close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка системы снабжения тепловой энергией промышленных объектов с учетом аккумулирующей способности зданий

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Мануковская Татьяна Григорьевна Шифр научной специальности: 05.14.04 - промышленная теплоэнергетика Шифр диссертационного совета: Д 212.037.05 Название организации: Воронежский государственный технический университет Адрес организаци
На правах рукописи
МАНУКОВСКАЯ Татьяна Григорьевна
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С УЧЕТОМ АККУМУЛИРУЮЩЕЙ
СПОСОБНОСТИ ЗДАНИЙ
Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2012
2
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент
Стерлигов Вячеслав Анатольевич
Официальные оппоненты:
Жучков Анатолий Витальевич,
доктор технических наук, профессор ФГБОУ
ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», профессор кафедры.
Кузьмин Сергей Николаевич,
кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО
«Тамбовский государственный технический университет», доцент кафедры.
Ведущая организация:
ОАО
«КВАДРА-ГЕНЕРИРУЮЩАЯ
КОМПАНИЯ» филиал ОАО «Квадра» - «Восточная генерация», г.Липецк.
Защита состоится «24» мая 2012 г. в 1400 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.05 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».
Автореферат разослан «23» апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Бараков А.В.
3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Актуальность темы. Важнейшей составляющей инфраструктуры и жизнеобеспечения промышленных и гражданских объектов является централизованное водяное теплоснабжение. В настоящее время на нужды теплоснабжения
в стране расходуется более трети всего добываемого топлива. Вследствие смены экономической модели развития в 90-е годы и нарастающей изношенности
оборудования, около 50% объектов коммунального теплоснабжения и инженерных сетей требует замены, при этом потери теплоты в отдельных сетях достигают 30%. В сложившихся условиях системы теплоснабжения и методы регулирования отпуска теплоты зачастую не обеспечивают потребителей необходимым количеством тепловой энергии, приводя к нарушениям гидравлического режима тепловой сети (ТС). В связи с этим актуальным становится поиск
и разработка новых систем снабжения теплотой и методов регулирования ее
отпуска на основе комплекса технических, организационных и технологических решений.
Работа выполнялась в рамках научного направления «Исследование кавитационных течений жидкостей и характеристик кавитационных ограничителей
расхода в системах транспорта и распределения энергоносителей металлургического производства и функциональных характеристик систем», номер государственной регистрации НИР: 1.1.07.
Целью работы является разработка системы теплоснабжения промышленных объектов, позволяющей отпускать тепловую энергию в течение отопительного сезона с учетом аккумулирующей способности зданий.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
1. Анализ методов регулирования и отпуска тепловой энергии, в действующих системах водяного теплоснабжения при пониженных параметрах теплоносителя.
2. Исследование поступления теплоты в помещения от стальных трубных регистров в условиях снижения расчетных параметров теплоносителя.
3. Разработка и обоснование методики расчета аккумулирующей способности зданий и сооружений.
4. Разработка и обоснование системы снабжения теплотой промышленных объектов с учетом аккумулирующей способности зданий при постоянном
расходе сетевой воды.
5. Разработка инженерной методики расчета регулирования отпуска теплоты.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в следующем:
- на основе анализа теплового баланса здания и режимов передачи теплоты промышленным объектам в периоды «натопа» и «недотопа» установлена
возможность в течение отопительного сезона обеспечения зданий требуемым
количеством теплоты с учетом их аккумулирующей способности;
4
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- проведены экспериментальные исследования теплопередачи в трубных
отопительных регистрах производственных помещений, учитывающие влияние
на теплоперенос ламинарного режима течения на участке термической стабилизации;
- предложена теоретическая зависимость для определения коэффициента
аккумуляции зданий в зависимости от площади теплоотдающих поверхностей и
параметров основного теплозащитного слоя.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования отклонений текущих температур сетевой воды от расчетных параметров и их влияние на отпуск тепловой энергии потребителям в водяных системах теплоснабжения с центральным качественным регулированием позволили разработать
систему теплоснабжения потребителей с учетом аккумулирующей способности
зданий. На основе научно-технических решений диссертационной работы разработан «Способ снабжения тепловой энергией потребителей в централизованных системах» и защищен патентом РФ № 2334173.
Внедрение результатов работы
1.
Результаты исследований внедрены в ОАО «Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол».
2.
Результаты по теме диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении студентами специальности «Промышленная теплоэнергетика» дисциплины «Источники и системы теплоснабжения предприятий».
Автор защищает:
1.
Результаты анализа подачи тепловой энергии в действующих водяных системах теплоснабжения при снижении расчетных параметров теплоносителя.
2.
Методику определения аккумулирующей способности зданий.
3.
Инженерную методику расчета регулирования отпуска теплоты для
обеспечения промышленных объектов требуемым количеством тепловой энергии в течение всего отопительного сезона с учетом аккумулирующей способности зданий.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на:
-международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии», Часть 1. г.Липецк, 2006г.; международной научнотехнической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии»,
г.Липецк, октябрь, 2007.; третьей международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», Москва,
ноябрь, 2009г.; научно-технических семинарах кафедр «Промышленная теплоэнергетика», а также «Теплофизика и автоматизация металлургических печей»
Липецкого государственного технического университета.
5
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных и научнотехнических работ, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В
работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата
лично соискателю принадлежат: [1, 7] - исследования конвективного теплообмена на начальном участке трубы при ламинарном режиме течения жидкости
на экспериментальном стенде; [1, 2, 7] – анализ и выбор зависимости при расчете локальной теплоотдачи и значений коэффициентов теплопередачи отопительных регистров; [3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12] – схема системы снабжения теплотой и расчеты отпуска теплоты с учетом аккумулирующей способности здания на примере труболитейного цеха.
Объем и структура диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов,
списка использованной литературы (135 наименований) и приложений, содержащих рабочие материалы в форме расчетов, документов, отражающих производственное внедрение. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 57 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы диссертационной работы,
сформулированы ее цели и задачи.
В первой главе на основе изучения литературного материала проведен
анализ существующих методик отпуска теплоты потребителям в централизованных водяных системах теплоснабжения. Показано, что в тепловых сетях
имеют место, как неравномерное распределение теплоносителя, так и пониженные температуры, что приводит к избытку или к недостатку теплоты в зданиях.
Теплоснабжающие предприятия прибегают в расчетных условиях к снижению
температуры воды в сети со 150 до 130°C и ниже, или переходят на пониженный график, сохраняя центральное качественное регулирование. Недоподачу
теплоты компенсируют повышенным расходом теплоносителя. Увеличенные
расходы воды приводят к изменению гидравлического режима ТС, повышению
удельных затрат, ухудшению теплоснабжения. В связи, с чем возникает необходимость в разработке новых методов подачи теплоты и изменению теплоотдачи отопительных приборов в соответствии с изменением потребности зданий
в теплоте.
Во второй главе приведены результаты исследований отпуска теплоты в
действующих системах при центральном качественном регулировании.
Для таких систем на примере климата г.Липецка исследованы отклонения
текущих температур сетевой воды от их проектных значений и показано влияние этих отклонений на продолжительность регулирования в течение отопительного периода. Результаты приведены в табл.1.
Установлено, что и при «срезке», и при переходе на пониженные температуры время центрального качественного регулирования сокращается и только
6
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
для 51,4% от отпускаемого количества теплоты в течение отопительного периода осуществляется регулирование.
Исследования подачи теплоты проводились и при понижении температуры воды, когда для компенсации её недоподачи увеличивают расход. Перерасход воды в сетях достигает до 40-50% от проектного значения, что приводит к
разрегулировке тепловой сети и увеличению мощности насосов от 1,5 до12 раз.
Таблица 1
Продолжительность регулирования
Срезка температурного графика
Параметры
теплоносителя, °С
Период местного регулирования, сут. (%)
Период центрального качественного регулирования,
сут. (%)
150-70
130-70
115-70
105-70
56 сут. (27,6%)
56 сут. (27,6%)
56 сут. (27,6%)
56 сут. (27,6%)
146 сут. (72,4%)
139 сут. (68%)
122 сут. (60,4%)
104 сут. (51,4%)
Период срезки температурного графика, сут.
(%)
7 сут.(3,4%)
24 сут.(12%)
42 сут. (21%)
Переход на пониженные температуры
Период местноПериод ценго регулироватрального качения, сут. (%)
ственного регулирования, сут.
(%)
56 сут. (27,6%)
146 сут. (72,4%)
68 сут.(33,7%)
134 сут. (66,3%)
106 сут. (52,5%)
96 сут. (47,5%)
116 сут. (57,4%)
86 сут. (42,6%)
Результаты расчетов показали, что теплота, поступающая в помещения,
как для схем с зависимым, так и с независимым присоединением систем отопления, отличается от проектного значения на 8…40%. При непосредственном
присоединении систем отопления к сети её недоподача может составлять от
12,5 до 56%.
Таким образом, определено, что в водяном теплоснабжении отпуск теплоты центральным качественным регулированием не обеспечивает потребителей требуемым количеством теплоты. Для подачи теплоты, изменяющейся в
течение отопительного сезона, необходима разработка и внедрение новых методов по отпуску теплоты потребителям.
В третьей главе приведены исследования поступлений теплоты в отапливаемое производственное помещение при понижении температурных параметров теплоносителя. Исследована теплоотдача гладкотрубных отопительных
приборов в виде регистров, установленных в труболитейном цехе (ТЛЦ) Липецкого металлургического завода (ЛМЗ) «Свободный Сокол», выполненных
из 3…8 рядов стальных гладких труб с D y =50…200 мм горизонтального расположения. Теплоноситель, поступает в регистры по подводкам D y =15, 20, 25
мм и из общего коллектора распределяется по параллельному пучку труб.
В процессе исследований установлено, что из-за конструктивных особенностей регистров и требований к предельным скоростям в подводках, в трубах
регистров формируется ламинарный режим. Показано, что при этом не успевают сформироваться профили скорости и температуры, и теплообмен протекает
на начальном участке трубы.
Теплопередачу в отопительных приборах определяют в основном внешние условия, однако работы Петухова А.Б.. Левека И., Григуля У., Ма-Тун-Дзе,
Стерлигова В.А.. а также наши исследования показали, что длина начального
7
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
участка трубы при ламинарном режиме влияет на средний коэффициент теплоотдачи в трубе и в целом на коэффициент теплопередачи.
Для выбора расчетного уравнения среднего коэффициента теплоотдачи
при ламинарном течении в лаборатории «Теплотехники и тепловых процессов»
кафедры ПТЭ Липецкого государственного технического университета проведены исследования теплообмена в круглой трубе.
Исследования сводились к экспериментальному определению коэффициентов теплопередачи между горячей водой в трубке и воздухом помещения.
Наиболее близкими к экспериментальным величинам коэффициентов теплопередачи оказались результаты расчета, где коэффициенты теплоотдачи внутри
трубы, получены на основе уравнения, приведенного в работе Стерлигова В.А.
Расчеты показали, что при учете изменения коэффициента теплообмена
по всей протяженности начального участка для труб Dy=50-200 мм коэффициент теплопередачи возрастает от 4,66% до 11%.
Таким образом, при определении теплоты, поступающей в отапливаемые
помещения от трубных регистров, необходимо учитывать условия теплообмена
на внутренних участках труб, где профили скорости и температуры не сформировались.
В четвертой главе рассмотрены условия нестационарного теплового режима помещения, а также влияние теплоаккумулирующей способности здания
на отпуск теплоты.
В практике эксплуатации зданий и сооружений изменение температуры
воздуха после нарушения теплового режима связаны с аккумулирующей способностью здания, которое оценивается коэффициентом аккумуляции β.
Величина β существенно зависит от массы и теплофизических характеристик материалов здания.
В практике теплоснабжения известными являются внешние габариты
зданий и вид основного строительного материала теплозащитного слоя ограждения. Поэтому для определения β, существующих зданий различных лет застройки, предложено выполнять расчет на основе удельного массового значения коэффициента, отнесенного к единице площади теплоотдающей поверхности зданий β F , ч/кг м2
β = β F FΣно .
(1)
Величины удельных значений коэффициентов аккумуляции β F для существующих зданий предложено определять на основе эталонной величины коэффициента β * , который определяют для типа здания, например, из кирпича
или бетона по достоверно известным геометрическим параметрам и теплофизическим характеристикам строительных материалов ограждений
β* =
m⋅c
F ⋅α
а значение β F в виде отношения β F =
(
,
(2)
β*
.
f Σн .о M Σно
(3)
)
8
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Для двух зданий одного из районов г.Липецка с достоверно известными
массогабаритными и теплофизическими характеристиками основного теплозащитного слоя, в первом случае керамзитобетон (панельное) и во втором – силикатный кирпич (кирпичное здание) рассчитаны эталонные значения β * .
Используя полученные значения «эталон» β * , для жилых зданий различной этажности и объемов, рассчитаны β F по формуле (3). Полученные численные значения коэффициентов аккумуляции располагаются в диапазоне величин, приводимых, в литературных источниках и составляют от 25 до 34 часов.
В пятой главе диссертации оцениваются системы теплоснабжения и
факторы, влияющие на регулирование отпуска теплоты. Время нагрева и остывания здания примерно на два порядка больше времени подачи теплоты от источника и времени изменения температурного режима отопительного прибора.
Поэтому при переходе с установившегося стационарного теплового режима на
новый режим процессы, протекающие в элементах системы теплоснабжения
можно считать очень быстрыми, и в расчетах учитывать только аккумулирующую способность зданий. Результаты, полученные в работах Е.Я. Соколова,
Н.М. Зингера, В.К. Дюксина, Н.К. Громова, А.А. Ионина и др. послужили основой для разработки системы снабжения тепловой энергией промышленных
объектов по нескольким магистралям в течение всего отопительного сезона
при постоянном расходе сетевой воды с учетом аккумулирующей способности
зданий. Для управления отпуском теплоты в системе разработана методика регулирования.
На рис.1 изображена предлагаемая схема снабжения тепловой энергией
потребителей.
В качестве источников теплоты для теплоснабжаемых районов (ТР) попеременно служат теплоприготовительная установка 2 (ТПУ) и коллектор охлажденной воды 6 (КОВ), где смешивают теплоноситель, поступающий из трубопроводов охлажденной воды (15). Коллектор горячей воды 10 (КГВ) служит
для периодической подачи горячего теплоносителя в тепломагистрали (Т1.1,
Т1.2, Т1.3) и в теплоснабжаемые районы (ТР1, ТР2, ТР3) путем переключения
регулирующих клапанов (12, 13, 14).
При установившейся циркуляции воды в системе часть расхода из КОВ,
(например, расход тепломагистрали для района ТР1) и часть расхода магистралей ТР2 и ТР3 направляют в теплоприготовительную установку (ТПУ). Там теплоноситель нагревается и поступает в КГВ. Из него расчетный расход поступает в магистраль (Т1.1) и часть расхода в магистрали Т1.2. и Т1.3., в течение
первого расчетного периода времени. При этом расход в магистрали (Т1.1) и
температура теплоносителя поддерживается постоянными. В остальные магистрали (Т1.2) и (Т1.3) направляют часть расходов сетевой воды из ТПУ и часть,
по обводным трубопроводам Т2.4.2. и Т.2.4.3 из КОВ.
Суммарные расходы, равны расчетным значениям для каждой из магистралей. Таким образом, в ТР1 создают режим «натопа», а в ТР2 и ТР3 режимы
«недотопа». С течением времени (первый расчетный период) в районе «натопа»
9
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Т2.4.1
Т2.4.2
Т2.5
Т2.4.3
температура воздуха будет повышаться. В районах «недотопа» в помещениях
зданий начнется понижение температуры внутреннего воздуха.
Рис.1. Схема снабжения тепловой энергией потребителей
1 – теплоснабжаемые районы (ТР); 2 – теплоприготовительная установка (ТПУ); 3 – подающие трубопроводы горячей воды из КГВ; 4 – тепломагистрали горячей воды отдельных ТР; 5
– сетевой насос (СН); 6 – коллектор охлажденной воды (КОВ); 7 – трубопровод охлажденной
воды; 8 – обводной трубопровод; 9 – трубопровод горячего теплоносителя от ТПУ; 10 - коллектор горячей воды (КГВ); 11 – байпасные трубопроводы; 12, 13, 14 – регулирующие клапаны (РК); 15 –трубопроводы охлажденной воды.
При достижении температуры обратной воды, в Т2.2. и Т.2.3 перед
(КОВ), соответствующей температуре наружного воздуха и определяющей
температуру воздуха в помещениях зданий, регулирующие клапаны переключают потоки. Горячий теплоноситель из ТПУ поступает в ТР2, а в остальные
районы поступают расходы воды со своими значениями температуры, полученной после смешения в регулирующих клапанах. Наступает второй расчетный
период. По его завершении горячий теплоноситель поступает в ТР3, и он работает в режиме «натопа».
Происходит периодическое повышение и понижение температур теплоносителя в подающих трубопроводах магистралей. При этом расход теплоно-
10
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
сителя в каждой магистрали остается постоянным, что обеспечивает стабильный гидравлический режим в сети ТР.
Температура воздуха внутри помещений поддерживается на заданном
уровне, при условии, что подводимая теплота равна тепловым потерям:
Qот = Qт.п . . При нарушении этого баланса возникает «натоп» или «недотоп».
Использование теплоаккумулирующей способности зданий позволяет проводить регулирование отпуска теплоты на отопление не по текущей температуре
наружного воздуха, а по средней наружной температуре за некоторый период.
Для теоретического определения изменения внутренней температуры
воздуха в отапливаемых зданиях при нарушении теплового режима и заданных
расходах теплоты на отопление Qo , с учетом аккумулирующей способности, в
качестве исходного дифференциального уравнения использовано уравнение
проф. Соколова Е.Я.
qoVн (t в − t н )dz = Qdz + Fsρc p
dz =
откуда
где β =
Fsρc p
2q oVн
Fsρc p
dt в
Q
2q oVн
tв − tн −
qoVн
=β
dt в
,
2
dt в
Q
tв − t н −
qoVн
(4)
,
(5)
.
В результате интегрирования (5) и коррекции внутренней температуры
воздуха на температуру помещения определена температура внутреннего воздуха в условиях нестационарного режима:
Q
tП − tн −
Q
q 0 ⋅ Vн
t '' = t н +
+
.
(6)
z
q 0 ⋅ Vн
β
exp
Количество теплоты, аккумулируемой в наружных ограждениях здания,
составит
t ' + t '
Qак' = Fδρc p c1 c 2 − t н = Fδρc p (t c' .cp − t н ) .
2
(7)
Тогда количество теплоты, которое выработает ТПУ
Q + ∆Q = Q
'
'
ТПУ
=Q
'
пот
(
)
+ Q = q oVн t − t н +
'
ак
"
в
Fδρc p t в"
2
.
(8)
На основе равенства теплоты транспортируемой теплоносителем от источника, отдаваемой отопительным прибором в помещение, теряемой и аккумулируемой ограждением здания получены балансовые уравнения регулирования отпуска теплоты
11
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Q=
Q
Q'
=
Gc(τ 1 − τ 2 )
G ' c τ 1' − τ 2'
(
)
τ + τ 2
kf 1
− t в" qoVн t в" − t н ± Fδρc p t в"
2
2
=
=
'
'
qoVн (t в − t н ) ± Fδρc p t в
τ +τ 2
2
k ' f 1
− t в 2
(
)
.
(9)
Из балансового уравнения (9) температура воды после отопительных приборов
систем отопления τ вых = τ 2 , определяется по формуле:
τ 2i =
cGi Qi + cGi k i f i t в" − 0,5Qi k i f i
k i f i cGi
.
(10)
При определении температуры воды на выходе из системы величину температуры отопительного прибора, определяемую как t пр = τ ср =
τ 1i + τ 2i
, можно
2
представить:
τ пр = τ ср =
Qi + kft в
.
kf
(11)
При режиме «натопа» или «недотопа», который обеспечивается теплоприготовительной установкой, тепловой поток определяется
QТПУ = Q ' + ∆Q = Q '
t в" − t н
,
t в − t но
(12)
где ∆Q - тепловой поток, который обеспечивает новое тепловое состояние системы, поднимая температуру от t в до t в" .
При постоянстве расхода сетевой воды балансовое уравнение (9) в этом режиме
имеет вид
t в" − t н '
Qi = Gi c∆τ i ,
t в − t но
(13)
где ∆τ i перепад температур сетевой воды на входе и на выходе из ТР, равный:
∆τ i =
Qi' (t в − t н )
.
(tв − tно )Gi c
(14)
Температура воды в подающем трубопроводе, либо на выходе из ТПУ,
которая должна поступать в теплоснабжаемый район определяется как
τ 1 = τ 2 + ∆τ i .
(15)
Из баланса расходов сетевой воды в предлагаемой системе получено
уравнение для расчета расхода высокотемпературной воды, поступающей из
КГВ на смешение к регулирущим клапанам, когда тепломагистрали работают в
режимах «недотопа»
∆Gi =
(
)
КОВ
Gi' τ 12 − τ 1τ см
КОВ
τ 1ТПУ τ 1 − τ 1τ см
.
(16)
Температура смеси (теплоносителя) в коллекторе охлажденной воды
(КОВ) определяется по уравнению:
τ см =
∑ (G τ ( ) )
∑G
i 2i
.
i
12
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
(17)
Тепловая энергия в период «натопа» зданиями аккумулируется, а в период «недотопа» отдается помещению. Время подачи теплового потока определяется по формуле:
Qi
q oVн
z = β ln
Q
t '' − t н − i
q oVн
tП − tн −
.
(18)
140,0
70000
120,0
60000
100,0
50000
Расход воды, кг/ч
Температура теплоносителя, °С
Таким образом, для обеспечения потребителей требуемым количеством
теплоты в течение отопительного сезона разработана система снабжения тепловой энергией абонентов и инженерная методика регулирования отпуска теплоты с учетом аккумулирующей способности зданий.
Предлагаемая система проходила апробацию в отопительные сезоны
2005-2006, 2006-2007 в труболитейном цехе (ТЛЦ) ОАО «Свободный Сокол» в
диапазоне наружных температур +1…-21°С. В ТЛЦ ЛМЗ «Свободный Сокол»
существующая система теплоснабжения разделена на отдельные группы, питающиеся тепловой энергией от четырех вводов по температурному графику
115-70°С. Исходя из планировки и рассредоточения технологического оборудования отапливаемое пространство ТЛЦ условно разделено на три различных
зоны.
Подача теплоты трубными регистрами в цех определялась с учетом режима течения и теплообмена в приборах. По расчетным величинам
(10),(14),(15),(16),(17),(18) получены графики регулирования отпуска теплоты,
которые показаны на рис.2, 3, 4, 5.
80,0
60,0
40,0
40000
30000
20000
10000
20,0
0
0,0
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
10
-30
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Температура наружного воздуха, °С
Температура наружного воздуха, °С
Рис.2. Зависимость температуры теплоноси- Рис.3. Зависимость расходов воды, поступающих в ТР из ТПУ и из КОВ от температуры нателя от температуры наружного воздуха
1 – на входе в ТР («натоп»); 2 – на выходе ружного воздуха
из ТР («натоп»); 3 – на входе в ТР («недотоп»); 4 – на выходе из ТР («недотоп»); 5 температура смеси, образованная в КОВ.
В процессе «натопа» в одной из зон и остывания в других зонах, при коэффициенте аккумуляции здания β = 10 ч, для каждой из них потребуется раз13
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ное время подачи теплоты. Графики регулирования рассчитаны и построены на
основе потребности в теплоте для наиболее неблагоприятной третьей зоны.
Подачу теплоты в водяную систему отопления цеха осуществляли переключением запорно-регулирующей арматуры в ручном режиме в зависимости
от температуры наружного воздуха поочередно в 1-ю зону, затем во 2-ю и затем
в 3-ю. Время подачи определяли по рис.4, а температуру теплоносителя и воздуха измеряли при помощи жидкостных термометров.
Анализ полученных результатов измерений и их сравнение с расчетными
значениями, показывает, что расхождения составляют ± (3…17)% по температуре теплоносителя и ± (6…23)% по температуре внутреннего воздуха.
16,00
Температура внутреннего воздуха, °С
Продолжительность подачи теплоты, ч
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
15,00
14,00
13,00
12,00
11,00
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
10
5
0
0,00
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Температура наружного воздуха, °С
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Температура наружного воздуха, °С
Рис.4. График продолжительности подачи теплоты в зону ТЛЦ («натоп»).
Рис.5. Зависимость температуры внутреннего
воздуха от наружной температуры
1 – в условиях «натопа»; 2, 3 – в условиях «недотопа».
Таким образом, разработана система подачи теплоты с учетом аккумулирующей способности здания и новый инженерный метод регулирования ее отпуска. Производственными испытаниями подтверждены как работоспособность
предлагаемой системы, так и методика регулирования. По результатам испытаний и эксплуатации системы теплоснабжения ТЛЦ в отопительных сезонах
2005-06 и 2006-07 гг получен акт внедрения.
В шестой главе исследована и определена возможная область применения предлагаемой системы снабжения теплотой для зданий и сооружений, а
также ее технико-экономическая эффективность.
В работе для рассматриваемых жилых зданий и промышленного цеха,
выполнены теплотехнические расчеты ограждений и аналитически определены
величины
β=
ρδ Fc p
Fα
массивности
=
ρδ c p
α
Dзд =
ΣRi Si Fi
.
ΣFi
Учитывая,
что
β=
Fδρc p
2qoV
или
, получен оценочный коэффициент аккумуляции для здания,
выполненного из того или иного строительного материала в виде:
β=
Dρλ c p
Sα
.
14
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
(19)
Для рассматриваемых зданий на рис.6 показаны зависимости коэффициентов аккумуляции от тепловой инерции (массивности) здания. На графики нанесены значения величин β для жилых зданий, рассчитанные по β F, а также β
труболитейного цеха ЛМЗ «Свободный Сокол».
На примере здания ТЛЦ на графике (рис.6) определены минимально и
максимально возможные значения коэффициента аккумуляции ( β min и β max ).
Получены графики зависимости температуры внутреннего воздуха от времени
подачи теплоты z * (рис.7) в режиме «недотопа».
60
50
40
30
20
10
D>7 область
большой
инерционности
D<1,5 безинерционная
область
Коэффициент аккумуляции, ч
70
β max
β min
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Тепловая инерция
Рис. 6. Зависимость коэффициента аккумуляции
от тепловой инерции здания.
основной материал ограждающих конструкций здания,
которых 1)керамзитобетон; 2) - силикатный кирпич;
3) - сэндвич панель.
На график нанесена
минимально допустимая
температура внутреннего
воздуха и на пересечении
ее с кривыми tв = f (z * ) получены максимальные величины временных интервалов, в течение которых
возможно подавать тепловую энергию в зону здания
теплоносителем, образованным в КОВ. Для ТЛЦ,
*
при β = 10 ч, zТЛЦ
составляет 2 ч.
Для цеха время z=1,25 ч (рис.4). Так как время «натопа» и время остывания одинаковы, то для работоспособности предлагаемого способа должно соблюдаться условие, z1* ≥ z .
В случае несоблюдения данного условия, тепловую энергию необходимо
подавать другим способом из трубопровода горячей воды. Для труболитейного
*
цеха ЛМЗ «Свободный Сокол» получено z* > z ( zТЛЦ
=2 ч, z=1,25 ч), следовательно, такой способ применим для регулирования отпуска теплоты. Таким образом, применение предлагаемой системы снабжения тепловой энергией для
зданий и сооружений может быть ограничено величиной тепловой инерции.
Для теплоснабжаемых объектов, имеющих тепловую инерцию D<4 необходимо выполнять более частые переключения запорной арматуры (см.рис.6),
чтобы поддерживать минимально допустимую по санитарным нормам температуру внутреннего воздуха у потребителей, а для массивных зданий с D>7, эти
переключения минимальны.
15
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Для определения экономической эффективности предлагаемой системы
снабжения теплотой ТЛЦ ЛМЗ «Свободный Сокол» проведено сравнение величин годового теплопотребления труболитейным цехом при отпуске тепловой
энергии традиционным качественным методом регулирования и вновь разработанной системой.
Анализ структуры
17,0
затрат и стоимости теп16,0
15,0
ловой энергии при раз14,0
личных способах отпуска
13,0
теплоты показывает, что
12,0
вновь предложенная сис11,0
тема снижает теплопо10,0
требление
на
765
9,0
8,0
Гкал/год.
7,0
Экономический эф6,0
фект составил 895141 руб.,
5,0
z
=
1
,
6
ч
z
=
3
,
2
ч
0
1
2
3
4
5 а срок окупаемости реалиz
= 2ч
зации данной системы
снабжения тепловой энерРис.7. Зависимость температуры воздуха от времени подагией составляет около 1,25
чи теплоты при tн= -27°С .1) β max =16 ч; 2) β =10 ч;
года.
3) β min =8 ч.
*
1
*
ТЛЦ
*
2
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1.
Проведенные исследования методов отпуска теплоты показали, что при
снижении параметров теплоносителя центральное качественное регулирование
не обеспечивает рационального регулирования отпуска теплоты в течение отопительного сезона и стабильного гидравлического режима.
2.
Исследования отклонений температур сетевой воды от проектных значений указывают на недопоставку тепловой энергии потребителям. Недоподача
теплоты в расчетных условиях (в зависимости от температуры «срезки») составляет от 12,5 до 56%, а при компенсации ее увеличенным расходом теплоносителя, приводит к перерасходу воды в сетях до 40-50% от проектного значения.
3.
Результаты исследования поступления теплоты в отапливаемые производственные помещения от трубных регистров dy 50…200 мм показали, что
при учете изменения коэффициента теплообмена по всей протяженности начального участка, коэффициент теплопередачи регистров возрастает от 4,66 до
11%.
4.
Разработана методика оценки аккумулирующей способности существующих зданий на основе удельного массового значения коэффициента аккумуляции.
16
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5.
Разработана система снабжения теплотой промышленных потребителей,
имеющих несколько магистралей с учетом аккумулирующей способности зданий, позволяющая обеспечивать требуемым количеством теплоты потребителей в течение всего отопительного сезона.
6.
Разработана инженерная методика расчета регулирования отпуска теплоты для обеспечения промышленных объектов, требуемым количеством тепловой энергии в течение всего отопительного сезона с учетом аккумулирующей
способности здания.
7.
Проведена апробация вновь предложенной системы снабжения теплотой
и методики регулирования отпуска теплоты на Липецком металлургическом заводе «Свободный Сокол», разработана методика определения области применения предлагаемой системы теплоснабжения для зданий в зависимости от их
инерционности.
Список обозначений:
β - коэффициент тепловой аккумуляции, ч; FΣно - суммарная площадь наружных
ограждений, м2; f но - площадь наружных ограждений здания, м2; M Σно - суммарная масса наружных ограждений, кг; α - коэффициент теплоотдачи от наружных ограждений здания, Вт/(м2К); c - теплоемкость наружных ограждений,
кДж/(кг К); t н , t в , t П , t в'' - соответственно температура наружного воздуха, внутреннего воздуха, помещения, внутреннего воздуха в условиях нового теплового
режима, °С; Q0 - тепловая нагрузка на отопление, Вт; q0 - удельная отопительная характеристика, Вт/м3К; Vн – наружный объем здания, м3; z, z*– время пода'
чи теплового потока «натопа» и «недотопа», ч; QТПУ
- количество теплоты, вы'
рабатываемое ТПУ, Вт; Qак - теплота, аккумулируемая ограждениями здания,
'
Вт; Qпот
- тепловые потери, МВт; k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К); f
- площадь отопительного прибора, м2; G – расход сетевой воды, кг/ч; τ 1' ,τ 2' ,τ 1 ,τ 2 соответственно расчетные и текущие температура воды в подающем и обратном
трубопроводах тепловой сети, °С; D – тепловая инерция ограждающих конструкций; R – термическое сопротивление ограждающих конструкций, (м2 К)/Вт;
S – коэффициент теплоусвоения ограждений, Вт/(м2 К); ρ - плотность материалов, кг/м3; δ - толщина ограждений, м; λ - коэффициент теплопроводности материалов, Вт/(м К).
Основные результаты диссертации опубликованы
в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
1. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Теплообмен ламинарного потока жидкости на начальном участке трубчатого канала./ «Вестник ВГТУ». – ВГТУ, т.6,
№7, 2010, с.157-161.
2. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А., Крамченков Е.М. Моделирование и расчет трубных регистров систем водяного отопления. / «Вести высших учебных заведений Черноземья». – Липецк, ЛГТУ. №2., 2010, с.36-41.
17
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А. Снабжение потребителей тепловой
энергией с учетом аккумулирующей способности зданий. / «Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И.Вернадского», Тамбов, ТГТУ. –
2011, с. 383-392.
Статьи и материалы конференций.
4. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Исследование влияния срезки температурного графика на теплопотребление. / Сборник научных трудов научнотехнической конференции «Теплоэнергетика 2005», г.Липецк, 2005.
5. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Исследование теплопотребления здания при ограничении подачи теплоты. / Сборник докладов Международной
научно-технической конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ «Энергетика
и энергоэффективные технологии. Часть 1. Липецк. ЛГТУ, 2006.- 230 с.
6. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Веерная подача расчетного количества теплоты потребителям./Сборник докладов 11 ежегодной международной
научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии».–2007.
7. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М. К расчету отопительных приборов в виде трубных регистров. / Третья Международная научнотехническая конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», сборник докладов. – М.: МГСУ, 2009. – 328 с.
8. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А., Крамченков Е.М. Отпуск теплоты в
централизованных системах водяного теплоснабжения. / Третья Международная научно-техническая конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», сборник докладов. – М.: МГСУ, 2009. – 328 с.
9.
Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Дедов Ю.И. Регулирование отпуска теплоты в условиях эксплуатации систем теплоснабжения. / Сборник научных трудов научно-технической конференции «Теплоэнергетика 2009»,
г.Липецк, 2009.
10.
Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М., Ермаков О.Н.
Способ теплоснабжения зданий и сооружений. / Сборник научных трудов научно-технической конференции «Теплоэнергетика 2009», г.Липецк, 2009.
11.
Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М., Губарев В.Я.,
Дедов Ю.И. Регулирование отпуска теплоты в системе водяного теплоснабжения. / Труды Пятой Российской национальной конференции по теплообмену. .М.: МЭИ, 2010.
12. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Логинов В.В., Ермаков О.Н., Крамченков Е.М. Патент на изобретение RU №2334173 C1, F24D 3/02 (2006.01) Способ снабжения тепловой энергией потребителей в централизованных системах.
18
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
323
Размер файла
297 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа