1210

либо горячей воды различных температур, либо как пара, так и горячей воды.

Очевидным преимуществом однотрубных сетей является сведение к минимуму капитальных затрат на сооружение таких сетей. Однако эта экономия может перекрываться ущербом, связанным с отказом от возврата частично отдавшего свое тепло теплоносителя обратно к источнику.

Сокращение потерь тепла за счет слива теплоносителя, после его охлаждения в системах потребления при однотрубных тепловых сетях может быть достигнуто за счет вторичного использования того же теплоносителя в других системах. Так, например, конденсат отработанного пара с температурой 80 95 °С, естественно, может быть использован не только в системах горячего водоснабжения, но и в системах отопления и вентиляции. Вместе с тем в схемах со вторичным использованием теплоносителя приходится считаться с неизбежным несовпадением графиков расходов и температур теплоносителя с графиком потребности в тепле систем, в которых предусматривается вторичное использование. Несовпадение этих графиков в суточном, а особенно в сезонном разрезе, значительно усложняет вторичное использование теплоносителя и приводит к тому, что при таких схемах слив теплоносителя повышенных температур в канализацию оказывается, хотя бы в отдельные периоды, неизбежным.

В связи с неэкономичностью слива горячей воды или конденсата тепловые сети выполняются обычно по закрытой или замкнутой схеме, при которой теплоноситель, поступающий от источника, частично отдает свое тепло в системе потребителя, а затем возвращается обратно к источнику теплоснабжения. Такие сети должны выполняться, как минимум, двухтрубными с одной подающей и одной обратной (конденсатопровод) линиями. Возврат конденсата от установленных у потребителей баков по системе конденсатопроводов обратно к источнику теплоснабжения осуществляется посредством конденсатных насосов, располагаемых у потребителя.

Принципиальная схема двухтрубных паровых сетей с закрытой системой возврата конденсата и присоединенными к ней системами потребления тепла представлена на рис. 1.2.

11

В закрытых водяных тепловых сетях циркуляция воды осуществляется обязательно за счет специальных сетевых насосов. Потери теплоносителя в закрытых сетях сводятся к утечкам воды или пара через неплотности сетей и непосредственно присоединенных к ним системам потребления тепла (в основном через сальниковые уплотнения арматуры и сальниковые компенсаторы). По нормам [6] эти утечки не должны превышать 0,5% объема воды в системе в час. Утечки воды выполняются с помощью специальных подпиточных устройств, представляющих собой важный элемент источников тепла.

1

15

14

Рис. 1.2. Принципиальная схема двухтрубной паровой сети: 1 – паровой котел; 2 – технологические потребители пара; 3 – нагревательные приборы системы парового отопления; 4 – калориферы системы вентиляции;

5 – конденсатоотводчик; 6 – бак сбора конденсата; 7 – насос; 8 – пароводяной подогреватель системы водяного отопления; 9 – нагревательные приборы системы водяного отопления; 10 – циркуляционный насос системы водяного отопления;

11 – пароводяной подогреватель системы горячего водоснабжения; 12 – бак-аккумулятор горячей воды; 13 – точки разбора горячей воды; 14 – конденсатный бак источника теплоснабжения;

15 – насос для откачки конденсата из конденсатного бака

12

2.ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

2.1.Классификация котельных

Взависимости от характера тепловых нагрузок и назначения котельные установки принято разделять на следующие типы [5]: производственные, производственно-отопительные и отопительные.

Первые, называемые также паровыми, оборудуются только паровыми котлами и в основном предназначаются для обеспечения паром технологических потребителей промпредприятий. Отпуск тепла системам отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производится в небольших количествах, только для нужд предприятий.

Котельные второй группы (производственно-отопительные), называемые также смешанными, оборудуются паровыми и водогрейными котлами и предназначаются для отпуска тепла как в виде пара промышленным предприятиям, так и в виде воды для отопительновентиляционных потребителей предприятий и жилищнокоммунального сектора.

Всмешанных котельных мощности паровых и водогрейных котлов определяются соотношением тепловых нагрузок по теплоносителям "пар" и "горячая вода" и выбираются на основании соответствующих технико-экономических расчетов.

Как паровые, так и водогрейные котлы могут быть газомазутными или пылеугольными. Рабочее давление пара в паровых котлах обычно 1,4 МПа. В отдельных случаях соответственно требованиям потребителей пара или по условиям выбора котлов, выпускаемых промышленностью, могут устанавливаться котлы на давление 2,4 или

4,0 МПа. Все паровые котлы барабанные с естественной циркуляцией и экранированными топочными камерами.

Третья группа котельных (отопительные), называемых также водогрейными, оборудуется водогрейными котлами и предназначается для отпуска тепла для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.

Водогрейные котельные, для которых мазут служит основным или резервным топливом, подаваемым железнодорожным транспортом в цистернах, в своем составе должны иметь вспомогательные паровые котлы небольшой паропроизводительности в основном для обеспечения паром мазутного хозяйства.

13

При наличии в котельных таких источников пара рекомендуется использование их для других собственных нужд котельной – деаэрации питательной воды, подогрева сырой и химочищенной воды и т.п.

2.2.Тепловые нагрузки

Всхемах централизованного теплоснабжения промышленных комплексов и жилищно-коммунальных секторов от котельных режимы потребления отдельными предприятиями существенно влияют на выбор оборудования котельной и эффективность её использования.

Количество и единичная мощность устанавливаемых котлов зависят от суммарных тепловых нагрузок котельной и режима отпуска тепла, что, в свою очередь, определяется режимом потребления тепла отдельными предприятиями. Режимом теплопотребления определяется и установка резервных котлов, если без них не обеспечивается ремонт оборудования котельной. Наконец, от него зависит эффективность использования устанавливаемого оборудования, характеризуемая числом часов использования максимальной мощности котлов и себестоимостью отпускаемоготепла. Поэтомунеобходимо знать и учитывать влияниережимных факторов при решениисхем теплоснабжения.

Расход тепла предприятиями всех отраслей промышленности характеризуется большой неравномерностью. Теплопотребление технологических процессов (а также промышленной вентиляции) неравномерно как в течение суток, так и в течение месяца и года. Примером

могут служить графики, представленные на рис. 2.1 2.4.

Рис. 2.1. Суточный график потребления пара нефтеперерабатывающим заводом

14

Рис. 2.2. Суточный график потребления пара предприятиями легкой промышленности

100%

80

60

40

Рис. 2.3. Годовой график потребления пара нефтеперерабатывающим заводом

Суточная неравномерность потребления пара обусловливается спецификой технологических процессов и режимом работы предприятия. Предприятия с непрерывным технологическим процессом нефтеперерабатывающие и химические заводы, предприятия резинотехнического и алюминиевого производства имеют наименьшую суточную неравномерность (см. рис. 2.1).

Предприятия менее теплоемкие, работающие в две смены, машиностроительные, легкой промышленности имеют большую суточную неравномерность (см. рис. 2.2).

Коэффициент заполнения суточного графика предприятий с непрерывным технологическим процессом Кзс, равный отношению среднегодовой нагрузки за час к максимальной часовой нагрузке,

15

имеет значение, равное примерно 0,9. Для двухсменных предприятий Кзс имеет значение 0,7 0,8, для односменных 0,45 0,55.

В месячных графиках неравномерность проявляется еще в большей степени, так как сказывается влияние выходных и праздничных дней, организационных факторов требований плана, плановых ремонтов и др.

Годовые графики потребления технологического пара у предприятий всех отраслей промышленности имеют большую сезонную неравномерность (см. рис. 2.3), обусловливаемую изменением температуры наружного воздуха в течение года, сменностью производства, плановыми ремонтами и т.п. Зависимость расхода пара от температуры наружного воздуха определяется открытой установкой оборудования, температурой поступавшего сырья, топлива, воды и др. Коэффициент заполнения годовых графиков технологического потребления для различных предприятий колеблется в значительных пределах и составляет величину Кзг = 0,57 0,76 [7].

Теплопотребление системами отопления и вентиляции в жилищ- но-коммунальном секторе (см. рис. 2.4) имеет явно выраженный сезонный характер, так как зависит только от изменений температуры наружного воздуха и силы ветра. Тепло на отопление и вентиляцию в жилищно-коммунальном секторе расходуется только в течение отопительного сезона (начало и конец отопительного сезона при среднесуточной температуре наружного воздуха +8 С).

Рис. 2.4. Годовой график нагрузки отопительной котельной

16

Расход тепла системами горячего водоснабжения неравномерен в течение недели, суток и особенно за каждый час, так как он зависит от бытовых условий населения жилищно-коммунального сектора. Теплопотребление систем горячего водоснабжения промпредприятий имеет лишь суточную неравномерность.

Суммарный годовой график тепловой нагрузки производственноотопительной котельной целесообразно строить путем суммирования отопительной нагрузки с расходом тепла на технологические нужды

(рис. 2.5).

Q,

МВт

Qотоп6+Qтехн.+Qгор.в.

Qтехн

Рис. 2.5. Годовой график нагрузки производственно-отопительной котельной

Из рис. 2.5 видно, что по окончании отопительного сезона тепло требуется лишь на горячее водоснабжение и технологические нужды. Их суммирование дает представление о летней нагрузке производст- венно-отопительной котельной и позволяет определить нужные для расчета коэффициент заполнения и число часов использования максимума потребления тепла.

После составления суточного и годового графиков нагрузки, подсчета коэффициентов их заполнения Кзс и Кзг , определения годового числа часов использования оборудования можно получить исходные величины для расчета тепловой схемы данной котельной. Расходы пара и горячей воды на технологические нужды определяются из графиков нагрузки для максимального зимнего и летнего режимов, так как все остальные расходы не выходят за пределы указанных.

Расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение определяют исходя из характерных режимов работы тепловых сетей, системы которых могут быть закрытыми и открытыми. Для опре-

17

деления расходов тепла на отопление и вентиляцию используют указания из строительных норм и правил (СНиП) [9].

Первой задачей, которую приходится решать проектировщикам котельных установок, предназначаемых для теплоснабжения комплексов промышленных предприятий с их жилым фондом, является составление исходных данных по тепловым нагрузкам котельной установки. Этот участок в проектных работах является наиболее ответственным, так как от него зависят все последующие проектные решения принципиальная тепловая схема котельной, выбор вспомогательного оборудования и технико-экономические показатели котельной.

Практикой проектирования установлен следующий порядок обработки заявок потребителей на отпуск им тепла [7]:

а) распределение теплопотребителей на группы по видам теплоносителя (пар или вода) и по их параметрам;

б) суммирование паровых нагрузок и определение максимальных часовых расходов пара по каждой группе потребителей;

в) расчет годового расхода пара по каждой группе потребителей и возврата конденсата этого пара;

г) расчет расхода тепла системами отопления, вентиляции и горячего водоснабжения предприятий жилищно-коммунального сектора.

По полученным данным составляется сводная таблица тепловых нагрузок для четырех характерных режимов теплопотребления в течение года-трех зимних и одного летнего. Зимние режимы отличаются только температурой наружного воздуха и рассчитываются для следующих значений:

I режим максимально зимний, при температуре наружного воздуха, равной расчетной для отопления [8];

II режим средний, наиболее холодного месяца, при tнв, равной средней за самый холодный месяц;

III режим среднеотопительный, при tнв, равной средней за отопительный сезон;

IV режим летний, при отсутствии тепла на отопление и вентиляцию.

В трех зимних режимах для каждой группы потребителей указывается суммарная максимальная суточная для зимы нагрузка по пару с учетом потерь в наружных сетях.

18

В четвертом режиме аналогично указывается суммарная максимальная суточная нагрузка для лета. Годовые расходы пара и процентная доля возврата конденсата для каждой группы потребителей вносится в таблицу на основании просуммированных данных потребителей.

2.3. Общие сведения о тепловых схемах котельных

Тепловая схема устанавливает взаимосвязь основных агрегатов и аппаратов котельной, при помощи которых осуществляется выработка тепла, отпускаемого потребителям. Правильное построение тепловой схемы имеет большое значение для тепловой экономичности котельной, так как ею определяется организация производственного процесса котельной. От принятой тепловой схемы зависит размер необратимых потерь в различных теплообменниках, от смешения потоков, дросселирования и т.п.

Тепловая схема представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединяемого линиями трубопроводов для рабочего тела. Различают следующие виды тепловых схем: принципиальную, развернутую и монтажную.

Впринципиальной схеме графически отражают в возможно сжатой и ясной форме основные потоки тепла и рабочего тела, указывают условно лишь главное оборудование (котлоагрегаты, подогреватели, деаэраторы, насосы и др.) и трубопроводы, не размещая арматуры, всевозможных вспомогательных установок и второстепенных трубопроводов. Однотипные агрегаты изображаются только один раз независимо от их действительного числа в котельной. Так, если все котельные агрегаты однотипны, то изображается только один. Аналогично изображается только по одному деаэратору, подогревателю сетевой воды и т.д. Не показывают резервное оборудование и коммуникации.

Вотличие от принципиальной на развернутой схеме показывают полный состав всего теплового оборудования, включая резервные аг-

регаты в действительном их числе, а также все коммуникации трубопроводы, соединяющие оборудование со всеми запорными органами и другой арматурой (обратные и предохранительные клапаны, водоотводчики и др.). Развернутая схема служит основанием для разработки рабочих чертежей трубопроводов и используется эксплуатаци-

19

онным персоналом в процессе обслуживания оборудования, ликвидации аварий и т.п.

Монтажную или рабочую тепловую схему обычно выполняют в ортогональном, а иногда отдельные сложные узлы в аксонометрическом изображении с указанием отметок расположения трубопроводов, их наклона, арматуры, креплений, размеров и т.д.

2.4. Тепловые схемы с водогрейными котлами

При отпуске тепла в виде горячей воды наиболее простой оказывается схема отпуска от котельных с водогрейными котлами.

Область применения таких котельных в системе централизованного теплоснабжения определяется, прежде всего, номенклатурой водогрейных котлов, серийно выпускаемых нашей промышленностью. Следует подчеркнуть, что эта номенклатура в настоящее время очень ограничена, особенно в части котлов большой и средней теплопроизводительности. Водогрейные котлы малой производительности до 1 МВт выпускаются в больших количествах и для работы на различных видах топлива каменных и бурых углях, антраците, газе, мазуте и т.п. Эти котлы, как правило, изготавливаются чугунными секционными, что обеспечивает не только наименьшие затраты на производство и монтаж, но и в значительной мере предохраняет их от коррозии, что позволяет ограничиться минимальными требованиями к качеству питательной воды для таких котлов.

В связи с этим чугунные водогрейные котлы это основной тип котлов, применяемых в небольших системах теплоснабжения: домовых и групповых котельных, мелких промышленных котельных при отсутствии потребности в паре. В качестве оборудования источников централизованного теплоснабжения среднего и крупного масштабов чугунные водогрейные котлы непригодны, так как максимальная температура воды на выходе из них не превышает 115 °С. Водогрейные котлы с температурой воды на выходе выше 115 °С попадают под действие других правил Ростехнадзора. Для таких котлов применение чугуна как основного материала правилами запрещается, они должны изготовляться обязательно стальными.

Разработка стальных водогрейных котлов большой теплопроизводительности была начата еще в СССР в 1956 1958 гг. Первоначально такие котлы проектировались и использовались как типовые на ТЭЦ. К ним относились, например, котлы серии ПТВ (пиковый,

20