Tematyka problem studia stac Ciepłownictwo IIIr


  1. Systematyka (podział) źródeł, węzłów oraz sieci cieplnych.

SYSTEMATYKA ŹRÓDEŁ:

- konwencjonalne (energia pozyskiwana przez spalanie paliw lub z nośnika

energii np. prądu elektrycznego)

- kotłownie

- ciepłownie

- elektrociepłownie

- niekonwencjonalne (wykorzystujące energię odnawialną

Podział kotłów, podstawowych elementów źródeł :

- energetyczne

- przemysłowe

- grzewcze (c.o.) ; wodne i parowe (maks. moc do 500 kW)

Podział kotłów ze względu na ich budowę:

- żeliwne i stalowe (mat. konstrukcyjny na powierzchnię wymiany ciepła)

- jednopaliwowe i wielopaliwowe (przestawialne)

- ręczne i zautomatyzowane

Podział kotłów ze względu na paliwo: gaz/ paliwo ciekłe/ paliwo stałe

Sieci cieplne

Zadaniem sieci cieplnych jest transport ciepła od źródła do miejsc jego odbioru. Obecnie są stosowane dwa sposoby przesyłania ciepła na odległość:

Sieci cieplne, w zależności od przeznaczenia, można podzielić na:

PODZIAŁ SIECI GRZEWCZYCH

Ze względu na:

  1. czynnik grzewczy:

  • parametry czynnika:

    1. ilość przewodów:

    1. sposób połączenia źródła i odbiorników (układ geometryczny)

    1. podział ze względu na budowę:

    PODZIAŁ WĘZŁÓW:

    Podział pod względem sposobu regulacji parametrów czynnika wtórnego:

    Podział węzłów cieplnych pod względem pełnionych funkcji

    Pod względem liczby pełnionych funkcji węzły cieplne można podzielić na:

    - centralnego ogrzewania, ciepła technologicznego i centralnej

    ciepłej wody.

    1. Bilans potrzeb cieplnych obiektów przyłączanych do systemu ciepłowniczego. Podstawy wymiarowania sieci cieplnych wodnych i parowych. Obliczenia strat ciśnienia w sieci cieplnej.

    Podstawowym zadaniem systemu ciepłowniczego jest dostarczenie wymaganej mocy

    cieplnej, dostosowanej do aktualnych warunków. Ustalenie maksymalnego zapotrzebowania na moc opiera się na wyznaczeniu maksymalnych potrzeb, wynikających z tzw. obliczeniowych lub projektowych warunków - na które system ciepłowniczy powinien odpowiedzieć. Moc cieplna, którą dostarczyć powinna sieć, w zależności od rodzaju odbiorców występujących w obszarze zaopatrywanym w ciepło oraz typu ich potrzeb cieplnych, powinna pokrywać zapotrzebowanie na:

    Ogólny bilans mocy dostarczanej przestawia się wzorem:

    0x01 graphic
    [MW] (1)

    gdzie:

    Qo- moc cieplna na potrzeby ogrzewania i wentylacji naturalnej [MW]

    Qw- moc cieplna na potrzeby systemów wentylacji mechanicznej [MW]

    Qcwu- moc cieplna na potrzeby podgrzania ciepłej wody użytkowej [MW]

    QT- moc cieplna na potrzeby technologiczno - produkcyjne [MW]

    Sieci wodne

    Czynnik grzewczy woda - strumień masowy czynnika grzewczego konieczny do „przeniesienia” jednostkowej mocy cieplnej tj. 1000 kW (1 MW):

    0x01 graphic

    dla Dt = 70 K odpowiednio mj=3,4 [kg/s]

    0x01 graphic

    Dla sieci parowych :

    0x01 graphic

    gdzie :

    r = i” - i' = 2500 [kJ/kg], entalpia parowania wody

    0x01 graphic

    Para jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła, którego relatywnie nieduży strumień jest zdolny przekazać dużą moc cieplną, w wyniku oddania ciepła skraplania.

    Czynnik w przewodzie zasilającym jest parą lekko przegrzaną, o gęstości r” [kg/m3], zbliżonej do gęstości nasyconej pary wodnej - zatem strumień objętościowy pary w przewodzie zasilającym powinien być równy:

    0x01 graphic

    Zaś w przewodzie powrotnym będziemy mieć do czynienia ze skroplinami o gęstości r' - zbliżonej do gęstości cieczy nasyconej (r' będzie zbliżone do gęstości wody tj. ok. 1000 [kg/m3]). Zatem strumień objętościowy skroplonego czynnika będzie kilkaset razy mniejszy niż pary:

    0x01 graphic

    Z powodu znacznej różnicy wielkości strumienia objętościowego Vj przewody parowy i cieczowy w parowej sieci cieplnej mają wyraźnie różne wielkości średnic i odpowiadające im wielkości przekroju przepływu. Przewód parowy ma zdecydowanie większą średnicę , bo strumień objętościowy pary jest duży i nawet przy znacznych prędkościach (20-30m/s) konieczny jest duży przekrój. Natomiast mniejsze rozmiary przewodu skroplinowego wynikają ze znacznie mniejszego strumienia objętościowego czynnika, który osiąga w nim prędkości zakresu od 1-3 m/s.

    Dobór średnicy rurociągu sieci według prędkości

    0x01 graphic

    Sieci parowe.

    Strumień masowy pary :

    0x01 graphic
    0x01 graphic

    gdzie :

    0x01 graphic
    - zapotrzebowanie na moc cieplną danej działki [ kW ]

    0x01 graphic
    - entalpia parowania czynnika ( wody ) [ kJ/kg ] :

    0x01 graphic

    Strumień objętościowy pary :

    0x01 graphic
    0x01 graphic

    gdzie :

    0x01 graphic
    - strumień masowy pary [ kg/s ]

    0x01 graphic
    - gęstość pary o stanie nasycenia [ kg/m0x01 graphic
    ] :

    Parametry pary w sieci zmieniają się. W wyniku przepływu pary, następuje spadek ciśnienia( 2÷5 K/ 100m przewodu parowego ) oraz wymiana ( straty ) ciepła z otoczeniem, wynikiem czego występuje m.in. skroplenie się pary.

    0x01 graphic
    [ kg/m0x01 graphic
    ]

    0x01 graphic

    0x01 graphic
    [ K ], gdzie dla pary nasyconej 0x01 graphic

    gdzie :

    0x01 graphic
    - temperatura i ciśnienie pary na wejściu do sieci [ K ]

    0x01 graphic
    - temperatura i ciśnienie pary na wyjściu z sieci [ K ]

    0x01 graphic
    - jednostkowa strata ciśnienia w sieci [ Pa/m ]

    0x01 graphic
    - długość sieci [ m ]

    Przewód skroplinowy liczymy według podobnych zasad jak przewód dla sieci wodnych :

    0x01 graphic
    0x01 graphic

    gdzie :

    0x01 graphic
    - strumień masowy pary [ kg/s ]

    0x01 graphic
    - gęstość skroplin [ kg/m0x01 graphic
    ]

    0x01 graphic
    [ m/s ]

    Straty ciśnienia

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    gdzie: R - jednostkowa strata ciśnienia wywołana oporami tarcia Pa/m

    l - długość przewodu sieci

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    W obliczeniach orientacyjnych można uwzględniać udział oporów miejscowych w całkowitej stracie ciśnienia dla :

    a = 0,1 dla odległości powyżej 50m.

    a = 0,7 dla węzłów cieplnych tuż przy budynkach

    a = 0,2 dla niedużych odległości między budynkami ( do 50m )

    1. Konstrukcja wykresu ciśnień piezometrycznych dla wodnych sieci ciepłowniczych. Warunki nałożone na ciśnienia w sieci w przypadku bezpośredniego i pośredniego przyłączenia obiektów ogrzewanych. Stabilizacja ciśnienia. Układy stabilizacji ciśnienia i uzupełniania czynnika. Elementy regulacyjne i zabezpieczające źródeł ciepłowniczych.

    0x01 graphic

    Rodzaje zasilania budynków.

    Obiekty w sieci mogą być zasilane w systemie pośrednim, a więc przez wymiennik ciepła, który oddziela dwa obiegi hydrauliczne ( wysokich i niskich parametrów ) tak, że w wymiennikach ciepła przekazywana jest wyłącznie moc cieplna od czynnika sieciowego do instalacji ogrzewania w budynku. W takim przypadku są to dwa niezależne układy hydraulicznie o nie związanym ze sobą rozkładzie ciśnień czynnika grzewczego.

    Innym sposobem podłączenia budynku jest system bezpośredni. Wówczas rozkład ciśnienia w budynku wynika z parametrów czynnika w przewodzie zasilającym i powrotnym. Poziom ciśnienia nie może być zbyt wysoki z uwagi na dopuszczalne ciśnienie dla instalacji. Nie może być zbyt niski z uwagi na możliwość odparowywania czynnika w górnych częściach instalacji. Różnica ciśnienia w przewodzie zasilającym i powrotnym musi pokonać sumę strat ciśnienia w węźle i w instalacji. Gdyby w sieci było zbyt niskie ciśnienie w przewodzie powrotnym, to nie cała instalacja w budynku byłaby wypełniona czynnikiem :

    Ppowrotu > Phydrostatyczne + 30 kPa

    W węźle bezpośrednim bez zmiany parametrów czynnik dostaje się bezpośrednio do instalacji wewnętrznej c.o., tj. jego parametry( temperatura i ciśnienie) nie zmieniają się- są takie same jak w sieci . Równoczesne spełnienie tych wielu warunków stawianych poziomowi ciśnień w systemie bezpośredniego przyłączenia może wymagać użycia dodatkowej przepompowni, zainstalowanej na trasie sieci . Pozwala ona zaradzić zbyt niskiemu ciśnieniu w przewodzie powrotnym jak również zbyt dużej jego wartości w przewodzie zasilającym.

    Można też zastosować dwie dodatkowe przepompownie: na przewodzie zasilającym i powrotnym równocześnie.

    W sieci musi być utrzymywane pewne wymagane ciśnienie zapobiegające odparowaniu czynnika grzewczego. Takie ciśnienie zwane ciśnieniem stabilizacji powinno być zachowane niezależnie od tego czy pompy obiegowe działają czy też nie. Dla sieci wodnych ciśnienia są znacznie wyższe niż dla instalacji ogrzewania z uwagi na ich rozległość oraz działanie ciśnienia hydrostatycznego w terenie zróżnicowanym wysokościowo.

    Ciśnienie robocze wodnej (lub skroplinowej) sieci jest to maksymalne ciśnienie w przewodzie tłocznym za pompą obiegową zwiększone (lub zmniejszone) o hydrostatyczną różnicę ciśnienia, wynikającą z wysokości położenia najniższego punktu sieci i osią pompy.

    Według największego ciśnienia roboczego dobiera się nominalne ciśnienie dla sieci ciepłowniczej (dla rur, armatury, złączek itp.)

    Gdy robocze do 0,4 MPa to nominalne 0,4 MPa

    gdy robocze od 0,4 -0,6 MPa to nominalne 0,6 MPa

    gdy robocze do 0,6 - 1,0 MPa to nominalne 1,0 MPa

    gdy robocze do 1,0 - 1,6 MPa to nominalne 1,6 MPa\

    Ciśnienie próbne, któremu poddaje się wykonany odcinek sieci w czasie badań szczelności jest równe 1,25 ciśnienia roboczego, gdy ciśnienie robocze jest większe od 0,5 MPa.

    Warunki stawiane rozkładowi ciśnienia w sieci cieplnej.

    Wymaganą wartość ciśnienia w układzie ciepłowniczym wyznacza się po ustaleniu:

    1. niezbędnych wartości ciśnienia, w poszczególnych punktach sieci

    2. niezbędnego ciśnienia w źródle, podczas pracy pomp obiegowych

    3. wartości ciśnienia stabilizacji, które musi być stale utrzymywane

    (nawet po wyłączeniu pomp obiegowych) ze względu na zapobieganie odparowaniu czynnika grzewczego

    1. zmian ciśnienia w sieci w różnych warunkach eksploatacyjnych

    2. położenia tzw. punktu obojętnego.

    Ciśnienie w sieci ciepłowniczej występujące w punkcie obojętnym, tzn. takim w którym nie ulega ono zmianie niezależnie od stanu pomp obiegowych (praca, wyłączenie) może być utrzymywane za pomocą otwartych i zamkniętych naczyń wzbiorczych (jak w instalacji c.o.) lub pomp uzupełniająco-stabilizujacych (najpowszechniej stosowane).

    Ciśnienie w punkcie obojętnym odpowiada ciśnieniu w miejscu włączenia naczynia wzbiorczego do sieci :

    - w układzie otwartym - wynika z różnicy poziomu wody w naczyniu wzbiorczym i miejsca włączenia do systemu

    - w układzie zamkniętym - z ciśnienia gazu obojętnego w ponad wodą w naczyniu wzbiorczym i ciśnienia hydrostatycznego jak w układzie otwartym

    Sposoby utrzymania ciśnienia stabilizacji :

    1. przy użyciu naczynia wzbiorczego z poduszką gazu obojętnego lub parową, włączonego przed lub za pompami obiegowymi

    2. przy użyciu układu z pompami uzupełniającymi

    3. przy wykorzystaniu pomp stabilizujących

      1. przy użyciu układu z pompami stabilizująco-uzupełniającymi

    1. Kompensacja wydłużeń cieplnych w sieciach kanałowych i napowietrznych oraz w sieciach preizolowanych (bezkanałowych).

    Armatura:

    Kompensacja wydłużeń (kanałowe i napowietrzne sieci)

    Dla preizolowanych co pewien odcinek jest punkt stały

    Wydłużenia 0x01 graphic

    Gdzie: 0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Naprężenia 0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Kompensacja - można wykorzystać naturalne elementy Siecie (np. „Z” albo „L”) albo kompensatory lub wydłużki np. mieszkowe

    Aby wydłużenie było osiowe to stosuje się podpory kierunkowe

    Kompensator dławnicowy - rura w rurze (już nie stosowany)

    Odległość maksymalna między podporami stałymi

    0x01 graphic

    Gdzie: dz - średnica zewnętrzna

    0x01 graphic

    q - jednostkowa masa przewodu

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Siły działające na podporę stałą - tarcie i wiatr

    Siły działające na podporę ruchomą - tarcie ślizgowe (podpory ślizgowe albo rolkowe)

    1. Budowa jednofunkcyjnych węzłów c.w. Obliczenia zapotrzebowania na moc cieplną do przygotowania ciepłej wody w węzłach bez-zasobnikowych i zasobnikowych . Definicja godzinowego współczynnika nierównomierności rozbioru ciepłej wody. Dobór zasobników o pełnej i niepełnej akumulacyjności dla budynków mieszkalnych. Współczynnik redukcji zapotrzebowania na moc cieplną w wyniku użycia zasobników.

    A.BUDOWA WEZLOW JEDNOFUNKCYJNYCH:

    0x01 graphic

    Węzły wymiennikowe przygotowania centralnej ciepłej wody rzadko występują jako obiekty samodzielne, przeważnie połączone są z węzłem centralnego ogrzewania, bezpośrednim lub pośrednim. Jako odrębne, mają zastosowanie głównie w kotłowniach niskoparametrowych

    0x01 graphic

    B. Obliczenia zapotrzebowania na moc cieplną do przygotowania ciepłej wody w węzłach bez-zasobnikowych i zasobnikowych.

    Ogólny wzór na moc cieplna potrzebna do podgrzania c.w.u. ma postać [5]:

    0x01 graphic
    [W] (5)

    gdzie:

    q - obliczeniowe, godzinowe zużycie c.w.u, odpowiednie dla sposobu podgrzewania wody i akumulacyjności urządzeń

    cw- ciepło właściwe wody [J/kgK]

    ρ- gęstość wody [kg/m3]

    Przepływy obliczeniowe (zużycie c.w.u.) mają postać [5]:

    0x01 graphic
    [m3/d] (6) 0x01 graphic
    [m3/h] (7) 0x01 graphic
    [m3/h] (8)

    gdzie:

    qdśr- średnie, dobowe zapotrzebowanie na c.w.u. [m3/d]

    qhśr- średnie, godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u. [m3/h]

    qhmax- maksymalne godzinowe zapotrzebowania na c.w.u. [m3/h]

    qc- jednostkowe, dobowe zapotrzebowanie na c.w.u. [m3/dmk], równe 0,11 - 0,13 m3/dmk

    U- liczba użytkowników ciepłej wody

    C. Definicja i obliczenia godzinowego współczynnika nierównomierności rozbioru ciepłej wody.

    Nh- współczynnik godzinowej nierównomierności rozbioru wody, obliczany jako:

    Nh = 9,32U-0,244

    Ogólny bilans mocy dostarczanej przestawia się wzorem:

    0x01 graphic
    [MW] (1)

    gdzie:

    Qo- moc cieplna na potrzeby ogrzewania i wentylacji naturalnej [MW]

    Qw- moc cieplna na potrzeby systemów wentylacji mechanicznej [MW]

    Qcwu- moc cieplna na potrzeby podgrzania ciepłej wody użytkowej [MW]

    QT- moc cieplna na potrzeby technologiczno - produkcyjne [MW]

    0x01 graphic
    [W] (2)

    gdzie:

    V- kubatura budynku, liczona po wymiarach zewnętrznych [m3]

    q- charakterystyka mała budynku [W/m3K].

    twew- obliczeniowa temperatura wewnętrzna [oC]

    tzew- temperatura zewnętrzna [oC]

    0x01 graphic
    [m3/d]

    0x01 graphic
    - liczba godzin użytkowania w ciągu doby, przyjmowana: często zakłada się: 18 h/d,

    0x01 graphic
    [m3/h] 0x01 graphic

    Współczynnik nierównomierności Kh=0x01 graphic

    D.Wymiarowanie zasobników o pełnej i niepełnej akumulacyjności:

    0x01 graphic

    0x01 graphic
    - sprawność magazynowania energii zasobnika

    (Można dobrać taki zasobnik że stale będzie średni pobór energii, jest to zasobnik o pełnej akumulacyjności)

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Współczynnik akumulacyjności 0x01 graphic

    E. Współczynnik redukcji zapotrzebowania na moc cieplną wymienników w wyniku użycia zasobników.

    Gdy

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    1. Dwufunkcyjne węzły c.o. + c.w. Rozwiązania układów hydraulicznych, podstawy obliczeń cieplno-przepływowych. Wymagania dotyczące wyposażenia i zabezpieczenia węzłów cieplnych .

    Ciepła woda podgrzewana jest w jednym wymienniku, przez który przepływa najczęściej część strumienia masy czynnika kierowanego następnie do instalacji centralnego ogrzewania. Schłodzenie wody po przepłynięciu przez wymiennik ciepłej wody należy uwzględnić przy doborze wymiennika centralnego ogrzewania. Powierzchnia wymienników c.o. i strumień wody sieciowej będą większe niż w przypadku dopływu wody z sieci o nieobniżonych parametrach. Węzły o połączeniach szeregowych w przewodzie zasilającym stwarzają istotne trudności w zapewnieniu właściwych strumieni mas czynników w poszczególnych obiegach. Wypadkowa charakterystyka hydrauliczna układu jest zależna od stopnia otwarcia zaworów regulacyjnych, przy czym otwarcie zaworu regulacyjnego ciepłej wody prowadzi na ogół do wzrostu kąta nachylenia charakterystyki, a więc w kierunku odwrotnym niż wynikający z optymalnego algorytmu regulacji.

    0x01 graphic

    Ciepła woda podgrzewana jest w jednym wymienniku, przez który przepływa część strumienia masy czynnika dopływającego do węzła. Następuje rozdzielenie strumieni tak, że do każdego z wymienników dopływa woda o tej samej temperaturze. Na rysunku 17 pokazano sposób połączeń równoległego, jednostopniowego węzła centralnego ogrzewania i centralnej ciepłej wody. W każdym z obiegów powinny się znaleźć niezbędne elementy wyposażenia, takie jak armatura, aparatura kontrolno-pomiarowa i urządzenia automatycznej regulacji. Dla zapewnienia wymaganych strumieni masy czynnika grzejnego niezbędne jest wyrównanie strat ciśnienia w poszczególnych obiegach. Ten typ węzła, w przeciwieństwie do szeregowego umożliwia wyrównanie strat ciśnienia dla przepływów obliczeniowych.

    0x01 graphic

    Czynnik powracający z instalacji centralnego ogrzewania ma w przeciętnych, najmniej korzystnych warunkach temperaturę ok. 40-45 °C. W celu wykorzystania tego ciepła, proces przygotowania centralnej ciepłej wody rozdziela się na dwa stopnie (strefy), z których pierwsza włączona jest za wymiennikiem centralnego ogrzewania (I stopień przygotowania ciepłej wody). Temperatura wody powracającej z instalacji c.o., z wyjątkiem okresu temperatur powietrza zewnętrznego zbliżonych do temperatury obliczeniowej, nie pozwala na całkowite pokrycie potrzeb przygotowania c.w.u. Czas trwania temperatur ekstremalnie niskich nie jest statystycznie zbyt długi, toteż w większości czasu trwania sezonu grzewczego niezbędne będzie dodatkowe podgrzanie wody opuszczającej wymiennik I stopnia do wymaganej temperatury 50-55 °C. Podgrzanie to realizuje się w wymienniku połączonym równolegle względem wymiennika centralnego ogrzewania, podobnie jak w węźle jednostopniowym równoległym. Wodę powracającą z tego wymiennika (II stopnia) można również skierować do wymiennika I stopnia. W przypadku wymienników płaszczowo- rurowych starszych generacji istniała możliwość skierowania do wymiennika I stopnia całego strumienia masy wody sieciowej, w przypadku nowych konstrukcji wymienników strumień masy kierowany do I stopnia jest zależny od typu zastosowanych urządzeń i od realizacji funkcji tzw. priorytetu ciepłej wody. Część strumienia masy płynie najczęściej obejściem wymiennika I stopnia. Węzeł taki nosi nazwę węzła szeregowo-równoległego. Jest to najczęściej występujący w miejskich systemach ciepłowniczych typ węzła

    0x01 graphic



    Wyszukiwarka

    Podobne podstrony:
    Tematy, dom, STUDIA, semestr I, Filozofia
    Kręgi tematyczne i problemowe opowiadań Stefana Żeromskiego
    problem, Studia, Pedagogika
    tematy, na studia, systemy ekspertowe
    Szata roślinna Polski tematy prezentacji, Studia PŁ, Ochrona Środowiska, szata roślinna
    Rozwiązywanie problemów, Studia, Rok I, Psychologia ogólna
    rozw. problemow, Studia, Rok I, Psychologia ogólna
    Formulowanie problemu, Studia UEK Kraków Zarządzanie zaoczne, Badania marketingowe
    globalne problemy, studia, Dewiacja
    ZiM Licencjat - PRAWO PRACY - tematy kolokwium - 3.6, Studia Zarządzanie PWR, Zarządzanie PWR I Stop
    Podstawy ekonomii - tematyka wykładów, Studia, Rok I, Podstawy Ekonomii
    opracowane tematy z turystyki, studia, geografia UJ, licencjat
    Wszystkie tematy - kolokwium, Studia Pwr, Semestr 1, Psychologia (wykład)
    Kręgi tematyczne i problemowe opowiadań Stefana Żeromskiego
    DIAGNOZA POTRZEB I PROBLEMÓW, studia różne, Opracowania
    Tematy pracowni, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
    Przechowalnictwo i opakowania - tematy zajęć, STUDIA, opakowalnictwo i przechowalnictwo
    Kręgi tematyczne i problemowe opowiadań Stefana Żeromskiego, ściągi

    więcej podobnych podstron