Расчет тепловых потерь в когенерационных системах централизованного теплоснабжения

Введение. Тепловые потери являются основным показателем, характеризующим эффективность работы системы теплоснабжения. Тепловые потери в тепловых сетях зависят от протяжённости и диаметров трубопроводов, вида прокладки трубопроводов, типа и состояния тепловой изоляции, температурного режима работы тепловых сетей, метеорологических условий [1].

Цель исследования: изучение необходимых показателей диапазона тепловых потерь на разных участках тепловых сетей.

Методы исследования: эксперимент, коэффициентный метод, математическое моделирование.

Эксплуатационные нормы тепловых потерь водяных тепловых сетей разрабатывают опытным методом на основе проведения специальных тепловых испытаний, что позволяет учитывать конкретные условия прокладки испытуемых трубопроводов и состояние их изоляции [6].

При испытании определяют фактические тепловые потери испытуемых участков сети и сравнивают их с нормативными потерями, которые рассчитывают, исходя из удельных тепловых потерь. Фактические тепловые потери в подающей и обратной линии для каждого из участков испытуемого кольца определяют по формуле [4]:

Q„ =c c(Gc —n)(t„н -t„:) ■ 103; n. И с                П П

Qou = c(Gc - 4 Gn)(tn - tO) ■ 103, где G с – средний расход теплоносителя в подающей линии на выходе из когенерационного источника, т/ч;

нк tп и tп – cредние температуры теплоносителя в начале и в конце подающей линии на этом участке, ºC;

нк tо и tо – средние температуры теплоносителя в начале и в конце обратной линии на этом участке, ºC;

с

–

средняя теплоемкость теплоносителя в соответствующем интервале температур (при температурах до 100 ºC можно принимать равной 1,0 ккал /кг · ºC); G п – средний расход подпитки, т/ч.

Для участков подземной прокладки пересчет фактических тепловых потерь на среднегодовые условия работы тепловых сетей выполняют суммарно для подающей и обратной линий по формуле [3]:

^QH • и   ^Qn • Н • и + ^Q0 • Н • и

о  и^ср • ^г-/^ср • г)

п • их п        гр /

нкнк ппоо

—

t гр • и

•

Для участков надземной прокладки такой подающей и обратной линий по формулам:

пересчет выполняют отдельно для

^Q П • н • и

О  и ср • г

__ n • и У n

ик пп

-tn.

;

— t в • и

^Q o • н • и

Q (tср-г о. и У о ик

to + to

- tc-г) ,

— t в • и

где Q_{п . н . и} и Q _{о . н . и} – пересчитанные на среднегодовые условия работы сетей фактические тепловые потери по каждому испытанному участку кольца, ккал/ч;

• tгр . и и t _e . и — температуры грунта и окружающего воздуха, средние за время испытаний, ºC.

Значения Q _h . и , Q_n . _н . и и Q_o . _н . и , рассчитанные по формулам (3), (4), (5) для всех испытанных участков сетей, сопоставляются с соответствующими нормативными величинами тепловых потерь. Нормативные величины определяют из приведенных в [1] значений удельных тепловых потерь путем пересчета с принятых в этих нормах значений температур теплоносителя и окружающей среды на их среднегодовые значения для данных тепловых сетей по формулам [4]:

• - для участков подземной прокладки:

Qh = Qn • н + Qo • н =z К I;

t г + t o г + 2 1 рг q . = Ч п. н + q„ = ( q. ₍₉₀ - ) + q. (50 0 )) ^-------—-------;

- для участков надземной прокладки:

Qn. н = 2 Рчп. н l;

где

Q o. H    ^\ ^e q o. H ^;

( q н (100 о )	- 4 h (75 0 )Х t n г" t C . г ) + 95 Ч. (75 о )	70 Ч н (100 0 )
q n . H	25	;
= ( q H (75 0 ) -	4 h (50 0 >х ‘Сг - ‘Г ) + 70 4 h (50 о ) -	45 q н (75 о )
q 0 . H	25

В формулах (6), (8), (9) суммирование производится по всем диаметрам труб на данном участке при их длине l для каждого диаметра по подающей или обратной

линиям. Значения   q_H , q _n . _H ,   q _o . _н  подсчитывают по каждому диаметру труб в

отдельности, исходя из нормативных значений ^q _H (₉₀ - ) и ^q _H (₅₀ - ) для данного диаметра

труб при подземной прокладке и из нормативных значений q о , q о и q о для данного диаметра труб при надземной прокладке [3]. Значения коэффициента местных тепловых потерь в принимают по данным таблицы 1 [4].

Таблица 1 – Коэффициент местных тепловых потерь

Тип прокладки	в
Бесканальная	1,15
В тоннелях и каналах	1,20
Надземная	1,25

При сопоставлении фактических и нормативных тепловых потерь подсчитывают их соотношения, характеризуемые коэффициентами К, равными:

для участков подземной прокладки

Q н и

К =

/ ^S)

для участков надземной прокладки

К =

н ^;

К =

Для участков с фактическими тепловыми потерями, существенно превышающими нормативные (со значениями коэффициента К >1,1), составляют программу работ с целью доведения тепловых потерь этих участков до нормативных значений.

Определение нормативных значений часовых среднегодовых эксплуатационных тепловых потерь по всем тепловым сетям в целом на основе данных испытаний отдельных участков этих сетей производится с учетом следующих положений [1]:

• а)    для испытания участков сетей используются величины их измеренных тепловых потерь с пересчётом на среднегодовой режим работы тепловых сетей по формулам (3), (4), (5) с суммированием их по подающей и обратной линиям по всем участкам;

• б)    для участков тепловых сетей, не подвергшихся испытаниям, но имеющих типы прокладки и конструкции изоляции, аналогичные испытанным участкам, используются нормативные значения среднегодовых тепловых потерь, определённые по формулам (6), (8) и (9), с введением в них поправочных коэффициентов К ,

значения которых были получены по формулам (12), (13), (14);

• в)    для участков тепловых сетей, не подвергшихся испытаниям и не имеющих

аналогичных им по типам прокладки или конструкциям изоляции среди испытанных участков, Нормативные значения среднегодовых тепловых потерь принимаются по формулам (6), (8) и (9) без введения в них каких-либо поправочных коэффициентов.

Нормативные значения среднегодовых эксплуатационных потерь по всем тепловым сетям в целом получаются путём суммирования этих значений по группам участков.

Нормативные значения годовых потерь тепловой энергии (Гкал/год) по тепловым сетям в целом определяют по формуле:

ср.г       ср.гподз QHad3 ,

где P – время работы тепловых сетей в году, ч/год; ср . г           ср . г

Q подз и Q н адз – нормативные значения среднегодовых эксплуатационных потерь тепловой энергии для всех участков сетей соответственно подземной и надземной прокладки, Гкал/ч.

Нормативные значения месячных потерь тепловой энергии (Гкал/мес) для тепловых сетей в целом вычисляют по формуле:

Q м = N Q^" + Q HPdм ) , где N – время работы сетей в данном месяце, ч/мес:

Qср.м      ср.м подз и Qнадз – нормативные значения часовых потерь тепловой энергии для всех участков сетей соответственно подземной и надземной прокладки, определённые применительно к среднемесячным температурам теплоносителя и окружающей среды, Гкал/ч.

В процессе экспериментального исследования проводилась проверка результатов расчета нормативных значений тепловых потерь. Экспериментальная проверка результатов расчета нормативных значений тепловых потерь обычно производится совместно с экспериментальным определением величины транспортного запаздывания и определением величины статического коэффициента передачи (табл. 2) [6].

Таблица 2 – Данные единовременных замеров температур теплоносителя в различных точках магистрального трубопровода

№ точки замера	Расстояние от ТЭЦ, км	Температура теплоносителя, ºC	Падение температуры теплоносителя, ºC	Статический коэффициент передачи
ТЭЦ	-	60	-	1,00
1	4,8	54	6	0,9
2	6,9	52	7,5	0,87
3	7,5	52	8	0,85

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования показали, что расчет тепловых потерь энергии имеет, несомненно, важное значение для обеспечения эффективной работоспособности тепловой системы в целом.

Учебник и практикум для вузов. М.: Изд-во Юрайт, 2022. 279 с.