Расход теплоты в системах теплоснабжения

Графики расхода энергии. Наиболее универсальным энергоносите­лем, требующим определения самой эф­фективной области его применения, яв­ляется электроэнергия. Кроме технико-экономических необходимо учитывать также социальные и экономические фак­торы. Общее потребление энергии В за анализируемый период времени (напри­мер, год) (в пересчете на условное топ­ливо) приближенно определяется в виде суммы

В = Э + Q + Вн, (1)

где Э – потребление электроэнергии;

Q – потребление тепловой энергии;

Вн – потребление топлива, используемого не­посредственно в технологических про­цессах.

Структуру энергопотребления характе­ризуют рядом коэффициентов, представ­ляющих собой различные сочетания от­ношений величин, входящих в баланс (1). Так, потребление электроэнергии характеризуют электроэнергетическим коэффициентом b= Э/В (в МВт×ч/т), электротопливным bэтн= Э/Вн (в МВт×ч/т) или теплоэлектрическим bтэ = Q/Э [в ГДж/(МВт×ч)]. Ориентировочно bтэ и bэтн имеют следующие значения: для промышленности (в целом) bтэ = 9,29; bэтн = 0,84; для машиностроения соот­ветственно 9,84 и 1,07; для пищевой промышленности – 32,2 и 0,47. Структура электропотребления, в свою очередь, определяется суммой

Э = Эдв + Этех + Эосв , (2)

где Эдн, Этех и Эосв – энергия, соответ­ственно используемая на двигатели, тех­нологические процессы (электротермия, сварка и др.) и освещение.

Если ввести обозначения

kдв = Эдв/Э, kтех = Этех/Э, kосв = Эосв/Э,

то сумма (2) получит вид

kдв + kтех + kосв =1 ,

где kдв , kтех , kосв – коэффициенты со­ответственно электросиловой, электро­технологический и электроосветитель­ный.

Значения этих коэффициентов отра­жают уровень развития электрификации. Так, если на начало первой пятилетки kдв = 0,83, kтех = 0,02 и kосв = 0,15, то в настоящее время kдв уменьшился более чем в 1,5 раза, а kтех увеличился более чем в 15 раз. Расход теплоты в промышленности составляет ориентировочно 27 % сум­марного расхода энергоресурсов, а топ­лива 44%. Расход теплоты на отопление и венти­ляцию определяется суммированием произведений часовых расходов теплоты при различных наружных температурах на длительность стояния этих темпера­тур, которые можно найти по справоч­ным таблицам. Следует отметить, что количество теплоты Q на отопление и вентиляцию при прочих равных усло­виях приближенно линейно зависит от температуры Тн наружного воздуха (рис. 6, а). Расход теплоты Qг.в на бытовое горячее водоснабжение промышленных, жилых и других зданий, например, среднесуточный (в кДж/ч), определяется соотношением

Qг.в = a×m×cв(Тг-Тх), (4)

где a — норма расхода горячей воды, которая принимается согласно нормам СНиП; m — количество единиц, на кото­рые отнесена норма (количество людей и т. д.); св — удельная теплоемкость во­ды, кДж/(кг×К); Тх и Тг – температура соответственно холодной (водопровод­ной) и горячей воды, К.

Анализ особенностей теплопотребления различными предприятиями явля­ется необходимым условием правиль­ного выбора и расчета источника теп­лоты, а также определения режима работы системы теплоснабжения. Наглядное представление о теплопотреблении дают графики зависимости теплопотребления от времени. Такие графики строят как для отдельных зданий, так и для районов теплоснаб­жения в целом. Анализ эффективности работы систем теплоснабжения обычно осуществляется на основе годового гра­фика суммарной нагрузки, который строят суммированием суточных графи­ков потребления теплоты. На графике изменения тепловой на­грузки Q от времени t (рис. 6,6) площадь 01234 соответствует расходу теплоты Qп за весь период t0, так что Qп = clip_image009. Площадь прямоугольника с основанием tвр о равновелика площади под кривой, имеет высоту, соответст­вующую средней тепловой нагрузке Qср = clip_image009[1]/tо . Путем построения равновеликого прямоугольника с высотой Qmах определяется число часов использо­вания максимальной тепловой нагрузки tmax. Отношение Qmax/Qcp называется ко­эффициентом часовой неравномерности расхода теплоты за период времени t₀.

Рис. 6. Графики изменения тепловой нагрузки:

а – зависимость суммарного расхода теплоты Q от температуры Тн наружного воздуха;

б – изменение тепловой нагрузки Q во времени t;

в – суточный график изменения расхода теплоты Qпp при двухсменной работе промышленного предприятия;

г – суточный график при очень неравномерном теплопотреблении

Количество теплоты, затрачиваемой на производственные цели Qпp (рис. 6, в), определяется суммой

Qпp = Q0 + qпП, (5)

где Q0 – расход теплоты, не зависящий от количества выпускаемой продукции;

qп – удельный расход теплоты (на еди­ницу продукции);

П – количество выпус­каемой продукции.

Кривая 1 соответствует изменению часового расхода теплоты, горизонталь 2 определяет среднечасовой расход теп­лоты за сутки. На некоторых промышленных пред­приятиях суточный график потребления теплоты очень неравномерен (рис. 6, г) и характеризуется максимальным коли­чеством теплопотребления Qг.в mах и среднесуточным Qг.в.cp. Суточные графики расхода теплоты строят на основании расчетов с исполь­зованием нормативных данных об удель­ных расходах теплоты на технологиче­ские цели или обобщения результатов испытаний теплопотребляющего обору­дования. Определение тепловых нагрузок, не­обходимых для расчета расходов топ­лива, решение задач повышения технико-экономической эффективности оборудо­вания и систем теплоснабжения в значи­тельной степени связаны с анализом годовых графиков тепловых нагрузок, строящихся в хронологической последо­вательности, например, по месяцам или в порядке убывания. Так, годовой услов­ный график комплексного расхода теп­лоты предприятием, располагающим собственной котельной (рис. 7), в за­висимости от продолжительности на­ружной температуры Тн дает возмож­ность определять расходы теплоты и топлива, устанавливать необходимое ко­личество и мощность котлов и т. д.

Рис. 7. Годовой график расхода теплоты Q предприятием:

(Qот, Qв и Qк. в - часовой расход теплоты соответственно для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;

(Qт.п, Qт.т.в и Qс.б – среднечасовой расход теплоты соответственно для технологических нужд в виде пара, горячей воды и для санитарно-бытовых нужд;

Тн от – температура начала (окончания) отопительного периода

Расходы теплоты в системах тепло­снабжения необходимо знать при их проектировании, строительстве и регу­лировании, а также при наладке и эксплуатации. Для этих целей чаще всего употребляются максимально-часовые расходы теплоты, определяемые по из­вестным расчетной температуре для отопления и максимальным нагрузкам технологического потребления (значение этого расхода является основой для определения остальных расходов теп­лоты), среднечасовой расход теплоты наиболее холодного месяца года, кото­рый необходим для проверки правиль­ности выбора мощности, количества оборудования и источника теплоты, среднечасовой расход теплоты отопи­тельного периода и года. Неравномерность теплового потреб­ления, отрицательно сказывающаяся на технико-экономических показателях сис­темы теплоснабжения, может быть сглажена либо организованными мероприя­тиями (например, изменением графика работы смен), либо применением акку­муляторов теплоты. Годовые графики расхода теплоты позволяют устанавли­вать время пуска и остановки сетевых насосов, выбирать период отключения участков тепловых сетей для промывки, проверки, ремонта и т. п.

Для повышения эффективности систе­мы теплоснабжения осуществляется ав­томатическое регулирование их работы, причем значения регулируемых парамет­ров, соответствующих наиболее эконо­мичным условиям работы системы, определяются при помощи специальных графиков температур.