Раздел 2. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

По виду теплоносителя системы централизованного теплоснабжения разделяются на водяные и паровые.

ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ

Водяные системы теплоснабжения, в зависимости от способа присоединения к тепловым сетям установок горячего водоснабжения потребителей, применяются двух типов:закрытые(замкнутые) и открытые (разомкнутые). В закрытых системах вода, циркулирующая в теплосети, используется только как теплоноситель, и из сети не отбирается. В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.

В зависимости от количества линий, используемых для теплоснабжение данной группы потребителей, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные. Минимальное количество труб для открытой системы равно одной, для закрытой системы – двум.

Наиболее простой и перспективной для транспорта на большие расстояния является однотрубнаябезсливнаясистема теплоснабжения. Её можно применять в том случае, когда обеспечивается равенство расходов сетевой воды, требующихся для удовлетворения нагрузки ОВ и для ГВС абонентов данного города или района.

Преимущественное применение имеют двухтрубные системы, т.к. они по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных капвложений и дешевле в эксплуатации. Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется теплота примерно одного потенциала. Такие установки имеют место обычно в городах, где вся тепловая нагрузка (ОВ и ГВС) может быть удовлетворена в основном теплотой низкого потенциала.

В промышленных районах, где имеется тепловая нагрузка повышенного потенциала, могут применяться трехтрубныесистемы, в которых две линии используются как подающие, а третья линия является обратной. К каждой подающей линии присоединяются однородные по потенциалу и режиму тепловые нагрузки. В промышленных районах обычно к одной линии присоединяются установки ОВ (сезонная нагрузка), а к другой – технологические установки и установки ГВС. При таком решении упрощаются методы регулирования отпуска теплоты от источника.

Закрытые системы.

Количество параллельных линий (трубопроводов) в закрытой системе должно быть не меньше двух: подающей, по которой теплоноситель подается потребителю и обратной, по которой охлажденный теплоноситель возвращается на источник. При этом водопроводная вода, поступающая в установки горячего водоснабжения, не имеет прямого контакта с сетевой теплофикационной водой, так как подогрев водопроводной воды осуществляется на абонентских вводах в поверхностных водо-водяных подогревателях.

На рис. 2.1 показаны различные схемы присоединения абонентов к тепловой сети при закрытой двухтрубной водяной системе.

Рис. 2.1. Закрытая двухтрубная водяная система теплоснабжения

Схемы присоединений: а – О(З); б – О(ЗСС); в- О(ЗНС); г – О(Н); д – Г(АВ); е – Г(АВ); ж -

О(ЗСС) Г(П); з – О(ЗCC) Г(ДС); и – О(ЗCC) Г(ДП); к – О(ЗCC) Г(ПР); л – О(ЗССНС) Г(ДП);

м – О(Н) Г(ДП); н – О(ЗCC) В(ДС); 1 – аккумулятор горячей воды; 2 – воздушный кран; 3 – водоразборный кран; 4 – нагревательный прибор; 5 – обратный клапан; 6 – подогреватель ГВС одноступенчатый; 7, 8 – подогреватели ГВC первой и второй ступеней; 9 - подогреватель отопления; 10 – расширительный сосуд; 11 – регулятор давления; 12 – регулятор расхода; 13 – регулятор температуры воды; 14 – регулятор отопления; 15 – элеватор; 16 – насос; 17 – подпиточный насос; 18 – сетевой насос; 19 – регулятор подпитки; 20 – подогреватели сетевой воды; 21- пиковый котел; 22 – регулятор температуры воздуха; 23,24 – воздушные калориферы нижней и верхней ступеней.

Схемы а – г показывают присоединение отопительных установок, схемы

д, е – присоединение установок горячего водоснабжения, а схемы ж – м показывают совместное присоединение в одном узле отопительной установки и установки горячего водоснабжения, схема н – совместное присоединение отопительной установки и вентиляции.

Преимущества закрытой системы:

1) гидравлическая изолированность водопроводной воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети;

2) обеспечивается стабильное качество горячей воды, одинаковое по качеству с водопроводной водой;

3) чрезвычайно прост санитарный контроль системы горячего водоснабжения благодаря короткому пути прохождения водопроводной воды от ввода в здание до водоразборного крана горячей воды;

4) прост контроль герметичности теплофикационной системы, который проводится по расходу подпитки на источнике.

Основными недостатками закрытых систем являются:

1) сложность оборудования и эксплуатации абонентских вводов горячего водоснабжения из-за установки подогревателей;

2) выпадение накипи в подогревателях и трубопроводах местных установок горячего водоснабжения при использовании водопроводной воды, имеющей повышенную карбонатную (временную) жесткость Жк › 7 мг-экв/л;

3) коррозия местных установок горячего водоснабжения из-за поступления в них недеаэрированной водопроводной воды.

Открытые системы

Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система. Отопительные установки присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах теплоснабжения, а схемы присоединения установок горячего водоснабжения принципиально отличны.

Горячее водоснабжение абонентов производится водой непосредственно из тепловой сети. Вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает через регулятор температуры в смеситель. В этот же смеситель поступает из обратного трубопровода сети. Регулятор температуры, регулируя расход воды из подающей линии, поддерживает в смесителе постоянную температуру смеси (обычно около 60°С). Из смесителя вода поступает в местную систему горячего водоснабжения. Соотношение расходов воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий, зависящее от температур сетевой воды абонентском вводе, устанавливается регулятором температуры. Суммарный расход сетевой воды подающей линии тепловой сети равен сумме расходов воды на отопление и горячее водоснабжение.

Расход сетевой воды в обратной линии после абонентской установки равен разности расходов сетевой воды на отопление и на водоразбор из этой линии на горячее водоснабжение. Максимальный расход воды в обратной линии равен расходу на отопление. Такое соотношение устанавливается тогда, когда расход воды на горячее водоснабжение полностью отсутствует, например в ночное время, или при удовлетворении нагрузки горячего водоснабжения полностью водой из подающей линии тепловой сети, что имеет место при минимальной температуре воды подающей линии тепловой сети, равной 60°С.

Открытая водяная система позволяет осуществить и однотрубную систему теплоснабжения, основная идея которой заключается в использовании всей сетевой воды после отопительной установки для горячего водоснабжения, что позволяет отказаться от обратного теплопровода, благодаря чему резко снижаются начальные капитальные затраты на сооружение тепловых сетей.

Схемы открытой водяной системы представлены на рис. 2.2. Отопительные установки (схемы а – г) присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах. Схемы присоединения установок горячего водоснабжения принципиально отличны от ранее рассмотренных схем. Горячее водоснабжение абонентов производится сетевой водой непосредственно из тепловой сети. Расход сетевой воды в обратном трубопроводе равен разности расходов на отопление и на водоразбор на горячее водоснабжение.

Основными преимуществами открытых систем по сравнению с закрытыми являются:

1) возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциальной отработавшей теплоты электростанций и промышленных предприятий;

2) упрощение и удешевление абонентских вводов (тепловых пунктов) и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;

3) возможность использования для транзитного транспорта теплоты однотрубной системы.

Недостатки открытых систем:

1) усложнение и удорожание станционной водоподготовки;

2) нестабильность воды, поступающей на водоразбор, по запаху, цветности, санитарным качествам и высокой окисляемости;

3) усложнение и увеличения объема санитарного контроля системы теплоснабжения;

4) усложнение эксплуатации из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, связанной с переменным расходом воды в обратной линии;

5) усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения в связи с тем, что в открытых системах расход подпитки не характеризует плотность системы.

На практике находят применение две различные схемы присоединения установок отопления и вентиляции абонентов к тепловой сети – зависимая и независимая. По первой схеме присоединения вода из теплосети непосредственно поступает в отопительные приборы абонентской установки, по второй – через теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в отопительной установке абонента.

Рис. 2.2. Открытая двухтрубная водяная система теплоснабжения

Схема присоединений: а – О(З); б – О(ЗСС); в – О(ЗНС); г – О(Н); д – Г(АВ); е – Г(АН); ж – О(ЗСС) Г(НВ) несвязанное регулирование; з – О(ЗСНС) Г(НВ) связанное регулирование; и – О(ЗСНС) Г(НВ) постоянное гидравлическое сопротивление на вводе; к – О(ЗСНС) Г(НВ) несвязанное регулирование; л – О(Н) Г(НВ) несвязанное регулирование; м – О(ЗСС) связанное регулирование; 22 – смеситель; 23 - предвключенный подогреватель ГВС; остальные обозначения те же, что и на рис. 2.1.

При зависимой схеме присоединения, давление в абонентской установке зависит от давления в теплосети, при независимой – не зависит. Оборудование абонентского ввода при зависимой схеме проще и дешевле, чем при независимой, а также может быть получен больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температур воды уменьшает расход теплоносителя в сети и экономии на начальной стоимости теплосети и на эксплуатационных расходах.

Основным недостатком зависимой схемы является жесткая гидравлическая связь с нагревательными элементами абонентских установок, имеющими, как правило, пониженную механическую прочность, что ограничивает пределы допускаемых режимов работы системы централизованного теплоснабжения. В тех случаях, когда разность между допустимым давлением в теплопотребляющих приборах абонентов и расчетным давлением в теплосети невелика, даже небольшие повышения давления в теплосети (как правило, в обратной линии, т.к. оно определяет давление в абонентских установках), вызванные, например, аварийным отключением насоса на подстанции или непроизвольным перекрытием клапана в сети, могут привести к разрыву приборов в отопительных установках абонентов.

Поэтому по условиям надежности работы систем теплоснабжения крупных городов, независимая схема является более предпочтительной. В тех же случаях, когда давление в теплосети в статических условиях превышает допустимый уровень давлений в абонентских установках, применение независимой схемы является обязательным, независимо от размеров системы теплоснабжения.

Различают два типа присоединения отопительной установки и установки горячего водоснабжения абонента к тепловой сети по принципам несвязанного и связанного регулирования.

При несвязанном регулировании обе установки работают независимо друг от друга (со своими регуляторами). Расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от нагрузки ГВС и поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода.

Расчетный расход воды в городских теплосетях заметно снижается при присоединении на абонентских вводах отопительных установок и установок ГВС по принципу связанного регулирования. В этом случае регулятор расхода, установленный на общей подающей линии абонентского ввода, поддерживает постоянный расход воды из подающей линии на абонентский ввод. В часы большого водоразбора на ГВС из подающей линии снижается подача сетевой воды, а следовательно и теплоты на отопление. Недоданная теплота компенсируется в часы малого водоразбора из подающей линии, когда большая часть или вся сетевая вода направляется в отопительную систему, а также за счет теплоаккумулирующей способности строительных конструкций отапливаемых зданий, выравнивающей суточный график тепловой нагрузки абонентской установки.

Основная идея однотрубной системы теплоснабжения заключается в использовании всей сетевой воды после отопительной установки для ГВС, что позволяет отказаться от обратного трубопровода и снизить начальные затраты на сооружение теплосетей. Более целесообразно использование однотрубной сети только для транзитного транспорта теплоты, например для передачи теплоты от ТЭЦ, расположенной на значительном расстоянии от потребителей, в районе теплопотребления при сохранении внутри районов теплопотребления двухтрубной системы теплоснабжения.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные принципы, по которым классифицируются системы централизованного теплоснабжения и перечислите их типы.

2. На какие виды по числу линий делятся водяные системы? Назовите области их применения.

3. Дайте определение сущности закрытой системы теплоснабжения.

4. Перечислите основные достоинства закрытой системы.

5. Назовите основные недостатки закрытой системы.

6. Опишите схему подключения абонентов при открытой системе централизованного теплоснабжения.

7. Обоснуйте возможность применения однотрубной системы теплоснабжения.

8. В чем заключаются основные преимущества открытых систем по сравнению с закрытыми?

9. Опишите особенности независимой и зависимой схем подключения абонентов. .
10. В чем заключается принцип несвязанного и связанного регулирования? Приведите их сравнительную характеристику.

ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ

Паровые системы сооружаются двух типов: а/ с возвратом конденсата; б/ без возврата конденсата.

В практике промышленной теплофикации широко применяется однотрубнаяпароваясистемасвозвратомконденсата (рис. 2.3). Пар из паровых котлов или отборов турбин поступает в однотрубную паровую сеть I и транспортируется по ней к тепловым потребителям. Конденсат возвращается от потребителей в котельную или станцию по конденсатопроводу II. На случай остановки турбины или недостаточной мощности отбора предусматривается резервная подача пара в сеть через редукционно-охладительную установку 31.

Схемы присоединений абонентских установок к паровой сети зависят от характера установок. Если пар может быть пущен непосредственно в установку, то присоединение производится по зависимой схеме - а. Если пар не может быть пущен непосредственно в установку, то присоединение производится по независимой схеме через теплообменник – б и в.

Конденсат отводится конденсатоотводчиком 6 в конденсатный бак 7, откуда он кондесатным насосом 16 перекачивается обратно в котельную или на станцию. На схеме в показано присоединение горячего водоснабжения.

Рис. 2.3. Однотрубная паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

Схемы присоединений а – О(З); б – О(Н); в – Г(АВ); г – технологических аппаратов; д - технологических аппаратов с местной компрессией; I – паропровод; II – конденсатопровод; 1 –паровая турбина; 2 – воздушный кран; 3 – водоразборный кран; 4 – нагревательный прибор; 5 – обратный клапан; 6 – конденсатоотводчик; 7 – конденсатосборник; 8 – термокомпрессор; 9 – технологический аппарат; 10 – расширительный сосуд; 11 – регулирующий клапан; 12 – аккумулятор горячей воды; 13 – регулятор температуры воды; 16 – насос;

31 – редукционно-охладительная установка

Сбор конденсата и возврат конденсата к источнику тепла имеет важное значение как для надежности работы котельных установок, так и для экономии теплоты и общей экономичности системы теплоснабжения в целом. Возврат конденсата особенно важен для ТЭЦ с высокими закритическими начальными параметрами (13 МПа и выше ). Сооружение химводоочистки (ХВО) таких ТЭЦ очень дорого, и поэтому мощность их, как правило, ограничена. Невозврат конденсата вызывает необходимость увеличения мощности водоподготовительных установок и дополнительного расхода химических реактивов, а также приводит к дополнительным тепловым потерям.

Основные пути совершенствования системы сбора и возврата конденсата заключаются в замене в технологических аппаратах смешивающего подогрева паром рабочей среды поверхностным, защите конденсата от загрязнений путем улучшения герметичности поверхностных теплообменников, т. е. создание условий, исключающих попадание загрязняющих веществ в паровую полость теплообменников, наладке и содержании в работоспособном состоянии конденсатоотводчиков, обеспечивающих отвод конденсата из аппаратов, без пропуска пролетного пара, защите конденсатопроводов от внутренней коррозии, в первую очередь, путем применения закрытых схем сбора конденсата с поддержанием в конденсатных баках избыточного давления 5 – 20 кПа за счет пара вторичного вскипания или подачи пара из паропроводов.

Применение открытых систем сбора и возврата конденсата допускается обычно только в условиях, исключающих внутреннюю коррозию конденсатопроводов, например, в системах сбора замасленного конденсата. В большинстве случаев применяются напорные системы конденсатопроводов с размещением конденсатных насосов у потребителей.

Особенно важное значение в системе сбора и возврата конденсата имеют конденсатоотводчики, которые устанавливаются, как правило, после всех поверхностных теплообменников, а также на паропроводах насыщенного пара, в возможных узлах скопления конденсата.

Если давление пара, получаемого из отборов турбин на ТЭЦ, недостаточно для удовлетворения потребителей, то оно может быть искусственно повышено на станции с помощью струйного компрессора.

В тех случаях, когда промышленным потребителям требуется пар разных давлений, а станция может удовлетворить потребность в паре низкого давления из отборов турбин и потребность в паре повышенного давления непосредственно из котлов, применяются двухтрубные и многотрубные системы. Двухтрубные паровые системы иногда применяются также при различных расходах пара у абонентов в разные сезоны, например зимой и летом. В некоторых случаях двухтрубные паровые системы применяются по условиям резервирования, когда для технологического процесса недопустимы даже кратковременные перерывы в подаче пара.

В некоторых случаях при пароснабжении потребителей от ТЭЦ низкого давления (начальные параметры – 4,5 МПа и ниже), на которых применяются упрощенные водоподготовительные установки, экономически оправдывается отказ от возврата конденсата, если его можно использовать в абонентских установках. При отказе от возврата конденсата упрощаются и удешевляются тепловая сеть и абонентская установка (из-за замены поверхностного теплообменника смешивающим), а также экономится электроэнергия на перекачку конденсата. Поскольку потеря конденсата компенсируется увеличением производительности станционной водоподготовки, возрастает начальная стоимость станции и увеличиваются потери котельной из-за увеличения продувки котлов. Проведенные исследования показывают, что при ТЭЦ низкого и среднего давлении при удовлетворительном качестве исходной воды (солесодержание менее 250 мг/л) экономически целесообразно использовать конденсат у абонентов для горячего водоснабжения.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные типы паровых систем и их состав.

2. Каково устройство однотрубной паровой системы с возвратом конденсата?

3. Опишите устройство установки сбора и возврата конденсата.

4. Перечислите основные пути совершенствования системы сбора и возврата конденсата.

5. Объясните важность возврата и качества конденсата.

6. Закрытые и открытые системы сбора и возврата конденсата, их преимущества и недостатки.

7. В чем необходимость применения двухтрубных систем возврата конденсата?

8. Перечислите случаи возможного отказа от возврата конденсата.