Вопросы для самопроверки по разделу 5

1. Особенности применения паровых систем теплоснабжения без возврата и с возвратом конденсата.

2. Назовите схемы присоединения сантехнических и технологических потребителей предприятий к паровым сетям с возвратом конденсата.

3. Условия применения РОУ и ПСК в паровых системах теплоснабжения.

4. Назовите основные схемы присоединения потребителей к тепловым сетям в закрытых системах теплоснабжения (СТЗ).

5. Преимущества и недостатки СТЗ.

6. Назовите основные схемы присоединения потребителей к тепловым сетям в открытых системах теплоснабжения (СТО).

7. Преимущества и недостатки СТО.

8. Принципиальные отличия в системах дальнего теплоснабжения – СДТ и АСДТ.

9. Отличительные особенности СДТ от обычных СТЗ и СТО.

10. Приведите принципиальную схему АСДТ.

11. Что сдерживает практическую реализацию проектов АСДТ?

Раздел 6. Регулирование отпуска теплоты

Материалы раздела служат основой для теоретического описания режимов эксплуатации СТ. Необходимо обратить внимание на причины выбора того или иного метода регулирования и обусловленность их комбинированного применения. Необходимо также понять, почему тот или иной метод является энерго- и (или) ресурсосберегающим.

6.1. Методы регулирования отпуска теплоты

6.1.1. Классификация методов регулирования

Тепловая нагрузка определяется технологическим регламентом и требуемой производительностью технологического агрегата (ТА), метеоусловиями (температура наружного воздуха, скорость ветра, продолжительность отопительного и неотопительного периода и др.). Требуемое качество теплоснабжения потребителей и высокий уровень использования энергоносителей в СТ обеспечивается соответствующим методом регулирования.

В СЦТ регулирование по месту применения средств автоматического регулирования (САР) делится на:

• центральное – САР в ИТ (ТЭЦ, котельная);

• групповое – САР в групповых тепловых подстанциях (ГТП и ЦТП);

• местное - САР в ИТП;

• индивидуальное - авторегуляторы на теплопотребляющих приборах;

• комбинированное – сочетание двух и более ступеней регулирования.

По-видимому, с ростом числа ступеней регулирования возрастает качество и надёжность теплоснабжения при соответствующем росте затрат на САР.

В технологических и коммунально-бытовых системах передача теплоты Q (Дж)) за время n (с) осуществляется в различных нагревательных теплообменниках (ТО) и описывается общим уравнением теплового баланса

Q = k F Δt n = W_п (τ₁ – τ₂) n = W_в (t₁ - t₂) n, (6.1а)

а при непрерывной работе ТО (n = 1 с), Вт

Q = k F Δt = W_п (τ₁ – τ₂) = W_в (t₁ - t₂), (6.1б)

где k – коэффициент теплопередачи ТО, Вт/(м²·К); F –поверхность нагрева ТО, м²; W_п, W_в – эквиваленты расхода (произведение расхода на удельную теплоёмкость) первичного (греющего) и вторичного (нагреваемого) теплоносителя, Вт/К; τ₁, τ₂ - температура греющего теплоносителя на входе и выходе ТО; t₁, t₂ - температура нагреваемого теплоносителя на выходе и входе ТО; Δt - средняя разность температур между первичным и вторичным теплоносителями в ТО (например, в отопительном приборе), равная

Δt = (τ₁ + τ₂)/2 – (t₁ + t₂)/2 = (τ₁ + τ₂)/2 – t_ср, (6.2)

где t_ср – средняя температура нагреваемого теплоносителя.

Из уравнений (6.1 а) и (6.2) следует:

τ₂ = τ₁ – Q / (nW₁) и Q = kF [(τ₁ + τ₂)/2 – t_ср] n,

а из совместного решения полученных выражений –

Q = [(τ₁– t_ср] n / [1/(kF) + 0,5 / W₁]. (6.3)

Из выражения (6.3) следует, что при заданном значении t_ср тепловая нагрузка может регулироваться по пяти параметрам: τ₁, k, F, W₁ (G₁) и n. Поэтому, при выборе метода регулирования стремятся оптимизировать количество ступеней регулирования и количество регулируемых параметров. Регулирование с изменением поверхности нагрева F практически не применяется, поскольку связано с перерасходом удельных капиталовложений. Изменение n кратковременно применяется только при местном регулировании (регулирование пропусками).

Применяются следующие методы регулирования:

1) Количественное регулирование, когда отпуск теплоты меняется за счёт соответствующего изменения расхода теплоносителя без изменения его параметров (давления и температуры в паровых сетях или температуры в водяных сетях).

2) Качественное регулирование, когда отпуск теплоты меняется за счёт соответствующего изменения параметров теплоносителя (температуры сетевой в водяных ТС) без изменения его расхода.

3) Качественно-количественное регулирование, когда отпуск теплоты меняется за счёт одновременного изменения расхода и параметров теплоносителя (температуры теплоносителя в водяных ТС).

Количественное регулирование применяется в паровых СТ, поскольку пар перед ТА должен иметь заданные параметры, а его расход G₁ (W₁) меняться в соответствии с требуемой нагрузкой. Регулирование расхода пара на ТА осуществляется у потребителя, а обусловленное этим изменение давления пара в головном паропроводе служит импульсом для соответствующего изменения отпуска пара от ИТ. Поэтому принято считать, что паровые СТ относятся к системам с местным количественным регулированием. Поэтому говоря о регулировании отпуска теплоты в СЦТ, подразумевают водяные СТ.

Центральное регулирование в водяных ТС возможно практически по двум параметрам - τ₁ и W₁ (G₁). Регулирование тепловой нагрузки удобно описывать относительными характеристиками, т.е. соотношением текущего и номинального (с апострофом) значений рассматриваемых характеристик:

= Q/Q'; = G/G'; = W/W'; = k/k'; = Δt/ Δt'; = ' = (τ₁ – τ₂)/(τ'₁ – τ'₂)

и т.д. Тогда уравнение (6.1) можно представить в виде

= = . (6.4)

Зависимость расхода теплоносителя или его эквивалента от нагрузки можно описать эмпирической зависимостью

= ^m, откуда = ^1/m. (6.5)

Из (6.4-6.5) следует:

• При качественном регулировании m = 0, = 1 и = .

• При количественном регулировании m ≥ 1 и ≥ .

• При качественно- количественном регулировании 0 ≤ m ≤ 1 и ≤ .

Иллюстрация сделанных выводов представлена на рис. 6.1.

Надёжная эксплуатация отопительных систем потребителей при центральном количественном регулировании возможна при их независимом присоединении, а также при зависимом (элеваторном) присоединении совместно с насосом на перемычке. При элеваторном присоединении без насоса уменьшение расхода сопровождается вертикальной разрегулировкой двухтрубных систем отопления.

Рис. 6.1. Зависимость = f ( )

1 – качественное регулирование; 2 – качественно-количественное регулирование; 3, 4 – количественное регулирование

В СТ от ТЭЦ применение центрального количественного регулирования приводит к уменьшению теплофикационной выработки ЭЭ по сравнению с центральным качественным регулированием. Поэтому в водяных СЦТ без индивидуальных авторегуляторов температуры воздуха в помещениях следует применять следующие методы (СНИП 41-02-2003, п. 7.5):

«центральное качественное регулирование по нагрузке отопления или по совместной нагрузке отопления, вентиляции и ГВС путём изменения на источнике теплоты температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха;

центральное качественно-количественное регулирование по совместной нагрузке отопления, вентиляции и ГВС путём регулирования на источнике теплоты как температуры так и расхода сетевой воды;

центральное качественно-количественное регулирование на источнике теплоты может быль дополнено групповым количественным регулированием на тепловых пунктах преимущественно в переходный период отопительного сезона, начиная от точки излома температурного графика с учётом схем присоединения отопительных, вентиляционных установок и ГВС, колебаний давления в системе теплоснабжения, наличия и мест размещения баков-аккумуляторов, теплоаккумулирующей способности зданий и сооружений».