• при больших количествах подачи сетевой воды и наличии значительных пи-
ковых потреблений теплоты;
• при расширении системы теплоснабжения.
Комплекс установок и устройств, предназначенный для присоединения потребителей к тепловым сетям в зависимости от мощности присоединенного потребителя, называется абонентским вводом, местным тепловым пунктом или местной тепловой подстанцией.
По принципу присоединения потребителей к тепловым сетям различают две схемы присоединения: зависимая и независимая.
При зависимой схеме сетевая вода поступает непосредственно в теплопотребляющие установки, например, в отопительные приборы.
При независимой схеме сетевая вода проходит через промежуточный теплообменник, где нагревает вторичный теплоноситель, который направляется в теплоиспользующие установки.
2.1.1 Присоединение отопительных установок
Зависимая схема присоединения 1 применяется в том случае, когда гидравлический и температурный режимы местной отопительнной установки совпадают с гидравлическим и температурным режимами тепловой сети, т. е. давление и температура сетевой воды удовлетворяют нормальной работе местной отопительной установки.
ПЛ и ОЛ – подающая и обратная линии тепловой сети;
РР – регулятор расхода, предназначенный для поддержания расхода сетевой воды через отопительную установку на заданном и постоянном уровне;
В – воздушный кран, предназначенный для выпуска воздуха из системы отопления при заполнении ее водой;
О – отопительный прибор.
По схеме 1 присоединяют обычно системы отопления производственных помещений промышленных зданий. Жилые и общественные здания, а также бытовые помещения промышленных зданий присоединяют по схеме 1 лишь только в том случае, если температура в сети не превышает санитарные нормы для этих зданий: 95 ОС для зданий до 5 этажей и 105 ОС для зданий свыше 5 этажей.
В том случае, если температура воды в тепловой сети выше 95 и 105 ОС, зависимое подключение отопительной установки требует предварительного снижения температуры сетевой воды, что обычно достигается подмешиванием воды из обратной линии тепловой сети.
На схеме 2 показано подключение отопительной установки по зависимой схеме с элеваторным подмешиванием воды
Э – водоструйный элеватор, предна-значенный для подмешивания воды из обратной линии тепловой сети в подающую с целью снижения температуры воды, поступающей в местную отопительную установку.
Принципиальная схема водоструйного элеватора:
1 – подающий патрубок;
2 – инжектирующее сопло;
3 – подмешиваюший патрубок;
4 – приемная камера;
5 – смешивающая камера;
6 – диффузор;
7 – выходной патрубок.
За счет разности напоров перед соплом и в приемной камере элеватора создается скоростной напор струи из подающей линии, обеспечивающий эффект инжекции (разрежение) в приемной камере, что приводит к подсосу воды из обратной линии через подмешивающий патрубок. Для нормальной работы элеватора необходима разность напоров подающей и обратной линий тепловой сети (не менее 8-15 м вод. ст. в зависимости от типа элеватора).
В том случае, если разность напоров в подающей и обратной линиях не-
достаточна, вместо элеватора устанавливается подмешивающий насос ПН (схема 3).
Элеватор предпочтительнее, т. к.:
• не требует электроэнергии;
• не требует специального обслуживания;
• надежен в эксплуатации;
• работает бесшумно.
Присоединение отопительной установки по зависимой схеме с элеваторным подмешиванием (схема 2) является наиболее распространенной схемой присоединения систем отопления жилых и общественных зданий.
Универсальным является комбинированное подмешивание воды из обратной линии, т. е. насосно-элеваторное подмешивание (схема 4).
По схеме 4 в нормальном режиме система отопления работает с элеваторным подмеши-ванием, а при снижении разности напоров в сети для подмешивания подключается насос.
В случае прекращения подачи сетевой воды подмешивающий насос выполняет функцию циркуляционного насоса, обеспечивающего циркуляцию воды в замкнутом контуре местной отопительной установки, что необходимо для исключения переохлаждения здания при аварии на тепло-
вой сети. Циркуляцию применяют также при регулировании подачи теплоты в здание пропусками, т. е. при сравнительно высокой температуре наружного воздуха, что возможно в начале и конце отопительного периода, на некоторое время прекращают подачу сетевой воды.
Схема с комбинированным подмешиванием (схема 4) повышает надеж-
ность подачи теплоносителя в систему отопления, однако, удорожает систему и усложняет ее эксплуатацию.
Насосы в местных системах отопления устанавливают также в случае несоответствия давления в тепловой сети давлению, необходимому для нормальной работы местной отопительной установки.
Насос на подающей линии (схема 5) устанавливают при недостатке давления в подающей линии тепловой сети, т. е. давление в тепловой сети ниже статического давления местной отопительной установки.
Насос на обратной линии (схема 6) устанавливают при давлении в обратной линии тепловой сети больше, чем в подающей, что возможно на концевых участках перегруженных магистралей тепловых сетей.
Насосы в схемах 5 и 6 при наличии перемычки П между подающей и обратной линиями используют также для:
• подмешивания воды из обратной линии в подающую, с целью снижения температуры воды;
• для циркуляции воды в замкнутом контуре отопительной установки при аварийном прекращении подачи сетевой воды или при регулировании подачи пропусками.
На схеме 7 показано независимое присоединение отопительной установки к тепловой сети.
Независимое присоединение предполагает наличие теплообменника для нагрева воды, циркулирующей в местной отопительной установке.
ПО – подогреватель отопления, (поверхностный водоводяной теплообменник) предназначен для нагрева воды, циркулирующей в отопительной установке, сетевой водой;
Р – расширительный резервуар, предназначен для: 1) компенсации изменения объема воды, циркулирующей в отопительной установке вследствие изменения температуры воды; 2) компенсации утечек в отопительной установке; 3) создания статического на-
пора в отопительной установке; 4) удаления воздуха из отопительной установки при заполнении ее водой;
ЦН – циркуляционный насос;
РТ – регулятор температуры (для поддержания температуры воды, циркулиру-ющей в отопительной установке, на заданном уровне).
Независимая схема присоединения применяется для гидравлической изоляции местной отопительной установки от тепловой сети, что необходимо в следующих случаях:
• при давлении в тепловой сети, превышающем по условиям прочности давление, необходимое для нормальной эксплуатации местной отопительной установки (например, для чугунных отопительных приборов допустимое давление составляет 0,6 МПа, а для стальных – 1,5 МПа);
• при большом статическом давлении местной отопительной установки, превышающем давление в тепловой сети, что характерно для высотных зданий или зданий, расположенных на возвышенном рельефе местности.
2.1.2 Присоединение установок горячего водоснабжения
На схемах 8 и 9 показано зависимое присоединение установок горячего водоснабжения, что соответствует открытой системе теплоснабжения.
К – водоразборный кран; ВП – водопровод; С – смеситель для приготовления горячей воды заданной температуры (65÷75 °С) путем смешивания воды подающей и обратной линий (схема 8) или подмешивания водопроводной воды (схема 9).
Схема 9 с подмешиванием водопроводной воды применяется в том случае, когда расход воды в обратной линии тепловой сети недостаточный.
При интенсивном и неравномерном потреблении горячей воды устанавливают аккумулятор горячей воды. На схеме 10 показано подключение местной установки горячего водоснабжения с верхним аккумулятором ВА.
Зарядка верхнего аккумулятора происходит под напором воды тепловой сети, а разрядка – под статическим напором аккумулятора. Циркуляционный насос в схеме 10 необходим для циркуляции воды в период снижения водозабора с целью предотвращения остывания воды.
Аккумулятор выравнивает график тепловой нагрузки по горячей воде и создает запас горячей воды в случае аварийного отключения сетевой воды.
Нижний аккумулятор НА (схема 11) устанавливают в тех случаях, когда затруднена установка верхнего аккумулятора. В жилых и общественных зданиях нижний аккумулятор устанавливают для обеспечения безопасности.
Схема работает следующим образом:
• при небольшом расходе горячей воды открывается клапан регулятора расхода РР и часть воды после смесителя перетекает в аккумулятор;
• при больших водоразборах клапан регулятора расхода закрывается, пусковое устройство ПУ включает в рабо-
ту насос и вода из аккумулятора вместе с водой из смесителя поступает в водоразборные краны системы горячего водоснабжения (показано пунктирными стрелками).
Присоединение установок горячего водоснабжения по независимой схеме (схемы 12-14) соответствует закрытой системе теплоснабжения, т. е. вода из тепловой сети не отбираеться, а используеться только как теплоноситель для подогрева водопроводной воды. Для этой цели в местную установку горячего водоснабжения включен подогреватель горячей воды ПГВ (поверхностный водоводяной теплообменник).
Установка горячего водоснабжения без аккумулятора (схема 12) применяется при круглосуточной работе тепловой сети и небольших потреблениях горячей воды.
Верхний аккумулятор в схеме 13 заряжается под напором водопровода, а разряжается – под собственным статическим напором. В случае длительного отсутствия разбора воды или небольшого разбора для компенсации остывания воды подключается циркуляционный насос.
При нижнем размещении аккумулятора (схема 14) зарядка его осуществляется насосом, а разрядка – водопроводным напором, вытесняющим нагретую воду из аккумулятора. Насос постоянно находится в работе, а режим работы установки зависит от интенсивности потребления горячей воды. Возможны три варианта:
1. При малом разборе под действием насоса происходит циркуляция воды через аккумулятор и через замкнутый контур: насос – подогреватель – местная система – обратный клапан (ОК) – насос.
2. При среднем расходе воды основная масса вновь подогретой воды ухо-дит через водоразборные краны.
3. При большом водозаборе изменяется направление движения воды в аккумуляторе – водопроводная вода одновременно поступает через насос и в нижнюю часть аккумулятора, выдавливая при этом горячую воду из аккумулятора к водоразборным кранам. В результате одновременного поступления горячей воды из аккумулятора и подогревателя достигается удовлетворение максимальных потреблений горячей воды.
2.1.3 Совместное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения
Для большинства зданий характерно сочетание двух видов тепловой нагрузки: отопление и горячее водоснабжение. На схемах 15 и 16 показано совместное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения по зависимой схеме в открытой системе теплоснабжения.
Установки отопления и горячего водоснабжения по схеме 15 работают независимо друг от друга (автономно).
Расход воды на отопительную установку поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода и не зависит от нагрузки горячего водоснабжения.
Расход сетевой воды на горячее водоснабжение изменяется в широком диапазоне: от максимального значения
в часы наибольшего водоразбора до нуля в период отсутствия водоразбора. Соотношение расходов сетевой воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий устанавливается регулятором температуры.
При несвязанном (автономном) регулировании установок отопления и горячего водоснабжения получается завышенный суммарный расчетный расход воды в подающей линии тепловой сети, что приводит к увеличению диаметров трубопроводов тепловой сети, росту начальных затрат на ее сооружение и удорожанию транспорта теплоносителя.
Расчетный расход сетевой воды в подающей линии тепловой сети можно снизить при установке аккумуляторов горячей воды, однако это усложняет и удорожает оборудование абонентских вводов. В связи с этим, в жилых зданиях аккумуляторы горячей воды обычно не устанавливают.
Расчетный расход сетевой воды заметно снижается при присоединении отопительных установок и установок горячего водоснабжения по принципу связанного регулирования (схема 16).
Связанное регулирование сокра-щает расчетные расходы сетевой воды в 1,5 раза и соответственно сокращает расходы на сооружение тепловых сетей.
При схеме связанного регулирования расход воды в подающей линии абонентского ввода поддерживается на постоянном уровне, обеспечивающем суммарный расход сетевой воды на отопление и горячее водоснабжение.
В период большого потребления горячей воды снижается расход сетевой воды на отопление и, наоборот, в часы снижения потребления горячей воды увеличивается расход сетевой воды на отопление. При увеличении расхода сетевой воды на отопление часть теплоты аккумулируется конструкциями здания, создавая запас теплоты на период снижения подачи сетевой воды на отопление.
Для исключения гидравлической разрегулировки отопительной системы в момент минимальных подач воды на отопление в перемычке между подающей и обратной линиями отопительной установки размещен циркуляционный насос, который обеспечивает циркуляцию воды по замкнутому контуру отопительной установки при минимальных подачах в нее сетевой воды.
Независимое присоединение отопительной установки (схема 17), по сравнению с зависимым присоединением (схемы 15 и16), позволяет улучшить качество воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, т. к. сетевая вода не проходит местную отопительную систему, где возрастает вероятность ухудшения качества воды (появление специфического привкуса воды, запаха, снижение прозрачности и т. д.). При этом повышается надежность работы отопительной установки благодаря автономной циркуляции в ней теплоносителя.
РО – регулятор отопления, предназначенный для регули-рования подачи сетевой воды в подогреватель отопления в зависимости от температуры воздуха в отапливаемых помещениях.
На схемах 18 – 21 показано совместное присоединение установок отопле-
ния и горячего водоснабжения к закрытой системе теплоснабжения.
При параллельном присоединении установок отопления и горячего водоснабжения (схема 18) сетевая вода используется недостаточно рацио-нально, т. к. не предусматривается возможность утилизации обратной сетевой воды отопительной установки (с температурой 40¸70 ОС) для предварительного подогрева водо-проводной воды при подготовке горячей воды.
Этот недостаток исключает схема смешанного (параллельно-последовательного) присоединения установок отопления и горячего водоснабжения, предусматривающая двухступенчатую подготовку горячей воды (схема 19).
ПГВН и ПГВВ – подогреватели горячей воды нижней и верхней ступени.
Схема 19 по сравнению со схемой 18 позволяет снизить расчетный расход сетевой воды благодаря частичному удовлетворению нагрузки горячего водоснабжения за счет теплоты сетевой воды, возвращаемой из отопительной установки.
На схеме 20 показано смешанное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения с двухступенчатой подготовкой горячей воды и связанным регулированием нагрузок.
По схеме 20 с помощью регулятора расхода, установленного на абонентском вводе, поддерживается постоянный расход сетевой воды на удовлетворение суммарной тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения. В качестве аккумулятора теплоты используется строительная конструкция отаплива-емого здания.
В период повышенной нагрузки горячего водоснабжения уменьшается отдача теплоты через систему отопления. Недостаток теплоты компенсируется в период малых нагрузок горячего водоснабжения, причем в период максимальной подачи теплоты через систему отопления часть теплоты аккумулируется в конструкциях здания.
По схеме (21) отопительная установка гидравлически изолирована от тепловой сети, что повышает надежность установки при резких колебаниях давления в сети, которое может превысить допустимое давление по условию прочности местной отопительной установки. Гидравлическая изоляция местной отопительной установки целесо-образна также при обслуживании вы-
сотных зданий и зданий, размещенных на возвышенных участках рельефа местности.
2.1.4 Центральные тепловые подстанции
Центральные (групповые) тепловые подстанции (ЦТП и ГТП) предназначены для присоединения к тепловой сети группы жилых, общественных или производственных зданий.
Обычно ЦТП включают следующее оборудование:
• групповую смесительную установку сетевой воды (при зависимой схеме присоединения отопительных установок);
• блок подогревателей отопления (при независимой схеме присоединения отопительных установок);
• блок подогревателей горячего водоснабжения;
• подкачивающие насосы водопроводной воды, а при необходимости и подкачивающие насосы сетевой воды.
ЦТП целесообразно применять на крупных промышленных предприятиях и во вновь застраиваемых жилых районах.
На рисунке 2.1 показано ЦТП и присоединение к ней зданий с зависимым подключением отопительных установок.
Рисунок 2.1 – Принципиальная схема ЦТП и присоединение группы зданий с зависимым подключением отопительных установок
Обозначения к рисунку 2.1:
1 – подающая линия тепловой сети;
2 – обратная линия тепловой сети;
3 – водопровод;
4 – подогреватель горячего водоснабжения нижней ступени;
5 – подогреватель горячего водоснабжения верхней ступени;
6 – циркуляционный насос горячего водоснабжения;
7 – смесительный насос отопления (предназначен для предварительного снижения температуры сетевой воды, подаваемой в отопительные установки, путем подмешивания воды из обратной линии);
8 – регулятор температуры горячей воды;
9 – регулятор отопления;
10 – устройство, моделирующее тепловой режим отапливаемых зданий;
11 и 12 – подающая и обратная линии местных систем отопления;
13 и 14 – подающая и обратная линии местных систем горячего водоснабжения.
На рисунке 2.2 показана ЦТП для зданий с независимым подключением отопительных установок.
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема ЦТП для зданий с независимым подключением отопительных установок
Обозначения к рисунку 2.2:
ПО – подогреватель отопления;
ЦНО – циркуляционный насос системы отопления;
остальные обозначения те же, что и на рис. 2.1(позиция 7 отсутствует).
ЦТП имеет ряд преимуществ по сравнению с индивидуальным подключе-нием абонентов:
• вследствие укрупнения теплоподготовительных установок уменьшаются капитальные затраты при сооружении и снижаются потери теплоты при эксплуатации;
• упрощается обслуживание и уменьшается количество обслуживающего персонала;
• повышается комфорт в обслуживаемых зданиях вследствие выноса из зданий насосных установок, являющихся источником шума.
Вместе с этим при использовании ЦТП возрастают капитальные затраты
на сооружение распределительной сети, т. к. вместо двухтрубной сети, появляется четырехтрубная сеть. Целесообразность сооружения ЦТП следует устанавливать в соответствии с конкретными условиями на основе технико-экономических расчетов.
2.2 Присоединение потребителей в паровых системах теплоснабжения
Паровые системы теплоснабжения разделяют на 2 группы: с возвратом конденсата использованного у потребителя пара и без возврата конденсата.
Системы без возврата конденсата требуют значительно меньших капитальных затрат, т. к. отсутствует конденсатопровод и возможно применение теплообменников смешивающего типа, которые обходятся дешевле поверхностных теплообменников.
Возможность невозврата конденсата определяется следующими критериями:
• небольшое солесодержание в исходной сырой воде (до 200 мг/л);
• сравнительно невысокие параметры пара, получаемого в котлах источников теплоты (для ТЭЦ до 4 МПа, для котельных до 1,2 -1,4 МПа);
• полное использование конденсата у потребителей.
По числу линий тепловой сети паровые системы разделяются на: однотрубные (без возврата конденсата), двухтрубные, трех- и многотрубные.
Наиболее распространенными являются двухтрубные системы, включающие подающий паропровод и конденсатопровод. Трех- и многотрубные системы сооружаются при необходимости подачи потребителю пара различных давлений.
По принципу присоединения потребителей схемы присоединения разделяют на: зависимые и независимые.
В зависимых схемах присоединения пар непосредственно поступает из подающего паропровода в теплопотребляющие установки. При независимых схемах присоединения пар поступает в промежуточные теплообменники, где нагревает теплоноситель вторичного контура (обычно воду),который поступает в теплопотребляющие установки.
2.2.1 Присоединение отопительных установок
На схеме 1 показано зависимое присоединение отопительной установки, а на схеме 2 – независимое.
ПП – подающий паропровод; КП – конденсатопровод; КО – конденсато-отводчик, предназначенный для удаления конденсата и изоляции паровой части установки от конденсатной; КС – конденсатосборник; КН – кон-денсатный насос; ОК – обратный клапан.
Выбор схемы присоединения отопительной установки к паровой сети, т. е. присоединение по зависимой или независимой схемам, определяется параметрами пара в подающем паропроводе и возможностью подачи такого пара непосредственно в отопительные приборы. По надежности эксплуатации и комфорту потребителей отдают предпочтение независимой схеме присоединения отопительных приборов.
2.2.2 Присоединение установок горячего водоснабжения
На схеме 3 показано зависимое присоединение установок горячего водоснабжения в системе без возврата конденсата, а на схеме 4 – независимое присоединение.
ПСП – пароструйный подогрева-тель, обеспечивающий инжекцию водопроводной воды паром и предварительный ее подогрев путем конденсации пара и смешивания конденсата с водопроводной водой;
БП – бак-подогреватель, предназна-ченный для накопления горячей воды и дополнительного ее нагрева путем подачи пара вовнутрь бака через перфорированные трубы или паро-
струйный аппарат;
По схеме 3 водопроводная вода подсасывается в пароструйный подогреватель и вместе с конденсатом греющего пара поступает в бак-подогреватель, где происходит дополнительный подогрев воды. В бак-подогреватель пар поступает непосредственно из паропровода. Расход пара определяется регулятором температуры в баке.
ПГВ – подогреватель горячей воды (пароводяной теплообменник).
Присоединение по схеме 4 осуществляется через пароводяной подогреватель горячей воды, что представляется более надежной и безопасной схемой горячего водоснабжения по сравнению с предыдущей.
2.2.3 Совместное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения
Для паровых систем с возвратом конденсата схема совместного присо-единения установок отопления и горячего водоснабжения представляет комби-
нации схем 1, 2 и 4.
Для паровой системы без возврата конденсата совместное присоединение установок предполагает использование конденсата после отопительных установок в качестве горячей воды (схема 5).
По схеме 5 конденсат из отопительных приборов через конденсатоотводчик поступает в аккумулятор горячей воды АГВ, а затем в водоразборные краны.
При низких давлениях пара, не позволяющих подталкивать конденсат в аккумулятор, конденсат стекает самотеком в конденсатосборник, установленный в нижней части здания, а затем подается в АГВ конденсатным насосом.
2.2.4 Присоединение технологических потребителей
Схема присоединения технологических потребителей зависит от соответствия давления пара в паровой сети давлению пара, необходимого для технологического потребителя. Возможны три варианта (схемы 6-8).
При соответствии давлений технологический агрегат ТА непосредственно подключается к паровой сети (схема 6).
При давлении в паропроводе выше давления, необходимого потребителю, присоединение осуществляется через РОУ (схема 7). При давлении пара в паровой сети ниже давления, необходимого технологическому потребителю, давление повышается, например, струйным компрессором, работающим от паропровода высокого давления (схема 8).
СК – струйный компрессор;
ПВД – паропровод высокого давления.
3 ВЫБОР И РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
3.1 Выбор системы теплоснабжения
Принятие технических решений при проектировании систем теплоснабжения определяется: характеристикой располагаемого источника теплоты, доминирующим видом тепловой нагрузки, особенностями района теплоснабжения (промышленный или жилой), рельефом местности и другими факторами. Выбор или разработка технических решений требуют технико-экономических сравнений вариантов.
3.1.1 Выбор теплоносителя
Альтернативными вариантами являются пар или нагретая вода.
Основные преимущества воды как теплоносителя по сравнению с паром:
• возможность ступенчатого подогрева сетевой воды с применением для подогрева низкопотенциального пара, что повышает тепловую экономичность
подготовки теплоносителя;
• сохранение конденсата пара, греющего сетевую воду, в ТЭЦ и котельных;
• возможность регулирования подачи теплоты в систему теплоснабжения с ТЭЦ или котельной путем изменения температуры сетевой воды или ее расхода;
• возможность транспортировки сетевой воды на большие расстояния;
• простота присоединения потребителей к водяной тепловой сети;
• сравнительно низкие температуры воды и соответственно низкие температуры нагревательных приборов, что делает систему более комфортной и безопасной;
• большая теплоаккумулирующая способность водяных систем теплоснабжения;
• большой срок службы водяных систем теплоснабжения.
Основные недостатки воды как теплоносителя:
• большой расход электроэнергии на транспортировку воды в тепловой сети;
• большая чувствительность к утечкам водяных систем теплоснабжения по сравнению с паровыми;
• жесткая гидравлическая связь между элементами системы вследствие большой плотности воды.
Основными преимуществами пара по сравнению с водой:
• менее высокая первоначальная стоимость паровых систем теплоснабжения по сравнению с водяными вследствие меньших диаметров трубопроводов и более компактных теплообменников при одинаковой тепловой мощности;
• широкий диапазон применения пара, например, возможность применения пара как для тепловых потребителей, так и для силовых потребителей (привода турбин, насосов, воздуходувок и прочее);
• способность пара самораспределяться в системе, что исключает расходы энергии на транспортировку пара;
• быстрый прогрев и быстрое охлаждение систем парового отопления, что важно для помещений с периодическим обогревом.
Основные недостатки пара как теплоносителя:
• повышенные теплопотери при транспортировке вследствие более высокой
температуры пара по сравнению с водой;
• меньший срок службы паровых систем теплоснабжения по сравнению с водяными вследствие интенсивной коррозии конденсатопроводов;
Применение пара для коммунально-бытовых потребителей весьма ограничено, например, паровое отопление применяется только в тех помещениях, где не предусмотрено долговременное пребывание людей, поэтому в жилых зданиях паровые системы теплоснабжения практически не применяются.
3.1.2 Сравнение открытых и закрытых систем теплоснабжения
Преимущества открытых систем теплоснабжения:
• возможность применения однотрубной системы теплоснабжения, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты;
• возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциального отработавшего теплоносителя (воды из обратной линии тепловой сети);
• упрощение и удешевление местных и центральных тепловых подстанций за счет отсутствия подогревателей горячей воды;
• повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения вследствие применения в качестве горячей воды химобработанной воды (обессоленной и деаэрированной сетевой воды, снижающей образование накипи и интенсивность коррозии в местных системах по сравнению с водопроводной водой).
Недостатки открытых систем теплоснабжения:
• усложнение и удорожание водоподготовки вследствие отсутствия возврата сетевой воды в ТЭЦ или в котельные;
• усложнение эксплуатации систем теплоснабжения из-за нестабильности гидравлического режима, связанной с переменностью расхода сетевой воды в обратной линии тепловой сети;
• усложнение контроля за герметичностью системы;
• нестабильность качества воды, поступающей на горячее водоснабжение в
местные системы (по запаху, вкусу и другим параметрам);
• усложнение мероприятий и увеличение объема санитарного контроля за
качеством воды в системе горячего водоснабжения.
Преимущества закрытых систем теплоснабжения:
• изолированность водопроводной воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети, что стабилизирует качество горячей воды и упрощает санитарный контроль за системой;
• упрощение контроля за герметичностью тепловой сети, который осуществляется по изменению давления в тепловой сети или по величине подпитки сетевой воды;
• минимальные расходы на подготовку сетевой воды.
Недостатки закрытых систем теплоснабжения:
• усложнение оборудования местных систем горячего водоснабжения из-за установки водоводяных подогревателей горячей воды;
• выделение накипи в подогревателях горячей воды и в трубопроводах местной системы, вследствие использования для подготовки воды обычной водопроводной воды, т. е. без предварительного умягчения;
• коррозия местных установок горячего водоснабжения из-за применения для подготовки горячей воды недеаэрированной водопроводной воды.
3.1.3 Сравнение зависимых и независимых схем подключения потребителей
Преимущества зависимой схемы присоединения:
• упрощение оборудования и снижение капитальных затрат, связанных с присоединением потребителей к тепловой сети, вследствие отсутствия проме-жуточного теплообменника для нагрева теплоносителя вторичного контура;
• более высокий перепад температур (по сравнению с независимой схемой) между теплоносителем и теплопотребляющей средой, например, воздухом в отапливаемом помещении, что уменьшает расходы теплоносителя, диаметры трубопроводов тепловой сети и расход электроэнергии на транспортировку теплоносителя.
Основным недостатком зависимой схемы присоединения является жесткая гидравлическая связь тепловой сети и теплопотребляющих приборов, имеющих, как правило, ограниченную механическую прочность.
По условиям надежности работы независимая схема присоединения является более предпочтительной, причем, когда давление в тепловой сети в статических условиях превышает допустимый уровень давления в абонентских установках, применение независимой схемы присоединения обязательно.
3.2 Регулирование системы теплоснабжения
3.2.1 Способы регулирования и их классификация
Задача регулирования заключается в сохранении соответствия между количеством теплоты, подаваемой потребителю, и количеством теплоты, необходимой потребителю, что обеспечивает высокую энергетическую и экономическую эффективность подготовки, транспорта и использования теплоносителя.
В зависимости от места регулирования различают:
1. Центральное регулирование, которое осуществляется на ТЭЦ или в котельных, т. е. непосредственно при подготовке теплоносителя.
2. Местное регулирование, которое осуществляется на центральных или местных тепловых подстанциях.
3. Индивидуальное регулирование, которое осуществляют на теплопотребляющих приборах и установках.
4. Комбинированное регулирование, которое представляет собой рациональное сочетание всех вышеперечисленных вариантов регулирования.
Сущность способов регулирования заключается в изменении тех или иных характеристик системы теплоснабжения. Рассмотрим возможности регулирования на местной системе отопления, основные характеристики которой связаны уравнением теплового баланса и теплопередачи, выражающими тепловую нагрузку отопления Q:
, (3.1)
, (3.2)
где Мс – массовый расход сетевой воды через отопительный прибор;
св – теплоемкость воды;
– температуры сетевой воды в подающей и обратной линиях тепловой сети;
- коэффициент теплопередачи отопительного прибора;
Fпр – теплопередающая поверхность отопительного прибора;
tвр – расчетная температура воздуха внутри отапливаемого помещения;
n – продолжительность работы отопительного прибора или длительность подачи сетевой воды.
Из уравнения (3.1) выражение для значения 
принимает вид:
. (3.3)
После подстановки выражения (3.3) в уравнение (3.2):
, (3.4)
и последующего преобразования:
получена формула, связывающая основные параметры местной отопительной установки:
. (3.5)
В соответствии с формулой (3.5) тепловую нагрузку можно регулировать путем изменения пяти параметров:
- температуры теплоносителя в подающей линии тепловой сети (t1);
- расхода теплоносителя (Мс);
- продолжительности подачи теплоносителя (n);
- коэффициента теплопередачи теплопотребляющего прибора (kпр.);
- площади теплопередающей поверхности отопительного прибора(Fпр).
Из указанных пяти параметров практическую возможность центрального регулирования, которое является наиболее предпочтительным, т. к. обеспечивает возможность рационального использования топлива, следует выделить следующие методы регулирования:
1) качественный, заключающийся в изменении температуры теплоносителя при сохранении постоянными его расхода и продолжительности подачи тепло-
носителя;
2) количественный, заключающийся в изменении расхода теплоносителя при постоянной его температуре и продолжительности подачи;
3) качественно-количественный, заключающийся в совместном изменении температуры и расхода теплоносителя;
4) прерывистое регулирование или регулирование «пропусками», т. е. регулирование путем периодического прекращения подачи теплоносителя потребителям.
3.2.2 Выбор способа регулирования
Выбор способа регулирования заключается в определении предпочти-тельного варианта регулирования по месту регулирования (центральное, местное или индивидуальное), и по изменяемому параметру (качественное, количественное, качественно-количественное или прерывистое).
В практике теплоснабжения сложилась определенная концепция, которая заключается в следующем.
Центральным регулированием производится общая (грубая) регулировка отпуска теплоты с ТЭЦ или котельных. В полной мере центральное регулирование удовлетворяет потребителей только при однородной тепловой нагрузке.
При разнородной тепловой нагрузке центральное регулирование следует сочетать с корректировкой местного и индивидуального регулирования. При этом регулирование в отдельных пунктах системы теплоснабжения взаимно дополняют друг друга и последовательно уточняют регулировку подачи теплоты с учетом разнообразных факторов, влияющих на теплопотребление.
В большинстве случаев регулирующая система ограничивается двумя ступенями регулирования: центральным и местным.
Центральное регулирование отпуска теплоты ориентируется на основную тепловую нагрузку, которой обычно является отопительная нагрузка. Возможно также центральное регулирование по двум основным тепловым нагрузкам, например, по отоплению и горячему водоснабжению, при заданном соотношении между расчетными значениями этих нагрузок.
Все виды регулирования по месту (центральное, местное и индивидуаль-
ное) осуществляются любым из вышеперечисленных методов регулирования, т. е. качественным, количественным, качественно-количественным или прерывистым.
Качественное регулирование вследствие постоянства расходов теплоносителя обеспечивает стабильность гидравлического режима системы теплоснабжения, что является основным преимуществом этого способа. Качественное регулирование легко осуществляемо при центральном регулировании и способствует упрощению местной и индивидуальной регулировки, т. к. сохраняет постоянным расход сетевой воды через местные установки теплоснабжения.
Качественное регулирование является наиболее распространенным методом центрального регулирования.
По сравнению с количественным регулированием, качественное регулирование требует заметно большего расхода электроэнергии на транспортировку теплоносителя, что является недостатком этого метода.
Количественное регулирование имеет ограниченное применение при центральном регулировании вследствие нестабильности гидравлического режима тепловых сетей, связанной с изменением расхода теплоносителя.
При большом диапазоне качественного регулирования наблюдается разрегулировка системы, т. е. непропорциональность расхода теплоносителя у различных потребителей, подключенных к тепловой сети.
Количественное регулирование широко применяют для индивидуального регулирования, позволяющего корректировать тепловую работу теплопотребляющих приборов местных систем теплоснабжения.
Вместе с этим, расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов при количественном регулировании значительно меньше, чем при качественном регулировании.
Качественно-количественное регулирование также позволяет снизить по сравнению с качественным регулированием расход электроэнергии на циркуляцию теплоносителя. Качественно-количественное регулирование целесообразно использовать при наличии нагрузок отопления и горячего водоснабжения путем изменения расхода сетевой воды при уменьшении отопительной нагрузки, что исключает понижение температуры в подающей линии тепловой сети ниже уровня, необходимого для горячего водоснабжения.
Прерывистое регулирование целесообразно применять в теплое время отопительного периода, когда из-за низких температур сетевой воды, недостаточных для горячего водоснабжения, приходится отказываться от качественного регулирования. Увязка графиков подачи и использования теплоты при регулировании пропусками осуществляется с помощью различных теплоаккумулирующих емкостей.
Прерывистое регулирование вызывает значительные колебания температур в зданиях, не обладающих большой теплоаккумулирующей способностью. В существенно неодинаковых условиях при прерывистом регулировании находятся потребители теплоты, расположенные вблизи от места регулирования и удаленные от места регулирования (т. е. места размещения циркуляционных насосов).
Основными методами регулирования отпуска теплоты при паровом теплоносителе является прерывистое регулирование и качественное регулирование путем дросселирования пара, что уменьшает температуру его конденсации и этим снижает температурный уровень в теплопотребляющих приборах. Регулирование пропусками и дросселированием применяется в паровых системах теплоснабжения в качестве местного варианта регулирования.
При регулировании дросселированием ограничен нижний придел регулирования температуры 100 ОС, т. к. давление пара нежелательно снижать до значения менее 0,1 МПа. Для получения менее высоких температур следует переходить на работу с вакуумом, что не всегда представляется возможным.
ЛИТЕРАТУРА
4. Соколов и тепловые сети: Учебник для вузов. – 7-е изд. стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.: ил.
5. , Нянковская по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения. (Общие вопросы проектирования и основное оборудование). – М.: Энергия, 1979. – 224 с.: ил.
6. Пешехонов теплоснабжения. – К.: Вища школа. Головное изд-во, 1982.-328 с.: ил.
Учебное издание
ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Часть ІІ
Конспект лекций
Тем. план. 2011, поз.
Подписано к печати. Формат 60×84 1/16. Бумага типогр. Печать плоская. Уч.-изд. л. . Усл. печ. л. . Тираж 100 экз. Заказ № .
Национальная металлургическая академия Украины
49600, г. Днепропетровск-5, пр. Гагарина, 4
_________________________________
Редакционно-издательский отдел НМетАУ
Задание к дисциплине
«Источники теплоснабжения промышленных предприятий»
На тему «Расчет и анализ тепловых нагрузок»
Варианты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Коэффициент варианта, kв
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1,03
1,05
Вариант
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Коэффициент варианта, kв
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
1,55
Вариант
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Коэффициент варианта, kв
1,6
1,65
1,7
1,75
1,8
1,85
1,9
1,95
2
2,05
Вариант
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Коэффициент варианта, kв
2,1
2,15
2,2
2,25
2,3
2,35
2,4
2,45
2,5
2,55
Вариант
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
Коэффициент варианта, kв
2,6
2,65
2,7
2,75
2,8
2,85
2,9
2,95
3
3,05
Исходные данные к расчету:
1) В таблице 1.1 (с. 4-5) числа в колонке 2 умножить на kв.
2) На с. 9 (нижняя строчка) Мгв умножить на kв.
Оформление:
Рукописное в отдельной тетради.
Вопросы к экзамену по дисциплине
«Источники теплоснабжения промышленных предприятий»
1. Общие сведения и классификация систем теплоснабжения.
2. Классификация котельных в системах теплоснабжения.
3. Присоединение паровой котельной к паровой системе теплоснабжения.
4. Присоединение паровой котельной к водяной системе теплоснабжения.
5. Присоединение водогрейной котельной к тепловой сети.
6. Тепловая схема водогрейной котельной.
7. Присоединение пароводогрейной котельной к тепловой сети (с подогревом воды во внутрибарабанном устройстве).
8. Присоединение пароводогрейной котельной к тепловой сети (с подогревом воды во встроенных поверхностях нагрева).
9. Технологическая структура котельной в системе теплоснабжения.
10. Тепловая мощность котельной в системе теплоснабжения.
11. Энергетические (технологические) показатели котельной.
12. Экономические показатели котельной.
13. Режимные (эксплуатационные) показатели котельной.
14. Сущность комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (принцип теплофикации).
15. Энергетическая эффективность теплофикации.
16. Способы отвода теплоты из паросилового цикла при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии.
17. Отвод теплоты из цикла паросиловой установки путем ухудшения вакуума в конденсаторе турбины.
18. Отвод теплоты из цикла паросиловой установки через регулируемые отборы пара в турбине.
19. Отвод теплоты из паросилового цикла путем применения турбин противодавления.
20. Типы и особенности теплофикационных турбин.
21. Рациональное распределение нагрузки между блоками.
22. Технологическая схема теплоподготовительной установки на базе турбины «Т».
23. Технологическая схема теплоподготовительной установки на базе турбины «ПТ».
24. Определение расходов топлива и к. п.д. ТЭЦ.
25. Коэффициент теплофикации.
26. Экономические и режимные (эксплуатационные) показатели ТЭЦ.
27. Пароводяные подогревательные установки ТЭЦ. Горизонтальный теплофикационный подогреватель.
28. Пароводяные подогревательные установки ТЭЦ. Вертикальный теплофикационный подогреватель.
29. Пароводяные подогревательные установки смешивающего типа. Пленочный подогреватель.
30. Тепловой и гидродинамический расчеты пароводяных подогревателей.
31. Задачи систем отопления. Тепловой баланс здания и его составляющие.
32. Определение расчетного расхода теплоты на отопление зданий.
33. Определение расхода теплоты на вентиляцию.
34. Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение.
35. Определение расхода теплоты на технологические нужды.
36. Построение графиков тепловых нагрузок.
37. Классификация водяных систем теплоснабжения.
38. Присоединение отопительных установок к водяным системам теплоснабжения по зависимой схеме.
39. Присоединение отопительных установок к водяным системам теплоснабжения по независимой схеме.
40. Присоединение установок горячего водоснабжения к открытым системам теплоснабжения.
41. Присоединение установок горячего водоснабжения к закрытым системам теплоснабжения.
42. Классификация паровых систем теплоснабжения.
43. Присоединение отопительных установок к паровым системам теплоснабжения.
44. Присоединение установок горячего водоснабжения к паровым системам теплоснабжения.
45. Присоединение технологических установок к паровым системам теплоснабжения.
46. Водо-водяные подогревательные установки.
47. Смесительные узлы и аккумуляторы теплоты.
48. Температурные графики качественного регулирования тепловой нагрузки (построение и расчет).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
