Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

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, по-

требителями в которых являются жилые и общественные здания, в ка-

честве единого теплоносителя применяется горячая вода.

Наиболее часто крупные системы теплоснабжения имеют смешан-

ный характер потребителей: от одного источника тепла (чаще всего

ТЭЦ) получают тепло и промышленные предприятия и жилищно-

коммунальный сект

ор 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 прилегаю-

щие жилые кварталы.

2.4. Основные виды и схем

централизованного теплоснабжения

Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обес-

печения тепловой энергией низкого (до 150 °С) и среднего (до 350 °С) по-

тенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников.

Источником тепловой энергии в системах централизованного теп-

лоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК)

и квартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям

в виде горячей воды и водяного пара. Для сн

абжения 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 технико-

экономическим расчетом.

Различают два способа централизованной выработки электрической

и теплово

й энергии (см. рис. 2.7):

– комбинированный на ТЭЦ (см. рис. 2.7,

в);

– раздельный на конденсационной электрической станции (КЭС)

и РК (см. рис. 2.7,

а и 2.7, б).

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной вы-

работки тепловой и электрической энергии называется

теплофикацией.

Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснаб-

жения.

При комбинированном способе кинетическая энергия пара исполь-

зуется вначале в турбине для выработки электрической энергии, а затем

тепловая энергия частично отработавшего пара используется в тепло-

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 комбинирован-

ного 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 – конден-

сатор; – конденсатный насос; 6 – регенеративный подогреватель; 7 – питательный насос;

8 – подогреватель сетевой воды; 9 – сетевой насос

Сопоставление ориентировочных тепловых балансов при раздель-

ной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии

показывает, что общая доля полезного использования тепла при раз-

дельной выработке примерно вдвое меньше, чем на ТЭЦ.

В конденсационных турбинах с целью увеличения выработки элек-

трической энергии пар срабатывается до более глубокого вакуума, чем

в теплофикационных турбинах. Поэтому электр

ическая энергия, выра-

батываемая за цикл в конденсационной турбине, превосходит выработ-

ку электроэнергии, производимую в теплофикационной турбине.

В конденсационном 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 выс

оким давлением подается технологиче-

скому 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 то-

плива на выработку электр

ической энергии получается значительно

меньше, чем при раздельном способе.

t1 t2

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 чис-

ла 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 од-

нотрубная бессливная сист

ема теплоснабжения (рис. 2.8).

ПКТ

ТП

ПН1

ПН2

ЦН

РП

РС

ПРК

РР

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

1 – транзитная магистраль; 2 – распределительные сети; ПКТ, ПРК – пиковые ко-

тельные ТЭЦ и района; ТП – теплофикационный подогреватель; ЦН – циркуляци-

онный насос; ПН1, ПН2 – подпиточные насосы; РП, РР, РС – регуляторы подпитки,

расхода и слива; А – аккумулятор

В этой системе необходимо, чтобы вся сетевая вода разбиралась

в точках водопотребления. Имеются варианты схем однотрубных сис-

тем дальнего теплоснабжения.

Однотрубная система распространяется от удаленной от города

ТЭЦ до пикового источника, расположенного вблизи города, с проклад-

кой в районе теплопотребления обычных двухтрубных распределитель-

ных сетей.

Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительн

ых сетей

предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских

тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно

и регулируется регулятором расхода РР, установленным в ПРК. Нерав-

номерное потребление горячей воды из распределительных сетей регу-

лируется установкой аккумуляторов (А) для слива в них избытков воды

и регуляторов подпитки (РП) и слива (РС).

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.

ПЛ

ОЛ

(О + В + ГВС

)

ТП

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 вложе-

ний и дешевле в эксплуатации. Двухтрубные системы применимы в тех

случаях, когда всем потребителям района требуется тепло примерно од-

ного потенциала. Такие условия имеются в городах, где вся тепловая

нагрузка (отопление, вентиляция, ГВС) может быть удовлетворена в ос-

новном теплом низкого потенциала. Они являются наиболее простыми,

но не обеспечив

ают 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

с.в

= f(t

н.в

) = 60÷95 °С. Температура

воды для ГВС

= 55÷60 °С.

2.5.3. Трехтрубные системы

В этих системах по одному подающему трубопроводу подается те-

пловая энергия на отопительно-бытовые цели, по другому – на техноло-

гические нужды (см. рис. 2.10). Или по одному подающему трубопро-

воду обеспечивается нагрузка отопления, по другому – горячее водо-

снабжение. Таким образом, в этой системе возможно центральное регу-

лирование двух различных по характеру тепловых нагрузок (сез

онной

и технологической).

Недостатки системы:

1) создается зависимый гидравлический режим в обратной трубе,

который вызывает колебания давлений в элеваторе, что приводит к раз-

регулировке подачи тепла на отопление;

2) из-за отсутствия циркуляционного трубопровода ГВС утром во-

да в системе ГВС холодная.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

ПК

ТП

СН

РТ

ВВ

РР

ОП

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. Циркуля-

ционный трубопровод ГВС обеспечивает циркуляцию горячей воды,

тем самым предотвращается охлаждение воды в период пониженного

водоразбора (рис. 2.11).

О + В

ТП

О + В

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 не

боль-

шой протяженности от небольших местных котельных и сельскохозяй-

ственных комплексов.

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 че-

тырехтрубные сети применяются, как внутриквартальные и микрорай-

онные, от ЦТП.

2.6. Присоединение потребителей

в водяных системах теплоснабжения

2.6.1. Зависимые схемы

Зависимые схемы – теплоноситель в отопительные приборы посту-

пает 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 оп-

ределяется режимом давлений в наружных тепловых системах. Поэтому

зависимые местные системы отопления используются в условиях, когда

давление в тепловых сетях не превышает прочности отопительных при-

боров (0,6 МПа дл

я чугунных радиаторов; 1,0 МПа – для стальных кон-

векторов).

При высокой температуре сетевой воды (

с.в

) требуется применение

специальных смесительных устройств для понижения температуры, т. к.

в жилых домах в отопительных приборах допускается

с.в

≤ 95 °C, на

предприятиях

с.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 приме-

нятся в случае, когда температура сетевой воды в подающей линии теп-

ловой сети не превышает 90 °С.

ОП

ОЛ

ПЛ

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 (

= t

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 (

н.в

), температура сетевой воды в подающей

линии тепловой сети

с.в

> 90 °С, поэтому на тепловом пункте (ТП) сле-

дует предусматривать специальные смесительные устройства для по-

нижения температуры воды перед системой отопления. В качестве сме-

сительных 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

< t

). Конст-

рукция и принцип действия элеватора и распределение скоростей и дав-

ления теплоносителя в элементах его конструкции показаны на

рис. 2.14, 2.15.

ОП

ОЛ

ПЛ

Рис. 2.13. Зависимая схема с элеваторным смешением:

– подмешиваемый расход; G

–

расход после смешения;

–

расход из подающей линии на входе в элеватор

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использова-

нии энергии воды из подающего трубопровода (см. рис. 2.14). Рабочая во-

да с давлением

на выходе из сопла (К) приобретает значительную ско-

рость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обрат-

ной магистрали

, 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 во-

ды увеличивается до

> P

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

На выходе из сопла должно быть создано разрежение, тогда в пат-

рубок будет подсасываться теплоноситель в количестве

c температу-

рой

. Для нормальной работы элеватора перепад давления на абонент-

ском вводе должен поддерживаться в пределах

ΔР = 15÷18 м вод. ст.

Сопло

КС(Г)

1,0

2,0

3,0

Рис. 2.14. Конструкция элеватора:

К – конфузор; КС(Г) – камера смешения (горловина); Д – диффузор

КС

Рис. 2.15. Изменение давления и скорости рабочей среды

в элементах элеватора

Основной расчетной характеристикой для элеватора является ко-

эффициент смешения

−

= ,

(2.1)

где

, t

– 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]

прг

0,874= , мм,

(2.2)

где

пр

– приведенный расход воды в системе отопления;

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

httc

)

(

3600

2,03

пр

−

, кг/ч,

(2.3)

где

– расчетный расход смешанной воды, кг/ч;

h – расчетная потеря напора в местной отопительной системе, м вод. ст.

Диаметр выходного отверстия сопла элеватора рассчитывают по

формуле

uudu

пр

0.4

)(1

0,6

)

(

780

−+++

, мм.

(2.4)

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 мень-

ший диаметр сопла принимают с точностью до 0,5 мм. Подбор элевато-

ров 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 уста-

навливается смесительный насос (рис. 2.16). Условие установки насоса:

< t

ОП

ПЛ

CН

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 отказы-

ваются. Как правило, смесительные насосы устанавливаются на тепло-

вых пунктах: на ИТП, если оно в отдельном здании, ЦТП, КРП.

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 = G

/ G

= расход подмешиваемой воды/расход рабочей воды;

смеш.

= G

+ G

п.

= G

(1 + U).

Из уравнения теплового баланса для смесительного устройства на

1 кг

, получаем

U = (t

– t

)/(t

– t

Например, при температурном графике

= 150/70 °C

= (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 на-

грева и, таким образом, сеть и система отопления полностью гидравли-

чески изолированы друг от друга. Гидравлическая изоляция теплоноси-

телей на абонентск

ом вводе используется для защиты местных устано-

вок от завышенного или заниженного давления в тепловых сетях, при

которых возможно разрушение нагревательных приборов или опорож-

нение местных систем отопления (рис. 217).

ПCO

ОП

ЦН

2.0

ППН

РТ

Рис. 2.17. Независимая схема: ПСО – подогреватель системы отопления (водово-

дяной); ЦН – циркуляционный насос системы отопления; ППН – подпиточный на-

сос системы отопления; РТ – авторегулятор температуры воды в системе