровода 11 через водоподогреватель 5 и фильтр 6. В группе фильтров вода также умягчается. После умягчения она направляется в деаэратор 8 с вторичным подогревов в водонагревателе 7. после деаэратора подпиточная вода насосом 4 подается в обратную магистраль тепловой сети. Фильтрование, умягчение и деаэрация воды позволяют удалить из нее взвешенные частицы, соли жесткости и растворенные газы: азот, инертные, но особенно кислород и углекислый газ.

Рис. 46. Принципиальная схема крупной отопительной котельной

 

Рис. 47. Принципиальная схема производственно-отопительной котельной

 

 

Паровые котлы чаще всего применяются в производственно-отопи­тельных котельных. В них пар отпускается на технологические нужды, а горячая вода - для целей отопления и горячего водоснабжения вы­рабатывается в пароводяных водоподогревателях. Принципиальная схема такой котельной приведена на рис. 47. Из парового котла пар поступа­ет к технологическому трубопроводу II, а для целей отопления, вен­тиляции и горячего водоснабжения - к пароводяным водоподогревателям 5, в которых нагревается вода, циркулирующая в тепловых сетях 13 и 14. Конденсат от технологического оборудования 12 и водоподо-гревателей собирается в бак 8 и из него насосом 9 снова направля­ется в котел. Подпитка сетей ‘осуществляется насосом 10 в обратный трубопровод между грязевиком, 7 и сетевым насосом 6. Вода из водо­провода проходит подогреватель 2, фильтры 3 и деаэратор 4. Подогре­ватель 2, охлаждая деаэрированную воду примерно от Ю 0°С до 60 – 70°С, подогревает водопроводную воду соответственно до 30 – 40°С, обеспечи­вая тем самым оптимальные условия работы фильтров 3.

В отопительных котельных используются котлы большой и малой теплоемкости. Последние имеют наибольшее распространение в первую очередь из-за своей компактности. Теплоемкие котлы, как правило, представляют собой стальные (чаще горизонтальные) резервуары, обладающие большим аккумуляционным запасом воды. Используются они чаще всего для целей горячего водоснабжения, особенно на предприятиях ком­мунального обслуживания (бани, прачечные и т. п.).

Различают котлы низкого и высокого давления. К последним, вы­полняемым только из стали (котлы низкого давления могут быть чугун­ными), относят паровые котлы с давлением пара выше 0,7 ати и водо­грейные котлы с температурой получаемой воды более 115 °С. Котель­ные высокого давления располагаются только в отдельно стоящем зда­нии, котлы низкого давления можно устанавливать в подвальных этажах зданий.

В небольших котельных устанавливают чугунные секционные котлы различной производительности: до 50 кВт – ВНИИСТО-Мч (рис. 4 8), до 200 кВт – «Универсал», до 800 кВт – «Энергия» (рис. 49).

 

Рис. 48. Отопительный котел ВНИИСТО- Мч

 

 

Рис. 49. Чугунный секционный котел «Универсал-6»:

1 – средняя шатровая секция; 2 – крайняя секция; 3 – колосниковая решетка; 4 – нижнее ниппельное отверстие; 5 – то же, верхнее; 6 – боковой газоход; 7 – изоляция

 

В котельных средней и большой производительности применяются стальные котлы с жаровыми или водонагревательными трубами (ДКВР, ТМЗ и др.).

Поверхность нагрева котлов определяется по очевидному выражению:

, (30)

где Q – расчетная нагрузка,

q – съем теплоты с 1 поверхности нагрева.

Для чугунных котлов q = 7 000 – 13 000 ккал ( ч) 8 – 15 кВт ().

В паспортных данных котлов приводится поверхность нагрева каждой секции. По количеству секций можно судить и о габаритах котла в целом.

Любая котельная, в том числе и местная, представляет собой комплекс помещений: котельный зал, внутренний склад топлива, санитарный узел (обязательно с душем), насосная мастерская.

Хотя бы одна из стен котельной должна иметь световые проемы для обеспечения естественного освещения и притока наружного воздуха (на горение и вентиляцию).

Встроенная местная котельная оборудуется собственным выходом с тамбуром во двор и бункерами для загрузки топлива (для котельных на твердом топливе). В мелких котельных насосы и теплообменники размещаются непосредственно в котельном зале.

Котлы в котельном зале устанавливают вдоль единой фронтовой линии. Для экономии площади котлы часто спаривают.

Рис. 50. Планировка местной отопительной котельной:

1 – водогрейный котел; 2 – паровой котел; 3 – мастерская; 4 – бункер; 5 – дымовой и вытяжной каналы; 6 – склад топлива; 7 – котельный зал; 8 – насосная; 9 – вытяжные каналы из санузла и душевой

 

Удобство обслуживания и ремонт требуют определенной ширины проходов между котлами. Она должна составлять 70 – 100 см. От стен до котлов оставляется проход шириной 1,0 – 1,5 м. Расстояние перед фронтом котлов в зависимости от их типа колеблется от 1,5 до 3,5 м. Высота котельного зала принимается на 1,0 м выше высоты котла, но не менее 3,0 м. Если же котлы обслуживаются сверху, то над ними должно быть пространство не менее 1,9 м. Перекрытия над встроенной котельной проектируют несгораемыми и газонепроницаемыми. Пол котельной также выполняется из несгораемых материалов. На рис. 50 приведена планировка местной встроенной котельной с двумя водогрейными одним паровым котлами. На (рис. 51) изображен план отдельно стоящей котельной. Здесь уже четыре, спаренных по два, водогрейных котла и один паровой.

Рис. 51. Отдельно стоящая котельная:

1 – водогрейный котел; 2 – то же, паровой; 3 – газоходы от котлов; 4 – сборный газоход;

5 – дымовая труба; 6 – неподвижные жалюзи

 

 

При каждой котельной организуется склад топлива. Склады рассчитываются из условия хранения месячного запаса. Площадь склада определяют по следующему выражению:

, (31)

где - часовой расход топлива, кг/ч;

- плотность топлива, кг/ ;

- высота штабеля топлива, м (бурый уголь 1 – 5 м, антрацит – 2,5 м, торф – 4 м).

 

2.7. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

 

Классификация систем теплоснабжения.

Системы теплоснабжения выполняют две функции: приготовление теплоносителя и транспортировку теплоносителя к месту потребителя. В первую очередь системы теплоснабжения классифицируют по радиусу действия на местные, центральные и централизованные. Кроме того они подразделяются по типу источника теплоты, виду теплоносителя, количеству теплопроводов и способу присоединения абонентов.

Источниками теплоты в системах теплоснабжения могут быть котельные, о которых выше уже шла речь, тепловые электрические станции, атомные электростанции, вторичные энергетические ресурсы высокотемпературных технологических процессов и нетрадиционные источники теплоты (термальные воды, гелиоутановки).

Рис. 52. Принципиальная схема паровой теплофикационной системы:

1 – котельная группа, 2 - паровая турбина, 3 – электрический генератор, 4 - конденсатор, 5 – паропровод тепловой сети, 6 - конденсатопровод, 7 – система водоподготовки, 8 – насос, 9 –резервуар для сбора конденсата

Местные и центральные, чаще всего – районные и квартальные, системы теплоснабжения присоединяются к котельным. Централизованные системы теплоснабжения, иначе называемые теплофикационными, характеризуются комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии на тепловых электрических станциях (ТЕЦ или ТЕС). Теплофикационные системы бывают паровыми и водяными. При теплоносителе – паре из котельной ТЭЦ 1 (рис. 52) пар высокого давления подается на паровую турбину 2, которая приводит в действие генератор 3, вырабатывающий электрический ток. При совершении работы пар снижает давление от начального 3-13 МПа до 0,25-0,6 МПа и с таким давлением поступает в паропровод тепловой сети 5.

Далее пар расходуется на технологические нужды, нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

В тепловую сеть, однако, поступает не весь пар. Существенная его часть направляется в конденсатор 4, от которого уже конденсат насосом 8 транспортируется в резервуар 9. Туда же поступает конденсат из теплосети 6 и вода из водопровода через систему водоподготовки 7.

 

Рис. 53. Принципиальная схема водяной теплофикационной системы:

1 – котельная группа; 2 - турбина; 3 - генератор; 4 - конденсатор; 5 – горячий трубопровод тепловой сети; 6 - обратный трубопровод теплосети; 7 – водоподогреватели; 8 - система водоподготовки; 9 – конденсационные насосы; 10 – подпиточный насос тепловой сети; 11 – сетевые насосы; 12 - грязевик,; 13 – резервуар

При водяной теплофикации (рис. 53) от турбин 2 отбирается пар более низкого давления, чем при паровой – 0,06 – 0,25 МПа (0,6 – 2,5 ати). При этом весь пар остается на ТЭЦ и его не нужно собирать от рассредоточенных потребителей, что приводит к меньшим потерям пара. нагревание воды на ТЭЦ происходит в водоподогревателях 7, через которые циркулирует сетевая вода по трубопроводам 5 и 6. Подпитка котла и сети осуществляется через системы водоподготовки 8. Так же, как и при теплоносителе – паре сбор конденсата производится в резервуар 13 насосами 9 от водоподогревателей 7 и конденсатора 4.

На сети устанавливается сетевой циркуляционный насос 11 и грязевик 12. Водяная теплофикация более экономична, так как пар более глубоко отрабатывает на лопатках турбин. Непосредственно на ТЭЦ обычно получают воду с температурой 110 – 120 °С. Для получения воды более высокой температуры устанавливаются либо пиковые котлы, либо пиковые водоподогреватели, работающие на более высоком, чем 0,25 МПа, давлении.

В большинстве городов у нас приняты расчетные параметры теплоносителя при расчетной наружной температуре 150 – 70 °С. Иногда они составляют 135 – 70 °С.

Схема теплофикации с водяным теплоносителем является наиболее распределенной в СССР и широко распространена в городах и на промышленных площадках.

Кроме ТЭЦ для выработки электроэнергии проектируется также конденсационные станции (КЭС). На них скрытая теплота отработавшего на лопатках турбин пара отдается в конденсаторе не сетевой воде, а специально подводимой к нему, которая в свою очередь поступает в водоемы или охлаждается по оборотному циклу в градирнях, бассейнах и т. п.

Таким образом эта теплота попросту теряется. Коэффициент полезного действия КЭС составляет 30 – 40 %, а ТЭЦ имеют КПД порядка 70 – 80 %.

По количеству теплопроводов системы теплоснабжения могут быть:

- однотрубными (когда нет возврата конденсата или обратной воды к источнику теплоты);

- двухтрубными (пар-конденсат, горячая вода-обратная вода);

- трехтрубными (добавляется трубопровод для горячей воды к трубопроводам, предназначенными для отопления);

- четырехтрубными (имеет место в том случае, когда необходима циркуляция горячей воды в системах горячего водоснабжения с целью предотвратить ее остывание).

Присоединение абонентов к тепловым сетям может осуществляться по открытой или закрытой схеме. В первом случае вода через водоструйный элеватор (рис. 54) из тепловой сети поступает непосредственно в отопительную систему или систему горячего водоснабжения.

Рис. 54. Водоструйный элеватор:

1 – рабочее сопло; 2 – камера всасывания; 3 – смесительный конус; 4 – диффузор

 

Во втором - сетевая вода нагревает воду систем отопления или горячего водоснабжения а различных по конструкции теплообменниках. По такому же принципу работают и паровые системы, выполненные по закрытой схеме.

Гидравлические режимы работы тепловых сетей.

Разработка гидравлического режима имеет цель определить:

- распределение давления по длине сети;

- распределение теплоносителя по отдельным участкам и потребителям.

 

 

Рис. 55. Пьезометрический график тепловой сети

 

Гидравлический режим учитывает геодезические отметки, высоту зданий, потери давления в трубопроводах, выбранные схемы присоединения абонентов и др.

Для наглядного изображения распределения давления в сети при заданных (проектных) расходах строят так называемые пьезометрические графики. Пример такого графика приведен на рис. 55.

При построении графиков необходимо соблюдать следующие условия:

1. Обеспечение требуемого избыточного давления во всех точках сети: не выше допустимого для абонентских систем (чаще всего 60 м водяного столба) не ниже атмосферного для предотвращения подсоса воздуха.

2. Обеспечение напоров, не допускающих вскипания воды в трубопроводах (ни в одной точке линии и не должны пересекаться).

3. Напор в системе теплоснабжения не должен быть меньше гидростатического напора местных систем. В противном случае возможно опорожнение систем.

4. Минимальное значение сетевого напора перед сетевыми насосами должно быть не менее 5 – 10 м ().

5. В точках присоединения потребителей напор должен обеспечивать работу водоструйных элеваторов и другого оборудования.

Когда построен пьезометрический график магистрального трубопровода, производится построение таких же графиков для ответвлений от магистрали: их диаметры подбирают таким образом, чтобы при соблюдении перечисленных условий и при расчетном расходе обеспечивалось сопротивление ответвления, равное располагаемому избыточному давлению ().

Тепловые режимы тепловых сетей.

Потребность в теплоте у потребителей в течение времени постоянно меняется. Связано это со многими причинами. Технологические потребители являются достаточно постоянными, но и для них тепловая нагрузка не остается неизменной: она колеблется в зависимости от цикличности технологического процесса, сменности работы предприятий, степени гибкости технологического процесса и др. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение является наиболее постоянной, хотя и она в течение суток и более длительных периодов подвержена регулярным изменениям. Наиболее изменчивой является нагрузка на отопление и вентиляцию. Здесь главным фактором, влияющим на изменение нагрузки, выступает температура наружного воздуха.

Для обеспечения соответствия количества вырабатываемой тепло- и параметров теплоносителя потребностям абонентов служат системы регулирования отпуска теплоты и температуры теплоносителя. Различают центральное, индивидуальное и местное регулирование. Центральное регулирование тепловой нагрузки производится непосредственно у источника теплоты на ТЭЦ или в районной котельной. Индивидуальное регулирование подразумевает изменение теплоотдачи нагревательного прибора или другого устройства, являющегося конечным в системе.

Местное регулирование выполняется в тепловых пунктах промышленных предприятий, в групповых или индивидуальных узлах присоединения местных систем к сетям теплоснабжения. По условиях эксплуатации центральное регулирование имеет преимущества по сравнению с местным. Однако одним центральным регулированием удается ограничиваться только при однородной нагрузке. Так, например, в современных тепловых сетях центральное регулирование предусматривается для основной нагрузки, которой является отопительная, для иных нагрузок предусматривается местное регулирование.

Рассмотри основные способы центрального регулирования на примере отопительных систем. Несмотря на значительное конструктивное разнообразие применяемых отопительных приборов, все они, как правило, являются теплообменниками поверхностного типа, теплоотдачу которых при переменных режимах целесообразнее всего определять по формуле:

, (32)

где - минимальный водяной эквивалент одной из двух сред (нагреваемой или греющей), равный произведению количества жидкости на ее теплоемкость, т.е ;

E – тепловая эффективность теплообменника (например, радиатора отопления);

- разность между начальной температурой греющей среды и начальной температурой нагреваемой среды;

- коэффициент для учета возможных перегревов в работе.

В зависимости от того, изменением какой величины осуществляется изменение теплоотдачи, различают следующие виды регулирования;