Системы теплоснабжения. Абонентские установки.

(5, ￿.51..82), (6, еш290..309)

Основное назначенит любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров. Поэтому системы теплоснабжения создают с учетом вида и параметров теплоносителя, максимального часового расхода теплоты, изменения потребления теплоты во времени (в течение суток, года), а также с учетом способа использования теплоносителя потребителями.

Вопрос 6. Классификация систем теплоснабжения. (1, с.14..18)

1. По типу источника теплоты:

1.1. Централизованное (передача теплоты от источника до потребителя производится по тепловым сетям). Комплекс оборудования источника теплоты, тепловых сетей и абонентских установок называется системой централизованного теплоснабжения:

а) ТЭЦ;

б) районные, промышленные котельные.

По степени централизации:

- групповое – группы зданий

- районное – несколько групп зданий (район)

- городское – несколько районов

- межгородское – несколько городов

1.2. Децентрализованное (передача теплоты от источника до потребителя производится без тепловой сети):

а) индивидуальные отопительные агрегаты (теплоснабжение каждого помещения – участок цеха, комната, квартира – обеспечивается от отдельного источника – печное и поквартирное отопление);

б) местные отельные (теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника).

2. По роду теплоносителя:

2.1. Водяные (область применения – снабжение сезонных потребителей теплоты и горячей воды, жилье)

а) низкотемпературные;

б) высокотемпературные.

Преимущества:

- широкий диапазон изменения температуры (300-470 К) → широкий интервал регулирования;

- более полное использование теплоты ТЭЦ;

- отсутствуют потери конденсата;

- большая теплоемкость;

- большая подвижность и незначительное изменение потенциала → радиус действия 30-60 км (меньше энергетические и насосные потери транспортировки);

- проще и дешевле присоединение абонентов, меньше диаметр труб;

- бесшумность работы;

- централизованное качественное регулирование температуры и нагрузки.

Недостатки:

- значительный расход электроэнергии на перекачку воды;

- большая чувствительность к авариям (утечки…);

- жесткая гидравлическая связь (механические повреждения при повышении давления…);

- опасность замерзания и разрушения трубопроводов;

- большая тепловая инерционность при регулировании температуры;

2.2. Паровые (область применения – технологическое теплоснабжение промпредприятий, пар с параметрами 0,2-4,0 МПа)

а) низкого давления;

б) высоко давления;

в) вакуумные.

Преимущества:

- большая чем у воды удельная энтальпия;

- связь ;

- высокая теплоотдача отопительных приборов, приводящая к снижению расхода металла из-за возможности уменьшения площади поверхности приборов;

- меньшая вероятность замораживания системы;

- малая инерционность → быстрый прогрев помещения;

- отсутствие центробежных насосов → нет затрат на электроэнергию.

Недостатки:

- большие потери давления и теплоты → радиус действия 6-15 км;

- сложнее эксплуатация (сбор конденсата…), дороже сооружение и эксплуатация;

- меньший срок эксплуатации из-за повышенной коррозии (4-10 лет, у водяных – 40 лет);

- при наличии попутной конденсации пара появление шума, вибрации, ударов;

- высокая температура поверхности отопительных приборов (около 100 градусов), больше чем предусмотрено санитарно-гигиеническими нормами → нужны дополнительные ограждения.

Для упрощения и снижения затрат на трубопроводы в системах теплоснабжения целесообразно применять один вид теплоносителя.

3. По способу подачи теплоносителя:

3.1. Закрытые (теплоноситель не отбирается из сети, не расходуется, а только транспортирует теплоту; сетевая вода нагревает водопроводную воду для горячего водоснабжения в специальных теплообменниках - бойлерах)

Преимущества:

- высокое стабильное качество горячей водопроводной воды;

- гидравлическая изолированность от воды, циркулирующей в сети;

- простота контроля герметичности системы по величине подпитки (0,5-1%).

Недостатки:

- более сложное и дорогое оборудование абонентов;

- водопроводные подогреватели более сложны при эксплуатации и ремонте, стоимость оборудования в тепловых пунктах возрастает;

- коррозия бойлеров (недеаэрированная и химически неочищенная водопроводная вода увеличивает интенсивность отложения солей, накипи).

3.2. Открытые (теплоноситель полностью или частично отбирается из сети потребителем; сетевая вода непосредственно используется для горячего водоснабжения, не требуются теплообменники)

Преимущества:

- возможность максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева подпиточной воды (сбросная, продувочная вода ТЭЦ), возможность использования для горячего водоснабжения теплой воды после технологических операций, если она подходит по санитарным нормам;

- в абонентские установки поступает деаэрированная вода → меньше корродируют;

- упрощение абонентских вводов (надежность и долговечность);

- при полном разборе воды на горячее водоснабжение возможно использование более дешевых однотрубных схем без возврата обратной воды.

Недостатки:

- резкое возрастание (до 20-40%) потерь сетевой воды и увеличение объема водоподготовки на ТЭЦ;

- ухудшение состава горячей воды (нет биологической обработки, продукты коррозии) → удорожание системы водоподготовки на ТЭЦ;

- необходимость постоянного санитарного контроля;

- усложнение контроля герметичности (где течет?);

- нестабильность гидравлического режима;

- при увеличении расхода на горячее водоснабжение может не хватить мощности системы водоподготовки и мощности ТЭЦ.

По начальным затратам (монтаж) они равноценны. По эксплуатационным затратам лучше закрытые. Открытые лучше при дальней транспортировке теплоты, большей нагрузке горячего водоснабжения и мягкой исходной воде.

4. По числу трубопроводов системы:

4.1. Однотрубные (для открытой системы, минимум)

Особенности:

- для дальней транспортировки теплоты;

- возможна при равенстве расхода воды на отопительно-вентиляционную тепловую нагрузку и горячее водоснабжение. Однако, почти во всех регионах в 3-4 раза.

4.2. Двухтрубные (для закрытой системы, минимум) – получили преимущественное распространение.

Особенности:

- тепловая сеть состоит из двух линий – подающей и обратной, по которой сетевая вода возвращается на ТЭЦ.

4.3. Многотрубные (трехтрубные) – чем больше разнородных потребителей по температуре и тепловой нагрузке, тем больше труб с теплоносителями разных параметров.

Особенности:

- применяются в промышленных районах, где требуется теплота более высокого потенциала (2 подающие и 1 обратная линия).

5. По способу обеспечения потребителей теплотой:

5.1. Одноступенчатые

Особенности:

- непосредственное присоединение потребителей к сети (узлы подключения потребителей к тепловой сети называются абонентским вводами или местными тепловым пунктами МТП);

- на МПТ каждого здания устанавливаются бойлеры, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая арматура.

5.2. Многоступенчатые

Особенности:

- имеют центральные тепловые пункты (ЦТП) или подстанции;

- обслуживают группу зданий;

- на ЦТП есть центральная подогревательная установка, может быть обработка водопроводной воды (деаэрация, умягчение);

- меньше персонала и меньше эксплуатационные затраты.

Вопрос 10. Паровая схема теплоснабжения с возвратом конденсата. (1, с.27-29)

Пар от ТЭЦ (котельной) поступает по паропроводу 2 к потребителям теплоты 3 и конденсируется (рис. 8). Конденсат через специальное устройство – конденсатоотводчик 4 (пропускает только конденсат) попадает в бак 5, из которого конденсатным насосом 6 возвращается к источнику теплоты по трубопроводу 1. Если давление в паропроводе ниже требуемого технологическими потребителями, оказывается эффективным применение компрессора 7.

Конденсат также может не возвращаться к источнику теплоты, а использоваться потребителем. Схема упрощается (рис. 9), однако на ТЭЦ возникает недостаток конденсата, который должен восполняться системой водоподготовки. Система ГВ может иметь струйный подогреватель. Водопроводная вода из магистрали 2 подается к струйному подогревателю 3 в расширительный бак-аккумулятор 4. в этот же бак из паропровода 1 через вентиль 6 поступает пар, что обеспечивает дополнительный подогрев воды при барботаже пара. Из бака 4 вода направляется к потребителям 5.

Регулирование отпуска теплоты. (5, с.83..86, 96..126), (6, с.325..341)

Вопрос 11. Методы регулирования отпуска теплоты. (1, с.33..34)

Тепловые нагрузки абонентов сети неодинаковы и непостоянны, поэтому для качественного их теплоснабжения одновременно с экономичной выработкой и транспортировкой теплоты, надо регулировать все виды нагрузки в соответствии с потребностью абонентов.

Регулирование теплоснабжения бывает:

1. Центральное – в источнике теплоты (ТЭЦ, котельная);

2. Групповое – в центральном тепловом (ЦТП) или контрольно-распределительном пункте (КРП);

3. Местное – на абонентском вводе здания;

4. Индивидуальное – у теплопотребляющих приборов.

В большинстве случаев нагрузка абонентов разнородна (О и ГВ, или все), тогда применяется центральное и групповое регулирование (местное, индивидуальное)=комбинированное регулирование – основа экономичного теплоснабжения (2-3 ступени регулирования).

Расчет регулирования нагрузки основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи теплопотребляющих приборов:

, Дж,

(поступает в прибор) (отдается в окружающую среду)

где - тепловой эквивалент расхода первичного (греющего) теплоносителя, - теплоемкость, - массовый расход;

, - температуры на входе/выходе прибора;

- коэффициент теплопередачи;

- средний температурный напор теплоносителя и нагреваемой среды;

- длительность работы прибора;

- площадь поверхности прибора.

Местное (групповое) регулирование может изменять , , .

Центральное регулирование можно осуществлять только изменяя и .

Методы регулирования:

- качественное – изменением (стабилизация гидравлического режима);

- количественное – изменением - расхода;

- качественно-количественное – одновременно изменяя и .

В городских водяных системах теплоснабжения широко применяется центральное качественное регулирование, дополняемое количественным местным регулированием. Достоинство центрального качественного – стабильность гидравлического режима сети, однако расход энергии на перекачку больше, чем при других методах.

Центральное количественное регулирование сокращает затраты на перекачку, однако создает переменный гидравлический режим в сети, и недостаток – опасность гидравлической разрегулировки местных систем (малые расходы!). Чтобы это исключить, применяют независимые схемы (с бойлером) или зависимые со смесительным насосом, поддерживающим постоянны расход в местной системе.

При центральном регулировании диапазоны изменения температуры и расхода ограничены. Максимальная температура прямой сетевой воды ограничена условием невскипания (т.е. напором), а минимальная температура обратной воды – условием комфортности ГВ., т.е. 60^оС (открытая система) или 65-70^оС (закрытая система). Максимум расхода воды определяется располагаемым напором на ЦТП (абонентском вводе) и сопротивлением абонентских установок, минимум зависит от гидравлической устойчивости сети (вертикальная разрегулировка этажей) при малом расходе.

Центральное регулирование выполняется по преобладающей тепловой нагрузке большинства абонентов.

В отопительный сезон тепловая нагрузка отопления значительно больше нагрузок ГВ и вентиляции. Если средняя недельная нагрузка ГВ меньше 15% расчетной нагрузки отопления, то выполняют центральное регулирование по закону изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха. Если же нагрузка ГВ больше 15% расчетной нагрузки на отопление, то центральное качественное регулирование производится по закону изменения суммарной нагрузки отопления и ГВ. однако для качественного теплоснабжения как по отопительной, так и по совмещенной нагрузке необходимо местное количественное регулирование всех видов нагрузки.

В настоящее время в абонентских узлах отопительных установок чаще применяются регуляторы расхода, поддерживающие постоянный расход воды в местной системе, независимо от температурного режима сетевой воды. Этот способ не позволяет контролировать температуру в отапливаемых помещениях, возможен перерасход теплоты (перегрев) или недостача теплоты (охлаждение помещений). В схемах с регуляторами отопления импульсом регулирования является сигнал от датчиков температуры в помещении, по которому изменяется расход сетевой воды через клапан регулятора из подающей линии, а постоянный расход в местной системе поддерживается смесительным насосом.

В качестве регулирующего импульса (сигнала) местного количественного регулирования нагрузки ГВ используется температура горячей воды в местах водоразбора: за смесителем в открытых системах и за подогревателем в закрытых. В вентиляционных установках – температура горячего воздуха за калорифером. По этому сигналу клапаном регулятора температуры регулируется относительная доля расхода из подающей линии.

Вопрос 13. Автоматизация отпуска теплоты и причины перерасхода теплоты. (1, с.42..46)

Среди процессов теплоснабжения (производство тепла, подготовка, транспортировка воды, защита сетей и др.) отпуск теплоты наименее автоматизирован. В связи с этим имеют место дискомфортные условия в отапливаемых помещениях и перерасход теплоты и топлива. Практически отпуск теплоты регулируется качественным методом (по ) только на источнике (центральное регулирование). У немногих объектов применяют регулирование (стабилизацию) температуры горячей воды.

Дискомфорт в отапливаемых помещениях (перегрев в одних и недогрев в других) происходит также вследствие невозможности учета при центральном регулировании действия ветра и солнечной радиации, а также избыточных бытовых тепловыделений.

Причины перерасхода тепла при отсутствии автоматизации.

1. Из-за подержания температуры теплоносителя (60..70^оС) в относительно теплый (осенне-весенний) период из-за горячего водоснабжения, хотя такая высокая температура не требуется (перегрев помещения). Перерасход тепла 2-3%.

2. Невозможность учета бытовых тепловыделений. Перерасход до 15-17%.

3. Не учитывается снижение инфильтрации (при повышении температуры наружного воздуха) и влияние ветра (скорости, направления). Последнее возможно только при пофасадном регулировании и экономия может достигать 7%.

4. Не учитывается теплота от солнечной радиации (меньше тепла на солнечный фасад, передача ее на теневой фасад). Это возможно при пофасадном или индивидуальном регулировании и экономия может достигать 4-9%.

5. Отсутствие возможности снижения температуры в жилых домах ночью (на 2-3^оС) и в производственных и административно-общественных зданиях ночью и в нерабочие дни (до 10-12^оС).

Общая экономия теплоты может составить до 25% годового расхода. Кроме того, автоматизация стабилизирует гидравлический и тепловой режим всей системы.

Отсутствие регуляторов температуры горячей воды приводит к тому, что ее величина не соответствует требуемой (она значительно выше или ниже). В обоих случаях идет перерасход тепла (слив воды потребителями или высокое теплосодержание). Кроме того, дестабилизируется гидравлический режим в тепловой сети и повышается температура обратной воды при отсутствии водоразбора. Вместо регуляторов устанавливаются дроссельные шайбы, рассчитанные на некоторую оптимальную величину водоразбора, но они не могут обеспечить снижение расхода сетевой воды у потребителя при прекращении водоразбора.

Все это вызывает перерасход теплоты в размере 10-15% годового потребления теплоты на горячее водоснабжение.

7. Вопрос 15. По принципу автоматического регулирования. (1, с.38..39):

- по отклонению регулирующего параметра (температуры воздуха помещения): регулятор измеряет величину отклонения и производит перемещение регулирующего органа. По этому принципу работает большинство регуляторов температуры, давления, уровня и др. Целесообразно при пофасадном и индивидуальном регулировании.

- по возмущению (температура наружного воздуха): регулятор воздействует на объект в зависимости от величины возмущающего фактора – нагрузки. Преимущество: регулирование начинается еще до того, как произойдет отклонение регулируемой величины. Целесообразно при пофасадном и индивидуальном регулировании.

- комбинированный – по отклонению и возмущению. Не находит пока широкого применения, несмотря на его значительные преимущества.

Дата добавления: 2015-07-20