kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

систем отопления и приточной вентиляции промышленные системы чаще всего используют горячую воду. В коммунальных системах, потребителями в которых являются жилые и общественные здания, в качестве единого теплоносителя применяется горячая вода.

Наиболее часто крупные системы теплоснабжения имеют смешанный характер потребителей: от одного источника тепла (чаще всего ТЭЦ) получают тепло и промышленные предприятия и жилищнокоммунальный сектор города. Таким образом, классификация крупных систем теплоснабжения по признаку принадлежности потребителей может быть сделана только условно. Как правило, источниками тепла для крупных промышленных предприятий с большим расходом тепла являются ТЭЦ, от которых одновременно получают тепло и прилегающие жилые кварталы.

2.4. Основные виды и схемы централизованного теплоснабжения

Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого (до 150 °С) и среднего (до 350 °С) потенциаланесколькихпотребителейотодногоилинесколькихисточников.

Источником тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК)

иквартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям

ввиде горячей воды и водяного пара. Для снабжения тепловой энергией жилищно-коммунального сектора в качестве теплоносителя применяют воду, а для снабжения промышленных предприятий, наряду с водой, часто используют водяной пар. Параметры теплоносителя зависят от вида потребителей тепловой энергии и обосновываются техникоэкономическим расчетом.

Различают два способа централизованной выработки электрической

итепловой энергии (см. рис. 2.7):

–комбинированный на ТЭЦ (см. рис. 2.7, в);

–раздельный на конденсационной электрической станции (КЭС)

иРК (см. рис. 2.7, а и 2.7, б).

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии называется теплофикацией. Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснабжения.

При комбинированном способе кинетическая энергия пара используется вначале в турбине для выработки электрической энергии, а затем тепловая энергия частично отработавшего пара используется в тепло-

31

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

подготовительной установке источника тепла для централизованного теплоснабжения.

Рис. 2.7. Упрощенные принципиальные схемы раздельного и комбинированного процессов выработки тепла и электроэнергии: Раздельный процесс:

а – конденсационная электрическая станция (КЭС); б – районная котельная (РК);

в – комбинированный процесс (ТЭЦ); 1 – котел; 2 – турбина; 3 – генератор; 4 – конденсатор; – конденсатный насос; 6 – регенеративный подогреватель; 7 – питательный насос; 8 – подогреватель сетевой воды; 9 – сетевой насос

Сопоставление ориентировочных тепловых балансов при раздельной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии показывает, что общая доля полезного использования тепла при раздельной выработке примерно вдвое меньше, чем на ТЭЦ.

Вконденсационных турбинах с целью увеличения выработки электрической энергии пар срабатывается до более глубокого вакуума, чем

втеплофикационных турбинах. Поэтому электрическая энергия, вырабатываемая за цикл в конденсационной турбине, превосходит выработку электроэнергии, производимую в теплофикационной турбине.

Вконденсационном цикле тепло, выделяющееся при конденсации

отработавшего пара, передается в конденсаторе охлаждающей воде и из-за низкой ее температуры (25÷30 °С) не может быть использовано для целей теплоснабжения. Из теплофикационной турбины частично отработавший пар с более высоким давлением подается технологическому потребителю или поступает в теплофикационные подогреватели на нагрев сетевой воды, т. е. его тепло используется полезно.

В реальных условиях, с учетом дополнительных потерь, КПД КЭС по выработке электроэнергии не превышает 35÷43 %, а КПД ТЭЦ – 80 %.

При комбинированном способе производства удельный расход топлива на выработку электрической энергии получается значительно меньше, чем при раздельном способе.

32

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

2.5. Водяные системы теплоснабжения

Различают следующие типы водяных систем в зависимости от числа теплопроводов: одно-, двух-, трех- и многотрубные.

2.5.1. Однотрубная система

Минимальное число линий для открытой системы равно одной, двум, а для закрытой – двум.

Однотрубная система. Наиболее простой и перспективной для транспортировки тепловой энергии на большие расстояния является однотрубная бессливная система теплоснабжения (рис. 2.8).

ПКТ

ПРК

ПН1

ЦН

РС

ПН2 РП А

Рис. 2.8. Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей:

1 – транзитная магистраль; 2 – распределительные сети; ПКТ, ПРК – пиковые котельные ТЭЦ и района; ТП – теплофикационный подогреватель; ЦН – циркуляционный насос; ПН1, ПН2 – подпиточные насосы; РП, РР, РС – регуляторы подпитки, расхода и слива; А – аккумулятор

Вэтой системе необходимо, чтобы вся сетевая вода разбиралась

вточках водопотребления. Имеются варианты схем однотрубных систем дальнего теплоснабжения.

Однотрубная система распространяется от удаленной от города ТЭЦ до пикового источника, расположенного вблизи города, с прокладкой в районе теплопотребления обычных двухтрубных распределительных сетей.

Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно и регулируется регулятором расхода РР, установленным в ПРК. Неравномерное потребление горячей воды из распределительных сетей регулируется установкой аккумуляторов (А) для слива в них избытков воды и регуляторов подпитки (РП) и слива (РС).

33

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

2.5.2. Двухтрубные системы

Данные системы (рис. 2.9) получили широкое распространение.

Рис. 2.9. Двухтрубная водяная система теплоснабжения:

ПЛ – подающая линия тепловой сети; ОЛ – обратная линия; О, В, ГВС – тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение

Объясняется это тем, что они требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации. Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется тепло примерно одного потенциала. Такие условия имеются в городах, где вся тепловая нагрузка (отопление, вентиляция, ГВС) может быть удовлетворена в основном теплом низкого потенциала. Они являются наиболее простыми, но не обеспечивают надежного теплоснабжения, особенно ГВС. Этот недостаток обусловлен различным уровнем температур для отопления и ГВС. Для отопления и вентиляции используется сетевая вода из теп-

ловой сети в диапазоне температур tс.в = f(tн.в) = 60÷95 °С. Температура воды для ГВС tг = 55÷60 °С.

2.5.3. Трехтрубные системы

В этих системах по одному подающему трубопроводу подается тепловая энергия на отопительно-бытовые цели, по другому – на технологические нужды (см. рис. 2.10). Или по одному подающему трубопроводу обеспечивается нагрузка отопления, по другому – горячее водоснабжение. Таким образом, в этой системе возможно центральное регулирование двух различных по характеру тепловых нагрузок (сезонной и технологической).

Недостатки системы:

1)создается зависимый гидравлический режим в обратной трубе, который вызывает колебания давлений в элеваторе, что приводит к разрегулировке подачи тепла на отопление;

2)из-за отсутствия циркуляционного трубопровода ГВС утром вода в системе ГВС холодная.

34

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Рис. 2.10. Схема трехтрубной закрытой системы теплоснабжения:

ПК – пиковый котел; ТП – теплофикационный подогреватель; СН – сетевой насос; ВВ – водопроводная вода, П – подогреватель ГВС

2.5.4. Четырехтрубные системы

Четырехтрубные системы являются самыми надежными. Циркуляционный трубопровод ГВС обеспечивает циркуляцию горячей воды, тем самым предотвращается охлаждение воды в период пониженного водоразбора (рис. 2.11).

О + В

И О + В ТП ГВС

Циркуляционный водопровод

Рис. 2.11. Схема четырехтрубной системы теплоснабжения

Преимущество четырехтрубных систем состоит в том, что отпадает надобность в дорогостоящих ЦТП.

Повышение надежности трех- и четырехтрубных систем требует двойного увеличения затрат в сооружение тепловых сетей. Эти затраты сопоставимы или даже превышают затраты в источник теплоснабжения. Поэтому трех- и четырехтрубные сети длительной протяженности от ТЭЦ и РК не проектируются, а проектируются тепловые сети небольшой протяженности от небольших местных котельных и сельскохозяйственных комплексов.

35

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

В системах теплоснабжения с ТЭЦ и районными котельными четырехтрубные сети применяются, как внутриквартальные и микрорайонные, от ЦТП.

2.6. Присоединение потребителей

вводяных системах теплоснабжения

2.6.1.Зависимые схемы

Зависимые схемы – теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловых сетей. Таким образом, один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети, так и в отопительной системе. Вследствие этого давление в местных системах отопления определяется режимом давлений в наружных тепловых системах. Поэтому зависимые местные системы отопления используются в условиях, когда давление в тепловых сетях не превышает прочности отопительных приборов (0,6 МПа для чугунных радиаторов; 1,0 МПа – для стальных конвекторов).

При высокой температуре сетевой воды (tс.в) требуется применение специальных смесительных устройств для понижения температуры, т. к. в жилых домах в отопительных приборах допускается tс.в ≤ 95 °C, на предприятиях tс.в ≤ 105÷115 °С.

Применяются три зависимые схемы: без смешения; с элеватором; со смесительным насосом (СНС).

Схема без смешения

Зависимые схемы без смешения (рис. 2.12). Схема может применятся в случае, когда температура сетевой воды в подающей линии тепловой сети не превышает 90 °С.

t2

ОЛ

Рис. 2.12. Зависимая схема без смешения

Используется, когда в качестве источника применяется небольшая котельная с низкими выходными параметрами теплоносителя в трех-

и четырехтрубных сетях (t1 = t3).

36

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

В системах централизованного теплоснабжения, работающих по температурному графику 130/70 °С или 150/70 °С при низких темпера-

турах наружного воздуха (tн.в), температура сетевой воды в подающей

линии тепловой сети tс.в > 90 °С, поэтому на тепловом пункте (ТП) следует предусматривать специальные смесительные устройства для понижения температуры воды перед системой отопления. В качестве смесительных устройств используются:

–элеватор;

–смесительные насосы.

Схема с элеватором

Зависимая схема с элеваторным смешением показана на (рис. 2.13). Вода поступает на абонентский ввод с температурой t1 (t3 < t1). Конструкция и принцип действия элеватора и распределение скоростей и давления теплоносителя в элементах его конструкции показаны на рис. 2.14, 2.15.

Рис. 2.13. Зависимая схема с элеваторным смешением:

Gп – подмешиваемый расход; Gс – расход после смешения; Gо – расход из подающей линии на входе в элеватор

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды из подающего трубопровода (см. рис. 2.14). Рабочая во-

да с давлением P1 на выходе из сопла (К) приобретает значительную скорость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистрали P2, в результате чего обратная вода подсасывается струей рабочей воды. В камере смешения (КС) скорость воды выравнивается, давление постоянно; в диффузоре (Д) скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его сечения, а статическое давление воды увеличивается до P3 > P2.

37

Основной расчетной характеристикой для элеватора является коэффициент смешения

где t1, t2, t3 – соответственно температура воды в подающей, обратной линии и на входе в систему отопления после элеватора.

При подборе элеватора коэффициент смешения принимается на 15 % выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы, т. е. U = 1,15 U′.

Диаметр горловины элеватора рассчитывают по формуле [17]

где Gпр – приведенный расход воды в системе отопления;

38

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где G3' – расчетный расход смешанной воды, кг/ч;

h – расчетнаяпотерянапоравместнойотопительнойсистеме, мвод. ст. Диаметр выходного отверстия сопла элеватора рассчитывают по

формуле

Минимальный диаметр выходного отверстия сопла во избежание его засорения принимают 4 мм, максимальный из условия сохранения толщины стенок сопла – не менее 1 мм. При подборе ближайший меньший диаметр сопла принимают с точностью до 0,5 мм. Подбор элеваторов можно производить как расчетным путем, так и по номограммам или таблицам [17].

Схема со смесительным насосом (СНС)

Если на абонентском вводе нет требуемого перепада давления для установки элеватора, тогда в качестве смесительного устройства устанавливается смесительный насос (рис. 2.16). Условие установки насоса:

t3 < t1.

t2

ОЛ

Рис. 2.16. Зависимая схема с насосным смешением

Недостаток схемы: сопровождение работы центробежных насосов вибрацией и шумом, поэтому от установки СНС в жилых домах отказываются. Как правило, смесительные насосы устанавливаются на тепловых пунктах: на ИТП, если оно в отдельном здании, ЦТП, КРП.

39

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Все смесительные устройства характеризуются коэффициентом инжекции:

U = Gп / Gо = расход подмешиваемой воды/расход рабочей воды;

Gсмеш. = Gо + Gп. = Gо (1 + U).

Из уравнения теплового баланса для смесительного устройства на 1 кг Gо, получаем

U = (t10 – t3)/(t3 – t20).

Например, при температурном графике t1/t2 = 150/70 °C

Uр = (150 – 95) / (95 – 70) = 2,2.

Зависимые схемы можно применять при давлении воды в тепловых сетях не более 6 атм.

2.6.2. Независимые схемы

В независимых схемах присоединения теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором его тепло используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления. Сетевая вода и вода в местной системе отопления разделена поверхностью нагрева и, таким образом, сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга. Гидравлическая изоляция теплоносителей на абонентском вводе используется для защиты местных установок от завышенного или заниженного давления в тепловых сетях, при которых возможно разрушение нагревательных приборов или опорожнение местных систем отопления (рис. 217).

ОП

t3

t2.0

ЦН ПCO

РТ

t1

t2

ППН

Рис. 2.17. Независимая схема: ПСО – подогреватель системы отопления (водоводяной); ЦН – циркуляционный насос системы отопления; ППН – подпиточный насос системы отопления; РТ – авторегулятор температуры воды в системе

40