Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения на предприятиях пищевой промышленности определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника и вида тепловой нагрузки.

К теплоносителям, применяемым в системах теплоснабжения, предъявляются следующие требования:

· санитарно-гигиенические;

· технико-экономические;

· эксплуатационные.

Санитарно-гигиенические требования:

· теплоноситель не должен оказывать отрицательного воздействия на обрабатываемые продукты;

· теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях санитарные условия для находящихся в них людей;

· теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это приводит к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов, что, в свою очередь, вызывает разложение пыли органического происхождения. Средняя температура поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 70-80 °С в жилых и общественных зданиях. В промышленных допускается не более 100 °С.

Технико-экономические требования:

· минимальная стоимость трубопроводов, по которым транспортируется теплоноситель;

· малая масса нагревательных приборов;

· наименьший расход топлива для нагрева помещений, вентиляционного воздуха и водопроводной воды.

Эксплуатационные требования:

· теплоноситель, который должен обладать качествами, позволяющими проводить центральную регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления (эта необходимость вызвана переменными температурами наружного воздуха);

· срок службы отопительно-вентиляционных систем.

Основные преимущества воды как теплоносителя по сравнению с паром:

сравнительно низкая температура воды, а следовательно, и температура поверхности нагревательных приборов;

возможность транспортирования воды на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала (понижение температуры воды в изолированных сетях составляет не более 1 °С на 1 км длины трубопровода);

возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления;

возможность ступенчатого подогрева воды на ТЭЦ с использованием низких давлений пара и увеличения, таким образом, выработки электрической энергии на тепловом потреблении;

простота присоединения водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям;

сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ, в районных котельных;

большой срок службы систем отопления и вентиляции.

Основные недостатки воды как теплоносителя:

1) большой расход электроэнергии на перекачку сетевой воды;

2) большая плотность воды и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы;

3) большая «чувствительность» к авариям (требуется остановка водяной системы, существуют большие утечки теплоносителя).

Основные преимущества пара как теплоносителя:

возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но и также для силовых и технологических нужд;

быстрый прогрев и быстрое остывание систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещений с периодическим обогревом;

пар низкого давления имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньшую объемной массы воды). Это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и создает возможность применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях, при неблагоприятном рельефе теплоснабжаемого района;

более низкая первоначальная стоимость систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов;

простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара;

отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара можно отнести:

1) повышенные потери теплоты паропроводами из-за более высокой температуры воды;

2) срок службы паровых систем отопления значительно ниже, чем водяных из-за интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

В силу всего вышесказанного, пар применяется реже воды, и то лишь для тех помещений, где нет долговременного пребывания людей. По СНиП разрешается применять паровое отопление в торговых помещениях, банях, кинотеатрах, промышленных зданиях. В жилых зданиях паровые системы не применяются.

В системах воздушного отопления и вентиляции любых зданий разрешается применение пара в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя. Также его можно применять для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения. Энергетически вода выгоднее пара.

Параметрами теплоносителей называют температуру и давление. Вместо давления в практике эксплуатации пользуются единицей - напором.

Напор (м) и давление связаны зависимостью:

, (2.1)

где p - давление, МПа;

r - плотность теплоносителя, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Вода как теплоноситель характеризуется различными температурами до и после систем теплопотребления.

В современных системах теплоснабжения применяют следующие температуры воды:

· t₁= 105 °С (95 °С); t₂= 70 °С - в системах отопления жилых и общественных зданий;

· t₁= 150 °С; t₂= 70 °С - в системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий.

Температура воды в системах теплоснабжения должна соответствовать давлению, при котором не будет вскипания (например, вода при температуре 150 °С должна иметь давление не ниже 0, 4 МПа).

Повышение температуры воды в источниках теплоснабжения ведет к снижению количества перекачиваемой воды, уменьшению диаметров труб и расходов энергии на перекачку.

Мощность теплового потока, отдаваемого водой (кВт), определяется по формуле:

, (2.2)

где G - количество воды, проходящей через систему теплоснабжения, кг/с;

c_В - теплоемкость воды, кДж/(кг × К);

t₁ - температура воды до системы теплопотребления (после источника теплоты), °С;

t₂ - температура воды после системы теплопотребления (до источника теплоты), °С.

Для перехода от массы перекачиваемой воды к ее объему (м³/с) используют формулу:

V = G / r. (2.3)

В системах теплоснабжения применяется пар различных давлений:

в системах парового отопления низкого давления 0, 005¸ 0, 07 МПа;

в системах парового отопления высокого давления > 0, 07 МПа.

Для технологического производства применяется пар с более высоким давлением, например:

На хлебозаводах 0, 07¸ 0, 5 МПа

На кондитерских фабриках 0, 3¸ 1, 0 МПа

Пар, вырабатываемый паровыми котлами, имеет давление 0, 9¸ 1, 4 МПа, на производстве 0, 07¸ 1, 0 МПа. Получение насыщенного пара с низким давлением осуществляется в редукционной установке.

Мощность тепловой отдачи пара (кВт) в системе теплопотребления определяется по формуле:

, (2.4)

где D - количество пара, кг/с;

h ' - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг;

t_К - температура конденсата насыщения, °С;

c_К - теплоемкость конденсата, кДж/(кг•К).

Для пара низкого давления можно написать формулу:

, (2.5)

где r - скрытая теплота парообразования, r = 2260 кДж/кг.

Расход пара (кг/с) определяется по формуле:

. (2.6)