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.
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.
Основными преимуществами открытых систем по сравнению с закрытыми являются:
возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциальной отработавшей теплоты электростанций и промышленных предприятий;
упрощение и удешевление абонентских вводов (тепловых пунктов) и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;
возможность использования для транзитного транспорта теплоты однотрубной системы.
Недостатки открытых систем:
усложнение и удорожание станционной водоподготовки;
нестабильность воды, поступающей на водоразбор, по запаху, цветности, санитарным качествам и высокой окисляемости;
усложнение и увеличения объема санитарного контроля системы теплоснабжения;
усложнение эксплуатации из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, связанной с переменным расходом воды в обратной линии;
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.
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.
Тепловые схемы котельных с паровыми котлами
Для покрытия чисто паровых нагрузок или для отпуска незначительного отпуска тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления – обычно 14 кгс/см², но не выше 24 кгс/см². Проектируемые в последнее время паровые котельные чаще всего предназначены для одновременного отпуска пара и горячей воды, поэтому в их тепловых схемах имеются установки для подогрева воды (рис. 3.1).
При закрытой системе теплоснабжения расход воды на подпитку тепловых сетей обычно незначителен. В этом случае довольно часто не выделяют отдельного деаэратора для подготовки подпиточной воды тепловых сетей, а используют деаэратор питательной волы паровых котлов.
Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема паровой котельной
1 – паровой котел низкого давления; 2 – пароводяной подогреватель сетевой воды; 3 - охладитель конденсата; 4 – деаэратор питательной воды котлов; 5 – питательный насос; 6 - сетевой насос; 7 – деаэратор подпиточной воды; 8 – подогреватель химочищенной воды; 9 - подпиточный насос; 10 – сборный бак конденсата; 11 – конденсатный насос; 12 – насос сырой воды; 13 – сепаратор продувочной воды; 14 – охладитель продувочной воды; 15 - пароводяной подогреватель сырой воды; 16 – химводоподготовка; 17 – насос химочищенной воды
Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами и пароводяными подогревателями сетевой воды для открытых систем теплоснабжения отличается от схемы при закрытой системе только установкой дополнительного деаэратора подпиточной воды тепловых сетей и установкой баков – аккумуляторов горячей воды.
Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами
Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Руководствуясь заданием на проектирование и исходными данными , полученными от заказчика, приступают к составлению , а затем и расчету тепловой схемы котельной, оборудованной стальными водогрейными котлами (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной
1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котел; 3 – сетевой насос; 4 – подогреватель химочищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос
3.2.1. Отпуск пара
Схема пароснабжения зависит от характера паропотребления и выбирается исходя из технико-экономических соображений, учитывающих показатели всех элементов системы пароснабжения: ТЭЦ, паропроводов, потребителей.
Если всем потребителям требуется пар низкого давления, применяется однотрубная система (рис. 3.3, а); при потреблении пара высокого и низкого давлений – двухтрубная система (рис. 3.3, б).
Численные значения давления пара, отпускаемого потребителям, следующие: для отопительно-вентиляционных установок потребителей – 0,06…0,25МПа; технологических аппаратов – 0,6…0,8МПа; для паровых приводов – 1,2…1,8МПа и в ряде случаев 3,5 и даже 9 МПа.
Отпуск пара от ТЭЦ внешним потребителям может производиться по различным схемам:
1. Из отборов или противодавления турбин различных типов: конденсационных (Т, ПТ и П) и с противодавлением (Р и ПР). Номенклатура выпускаемых турбин обеспечивает возможность снабжения паром из теплофикационных и производственных отборов или противодавления различных отопительно-вентиляционных и технологических потребителей.
2. От паропреобразователей ТЭЦ. Паропреобразователем называется установка для испарения воды (получения вторичного пара), греющим теплоносителем в которой является первичный пар с давлением, большим давления вторичного пара, отпускаемого внешним потребителям. В качестве первичного пара (греющего теплоносителя) используется пар из отборов высокого давления турбины.
Паропреобразовательные установки применяются на ТЭЦ, если внешним потребителям требуется большое количество пара с одновременной невозможностью возврата на ТЭЦ конденсата этого пара.
Рис. 3.3. Системы пароснабжения от ТЭЦ – однотрубная (а) и двухтрубная (б).
1 – парогенератор; 2 – турбина; 3 – редукционно-охладительная установка на ТЭЦ; 4 - редукционная установка у потребителей; 5 – потребитель пара; 6 – конденсатоотводчик; 7 - конденсатный насос; 8 – сборник конденсата; 9 – деаэратор; 10 – питательный насос.
3. От термокомпрессоров в том случае, если пар, отпускаемый потребителям из отборов или противодавления турбины, имеет давление меньше требуемого.
4. Непосредственно от паровых котлов ТЭЦ, при этом только в том случае, если его давление и температура соответствуют требованиям внешних потребителей пара. Такое совпадение на практике встречается достаточно редко, как правило, давление и температуру отпускаемого пара необходимо снижать с помощью РОУ.
3.2.2. Отпуск горячей воды
Подогрев воды, направляемой в тепловую сеть, производится на ТЭЦ в сетевых подогревательных установках, обогреваемых паром из отбора или противодавления турбин. При очень низкой температуре наружного воздуха вода после подогревательных установок (сетевых подогревателей) догревается до заданной по температурному графику температуры сетевой воды в пиковых водогрейных котлах, установленных на ТЭЦ. На рис. 3.4 показана схема двухступенчатой подогревательной установки.
Вода из обратной линии тепловой сети подается сетевым насосом последовательно через подогреватели первой и второй ступени и охладитель конденсата, а затем поступает в подающую магистраль тепловой сети. Обогрев подогревателя первой ступени осуществляется из отбора турбин, а второй ступени – паром из отбора турбин или от паровых котлов через РОУ.
Конденсат греющего пара из подогревателя второй ступени поступает в подогреватель первой ступени. Из подогревателя первой ступени конденсат поступает в охладитель конденсата, где охлаждается до 90 - 95ºС, откуда самотеком или насосом подается в деаэратор. Вода для восполнения потерь в сети после предварительной очистки и деаэрации, подается подпиточным насосом во всасывающий коллектор сетевых насосов.
При самых низких температурах наружного воздуха (-20°С и ниже) сетевая вода после второго подогревателя поступает в пиковый водогрейный котел, где подогревается до требуемой температуры (обычно 150°С).
Рис. 3.4. Схема двухступенчатой подогревательной установки
1 – грязевик; 2 – расходомер; 3 –сетевой насос; 4 – конденсатный насос; 5 – охладитель конденсата; 6 – сетевой подогреватель первой ступени; 7 – сетевой подогреватель второй ступени