Теплоснабжение. Теплогенерирующие установки

Теплоснабжение. Теплогенерирующие установки

Водяные тепловые сети

В настоящее время для удовлетворения отопительно-вентиляционных и бытовых потребностей в тепловой энергии жилых и общественных зданий, а также промышленных предприятий используется главным образом горячая вода, что предопределило преобладающее распространение водяных систем теплоснабжения в городах, поселках и населенных пунктах.

По количеству трубопроводов тепловой сетитепловые сети делятся на одно-, двух-, трех и четырехтрубные.

Наибольшее распространение получили двух- и четырехтрубные тепловые сети (рис.10.4), однако, возможно применение одно- и трех­трубных тепловых сетей. Системы теплоснабжения большой и средней мощности с точки зрения экономичности предпочтительно выполнять двухтрубными с общим подающим трубопроводом горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и общим обратным трубопроводом.

 

а)

б)

 

Рис. 10.4 Принципиальные схемы водяных систем теплоснабжения двухтрубной закрытой (а) и четырехтрубной (б):

1 – источник тепла; 2 – подающий трубопровод теплосети; 3 – абонентский ввод; 4 – калорифер вентиляции; 5 – абонентский теплообменник отопления; 6 – нагревательный прибор; 7 – трубопроводы местной системы отопления; 8 – местная система горячего водоснабжения; 9 – обратный трубопровод теплосети; 10 – теплообменник горячего водоснабжения; 11 – холодный водопровод; 13 – подающий трубопровод горячего водоснабжения; 14 – рециркуляционный трубопровод горячего водоснабжения

 

Использование четырехтрубных тепловых сетей упрощает процессы подготовки теплоносителя для потребителей теплоты, так как сети включают два подающих трубопровода для подачи горя­чей воды на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабже­ния и два обратных трубопровода от потребителей (из систем ото­пления, вентиляции и циркуляционного трубопровода горячего во­доснабжения).

Тепловые потребители могут присоединяться непосредствен­но к тепловым сетям через центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные тепловые пункты (ИТП, абонентские вводы), в которых осуществляется приготовление и подача горячей воды нужных параметров для отопления, вентиляции и горячего водо­снабжения потребителей. ЦТП и ИТП в общем случае включают подогреватели, элеваторы, насосы, запорно-регулирующую арма­туру и средства автоматического регулирования расхода и пара­метров теплоносителей и т.д.

Преимущественное применение в горо­дах двухтрубных систем объясняется тем, что эти системы по сравнению с многотруб­ными требуют меньших начальных вложе­ний и дешевле в эксплуатации. Двухтруб­ные системы применимы в тех случаях, ко­гда всем потребителям района требуется те­плота примерно одного потенциала. Такие условия обычно имеют место в городах, где вся тепловая нагрузка (отопление, вентиля­ция и горячее водоснабжение) может быть удовлетворена в основном теплотой низко­го потенциала.

При применении ЦТП, с одной стороны, уменьшаются начальные затраты на сооружение подогревательной установки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующих устройств благодаря увеличению их единичной мощности и сокращению количества элементов оборудования, но, с другой – возрастают начальные затраты на сооружение и эксплуатацию распределительной сети между ЦТП и отдельными зданиями, так как вместо двухтрубной сети приходится сооружать на этих участках четырехтрубную или как минимум трехтрубную сеть (при отказе от циркуляции воды в системе горячего водоснабжения), что еще больше увеличивает потери теплоты и воды в системе горячего водоснабжения.

Закрытые и открытые системы. Двухтрубные водяные системы бывают закрытыми и открытыми. Различаются эти системы технологи­ей приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения (рис. 10.5). В закрытых системах для горячего водоснабжения исполь­зуется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из тепловой сети (рис. 10.5, а). В открытых сис­темах воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловой сети. Отбор воды из подающей и обратной труб тепловой сети производят в таких количествах, чтобы после смешения вода приобрела нужную для горячего водоснабжения температуру (рис. 10.5, б).

Рис. 10.5. Принципиальные схемы приготовления воды для горячего водоснабжения на абонент­ских вводах в двухтрубных водяных системах теплоснабжения (а – при закрытой системе; б – при открытой системе):

1 – подающий и обратный трубопроводы тепловой сети; 2 – теплообменник горячего водоснабжения; 3 – холод­ный водопровод; 4 – местная система горячего водоснаб­жения; 5 – регулятор температуры; 6 – смеситель; 7 – обратный клапан

 

В закрытых системах теплоснабжения сам теплоноситель нигде не расходуется, а лишь циркулирует между источником тепла и местными системами теплопотребления. Это значит, что такие системы закрыты по отношению к атмосфере, что и нашло отражение в их названии.

При закрытой системе теплоснабжения водопроводная вода, поступающая в уста­новки горячего водоснабжения, не имеет прямого контакта с сетевой водой, так как подогрев водопроводной воды осуществля­ется на ЦТП или на абонентских вводах в поверхност­ных водо-водяных подогревателях. Гидрав­лическая изолированность водопроводной воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети, – преимущество закры­той системы. Благодаря гидравлической изолированности водопроводной воды от сетевой обеспечивается стабильное качест­во горячей воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, такое же, как каче­ство водопроводной воды. Чрезвычайно прост санитарный контроль системы горя­чего водоснабжения благодаря короткому пути прохождения водопроводной воды от ввода в здание до водоразборного крана. Прост контроль герметичности теплофика­ционной системы, который проводится по расходу подпитки.

Основные недостатки закрытых систем:

1) выпадение накипи в водо-водяных подогревателях и трубопроводах местных установок горячего водоснабжения при использовании водопроводной воды, имеющей повышенную карбонатную (времен­ную) жесткость > 7 мг-экв/л;

2) коррозия местных установок горячего водоснабжения из-за поступления в них недеаэрированной водопроводной воды;

3) сложность оборудования и эксплуата­ции абонентских вводов горячего водоснаб­жения из-за установки водо-водяных подог­ревателей.

Основной особенностью открытых сис­тем теплоснабжения является разбор сете­вой воды из тепловой сети для горячего во­доснабжения. Это позволяет использовать для горячего водоснабжения в больших ко­личествах отходящие теплые воды с темпе­ратурой 15–30 °С, имеющиеся на электро­станциях (охлаждающая вода конденсато­ров турбин, охлаждающая вода топочных панелей) и на многих промышленных пред­приятиях. В закрытых системах теплоснаб­жения возможность использования этой во­ды весьма ограниченна, так как расход на подпитку, для которой эта вода может быть применена, обычно не превышает 0,5–1 % расхода циркулирующей воды.

Использование отходящей от ТЭС теп­лой воды в открытых системах дает эконо­мию топлива и снижает стоимость горячего водоснабжения.

В открытых системах упрощается обо­рудование абонентских вводов и абонент­ских установок горячего водоснабжения, так как отпадает необходимость примене­ния на вводе водо-водяных подогревателей.

Местные установки горячего водоснабжения в открытых системах теплоснабжения не подвергаются зашламлению и коррозии, так как подпиточная вода до подачи в сеть проходит предварительную обработку – химочистку и деаэрацию.

В открытых системах для этой цели при­ходится сооружать мощные водоподготовительные установки.

Основные преимущества открытых сис­тем по сравнению с закрытыми:

1) возможность использования для го­рячего водоснабжения низкопотенциаль­ной отработавшей теплоты электростанций и промышленных предприятий;

2) упрощение и удешевление абонент­ских вводов (ИТП) и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;

Недостатки открытых систем:

1) усложнение и удорожание станцион­ной водоподготовки;

2) нестабильность (по запаху, цветно­сти и другим санитарным качествам) воды, поступающей в водоразбор при зависимой схеме присоединения отопительных уста­новок к тепловой сети и высокой окисляемости водопроводной воды, что может быть устранено при практически 100 % - ном при­соединении отопительных установок по не­зависимой схеме;

3) усложнение и увеличение объема сани­тарного контроля системы теплоснабжения;

4) усложнение эксплуатации из-за не­стабильности гидравлического режима теп­ловой сети, связанной с переменным расхо­дом воды в обратной линии;

5) усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения в связи с тем, что в открытых системах теплоснабжения расход подпитки не характеризует плотность системы.

По конфигурации тепловые сети подразделяют на радиальные (лучевые) и кольцевые (рис. 10.6.)

Рис. 10.6. Схемы тепловых сетей: тупиковая (а) и кольцевая (б)

1 – лучевой магистральный теплопровод; 2 – тепловые потребители; 3 – перемычки; 4 – районные (квартальные) котельные; 5 – секционирующие камеры; 6 – кольцевая магистраль; 7 – центральные тепловые пункты; 8 – промышленные предприятия

 

Радиальные сети (рис. 10.6,а) сооружают с посте­пенным уменьшением диаметров теплопроводов в направлении от источника теплоты. Такие сети наиболее просты и экономичны по начальным затратам. Их основной недостаток – отсутствие резервирования. Хотя кольцевание сетей существенно удорожает их, но зато в крупных системах теплоснабжения значительно повы­шается надежность теплоснабжения, создается возмож­ность резервирования.

Тепловые сети разделяют па магистральные, прокла­дываемые на главных направлениях населенных пунктов распределительные – внутри квартала, микрорайона и ответвления к отдельным зданиям.

По способу прокладки различают надземные и подземные тепловые сети.

Надземная прокладка, более дешевая, (на эстакадах, мачтах, колонах) применяется на производственных площадках или вне городов и поселков.

Основным видом прокладки является подземная которая подразделяется на канальную и бесканальную.

Наиболее распространена прокладка в непроходных каналах из отдельных типовых блоков.

В месте ответвления к потребителю тепла обязательно устраивают специальную камеру, где устанавливают отключающую ар­матуру и неподвижные опоры, фиксирующие трубопроводы в неподвижном положении.

Камеры выполняют из сборных железобетонных элементов высотой 1.8…2.0 м.

Рис. 10.7. Подземная прокладка теплопроводов в непроходном канале:

1 – трубопровод; 2 – теплоизоляция; 3 – внешнея штукатурка; 4 – бетонные подкладки; 5 – плиты и стенки каналов; 6 – гравий; 7 – дренажная труба

 

Для обеспечения стока воды, попавшей в подземные тепловые сети, дно каналов делают с уклоном в сторону камер, где устраивают специальный приямок. Для понижения уровня грунтовых вод вдоль теплотрассы прокладывают дренажные трубы с песчано–щебеночной от­сыпкой для улучшения фильтрации воды.

Между неподвижными опорами на прямых участках трубопроводов устраивают специальные компенсаторы для снятия напряжения от удлинения трубопроводов, возникающего при подаче воды с высокой температурой.

Наибольшее распространение получили П –образные–компенсаторы, а также угловые (места поворота трассы). Эти компенсирующие устройства эффективны при диаметрах труб до 200…300мм. При больших диаметрах используют сальниковые компенсаторы, более до­рогие в устройстве и эксплуатации.

Для предотвращения истирания труб опоры устраивают подвижными. Прокладка теплопроводов в специальных каналах позволяет повысить долговеч­ность тепловых сетей и уменьшить потери тепла за счет сохранности тепловой изоляции.

Применяемые конструкции тепловой сети весьма разнообразны и зависят от наличия местной производительной базы их изготовления. Однако, предпочтение следует отдавать индустриальным крупноблочным конструкциям.

Возможна прокладка теплопроводов бесканальным способом. Эта прокладка весьма индустриальна, она на 30 – 35% дешевле канальной, но требует специальных мер сохранности изоляции и теплопроводов при транспортировке и эксплуатации.

Теплопроводы перед нанесением тепловой изоляции снаружи очищают от ржавчины ипокрывают антикоррозионным покрытием.

В качестве покрытия теплопроводов с температу­рой теплоносителя до 100°С используют бризол в два слоя по холодной изольной мастике. При температуре теплоносителя до 180°С используют термоустойчивый изол.

Тепловая изоляция теплопроводов выполняется из материалов обладающих малой теплопроводностью: матами из минерального или штапельного волокна, пеноуретана, совелита, асбозурита и т. п.

Тепловые сети монтируют на сварке из стальных труб бесшовных горячекатаных (ГОСТ 8732–78) и электросварных прямошовных и со спиральным швом (ГОСТ 10704–91 и 8096–74). Для трубопроводов наружных сетей ГВС могут применятся неметаллические полимерные и винипластовые трубы.

Централизованное теплоснабжение связано с эксплутационной трудностью обеспечения разнохарактерных требований многих потреблений тепла.

С целью сокращения количества воды, циркулирующей в теплопроводах, температуру подающей воды в расчетный зимний период года стремятся поддерживать возможно более высокой (до 150°С). Температуру воды, возвращающейся от потребителя, стремятся иметь 70°С. При изменении тепловых потерь потребителями, в связи с изменением наружных климатических условий, регулирование отпуска тепла осуществляется централизованно путем изменения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе без изменения ее расхода (качественное регулирование).

 

Теплоснабжение. Теплогенерирующие установки