Necesarul de caldura si frig in industrie

Necesarul de caldura si frig in industrie

1 Generalitati

2 Necesarul de caldura tehnologic

3 Necesarul de caldura pt. incalzire, ventilatie si apa calda de consum

4 Necesarul de frig

5 Sarcina termica a sistemelor de alimentare cu caldura si frig

1 Generalitati

Pentru o alimentare rationala cu energie a intreprinderilor industriale este necesara cunoasterea cat mai exact a valorilor reale ale necesarului de caldura sau frig al proceselor.

Necesarul de caldura industrial se caracterizeaza prin diversitatea agentilor termici utilizati (abur, apa fierbinte, apa calda sau aer cald) si a parametrilor acestora. In practica, cea mai mare parte a consumului apare sub forma de abur si apa calda.

Principalii consumatori de caldura sunt:

a)     agregatele industriale - utilizeaza caldura pentru actionari cu abur (ciocane si prese, forje, turbopompe, compresoare, suflante) si necesita un potential termic mediu (200 ÷ 300 C), sub forma de abur saturat cu pres. de 8 ÷ 10 bar sau supraincalzit cu temp. 250 ÷350 C;

b)     agregate si instalatii industriale - utilizeaza caldura pentru procese tehnologice ca: preincalzirea diferitelor substante, distilare, uscare, necesitand un potential termic coborat (120 ÷ 160 C), pentru care se poate folosi aburul sau apa calda;

c)     sisteme de incalzire, ventilatie, climatizare si alimentare cu apa calda - necesita temperaturi ale agentilor termici de (70 ÷ 160 C);

d)     procese de inalta temperatura C), care constituie o categorie aparte de consumatori si necesita caldura rezultata prin arderea directa a combustibilului sau prin utilizarea energiei electrice.

2 Necesarul de caldura tehnologic

Consumurile tehnologice se caracterizeaza printr-o mare diversitate a nivelelor termice, precum si a marimii si variatiei in timp. In plus, apar conditii speciale privind natura agentului utilizat, dar nu sunt prea sensibile cu temperatura mediului ambiant.

Valoarea necesarului de caldura tehnologic:

A. Consumuri orare

B. Consumuri anuale

Variatiile zilnice ale consumurilor de caldura tehnologice

Curbele clasate anuale

1 Valoarea necesarului de caldura tehnologic

Se stabileste plecand de la racordul de intrare la consumator, la care se adauga celelalte consumuri si pierderile, obtinandu-se caldura necesara a fi livrata de sursa. Marimile orare si anuale se stabil separat, pt. fiece agent in parte.

1. Consumurile    orare: se determina luandu-se ca baza sarcina termica nominala a fiecarui consumator si valorile coeficientilor care caracterizeaza regimurile de consum (maxime, medii, minime), fiind necesare si datele de proiectare ale agregatelor tehnologice si cele rezultate din probele de functionare efectuate in conditii de exploatare curenta.
2. Consumul maxim de caldura ) se calculeaza astfel:

a. pt. 1 consumator tehnologic: = puterea nominala a acestuia

b. pt. un grup de agregate de acelasi tip si cu acelasi regim de functionare = suma consumului maxim orar de caldura

(puterea nominala) a fiecarui consumator "i"

c. pt. un grup de agregate de acelasi tip, dar cu regimuri de funct. diferite avem consumul maxim insumat:

unde: k_inc - coeficientul de incarcare termica (cota parte din sarcina maxima de lunga durata a consumatorilor respectivi fata de sarcina maxima posibila a fiecarui consumator in parte);

k_st - coeficientul de simultaneitate (arata cati din consumatorii instalati sunt in functiune la un moment dat);

k_cc - coeficientul cererii de caldura (arata consumul termic maxim real al grupului). Marimea lui se determina din regimul de functionare.

d. pt. mai multe grupuri diferite de consumatori de acelasi tip, consumul maxim total de caldura ( ) adica puterea nominala a intregii instalatii este suma consumului maxim orar de caldura (puterea nominala) a fiecarui grup "j" de consumatori de acelasi tip, ponderat cu k_nst coeficientul de nesimultaneitate a sarcinilor termice maxime (marimea sa depinde de numarul grupurilor de consumatori care au regimuri diferite de functionare). De obicei, k_nst = 0,95.

unde: n - numarul grupurilor diferite de consumatori de acelasi fel;

k_nst - coeficientul de nesimultaneitate

Consumul mediu insumat de caldura ) este sarcina termica a grupului de consumatori, calculata pentru o perioada de timp t

unde: k_inc - reprezinta gradul de utilizare a consumului maxim racordat (a puterii nominale) a consumatorilor, in timpul t. Valoarea ei se apreciaza pe baza regimului de functionare si este

Consumul mediu total de caldura al mai multor grupuri de consumatori, pe perioada de timp considerata, este:

Sarcina termica maxima a sursei de caldura care urmeaza sa acopere aceste consumuri este:

unde: si reprezinta randamentul transportuluicaldurii prin sistemul de conducte de la sursa de caldura la consumatori, respectiv randamentul instalatiei de preincalzire a sursei (in cazul utilizarii apei calde ca agent termic). este functie de distanta de transport, debitul de caldura transportat, calitatea si grosimea izolatiei, gradul de incarcare a retelei termice fata de capacitatea sa nominala de transport etc. Uzual:

Sarcina termica medie a sursei de caldura este:

2. Consumurile anuale: se determina din consumurile totale maxime, respectiv medii pe durata unui an, folosindu-se relatiile:

unde: durata anuala conventionala de utilizare a sarcinii maxime

valoarea anuala a coeficientului de utilizare a puterii nominale

unde: este durata anuala reala de functionare [h/an];

este sarcina termica medie anuala

2 Variatiile zilnice ale consumurilor de caldura tehnologice

Acestea sunt foarte diferite, in functie de natura procesului tehnologic, de fluxul tehnologic si de numarul de schimburi in care se lucreaza.

Alura curbelor de variatie zilnica este caracterizata de gradul de neuniformitate mediu zilnic:

unde: si sunt consumurile tehnologice de caldura zilnice maxime si medii, in kW

3 Curbele clasate anuale ale consumurilor de caldura tehnologice

Acestea depind de natura procesului tehnologic si de modul lui de desfasurare in timp.

Alura lor este caracterizata de gradul de neuniformitate mediu anual si de durata anuala de utilizare a consumurilor maxime:

unde:    si sunt consumurile tehnologice de caldura maxime si medii anuale, in kW

Aceste    curbe se pot construi numai prin clasarea valorilor orare masurate.

Duratele de functionare ale consumatorilor de caldura tehnologici sunt mult mai mari decat in cazul altor consumuri, patand ajunge chiar pana la 8200 8500 ore/an, la instalatiile bine intretinute si cu revizii suficiente

Curba clasata a necesarului de caldura tehnologic pentru:

1. Industria chimica;   
2. Industria celuloze ;
3. Industria textila;
4. Industria zaharului.

3 Necesarul de caldura pentru incalzire, ventilatie si apa calda

Marimea necesarului de caldura pentru incalzirea incintelor industriale se calculeaza conform SR 1907/2000. Metoda indicata se aplica incaperilor cu izolare termica normala, prevazute cu instalatii de incalzire obisnuite si incalzite in regim permanent sau cu intreruperi de scurta durata.

Marimea debitului de caldura necesar ventilatiei artificiale este determinata de cantitatea de aer incalzit si de temperatura acestuia inainte si dupa incalzire. El se determina tinandu-se seanma de natura activitatilor din incinta ventilata.

Marimea necesarului de caldura pentru apa calda de consum este energia termica necesara prepararii apei calde pt. pregatirea hranei si in scopuri igienico-sanitare, dar nu cuprinde necesarul de apa calda pt. unele procese tehnologice (care intra in necesarul tehnologic).

4 Necesarul de frig

Necesarul de frig este cantitatea de energie termica care trebuie indepartata in vederea mentinerii - in cadrul unui proces tehnologic sau al unei incinte - a unei temperaturi mai mici decat cea a mediului ambiant.

Necesarul de frig are, in primul rand, un caracter tehnologic, dar apare si in procesele de conditionare a aerului din halele industriale si cladirile administrative.

5 Sarcina termica a sistemelor de alimentare cu caldura si frig

Sistemul de alimentare cu energie termica = ansamblul compus din sursa de caldura + elemente pt. transportul si distributia energiei termice + consumatori

Sarcina termica a sistemelor industriale de alimentare cu caldura si frig este cantitatea de energie termica si de frig livrata de o sursa, intr-o anumita perioada. Regimul de variatie al livrarii caldurii nu coincide cu cel al variatiei necesarului la consumator (fie datorita inertiei termice a elementelor sistemului, fie datorita existentei instalatiilor de acumulare). Apar diferente si intre nivelul termic impus de consumator fata de cel al sarcinii termice livrate.

Deci, intre necesarul de caldura al consumatorului si sarcina termica a sistemului de alimentare exista o legatura elastica, care permite optimizarea tehnico-economica a regimurilor de functionare ale sursei, in limitele impuse de necesitatile si buna desfasurare a proceselor in punctele de consum.

Marimea sarcinii termice a sistemelor de alimentare cu caldura si frig se stabileste prin insumarea necesarului diferitelor categorii de consumatori, luandu-se in considerare si pierderile de transport si distributie.

Determinarea marimii nominale - de calcul - a sarcinii termice se face tinand seama de simultaneitatea consumurilor componente, evitandu-se astfel supradimensionarile . De aceea, insumarea diferitelor consumuri se face numai dupa cunoasterea exacta a curbelor de variatie simultana a consumurilor fiecarui consumator in parte. Aceasta analiza se face pentru fiecare proces tehnologic in parte.