sm sp
系数C3 一般可取2~3。
1.2 热负荷资料收集
1.2.1 各类热负荷的收集
1.2.1.1 生产工艺热负荷
生产工艺热负荷是全年较稳定的负荷。在相对稳定的基础上,也有某些不稳定因素,如生产班制、生产季节等,要分析其变化情况,以便在汇总热负荷时考虑。
上述须按附表1填写。
为了从各方面分析热负荷,在可能的条件下,还须收集原设计的产品数量、产品用热或用标煤的单耗指标、生产班次、季节生产特性、检修周期等,按附表2填写。
此外,还须收集各时段具有代表性的典型生产日的小时负荷,内容见附表3。
1.2.1.2 采暖热负荷与生活制冷热负荷
此类热负荷是季节性负荷,它取决于室外温度变化与建筑物的热工特性,需要收集的材料见附表4及附表5。
除附表4外,还应当向当地气象部门收集采暖期室外温度≤5℃每年的延续小时数,见附表6,或室外温度≤5℃的小时数,采暖期平均温度,以便绘制延续时间采暖年负荷曲线图。
1.2.1.3 生活热负荷
一般生活热负荷是全年性负荷,带一定的季节变化特性,可按生产负荷方式填入附表1。
1.2.1.4 凝结水回收
热电厂(站)汽水损失较大,应尽可能回收凝结水。
对于回水量少,距离较远的用户,应通过技术经济比较,方能决定其凝结水是否回收。
1.2.2 收集资料对象与协议
收集生产热负荷时各生产厂是第一性的,但也要向当地生产主管部门如计经委等收集其提炼上报材料,深入到锅炉车间了解锅炉运行情况,主要是运行时间、用煤量、蒸汽参数、蒸汽用量、锅炉效率、回水量等。
对于采暖负荷,主要向城市规划部门、建设部门落实各类建筑面积,向煤建公司了解采暖用煤供应情况,向锅炉管理部门了解采暖锅炉运行情况。
热负荷是热电厂(站)的生命线,供需双方应有协议,共同遵守。
对于新建项目的热负荷,必须有主管部门批准的设计任务书为依据。
1.3 几个数的概念
在分析、论证热负荷、供热方案及有关计算时,经常要用到以下几个系数,分述如下:
1.3.1 同时率K1
供热区域内的许多热用户,一个企业也有许多车间工段,他们的最大热负荷(指生产工艺负荷)往往不是同时出现,在计算供热区域的最大热负荷时,必须考虑各用户的同时使用系数,即同时率。
区域(企业)最大热负荷
K1 =----------------- (1—5)
各用户(各车间)的最大热负荷之和
注意:采暖负荷同时率K1 =1
1.3.2 负荷率K2
各用户热负荷都不可能总在额定负荷下连续运行,各用户根据各自的生产特性在不同的时间阶段各有不同的负荷率。K2 为该时间阶段热负荷平均值与额定热负荷值之比,额定热负荷可采用用户提供的最大热负荷。
某用户的小时平均热负荷
K2 =------------ (1—6)
某用户的小时最大热负荷
时间一般取年、季、或月。如年负荷率即全年平均与最大热负荷之比。
整个供热区域内的K2 为:
各用户的平均热负荷之和
K2 =------------ (1—7)
区域最大热负荷
1.3.3 最大热负荷利用小时数H1
计算时段内热负荷总量相当于在该时段内最大热负荷下的运行小时数,称为最大热负荷利用小时数。为计算各时段供热量、发电量用。
计算时段内热负荷总量
H1 =-----------h (1—8)
该计算时段内最大热负荷
1.3.4 发电设备年利用小时数H2
年发电量与同期内发电机组额定容量之和的比值,即发电设备年利用小时数。
热电厂(站)的年发电量
H2 =---------------h (1—9)
该热电厂(站)机组额定容量之和
1.3.5 供热设备利用小时数H3
H3 为供热设备年供热量与同期内供热设备额定供热量(扣除自用汽)总和之比
汽轮机年供热量
H3 =----------------h (1—10)
汽轮机额定供热能力(扣除自用汽)
1.3.6 热化系数a
热化系数是热电厂(站)汽轮机抽汽和背压排汽的额定小时供热量(扣除自用汽)与区域最大热负荷之比。
汽轮机抽汽和背压排汽的额定小时供热量
a=------------------ (1—11)
区域最大小时热负荷
最大小时热负荷应是考虑了同时率K1 之后并折算到热电厂(站)供热设备出口的最大热负荷。
1.4 几个热负荷量的概念
1.4.1 用汽量
用汽量:是指用户工艺过程要求的,实际是用热蒸汽参数下的饱和汽潜热相应的汽量,它与间接用热或直接用热无关。
1.4.2 用热量
用热量:它与用热方式有直接关系,间接用热只用了显热(过热蒸汽)和潜热:直接用热则从显热到饱和水焓都用了(注意扣除补充水焓)。
1.4.3 耗热量
耗热量:系指用户消耗的热量,对于间接用热,其耗热量与回水率及回水温度有关,对于直接用热其耗热量与用热量相同。
2.热负荷核算、整理和汇总
2.1 核实和调查时应注意的事项
·热用户的生产原料来源是否落实,产品是否适销对路,有无转、停产的可能,及转、停产后的热负荷情况。
·有无一级热负荷用户并注意用户的生产班次和同时率。
·对供热连续性要求,中断供汽对生产之影响。
·对新增热用户的热负荷,应通过其初步设计或有关主管领导机关批准的建设规模进行核实。
2.2 热负荷核实
2.2.1 对现有热负荷的核实
现有热负荷,可按年耗煤量和其产品单位能耗分别核算,一般说二者核算的结果应基本一致。
2.2.1.1 按全年耗煤量核算
核算生产用汽量时应将采暖用煤量从全年总用原煤量中扣除,采暖用原煤量计算如下:
Qn
B2 =----------×12立方 t/a (2—1)
Q η′ η′
Dw gL f
生产用原煤量B1
B1 =B-B2 t/h (2—2)
由此,平均生产用汽量可求
B Q η′ η′
yf 1 Dw gL f
D =-------------------- t/h (2—3)
sc - - -
〔i -t -Q(t -t )〕ュ
gL bs h bs
用户锅炉热效率应取用该炉近期热效率试验数据。否则可用下面参考值:
≥10t/h链条炉 η′ =0.67~0.72
gL
10t/h抛煤机炉 0.66~0.70
4~6.5t/h链条炉 0.65~0.70
抛煤机炉 0.61~0.66
2t/h链条炉 0.55~0.67
2t/h手烧炉 0.52~0.65
〈/h炉 0.5~0.6
选用η′ 时,还应考虑锅炉已使用年限、保养状
gL
况、现使用燃煤热值高低、运行管理水平等因素予以调整。
2.2.1.2 按原设计能耗验算
一般说,按原设计产品量,产品单耗,用汽规律等进行验算,较能反映真实情况。
以产品单位能耗验算年耗热量时,采用下式:
yf
Q =0.0293w b (GJ)/a (2-4)
sc cp cp
平均生产用汽量为
0.0293w b b η′ η
yf cp cp cp gL f
D = ×1000
sc 〔i -t -ψ(t -t )〕
gL bs h bs
t/h (2—5)
2.2.2 对发展负荷的预测
2.2.2.1 新增加的热负荷,必须有充分的依据,如果已经在施工,安装的项目,按照该项目的初步设计的热负荷予以核实,如果属于技术改造,扩建生产线等,则按类似的生产工艺决定其热负荷。
对于新建项目,还未设计,必须有上级主管部门下达的设计任务书为依据,参考其可行性研究报告及类似项目决定其热负荷。
2.2.2.2 发展负荷予测
发展负荷分两种情况,一是地区发展负荷,这种负荷主要考虑该地区的地理条件、地区物(矿)产品蕴藏情况、地区经济实力、地区发展总体规划等等。考虑这种发展负荷只能在热电厂(站)建设方面要留有充分的余地,以备扩建。一是企业的自然增长热负荷,这些企业必须是产品为国家及社会必需,适销对路,原材料来源充足,企业管理水平好,效益显著。这种发展热负荷可根据地区总体规划中工业增长情况及企业的规划适当考虑。可用下式估算。
yf yf n
〔D 〕=D (1+r) t/h (2—6)
sc sc
一般r≤0.04
2.3 热负荷整理
2.3.1 用汽量折算(热电厂(站)围墙出口)
按附表1及上述核算出的热负荷,都是平均负荷,还应按附表3或实地调研中找出热用户各时段的最大、最小负荷。这些负荷对不同的热用户,其用热参数是各异的,且绝大多数热用户都要求饱和蒸汽,而热源出口都是统一参数的过热蒸汽,为了热负荷的综合处理,必须将各用户用汽量核换为热源出口统一参数的汽量,在未最终确定供热参数的情况下,可粗估析算系数取0.95~0.97,用户要求参数高取上限,低取下限,待机组确定后再予以精确的换算以便热力系统及供热系统的各热经济指标的正确计算。
供热机组确定后各生产用户用汽量无论是直接或间接用热折算到热电厂(站)出口的换算式为:
-
(i -t )
yf gL bh
Dsc=D ----------- t/h (2—7)
sc -
(i -t )η
sc bh w
采暖用汽量计算(热电站)
q′
Dn=-----------×1000 t/h (2—8)
(i -t )η
n bh jr
18-t′
w
q′=q·------- GJ/h (2—9)
18-t
w
当热电厂(站)采用基本加热器与尖峰加热器串联供热时,加热用汽量分别为:
基本加热器
q′
j
Dnj=-------------×1000 t/h (2—10)
-
(i -t )η
cd bhd jr
尖峰加热器
q′
f
Dnf=-------------×1000 t/h (2—11)
-
(i -t )η
cg bhg jr
采暖总热量
q′=q′ +q′ GJ/h (2—12)
j f
18-t″
w
q′ =q------- GJ/h (2—13)
j 18-t
w
t″ -t′
w w
q′f=q------- GJ/h (2—14)
18-t
w
2.4 热负荷汇总
2.4.1 生产热负荷曲线绘制
负荷曲线图可按用汽量及耗热量绘制,按用汽量绘制的负荷曲线是为了保证用户用汽量以决定热源的运行方式,按耗热量绘制的负荷曲线是为了计算热源总耗煤量。
2.4.1.1 根据换算过的附表3绘制各典型时段的典型日负荷图。
(1)三班制典型日负荷图
图1典型生产日负荷图(略)
(2)两班制典型日负荷图
图1 典型生产日负荷图(略)
(3)一班制典型日负荷图
图1典型生产日负荷图(略)
2.4.1.2 年负荷曲线绘制
实际上,典型日负荷只能代表某一段时间,例如10天,1个月或一个季度的典型日负荷图,如果某一典型日负荷图能代表10天,那么,把小时数的横座标改为10×24=240小时,即是这10天的负荷曲线了,但它已经将10天内各天相同小时的负荷集中并列在一起了。例如图1的(1)代表11、12、1月时段的典型日负荷,(2)代表2、3月时段的典型日负荷,(3)代表7、8月大检修以外其他时段的典型日负荷,则年负荷图见图2。
如果每月有四个星期天休息,还有节假日n天,则11、12、1三个月的负荷曲线图就应扣除这些节假日的负荷,每一小块面积(Di Δhi )变为Di Δhi-24(4+n)Di 。其他各负荷面积类推。
将上述年负荷曲线负荷由高到低排列,则可得出图3的图形。
当然上述负荷曲线图实际是没有的,因为在同一个工厂内,既有三班生产、也有两班、一班生产是不可能的,这仅仅是为了说明负荷曲线绘制方法,把各特殊情况都集中在一起表现而已。
图3 年负荷持续曲线图(按由大到小排列)(略)
2.4.2 采暖年负荷曲线绘制
采暖年负荷曲线绘制必须先绘制小时负荷曲线,然后根据小时负荷与该小时负荷延续小时数绘制年负荷曲线。
2.4.2.1 小时负荷曲线
我国采暖起始室外温度为+5℃,采暖室外计算温度,采用历年平均不保证五天的日平均温度tw,室内采暖计算温度一般采用18℃,由(2-9)式计算各室外温度相应的小时用热量,由(2-8)式计算各室外温度相应的小时用汽量,一般说采暖负荷都应全部回水,但如果有不回水和部分回水的情况则应按回水实际情况计算其耗热量。小时负荷曲线图见图4(1)
图4 采暖负荷曲线图(略)
2.4.2.2 年负荷曲线图
采暖年负荷曲线的主要气象资料是采暖期历年平均温度延续小时数,该资料是由当地气象部门提供的,例如某地区采暖室外计算温度为t ,采暖期
w内任意室外温度为t′ 时,该室外温度的延续小时
w数为h′,由此可即绘制采暖年负荷曲线图4(2)。
采暖期的延续小时数h是按《采暖通风与空气调节设计规范》规定的时间,即按气象资料统计的日平均室外温度低于+5℃(含+5℃)的小时数作为采暖期的计算小时数。
计算中根据气象资料绘制年负荷曲线图,当然比较准确,但该资料需要多年的积累统计,且不易收集得很齐全,这里介绍哈尔滨建工学院提出的公式,只需要采暖室外计算温度t 平均室外温度t ,采暖
w p期天数N即可绘制出采暖年负荷曲线,其相对热负荷平均偏差率不超过±1%,最大偏差率一般不超过±5%,采暖期总耗热量的相对误差在1.74 ̄2.85%范围内。
tw b N′≤5
t′W ={ +(5-tw )R (2-15)
tw n 5<N′≤N ℃
q N″≤5
q′={ b (2-16)
(1-β R )q G<N′≤N GJ/h
0 n
Rn 一无因次参数,代表无因次天数
N′-5 h′-120
Rn =-----=------- (2-17)
N-5 h-120
b-修正系数
5-μt
p
b=------ (2-18)
μt -t
p w
μ-修正系数
N h
μ=---=----- (2-19)
N-5 h-120
5-t
w
β -系数β =----- (2-20)
0 0 18-t
w
按上述公式并根据新的《采暖通风与空气调节设计规范》有关资料计算我国北方地区20个城市的β 及b值见表2-1。
2.4.3 全年热负荷汇总
2.4.3.1 生产热负荷汇总
根据图1将各用户分别按相同参数相同时段(日、月或数月)汇总,然后再按负荷由高到低排列绘制全区年负荷持续曲线图(参见图3)。
2.4.3.2 采暖负荷汇总
采暖负荷汇总同图4,只是纵座标改为全区总采暖负荷而已。
2.4.3.3 各热负荷总汇集
只能是将各热负荷耗热量汇集才有意义,以便于计算燃料消耗量。汇集方法将年负荷叠加即可。见图5
图5 年负荷汇总持续曲线(略)
系数β 及b值表(采暖期天数为≤+5℃天数) 表2-1
0
---------------------------------
| |采暖室外|采暖期|采暖期室外| | |
| 城市|计算温度|天 数| 平均温度| 公式系数| 公式系数|
| | tw | N天| tp | β0 | b |
|----|----|---|-----|-----|-----|
|哈尔滨 |-26 |179|-9.5 |0.705|0.910|
|佳木斯 |-26 |183|-10.2|0.705|0.998|
|牡丹江 |-24 |180|-9.1 |0.690|0.981|
|长 春 |-23 |174|-8.0 |0.683|0.897|
|乌鲁木齐|-22 |157|-8.5 |0.675|1.042|
|沈 阳 |-19 |152|-5.7 |0.649|0.831|
|通 辽 |-20 |167|-7.3 |0.658|1.004|
|呼和浩特|-19 |171|-5.9 |0.649|0.857|
|银 川 |-15 |149|-3.4 |0.606|0.742|
|丹 东 |-14 |151|-3.0 |0.594|0.744|
|西 宁 |-13 |165|-3.2 |0.581|0.856|
|太 原 |-12 |144|-2.1 |0.567|0.730|
|大 连 |-11 |132|-1.5 |0.552|0.695|
|兰 州 |-11 |135|-2.5 |0.552|0.904|
|北 京 |-9 |129|-1.6 |0.519|0.909|
|天 津 |-9 |122|-0.9 |0.519|0.737|
|石家庄 |-8 |117|-0.2 |0.500|0.669|
|济 南 |-7 |106| 0.9 |0.480|0.510|
|西 安 |-5 |101| 1.0 |0.435|0.652|
|郑 州 |-5 |102| 1.6 |0.435|0.496|
---------------------------------
2.4.4 热负荷计算
由于外部热负荷总是变化的,虽然热源必须满足用热需要而随其变化,但在系统计算时,不能每一变动工况都进行计算,只能按少数几种典型工况进行计算,这种典型工况可以是平均负荷,也可以是最大负荷,但是它必须能代表采暖时段或季节变化工况,例如冬季工况和夏季工况等。
另外由于在热负荷收集阶段,受到测量仪表记录、整理及管理水平等限制,不能收到齐全的典型日负荷记录时,必须把这些不齐全的资料,经不同的处理工作,抽出提炼使其尽可能接近实际情况。
此外为了满足热负荷而选择的各种供热设备,又都各有其运行特性。例如背压机、抽冷凝机组等。这就要求热负荷整理能突出特性。
鉴于上述,将各有关方法的处理方式分述于后:
2.4.4.1 典型工况的选择
在可能收集到较齐全典型日负荷的前提下,可按图2的模式,将全年分为若干个典型时段负荷(例如该图就有四个时段的典型负荷),但是必须指出,图2只是某一个用户的负荷曲线,而本节所述系指全区域的,也就是说要将全区域的各用户在相同时段的负荷叠加。
用上述方式按各时段的最大负荷或平均负荷去计算供热设备的运行经济指标是比较接近实际的、而且其负荷是按各用户同时间的负荷叠加,没有最大负荷同时率的问题。只有在资料不够齐全,只能按耗煤量、产品单耗及调研最大燃料使用量、使用的时间等计算出的全区域最大热负荷,才考虑同时率。
在大多数情况下,为了简化计算,仅取冬季与夏季两种典型工况。
2.4.4.2 全年总负荷计算
全区域年总生产负荷计算,如果各时段的负荷如图2未加整理,只能将各负荷与其相应的小时数相乘后的面积相加。即
yf m -3
Q = ∑(q ·Δh )×10 GJ/a (2-21)
sc i=1 i i
当负荷经整理如图3时,可近似地按梯形求积。
全年采暖总负荷求积,以往是分片求积或数面积块的方式,近年来,多把采暖年负荷曲线拟合为室外温度及其相应延续小时数的相关方程式,然后求积。
以(2-16)式为基础即可求全年总采暖总负荷量:
5 N b
Qn =q〔∫ 24dN+∫ 24(1-β R )dN〕
0 5 0 n
β
0
=24q〔N----(N-5)〕 GJ/a (2-22)
1+b
3.热力系统及有关指标计算
3.1 热力系统
3.1.1 原始数据选用
在设备选择计算时,应按规程规定允许值,并考虑启动和事故状态等不利工况进行。一般计算中取用数据如下:
3.1.1.1 补水温度
应按当地提供的采暖期与非采暖期平均温度计算。若无资料时,可按:
采用地表水时采暖期为5℃,非采暖期为15~20℃。采用地下水时,均可采用15~20℃。
3.1.1.2 生水加热器出口水温度取35~40℃;化学补充水温度取30~35℃。
3.1.1.3 生水量可根据原水水质,化学水处理方式并征得水处理设计方面的意见决定选取,一般可取锅炉补水量的1.2倍。
3.1.1.2 锅炉排污率应根据锅炉对水质的要求,及化学水处理方式确定。一般以化学除盐或蒸馏水作补给水的为锅炉蒸发量的2%,以化学软化水作补给水的取5%。
3.1.1.5 汽水损失量一般按锅炉新蒸汽量3%取用。有时为使计算结果更接近实际工况,特别是在进行蒸汽平衡时,可按以下选取:
新蒸汽损失取锅炉蒸发量的0.5%。
工业用汽损失取该计算工况下汽机排汽、抽汽量之和的1.5~2%。
低压蒸汽损失取该计算工况下汽机排汽、抽汽量,及减温减压后汽量之和的1.5 ̄2%。
以上三项之和等于新蒸汽量的3%。
3.1.1.6 热网补充水量
按规程规定应取热网循环水量的1%,当小于20吨/时,按20吨/时计算。根据有关热电厂(站)的调查,由于用户放水及管网管理、维修不善等原因,补充水量有时高达2~3%或更高。所以,在计算和确定化学水处理能力时,应留有适当余地。
3.1.1.7 热电厂(站)锅炉效率
应采用制造厂提供的数据,并考虑锅炉在非设计工况运行时间适当降低,无厂家数据时可选用以下数值。
链条炉 0.78~0.8
煤粉炉 0.85~0.88
旋风炉或液态排渣炉 0.86~0.90
循环流化床炉 0.85~0.88
3.1.1.8 各种热交换器效率:0.98
3.1.1.9 热电厂(站)内管道效率:0.98
3.1.1.10 热电厂(站)内热网效率:0.99,包括外网取0.95。
3.1.1.11 汽轮机机械效率;按厂家值或取0.97~0.98。
3.1.1.12 发电机效率;按厂家给出的值或取0.96~0.97(空冷)。
3.1.1.13 汽轮机进汽量、抽汽量、排汽量等,是以制造厂家额定工况热力计算为基础,结合本项目选若干个典型工况进行热平衡计算。例如夏季工况、冬季工况等。
3.1.2 热力系统计算
在制造厂家资料比较完整齐全时,可按拟定原则性热力系统及常规的计算方法进行,具体方法可参见各种版本《热力发电厂》书籍。当然这种方法也只能作为一般的计算,因为方法本身没有考虑机组在运行中是变工况的,各参数、效率等都在变化。
3.2 有关指标计算
3.2.1 全年总耗能量计算
3.2.1.1 热电站锅炉全年总耗热量
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