Беспалов В.И. Системы и источники энергоснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

11. Приведите схемы параллельного и двухступенчатого последова-

тельного присоединения на абонентском вводе горячего водоснабжения

и отопительной установки. В чем заключаются преимущества и недос-

татки двухступенчатой последовательной схемы по сравнению с парал-

лельной?

12. Какие параметры, характеризующие режим работы отопительной

установки, используются для группового или местного регулирования

отопительной нагрузки?

13. При какой структуре тепловой нагрузки целесообразно использовать

трехтрубные водяные системы теплоснабжения?

14. Какие преимущества дает присоединение отопительной установки и

установки горячего водоснабжения к водяной тепловой сети по прин-

ципу связанного регулирования?

15. При какой структуре городской тепловой нагрузки возможно при-

менение однотрубной (однонаправленной) транзитной транспортировки

теплоты в открытых системах теплоснабжения?

16. Укажите основные пути совершенствования системы сбора и воз-

врата конденсата, Каковы особенности закрытой системы сбора и воз-

врата конденсата?

17. Приведите основную особенность системы сверхдальней транспор-

тировки теплоты в химически связанном состоянии.

18. Опишите основные процессы системы сверхдальней транспортиров-

ки теплоты в химически связанном состоянии на базе конверсии метана.

4. Режимы регулирования систем централизованного те-

плоснабжения

4.1. Условные обозначения

Для сокращения объема текстовой части введем следующие условные

обозначения:

н.о

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования

отопления,

C, значения которой для ряда районов бывшего СССР при

ведены в приложении 1;

- текущее значение температуры наружного воздуха, t

≥ t

н.о

;

в.р

- расчетная температура воздуха отапливаемых помещений,

- любая температура воздуха в отапливаемых помещениях,

н.в

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования вен-

тиляции,

н.к

- температура наружного воздуха, соответствующая началу или кон-

цу отопительного сезона,

Q' - расчетная тепловая нагрузка (для отопления соответствует наруж-

ной температуре t

н.о

)·

При расчетной тепловой нагрузке Q':

 температура воды в подающем трубопроводе,

 - температура воды в обратном трубопроводе,

 - температура воды в подающем стояке местной системы после сме-

шения на вводе,

 - перепад температур воды в тепловой сети,

 - перепад температур воды в местной системе,

пр

 – средняя температура греющего прибора в местной системе,

ср

t - средняя температура нагреваемой среды,

 -температурный напор греющего прибора местной системы;

вр

пр

tt  ,

k' - коэффициент теплопередачи греющих приборов местной системы;

G' - расход воды в тепловой сети;

W'= G'c

- эквивалент расхода воды;

WGkt ,,,,,,,,,

пр321









- те же величины при произвольной те-

пловой нагрузке Q < Q';

u - коэффициент смешения, т.е. отношение расхода подмешиваемой

воды из обратной линии к расходу воды из подающей линии тепловой

сети;

F - площадь поверхности греющих приборов, м

;

- теплоемкость воды, С

= 4,19 кДж/(кг∙ К) = 1 ккал/(кг∙

C);

______

,,,,, kWGQ  - относительные величины соответственно тепловой

нагрузки, расхода, перепада температур в сети, перепада температур в

местной системе, температурного напора в греющих приборах, коэффи-

циента теплопередачи греющих приборов:

4.2. Методы регулирования отпуска тепла

Тепловая нагрузка абонентов непостоянна. Она изменяется в за-

висимости от метеорологических условий (температуры наружного воз-

духа, скорости ветра, инсоляции), режима расхода воды на горячее во-

доснабжение, режима работы технологического оборудования и других

факторов. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а также

экономичных режимов выработки теплоты на ТЭЦ или в котельных и

транспортировки ее по тепловым сетям выбирается соответствующий

метод регулирования.

В зависимости от пункта осуществления регулирования различа-

ют центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняется на ТЭЦ или в котельной;

групповое – на групповых тепловых подстанциях (ГТП); местное – на

местных тепловых подстанциях (МТП), называемых часто абонентски-

ми вводами; индивидуальное – непосредственно на теплопотребляющих

приборах. В большинстве случаев тепловая нагрузка в районе разно-

родна. В одном и том же районе и даже на одном и том же абонентском

вводе к тепловой сети присоединяется разнородная тепловая нагрузка,

например: отопление и горячее водоснабжение; отопление, вентиляция

и горячее водоснабжение и т.д. Кроме того, в крупных городах с протя-

женными тепловыми сетями абоненты, расположенные на разном рас-

стоянии от ТЭЦ, из-за транспортного запаздывания теплоносителя на-

ходятся в неодинаковых условиях.

Для обеспечения высокой экономичности теплоснабжения следу-

ет применять комбинированное регулирование, которое должно являть-

ся рациональным сочетанием, по крайней мере, трех ступеней регули-

рования – центрального, группового или местного и индивидуального.

Однако индивидуальное регулирование непосредственно на те-

плопотребляющих приборах требует применения большого количества

индивидуальных регуляторов. В настоящее время это не всегда выпол-

нимо, потому что требуются большие затраты на реконструкцию дейст-

вующих теплопотребляющих установок. Особенно затруднена реконст-

рукция систем отопления, которые выполнены по однотрубной схеме,

когда работа одних нагревательных приборов жестко связана с работой

других. Поэтому регулирование систем теплоснабжения и режимов от-

пуска теплоты ограничивается только двумя-тремя ступенями –

центральным и групповым и (или) местным, а в системах теплоснабже-

ния малой мощности – одной ступенью на источнике теплоты.

Эффективное регулирование может быть достигнуто только

с помощью соответствующих систем автоматического регулирования

(САР), а не вручную, как это имело место в начальный период развития

централизованного теплоснабжения.

Центральное регулирование ведется по типовой тепловой нагруз-

ке, характерной для большинства абонентов района. Такой нагрузкой

может быть как один вид нагрузки, например отопление, так и два раз-

ных вида при определенном количественном соотношении, например

отопление и горячее водоснабжение при заданном соотношении расчет-

ных значений этих нагрузок [39, 83, 105].

В 1970-1980 гг. нашло широкое применение центральное регули-

рование по совмещенной нагрузке – отопления и горячего водоснабже-

ния. Эти нагрузки являются основными в современных городах и при

рассматриваемом методе регулирования можно удовлетворять нагрузку

горячего водоснабжения без дополнительного увеличения или с незна-

чительным увеличением расчетного расхода воды в сети по сравнению

с расчетным расходом воды на отопление. Снижение расчетного расхо-

да воды в сети приводит к уменьшению диаметров трубопроводов теп-

ловых сетей, а следовательно, и к снижению начальных затрат на их со-

оружение.

Как при групповом, так и при местном регулировании исполь-

зуются САР, управляющие подачей теплоты в группы однотипных теп-

лопотребляющих установок или приборов. При таком решении значи-

тельно сокращается количество устанавливаемых авторегуляторов, од-

нако подача теплоты проводится по усредненному параметру для каж-

дого вида тепловой нагрузки, измеряемому в одной или нескольких

контрольных точках установки. При наличии в местной системе разре-

гулировки нарушается требуемый температурный режим в отдельных

точках, хотя среднее значение регулируемого параметра в контрольной

точке системы при этом выдерживается.

Для обеспечения высокого качества и экономичности теплоснаб-

жения необходима тщательная начальная регулировка абонентской ус-

тановки, обеспечивающая правильное распределение теплоносителя по

отдельным приборам местной системы.

Основное количество теплоты в абонентских системах расходует-

ся для нагревательных целей, поэтому тепловая нагрузка зависит в пер-

вую очередь от режима теплоотдачи нагревательных приборов. Нагре-

вательные приборы абонентских установок весьма разнообразны по

своему характеру, конструкции и техническому оформлению: это ото-

пительные приборы, отдающие теплоту воздуху излучением и свобод-

ной конвекцией; вентиляционные калориферы, нагревающие воздух,

движущийся с большой скоростью вдоль поверхности нагрева; раз-

личные технологические аппараты, в которых пар или вода нагревают

вторичный агент. Несмотря на все многообразие, теплоотдача всех ви-

дов нагревательных приборов может быть описана общим уравнением

,)(

nWtnkFQ













(4.1)

где Q – количество теплоты, отданное за время п; kF – произведение ко-

эффициента теплопередачи нагревательных приборов на их поверх-

ность нагрева; ∆t – средняя разность температур между греющей и на-

греваемой средой; W

– эквивалент расхода первичной (греющей) сре-

ды; , и



температуры первичной (греющей) среды на входе в на-

гревательный прибор и на выходе из него.

Средняя разность температур может быть представлена в первом

приближении как разность между среднеарифметическими температу-

рами греющей и нагреваемой среды:

2121











 =

ср

t







(4.2)

где t

ср

– средняя температура нагреваемой среды; t

и t

– температуры

вторичной (нагреваемой) среды на входе в нагревательный прибор и на

выходе из него.

Как следует из уравнений (4.1) и (4.2),

;

 .

ср

ntkFQ



















Из совместного решения находим

5,01

)(

ср1

WkF









(4.3а)

Как видно из (4.3 а), тепловая нагрузка принципиально может ре-

гулироваться за счет изменения пяти параметров: коэффициента тепло-

передачи нагревательных приборов k, площади включенной поверхно-

сти нагрева F, температуры греющего теплоносителя на входе в прибор

, эквивалента расхода греющего теплоносителя W

, времени работы

прибора п. Для центрального регулирования из этих пяти параметров

практически можно использовать только τ

и W

. При этом необходимо

учитывать, что возможный диапазон изменения τ

и W

в реальных ус-

ловиях ограничен рядом обстоятельств.

При разнородной тепловой нагрузке нижним пределом τ

является

обычно температура, требуемая для горячего водоснабжения (обычно

60 °С). Верхний предел τ

определяется допустимым давлением в по-

дающей линии тепловой сети из условия невскипания воды. Верхний

предел W

определяется располагаемым напором на ГТП или МТП и

гидравлическим сопротивлением абонентских установок. Что же каса-

ется параметров k, F и п, то ими можно пользоваться для изменения

расхода теплоты, как правило, только при местном регулировании.

Если теплоносителем служит насыщенный пар, то; поскольку W

= 1/2, а τ

= τ

= τ, уравнение (4.3а) принимает вид





ср

ntkFQ







(4.3б)

где τ – температура конденсации пара, °С.

Основной метод регулирования тепловой нагрузки нагреватель-

ных приборов при использовании пара заключается в изменении темпе-

ратуры конденсации посредством дросселирования или же в изменении

времени п работы прибора, т.е. работа так называемыми «пропусками».

Оба метода регулирования являются местными.

В водяных системах централизованного теплоснабжения (СЦТ)

принципиально возможно использовать три метода центрального регу-

лирования:

1) качественный, заключающийся в регулировании отпуска теп-

лоты за счет изменения температуры теплоносителя на входе в прибор

при постоянном расходе теплоносителя, подаваемого в регулируемую

установку;

2) количественный, заключающийся в регулировании отпуска те-

плоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной темпе-

ратуре его на входе в регулируемую установку;

3) качественно-количественный, заключающийся в регулировании

отпуска теплоты посредством одновременного изменения расхода

) и температуры теплоносителя τ

При автоматизации абонентских вводов основное применение в

городах получило центральное качественное регулирование, дополняе-

мое на ГТП или МТП количественным регулированием или регулирова-

ние пропусками.

Качественная работа отопительных установок жилых и общест-

венных зданий при применении количественного регулирования или ре-

гулирования пропусками возможна только при присоединении этих ус-

тановок к тепловой сети по независимой схеме или по зависимой схеме

со смесительным насосом (см. рис. 3.6, л и м и 3.10, к и л), так как толь-

ко при этих схемах присоединения в местных отопительных установках

может поддерживаться расчетный расход воды независимо от ее расхо-

да из тепловой сети.

При присоединении отопительных установок к тепловой сети по

зависимой схеме с элеватором без дополнительного смесительного на-

соса снижение расхода сетевой воды вызывает пропорциональное изме-

нение ее расхода в местной системе. При уменьшении расхода воды в

отопительной установке увеличивается перепад температур воды в ото-

пительных приборах и возрастает гравитационный перепад, что при-

водит к вертикальной разрегулировке отопительных систем. Это об-

стоятельство ограничивает использование количественного регулирова-

ния в двухтрубных отопительных установках жилых зданий, имеющих,

как правило, значительную высоту и небольшую потерю напора при

расчетном расходе воды.

Разрегулировка в отопительных установках возникает также при

регулировании пропусками, так как при периодических выключениях и

включениях циркуляции отопительные приборы, находящиеся на раз-

личном расстоянии от узла регулирования, находятся в неодинаковых

условиях.

При теплоснабжении от ТЭЦ комбинированная выработка элек-

трической энергии при центральном качественном регулировании

больше, чем при других методах центрального регулирования. Цен-

тральное количественное регулирование уступает качественному в от-

ношении стабильности теплового режима отопительных установок,

присоединенных к тепловой сети по зависимой схеме с элеваторным

смешением без установки дополнительного смесительного насоса.

Вследствие переменного расхода воды в сети расход электроэнергии на

перекачку при количественном регулировании меньше, чем при качест-

венном.

При разнородной тепловой нагрузке, когда применение централь-

ного регулирования в течение всего отопительного сезона не дает воз-

можности сочетать требования различных абонентов, снабжаемых теп-

лотой от единой тепловой сети, приходится менять метод центрального

регулирования на различных диапазонах отопительного периода.

Центральное регулирование отпуска теплоты принципиально мо-

жет осуществляться как при непрерывной, так и при периодической по-

даче теплоты абонентам «пропусками». В последнем случае увязка гра-

фиков подачи и использования теплоты осуществляется с помощью

различных теплоаккумулирующих установок .

Для всех систем непрерывного регулирования действительны следую-

щие зависимости, базирующиеся на уравнениях теплового баланса и те-

плопередачи:

_____

tktWQ 

(4.4)

В ряде случаев при расчете режимов регулирования с переменным

расходом воды приходится задаваться зависимостью расхода или экви-

валента расхода воды в сети от тепловой нагрузки. Эту зависимость

удобно описывать эмпирическим уравнением

 ИЛИ .

WQ 

(4.5)

Принципиально уравнение (4.5) применимо при всех системах регули-

рования.

При качественном регулирова-

нии, т.е. при постоянном расходе се-

тевой воды, т = 0, W = 1. Как видно

из (4.4), в этом случае

Q

При количественном регулиро-

вании т ~ 1. Тогда как видно из

уравнения (4.5) .

WQ 

При качественно-количественном ре-

гулировании 0 ≤ m ≤ 1. Как видно из

выражения (4.5), в этом случае

WQ 

На рис. 4.1 приведена зависимость

)(WfQ  при различных системах

регулирования.

Рис. 4.1 Зависимость .)(

WfQ 

1–качественное регулирование; 2 –

качественно-количественное регули-

рование; 3,4 – количественное регу-

лирование

4.3.

Центральное регулирование однородной тепловой на-

грузки

В нашей стране и во многих других странах отопление в боль-

шинстве районов – основной вид тепловой нагрузки, а в некоторых слу-

чаях – единственная тепловая нагрузка. Доля других видов тепловой на-

грузки, например горячего водоснабжения и вентиляции, в период ото-

пительного сезона обычно существенно ниже отопительной нагрузки.

Поэтому в основу центрального регулирования часто закладывается за-

кон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воз-

духа.

В районах с преобладающей отопительной нагрузкой центральное

регулирование отпуска теплоты целесообразно осуществлять по экви-

валентной наружной температуре.

Под эквивалентной наружной температурой t

понимается на-

ружная температура, при которой теплопотери зданий от теплопередачи

через наружные ограждения равны фактическим теплопотерям этих зда-

ний с учетом инфильтрации холодного воздуха и солнечной радиации.

Центральное регулирование отопительной нагрузки. Задача

регулирования состоит в поддержании расчетной внутренней темпера-

туры

(в.р

в отапливаемых помещениях. Рассмотрим три теоретически

возможных метода центрального регулирования отопительной нагруз-

ки: качественный, количественный и качественно-количественный.

Качественное регулирование. Расчет качественного регулиро-

вания заключается в определении температуры воды в тепловой сети в

зависимости от тепловой нагрузки при постоянном эквиваленте расхода

теплоносителя в тепловой сети, т.е. при W

При зависимой схеме присоединения отопительных установок к

тепловой сети (см. рис. 3.5,

а-в

и 3.9,

а-в)

уравнения температурных

графиков являются частными случаями уравнений (4.33а) и (4.34а) при

= 1.

При принудительной циркуляции воздуха вдоль поверхности на-

грева отопительных приборов (например, в отопительных агрегатах

воздушного отопления) коэффициент теплопередачи остается практиче-

ски постоянным независимо от температуры воды в приборе. Для этих

условий температурные графики принимают вид прямых линий.

,)(

ов.р

о1в.ро1

Qtt 

(4.6

)

,)(

ов.р

о2в.ро2

Qtt 

(4.7

)

Таблица 4.1.

Температура воды в тепловой сети при качественном регулирова-

нии тепловой нагрузки и зависимой схеме присоединения отопительных

установок

Температура воды в подающей линии τ

о1

°С, при δτ'

о ,

°С

Температура воды после отопительной уста-

новки τ

о2

, °С

25 40 50 60 70 80

0,2

38,3 ~1,3

43,3

45,3

47,3

49,3

33,3

0,4

54,0 60,0

64,0

68,0

72,0

76,0

44,0

0,6

68,5 77,5

83,5

89,5

95,6

101,5

53,5

0,8

82,0 9~,0

102,0

110,0

118,0

126,0

62,0

1,0

95,0 110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

70,0

4.4. Централизованное регулирование разнородной тепловой

нагрузки

Прежде всего, необходимо отметить, что применение только

центрального регулирования систем теплоснабжения не может обеспе-

чить качественное и экономичное регулирование разнородных тепло-

вых нагрузок. Центральное регулирование, выполняя грубую регули-

ровку системы теплоснабжения, позволяет снизить нагрузку на системы

группового и местного регулирования. Однако наиболее эффективным

методом регулирования разнородных тепловых нагрузок является инди-

видуальное регулирование теплопотребляющих установок, так как

только при индивидуальном регулировании можно учесть все факторы,

влияющие на тепловые нагрузки.

Обычно в городах основной тепловой нагрузкой является отопле-

ние. Существенное развитие, особенно в новых городских районах,

приобрело в последние годы горячее водоснабжение. Значительно

меньше вентиляционная нагрузка городских районов. Поэтому цен-