Теплоносители и Их Параметры Реферат

      Комментарии к записи Теплоносители и Их Параметры Реферат отключены

Теплоносители и Их Параметры Реферат.rar
Закачек 895
Средняя скорость 9000 Kb/s

Теплоносители и Их Параметры Реферат

Теплоноситель — жидкое или газообразное вещество, применяемое для передачи тепловой энергии. На практике чаще всего применяют воду (в виде газа или жидкости), глицерин, нефтяные масла, расплавы металлов (Sn, Pb, Na, К), воздух, азот (в том числе жидкий), фреоны и др.

1. Где используется

В любых приборах/инженерных системах/и др., служащих для передачи/распределения тепла используется теплоноситель, например: системы отопления зданий, холодильник, кондиционер, масляный обогреватель, тепловой пункт, котельная, солнечный коллектор, солнечный водонагреватель и др.

2. Теплоносители для солнечных водонагревательных систем

В солнечных водонагревательных системах используются специальные теплоносители. Основные требования для таких теплоносителей: морозостойкость до −30 °С и устойчивость к перегревам до +200 °С. Чаще всего используются теплоносители на основе пропиленгликоля. Это обусловлено нетоксичностью пропиленгликоля(является пищевой добавкой E1520) и соответствию всем заявленным требованиям. Для высокотемпературных гелиосистем (свыше 300С) используются специальные типы теплоносителей на основе растворов солей, силикона или масляные теплоносители.

Рабочие среды, которые нагреваются или охлаждаются в процессе теплообмена, называются теплоносителями. Интенсивность передачи теплоты от одного теплоносителя к другому, устойчивость процесса нагревания, кипения или охлаждения и конденсации, а также надежность работы теплообменника зависят как от конструктивных особенностей аппарата, так и от параметров, физических и химических свойств теплоносителей. Физические и химические свойства теплоносителей часто предопределяют выбор типа и конструкцию теплообменника.

Важнейшими условиями, от которых зависит выбор теплоносителя, являются:

  • допускаемая температура нагревания или охлаждения теплоносителя и возможность ее регулирования;
  • упругость пара при принятой температуре и термическая устойчивость;
  • физические свойства, влияющие на теплообмен;
  • токсичность и химическая активность;
  • доступность и стоимость;
  • безопасность при нагревании.

В каждом конкретном случае исходя из условий процесса нагревания или охлаждения среды и конструктивных особенностей аппарата необходимо обосновать выбор теплоносителя, максимально удовлетворяющего предъявляемым к нему требованиям.

К наиболее распространенным теплоносителям относятся водяной насыщенный пар, вода, продукты сгорания топлива, воздух, дисперсные среды, высокотемпературные жидкости и их пары, жидкие металлы.

Насыщенный водяной пар часто применяется как греющая среда в стационарно установленных аппаратах различного назначения. Его можно транспортировать по трубопроводам на расстояние до нескольких сот метров. При нагревании паром в широких пределах и с достаточной степенью точности можно регулировать температурный режим путем изменения давления пара методом дросселирования без увлажнения или с увлажнением. Пар доступен, нетоксичен, относительно дешев, особенно если в теплообменных аппаратах используется пар, уже частично отработавший в каких-либо энергетических установках (в паровых турбинах, молотах, прессах, поршневых двигателях).

В большинстве случаев конденсация пара в теплообменнике происходит при постоянном давлении, постоянной температуре и высоком коэффициенте теплообмена, что часто является решающим фактором при выборе теплоносителя. В то же время с увеличением температуры нагрева необходимо повышать давление пара как греющей среды. Так, например, при температуре пара 300°С давление должно быть 90·10 5 Па. С увеличением давления возрастает металлоемкость и стоимость теплообменника, поэтому в промышленности и на предприятиях железнодорожного транспорта пар как теплоноситель применяется для нагревания других сред до умеренных температур 60–150 °С и сравнительно редко до 200 °С.

Горячая вода как греющий теплоноситель получила большое распространение в системах теплоснабжения, а также для технологических потребителей предприятий железнодорожного транспорта и промышленности. Предварительно вода нагревается в водогрейных котлах, в теплофикационных установках ТЭЦ, в паровых котельных, на центральных тепловых пунктах или в теплообменных аппаратах непосредственно у потребителя. В первом случае для подогрева воды используется натуральное топливо, во втором – пар из отборов паровых турбин и непосредственно от парогенераторов. В последнее время широко внедряются методы подогрева воды при прямом или косвенном использовании вторичных энергетических ресурсов, например отходящих газов промышленных печей, парогенераторов, отработавшего пара молотов, прессов, воды из системы охлаждения металлических конструкций печей, двигателей, компрессоров.

Вода доступна, дешева, не токсична, может транспортироваться на далекие расстояния. В хорошо изолированных и соответствующим образом проложенных трубопроводах температура воды будет понижаться приблизительно на 1 °С при протяженности сети в 1 км. К достоинствам воды можно отнести и сравнительно высокий коэффициент теплообмена. К недостаткам воды, по сравнению с паром, можно отнести более сложную схему приготовления ее как теплоносителя и наличие целого ряда перекачивающих устройств (насосов); усложняется способ регулирования температурного режима теплообменного аппарата и выбор схемы движения теплоносителей, устанавливаются более жесткие ограничения по начальной и конечной ее температуре.

Для надежной работы теплообменного аппарата и всего контура, в который он включен, необходимо, чтобы в любой точке системы трубопроводов и теплообменника температура воды была ниже температуры ее кипения при давлении, поддерживаемом в этом сечении. Это условие в настоящее время ограничивает возможность применения воды как теплоносителя только до температуры 150 °С с увеличением верхнего предела в будущем до 200 °С.

Вода как жидкая среда часто используется для охлаждения и конденсации других теплоносителей, осушки, увлажнения и очистки газа и воздуха, охлаждения технологических продуктов, машин, двигателей и других устройств. Особые теплофизические свойства воды и в этих случаях используются достаточно эффективно. Процессы охлаждения обычно происходят при умеренной температуре воды, близкой к температуре окружающей среды. Следовательно, ограничения на температурный режим в этих случаях исключаются. Избыточное давление в системе должно выбираться из условий преодоления сопротивления контура, по которому перекачивается вода.

Продукты сгорания топлива используются как первичный теплоноситель в парогенераторах, водогрейных котлах, теплогенераторах для нагревания высокотемпературных теплоносителей, в сушильных установках, промышленных печах разного назначения и других теплообменных устройствах. Во многих отраслях промышленности и стационарной транспортной энергетике в качестве теплоносителя могут служить уходящие газы высокотемпературных технологических процессов, например промышленных печей, газотурбинных и поршневых двигателей.

Использование продуктов сгорания в качестве греющей среды дает возможность нагреть другой теплоноситель до высокой температуры или создать большой температурный напор между греющей и нагреваемой средами. В то же время следует иметь в виду, что верхний температурный предел теплоносителей и температурный напор ограничиваются допускаемыми температурами поверхности теплообмена. Регулирование температурного уровня продуктов сгорания топлива осуществляется методом рециркуляции (возврата) отработавших газов или разбавлением атмосферным воздухом. Последний способ снижения температуры газа экономически невыгоден.

Продукты сгорания топлива имеют существенные недостатки. В процессе нагрева другого теплоносителя участвуют большие объемы газов, транспортирование которых даже на расстояние нескольких десятков метров связано с большими затратами энергии, поэтому, как правило, теплообменники устанавливают вблизи источника получения продуктов сгорания (топки, высокотемпературного технологического агрегата). Общий коэффициент теплоотдачи (конвекцией и излучением) от газов к поверхности теплообмена значительно меньше, чем для других теплоносителей, особенно при tг 3 /м 3 газа (система «Газовзвесь») и промежуточная система с концентрацией от 0,03 до 0,35 м 3 /м 3 газа (псевдоожиженный слой). В условиях эксплуатации можно регулировать теплофизические свойства и интенсивность теплообмена дисперсных теплоносителей с поверхностью путем изменения концентрации твердого зернистого вещества в потоке от нуля до предельной величины. С применением дисперсных теплоносителей могут быть созданы более компактные теплообменные аппараты по сравнению с аппаратами, работающими на обычных газовых теплоносителях.

Высокотемпературные теплоносители могут применяться в жидком и парообразном состоянии при температуре от 200 до 500°С и выше и умеренном давлении (1÷6) 10 5 Па, то есть при значениях термодинамических параметров состояния, далеких от их критических значений. Высокотемпературные теплоносители делятся на три основные группы:

  • теплоносители с металлической связью, или жидкометаллические;
  • теплоносители с ионной связью, или ионные;
  • теплоносители с остаточной связью, или органические.

Наибольшее распространение получили металлические теплоносители в жидком и парообразном состоянии: литий, калий и другие, а также большая группа кремнийорганических теплоносителей; органические теплоносители (ВОТ) – в жидком и парообразном состоянии: глицерин, этиленгликоль, нафталин, дифинил, дифинилбензол, дифиниловый эфир, эвтектические смеси дифинила, минеральные масла.

Электроэнергия как теплоноситель используется в электронагревательных установках. Этот способ нагрева отличается от других способов целым рядом преимуществ: быстротой включения в работу и доведения режима нагрева до необходимого уровня температур, простотой регулирования температурного режима и равномерностью нагрева, возможностью герметизации рабочей зоны, лучшими условиями труда, компактностью электрических нагревателей. При разных способах электрического нагрева в рабочем пространстве аппарата можно создать и поддерживать как низкий (50–100°С), так и высокий (3000 °С) уровень температур. По технико-экономическим показателям аппараты с электрическим обогревом пока уступают теплообменникам, работающим на обычных теплоносителях. Однако в перспективе, по-видимому, электрообогрев найдет более широкое применение в стационарных условиях и на транспорте.

1. Выбор вида теплоносителей и их параметров

1.1 Выбор вида теплоносителей

1.2 Выбор параметров теплоносителей

2. Выбор и обоснование системы теплоснабжения и ее состав

3. Построение графиков изменения подачи теплоты. Годовой запас условного топлива.

4. Выбор метода регулирования. Расчет температурного графика

4.1 Выбор метода регулирования отпуска теплоты

4.2 Расчет температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением

4.2.1 Температура воды в подающей линии тепловой сети, оС

4.2.2 Температура воды на выходе из отопительной системы

4.2.3 Температура воды после смесительного устройства (элеватора)

4.3 Подрегулирование системы горячего водоснабжения

4.4 Расчет расхода воды из тепловой сети на вентиляцию и температуры воды после систем вентиляции

4.5 Определение расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах водяной тепловой сети

4.5.1 Расход воды в системе отопления

4.5.2 Расход воды в системе вентиляции

4.5.3 Расход воды в системе ГВС.

4.5.4 Средневзвешенная температура в обратной линии тепловой сети.

5. Построение графиков расходов сетевой воды по объектам и в сумме

6. Выбор видва и способа прокладки тепловой сети

7. Гидравлический расчёт тепловой сети. Построение пьезометрического графика

7.1.Гидравлический расчет водяной тепловой сети

7.2 Гидравлический расчет разветвленных тепловых сетей

7.2.1 Расчет участка главной магистрали И – ТК

7.2.2 Расчет ответвления ТК – Ж1.

7.2.3 Расчет дроссельных шайб на ответвлениях тепловой сети

7.3 Построение пьезометрического графика

7.4 Выбор насосов

7.4.1 Выбор сетевого насоса

7.4.2 Выбор подпиточного насоса

8. Тепловой расчет тепловых сетей. Расчет толщины изоляционного слоя

8.1 Основные параметры сети

8.2 Расчёт толщины изоляционного слоя

8.3 Расчёт тепловых потерь

9. Тепловой и гидравлический расчёты паропровода

9.1 Гидравлический расчет паропровода

9.2 Расчёт толщины изоляционного слоя паропровода

10. Расчёт тепловой схемы источника теплоснабжения. Выбор основного и вспомогательного оборудования.

10.1 Таблица исходных данных

11. Выбор основного оборудования

11.1 Выбор паровых котлов

11.2 Выбор деаэраторов

11.3 Выбор питательных насосов

12. Тепловой расчёт подогревателей сетевой воды

12.1 Пароводяной подогреватель

12.2 Расчёт охладителя конденсата

13. Технико-экономические показатели системы теплоснабжения

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально. спроектированной тепловой схемы котельной. Ведущими проектными институтами разработаны и совершенствуются рациональные тепловые схемы и типовые проекты производственных и отопительных котельных.

Целью данного курсового проекта является получение навыков и ознакомление с методиками расчёта теплоснабжения потребителей, в частном случае — расчёта теплоснабжения двух жилых районов и промышленного предприятия от источника теплоснабжения. Также поставлена цель – ознакомиться с существующими государственными стандартами, и строительными нормами и правилами, касающимися теплоснабжения, ознакомление с типовым оборудованием тепловых сетей и котельных.

В данном курсовом проекте будут построены графики изменения подачи теплоты каждому объекту, определён годовой запас условного топлива для теплоснабжения. Будет произведён расчёт и построены температурные графики, а также графики расходов сетевой воды по объектам и в сумме. Произведён гидравлический расчёт тепловых сетей, построен пьезометрический график, выбраны насосы, сделан тепловой расчёт тепловых сетей, рассчитана толщина изоляционного покрытия. Определён расход, давление и температура пара, вырабатываемого на источнике теплоснабжения. Выбрано основное оборудование, рассчитан подогреватель сетевой воды.

Проект носит учебный характер поэтому предусматривает расчёт тепловой схемы котельной только в максимально зимнем режиме. Остальные режимы тоже будут затронуты, но косвенно.

1. Выбор вида теплоносителей и их параметров

1.1 Выбор вида теплоносителей

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника теплоты и вида тепловой нагрузки.

В нашем курсовом проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и 2 жилых района.

Пользуясь рекомендациями [1], для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, систему теплоснабжения принимаем водяную. Это объясняется тем, что вода имеет ряд преимуществ по сравнению с паром, а именно:

а) более высокий КПД системы теплоснабжения вследствие отсутствия в абонентских установках потерь конденсата и пара, имеющих место в паровых системах;

б) повышенная аккумулирующая способность водяной системы.

Для промышленного предприятия в качестве единого теплоносителя для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения применяем пар.

1.2 Выбор параметров теплоносителей

Параметры технологического пара определяются по требованиям потребителей и с учётом потерь давления и теплоты в тепловых сетях.

В связи с тем, что данных о гидравлических и тепловых потерях в сетях не имеется, исходя из опыта эксплуатации и проектирования, принимаем удельные потери давления и снижение температуры теплоносителя вследствие тепловых потерь в паропроводе соответственно /> и />. Для обеспечения заданных параметров пара у потребителя и исключения конденсации пара в паропроводе на основании принятых потерь, определяются параметры пара на источнике. Кроме того для работы теплообменного оборудования потребителя необходимо создать температурный напор />.

С учетом выше изложенного температура пара на входе потребителя составляет, 0С:

Согласно [2] давление насыщения пара при полученной температуре пара у потребителя />составляет />.

Давление пара на выходе источника с учетом принятых гидравлических потерь составит, МПа:

где /> — длина сети от источника до промпредприятия, м.

Температура насыщения пара при давлении /> МПа составляет 147,5 0С [2]. Температура пара необходимая для компенсации принятых тепловых потерь составит, 0С:

где /> — температура перегрева пара (разность температур между перегретым паром и сухим насыщенным); принимается />0С.

Итак, окончательно принимаются />0С, />МПа.

В системе теплоснабжения для удовлетворения нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в качестве теплоносителя принята вода. Выбор обусловлен тем, что в жилых и общественных зданиях в системах централизованного теплоснабжения с целью соблюдения санитарных норм необходимо принимать в качестве теплоносителя воду. Применение для предприятий в качестве теплоносителя пара для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения допускается при технико-экономическом обосновании. В виду отсутствия данных для проведения технико-экономического анализа, и отсутствия необходимости в этом (не предусмотрено заданием) окончательно теплоносителем для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых районов и промышленного предприятия принимается горячая вода.

Согласно [1] минимальная температура теплоносителя в обратном трубопроводе при закрытой системе горячего водоснабжения составляет 70 0С. Так как увеличение разности температур в подающей и обратной линии приводит к сокращению требуемого расхода теплоносителя, а верхний предел обусловлен надежностью эксплуатации отопительных приборов, а также условиями не вскипания воды в них, то принимаем наибольшую возможную температуру в подающем трубопроводе 150 0С. В итоге для системы теплоснабжения принят график />.

Место и способ регулирования теплоносителя:

— вода – центральное качественное регулирование;

— пар – местное регулирование.

Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке.

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Основное значение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества.

При выборе системы теплоснабжения учитываются технические и экономические показатели по всем элементам: источнику теплоты, сети, абонентским установкам.

В данном курсовом проекте необходимо выбрать систему теплоснабжения для промышленного предприятия и 2-х жилых районов. Наиболее рациональным является выбор централизованной системы теплоснабжения, т.к. с уменьшением числа источников теплоснабжения, повышается экономичность выработки теплоты и снижаются начальные затраты и расходы по эксплуатации источников теплоснабжения.

В зависимости от числа трубопроводов, используемых для теплоснабжения данной группы потребителей, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные. В данном курсовом проекте выбираем двухтрубную водяную систему, в которой тепловая сеть состоит из двух трубопроводов: подающего и обратного. По подающему трубопроводу горячая вода подводится от станции к абонентам, по обратному трубопроводу охлажденная вода возвращается к котельной. Эти системы по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации.

Водяные системы теплоснабжения применяются: закрытые и открытые. Выбираем закрытую систему теплоснабжения, в ней сетевая вода используется только в качестве теплоносителя, но из сети не отбирается. Преимущество закрытой системы – гидравлическая изолированность водопроводной воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети. Обеспечивается стабильное качество горячей воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, такое же, как качество водопроводной воды.

В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети. Присоединение нагрузки ГВС – независимое. Для отопления принимаем зависимую схему присоединения отопительных установок с элеваторным смешением. Основными преимуществами элеватора как смесительного устройства являются простота и надежность работы. В условиях эксплуатации элеватор не требует постоянного обслуживания. Достоинство закрытой схемы – это простота и дешевизна, и при этом может быть получен несколько больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температур воды уменьшает расход теплоносителя в сети, что может привести к снижению диаметров сети и экономии на начальной стоимости тепловой сети и на эксплуатационных расходах.

Для теплоснабжения промышленного предприятия применяем паровую централизованную систему, она должна включать в себя системы сбора и возврата конденсата.

Паровую систему предусматриваем двухтрубную с возвратом конденсата. Пар по паровой сети транспортируется к тепловым потребителям. Конденсат возвращается от потребителя в котельную по конденсатопроводу. На случай аварийной ситуации предусматриваем резервную подачу пара в сеть через редукционно-охладительную установку. Сбор конденсата от теплоприемников и возврат его к источнику теплоты имеют важное значение для надежности работы котельной установки и для экономии теплоты и общей экономичности системы теплоснабжения вцелом. Систему сбора и возврата конденсата принимаем закрытую.

Температуру возвращаемого конденсата принимаем 800С, а коэффициент возврата конденсата принимается равным 0,8.

Технологические потребители к паровым системам теплоснабжения присоединяются непосредственно; системы горячего водоснабжения и отопления присоединяются либо через пароводяной подогреватель, либо через струйный подогреватель.

Котельная по назначению — отопительно-производственная — для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжении.

Согласно/>пролкладка тепловых сетей в жилых районах предусматривается подземная – канальная. Это связано с соблюдением архитектурных и планировочных требований. Для паропроводов предусмотрена воздушная прокладка.

Все три вида нагрузки присоединяем к тепловой сети параллельно. То есть расход теплоносителя будет складываться из суммы его расходов на отдельные виды нагрузки.

3. Построение графиков изменения подачи

теплоты. Годовой запас условного топлива

Первым этапом проектирования системы теплоснабжения является определение расходов и необходимых параметров теплоты для всех присоединенных к этой системе потребителей.

Годовое потребление состоит из расходов на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС) и технологию. Они, в свою очередь, складываются из теплопотреблений отдельных объектов теплоснабжения и по характеру протекания во времени подразделяются на сезонные и круглогодичные. Сезонные нагрузки очень зависят от климатических условий (в нашем случае основным условием будет являться температура наружного воздуха). К сезонным относятся нагрузки отопления и вентиляции. Круглогодичные – фактически не зависят от климатических условий, таковыми являются нагрузки ГВС и технологические.

В нашем проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и 2 жилых района. Расходы теплоты промышленным предприятием нам заданы, необходимо определить величину теплопотребления в жилых районах.

Согласно исходным данным город-местоположение котельной – Иваново. Климатологические параметры расчетного города для холодного периода года принимаем по [3] и заносим их в Таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Климатологические параметры расчётного города


Статьи по теме