1.6 Системы теплоснабжения и отпуск тепла для отопления

Тепло для отопления и бытовых нужд теплоэлектроцентрали отпускают с горячей водой. В этом случае тепловую нагрузку ТЭЦ, ГДж/ч, можно выразить уравнением

Q_oт=G_c(i_пc-i_оc)=G_ct_c, (1-10)

где G_c — расход сетевой воды, 10³ т/ч; i_o.c и i_п.с—соответственно энтальпии сетевой воды до и после подогрева в теплообменниках, ТЭЦ, кДж/кг; t_c - повышение энтальпии сетевой воды в теплообменниках ТЭЦ, кДж/кг.

Воду подогревают в пароводяных теплообменниках ТЭЦ в основном паром из отборов (противодавления) теплофикационных турбин и подают насосами по трубопроводам горячей воды к потребителям; после охлаждения в отопительных установках вода возвращается на ТЭЦ. Система трубопроводов горячей и охлажденной воды образует тепловую сеть. Соответственно воду, циркулирующую по тепловой сети, называют сетевой водой, насосы -сетевыми насосами, а пароводяные теплообменники па ТЭЦ—сетевыми подогревателями. Эти подогреватели на ТЭЦ часто называют, как ранее было принято, бойлерами. Трубопроводы, по которым подается к потребителям нагретая вода, называют подающими, а те, по которым охлажденная вода возвращался на ТЭЦ—обратными.

В отопительных установках (радиаторах) у потребителей используют обычно горячую воду с температурой не выше 90°С, ограничиваемой условиями безопасности и гигиеническими (пригорание пыли). Целесообразно повышать температуру воды в подающих линиях. При сохранении температуры охлажденной волы увеличение подогрева воды t_c приводит к уменьшению расхода сетевой воды G_c, удешевлению трубопроводов, снижению расхода электроэнергии на подачу воды [см. формулу (1-10)].

Температуру нагретой воды в тепловых сетях надо выбирать на основании технико-экономических расчетов. Для крупных городов эта температура при низшей расчетной температуре наружного воздуха составляет 150°С. Такую температуру воды в сети понижают до приемлемого в радиаторах потребителей уровня (около 90°С) обычно подмешиванием к ней охлажденной обратной воды с температурой не выше 60—70°С в элеваторных установках на отводах воды от основных магистралей к потребителям (на абонентских вводах).

Тепло на бытовые нужды населения отпускают в виде горячей воды с температурой около 60—65°С. При этом можно применить одну из следующих систем горячего водоснабжения (снабжения бытовых потребителей горячей водой): закрытую с поверхностными теплообменниками (рис. 1-4,а, б) или открытую при непосредственном водоразборе (рис. 1-4,в).

Рис. 1-4. Cxeмы горячего водоснабжения бытовых потребителей.

а — закрытая одноступенчатая: б—закрытая двухступенчатая: в — открытая (с непосредственным водоразбором): ОТ - отопление; БП -- бытовые потребители; П, П1, П2—подогреватели; ПМ и ОМ — подающая и обратная магистрали тепловой сети.

При закрытой системе теплоснабжения (горячего водоснабжения) воду для бытовые потребителей берут из сети питьевого водопровода и нагревают в водо-водяном подогревателе горячей водой из подающей магистрали, отводимой после охлаждения в обратную магистраль (см. рис.1-4,а — схема с одноступенчатым подогревом бытовой воды). Более экономична закрытая система горячего водоснабжения с двухступенчатым подогревом бытовой воды в двух последовательно включаемых подогревателях - вначале водой из обратной магистрали тепловой сети, а затем— из подающей (рис 1-4,6).

Принципиально иной является открытая схема горячего водоснабжения—с непосредственным водоразбором. По этой схеме к бытовым потребителям отводится смесь воды непосредственно из горячей и холодной линии отопительной системы (рис.1-4,б). При этом не требуются дополнительные теплообменники для бытового потребления. Однако потери воды в тепловой сети резко возрастают, от 1—2% До 20—40% расхода воды в ней G_c, состав воды, подаваемой бытовым потребителям, ухудшается из-за наличия в ней продуктов коррозии, отсутствия биологической ее обработки. Открытая система энергетически выгоднее, так как потери воды в системе восполняются холодной водой, для подогрева которой на ТЭЦ можно эффективно использовать теплофикационные отборы пара пониженного давления.

Недостаток открытой системы заключается еще в необходимости устройства на ТЭЦ мощном химической водоочистки для подготовки добавочной (подпиточной) воды тепловой сети. Дополнительный недостаток закрытой системы горячего водоснабжения—коррозия абонентских теплообменников кислородом, содержащимся и воде из водопроводной сети.

Выбор закрытой или открытой системы горячего водоснабжения в значительной мере определяется качеством (составом) исходной сырой воды, которой располагает ТЭЦ. Так, в Москве, располагающей водой с повышенным содержанием солей и других примесей,

Рис. 1-5. Зависимость температур воды t, расходов тепла Q и сетевой воды G_c от температуры наружного воздуха t_нар.

преобладают закрытые системы теплоснабжения (горячего водоснабжения), а открытая система применяется в незначительном объеме, преимущественно с опытными целями. В Петербурге, где исходная вода из р. Невы очень мягкая, с малым содержанием солей и других примесей, применяют открытую систему горячего водоснабжения.

Пока в большинстве крупных городов, в тепловых сетях, входящие в систему ЕЭС России, преобладают закрытые системы.

Регулирование отпуска тепла при водяных тепловых сетях возможно двух видов: качественное—изменением температуры воды в подающей магистрали, и количественное—расходом сетевой воды. Из формулы (1-11) Q_от=G_ct_c следует:

Q_от=G_сс_в(t_нс-i_ос)=a³_отV(t_пом-t_нар) (1-11а)

где с_в—удельная теплоемкость сетевой воды, кДж/(кг.К).

При качественном регулировании G_с=const.; если значение t_пом постоянно, то температура воды в подающей, а также в обратной линиях изменяется примерно линейно в зависимости от температуры наружного воздуха. Верхнее значение температуры воды в подающей линии при низшей расчетной температуре наружного воздуха t^нр_нар определяется технико-экономическими расчетами и составляет для городов России 150°С: при этом наибольшая температура «обратной» воды в зависимости от системы теплоснабжения и других факторов равна 50—70°С.

При температуре наружного воздуха, равной температуре помещения 18—20°С, отопление прекращается, вода как в подающей, так и в обратной линии теоретически имеет температуру наружного воздуха, т. е. также 18 -20°С. Следовательно, графики температуры воды в подающей и обратной магистралях при качественном регулировании являются ориентировочно прямыми, проходящими соответственно через максимальные значения t_п.с=(150°С) и t_oс=55¸70°С при t^нр_нар и минимальное значение 18-20°С при t_нар=t_пом (рис. 1-5).

В теоретический температурный график необходимо внести поправку, связанную с тем, что для бытовых целей вода должна иметь температуру 60-65°С. Поэтому температура воды в подающей магистрали не должна быть ниже примерно 70°С. Таким образом, в точках, соответствующих t_пс=70°C, происходит излом линий температур воды как в прямой, так и в обратной линиям, и наклонные прямые переходят в горизонтальные.

В табл. 1-5 приведены значения температур сетевой воды в подающей t_п.с и обратной t_oc; магистралях при разных температурах наружного воздуха t_нар, закрытой и открытой системах горячего водоснабжения и разных значениях a_гв, по данным ВТИ.

Таблица 1-5

Система горячего водоснаб-	Температура наружного	Доля отпуска	Температура сетевой воды в подающей магистрали tпс 0С, при aгв		Температура сетевой воды в обратной магистрали tпс 0С, при aгв
жения	воздуха 0С	тепла	0,15	0,3	0,15	0,3
З	-26	1,0	151,1	152,1	56,7	43,3
А	-20	0,86	136	137,8	52,2	40,4
К	-15	0,75	123,5	126	49	38
Р	-10	0,64	110,5	114,2	45	34,8
Ы	-5	0,52	96,5	102	40,7	30,7
Т	0	0,41	83,8	89,9	36,2	28,2
А	+5	0,3	71,0	77,7	32	24,9
Я	+10	0,18	70	70	31,5	23,0
	Лето	0	70	70	15	15
О	-26	1,00	145,6	142,4	71	71,3
Т	-20	0,86	129,1	126,4	65,3	65,6
К	-15	0,75	116,2	113,5	60,4	61,1
Р	-10	0,64	103,7	101,6	55,6	56
Ы	-5	0,52	90,1	89,1	50	50,1
Т	0	0,41	77,4	77,7	44,5	44,5
А	+5	0,3	66,0	66	38,0	39,0
Я	+10	0,18	65	65	29,5	29,5
	Лето	0	65	65	15	15

Примечание a_от - доля отопительной нагрузки от максимальной при t^нр_нар=-26⁰С.

При температурах воды в подающей линии выше 70°С расход сетевой воды G_с=const. При постоянной температуре сетевой воды в подающей линии, равной примерно 70°С и соответствующей температуре обратной воды, отопительная нагрузка с повышением температуры наружного воздуха уменьшается, расход сетевой воды G_c также уменьшается до тех пор, пока отопительную нагрузку при t_нар=8¸10°C не отключают; при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха остается лишь бытовая условно постоянная нагрузка Q_гв, температуры воды также постоянные, следовательно, расход сетевой воды в данном случае G_с=Q_г.в/t_с—также постоянная величина. Таким образом, в преобладающей части всего диапазона изменения наружных температур G_c=const и регулирование— качественное.

Качественное регулирование позволяет поддерживать давление греющего пара из отборов турбин на сетевые подогреватели.. Такой метод наиболее выгоден .

Система водяной тепловой сети с одной подающей и одной обратной магистралями является двухтрубной, применяемой обычно в нашей стране. Возможна также при большом потреблении горячей воды нa бытовые нужды в высоком качестве исходной воды однотрубная система теплоснабжения, при которой вода после охлаждения в отопительных установках используется на бытовые нужды. Обратная магистраль при такой системе не нужна. Транспорт горячей воды с температурой 170—200°С при этом экономически целесообразен на расстояние 30—40 км и дальше.

Математическая модель

Уравнение теплового баланса.

Qb1=Qb=Qв,Qn=Qn1=Qн, D1=Dв,D2=Dн,Gc=G1,I1=Iв,I11=I’в,I1c=Iв.с,I2c=Iн.с,I2=Iн,I21=I’н,I0c= Io.c,N1=Nв,N2=Nн.

Контрольные вопросы

1.Как определить расход пара?

2.Для чего используется пиковые водогрейные котлы?

3.Что входит в отопительную нагрузку?

4.Как определить тепловую нагрузку ТЭЦ?

5.Какую воду называют сетевой?

6.Что такое закрытая система теплоснабжения?

7.Что такое система теплоснабжения?

8.Когда применяется закрытая и открытая системы?

9.Какие виды регулирования отпуска тепла существуют?

10.Какое регулирование оптимально?

Варианты заданий.

Вариант 1.

Определить расход пара на верхней и нижней ступени если известны Iв=10,Iн=10

Вариант 2

Определить расход пара на верхней и нижней ступени если известны

Iв=9,Iн=9

Вариант 3

Определить расход пара на верхней и нижней ступени если известны

Iв=8,Iн=8

Вариант 4

Определить расход пара на верхней и нижней ступени если известны

Iв=7,Iн=7

Вариант 5

Определить расход пара на верхней и нижней ступени если известны

Iв=6,Iн=6