Открытые системы теплоснабжения
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными. Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных. Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально. спроектированной тепловой схемы котельной. Ведущими проектными институтами разработаны и совершенствуются рациональные тепловые схемы и типовые проекты производственных и отопительных котельных. Водяные системы теплоснабжения применяются двух типов: закрытые и открытые. В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается. В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения. По числу трубопроводов, используемых для переноса теплоносителя, различают одно-, двух- и многотрубные системы теплоснабжения. Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата и в открытых водяных системах, где вся поступающая от источника вода разбирается на горячее водоснабжение потребителей). В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается к источнику тепла, где он подогревается и восполняется. Многотрубные системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки (например, горячего водоснабжения), что упрощает регулирование отпуска тепла, режим эксплуатации и способы присоединения потребителей к тепловым сетям.
Регулирование отпуска тепла в системах теплоснабжения (суточное, сезонное) осуществляется как в источнике тепла, так и в теплопотребляющих установках. В водяных системах теплоснабжения обычно производится так называемое центральное качественное регулирование подачи тепла по основному виду тепловой нагрузки - отоплению или по сочетанию двух видов нагрузки - отопления и горячего водоснабжения. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подаваемого от источника теплоснабжения в тепловую сеть, в соответствии с принятым температурным графиком (то есть зависимостью требуемой температуры воды в сети от температуры наружного воздуха). Центральное качественное регулирование дополняется местным количественным в тепловых пунктах; последнее наиболее распространено при горячем водоснабжении и обычно осуществляется автоматически. В паровых системах теплоснабжения в основном производится местное количественное регулирование; давление пара в источнике теплоснабжения поддерживается постоянным, расход пара регулируется потребителями.
Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система. Открытая система теплоснабжения - система теплоснабжения, у которой нагретая в источнике теплоты вода отбирается из подающего и обратного теплопроводов в смеситель, где она доводится до температуры 65 0С, и затем подается к водоразборным кранам горячего водоснабжения для использования потребителем. Отсюда название системы - открытая. Остальная часть горячей воды используется для отопления и вентиляции. То есть вода является частично циркуляционной, частично прямоточно-водопроводной. Водоразбор непосредственно из тепловой сети позволяет применять дешевые смеси, устройства вместо теплообменных аппаратов, что составляет главное преимущество открытой системы теплоснабжения. В нашей стране примерно половина действующих систем теплоснабжения открытые. Однако при прохождении через отопительные приборы, калориферы, соединит, трубопроводы санитарно-гигиенические качества воды снижаются, что является основным недостатком открытых систем теплоснабжения. Вода имеет цветность, может появиться запах из-за отложения осадков в отопительных приборах. При присоединении систем отопления к тепловым сетям через элеваторы или насосы, в радиаторах отлагается осадок, развиваются колонии бактерий. Поэтому в качестве отопительных приборов радиаторы использовать нельзя. Для повышения качества воды, отбираемой из тепловой сети, целесообразно отопительные установки присоединять по независимой схеме, т.е. через теплообменники, но это существенно снижает экономические показатели открытой системы теплоснабжения. Для исключения кислородной коррозии и накипеобразования в трубах, теплообменниках теплоприготовительных установок и водогрейных котлах в источнике теплоты предусматриваются химводоочистка и деаэрация воды. Источником теплоты открытой системы теплоснабжения является теплоприготовительная установка теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Пар из отборов турбины поступает в основные подогреватели, в которых конденсируется и отдает теплоту воде, циркулирующей в системе. Поступающая из теплоснабжаемого режима вода бустерным (вспомогательным) насосом подается в теплообменники. Возвращается только та вода, которая не была использована на горячее водоснабжение и прошла через систему отопления, т.е. чисто отопительная вода. Ее расход соответственно потребностям абонентов поддерживается автоматическими регуляторами, которые устанавливают перед системами отопления и вентиляции. Теплоноситель, израсходованный на горячее водоснабжение, пополняется водой на ТЭЦ, которая попадает в обратную линию перед бустерным насосом. Добавляемая вода поступает из горячего водопровода в теплофикационный трубный пучок, встроенный в конденсатор турбины, где подогревается до температуры охлаждающей воды конденсатора и поступает на химводоочистку. Затем вода насосом подается в деаэратор, где освобождается от растворенного в воде воздуха. Требуемый температурный режим в деаэраторе поддерживается добавляемым в него паром или горячей водой. Из деаэратора вода с помощью насоса через регулятор подпитки поступает в тепловую сеть. В основных подогревателях температура воды повышается до 120 0С. Зимой при низких наружных температуpax требуется вода более высокой температуры, и ее подогревают в пиковом котле. Циркуляция теплоносителя в тепловых сетях обеспечивается циркуляционным насосом. Теплоноситель по тепловым сетям подается в районы и распределяется по абонентам. В тепловых пунктах зданий теплоноситель первоначально отбирается на горячее водоснабжение и по трубопроводам поступает к водоразборным кранам. Температуpa смешанной воды поддерживается постоянной, автоматическим регулятором температуры, установленной на трубе отбора теплоносителя из подающей линии. На трубе отбора из обратной линии устанавливают обратный клапан, чтобы не допустить перетекания воды из подающей линии в обратную. Циркуляционная линия обеспечивает поддержание расчетной, температуры горячей воды перед водоразборной арматурой независимо от интенсивности ее отбора.
Регулятор давления «до себя» (регулятор подпора), устанавливаемый на обратной линии после абонентского ввода, обеспечивает залив воды в систему отопления здания при низких давлениях в обратной линии. Подача теплоносителя для горячего водоснабжения и теплоты на отопление зависит от потребности в них абонентов. Это достигается установкой регулятора температуры, который поддерживает температуру горячей воды постоянной независимо от ее разбора. Соответствие подаваемой теплоты потребностям обеспечивается в ее источнике поддержанием температурного графика качественного регулирования. То есть абонентский пункт обеспечивает независимое, несвязанное регулирование отпуска теплоносителя для горячего водоснабжения и теплоты на отопление зданий и, несмотря на разные режимы потребления, обе группы потребителей удовлетворены. Но в осенне-весенний период температуpa подаваемой воды выше потребного значения для отопления. Разбор горячей воды осуществляется неравномерно, поэтому подающие линии тепловой сети должны быть рассчитаны на максимальный расход. При этом с увеличением количества присоединяемых абонентов к данному участку теплопроводов график потребления уплотняется и его неравномерность уменьшается. Расчетный расход по обратной линии будет меньше, т.к. в обратную линию поступает теплоноситель, возвращающийся из систем отопления после отбора воды для горячего водоснабжения. Максимальный расход будет при нулевом отборе. Следовательно, расчетный расход теплоносителя по обратной линии будет равен расчетному расходу на отопление и вентиляцию зданий. Для сокращения расчетных расходов воды и снижения стоимости тепловых сетей применяют схемы со связанным регулированием подачи теплоносителя для горячего водоснабжения и теплоты на отопление. У открытой системы теплоснабжения со связанным регулированием лимитируется суммарный расход теплоты на отопление и горячее водоснабжение.
Рисунок 7 –Открытая двухтрубная водяная система теплоснабжения
В этом случае расход определяется как расчетный на отопление и вентиляцию и средний за неделю на горячее водоснабжение. То есть расходы теплоты балансируются в суточном и недельном разрезах; не балансируются часовые расходы. Поэтому при потреблении теплоты для горячего водоснабжения, превышающем среднее количество теплоты, в систему отопления недодается теплоты, а при провалах потребления теплоты для горячего водоснабжения теплоты подается больше, чем необходимо. Возможность подачи на отопление зданий переменного количества теплоты обеспечивается теплоаккуму-лирующей способностью строительных конструкций зданий. То есть эта способность зданий используется для покрытия неравномерности потребления горячей воды.
Переменная подача теплоты на отопление зданий приводит к колебанию температуры воздуха внутри его помещений. Санитарные гигиеничные требования допускают колебания в 1 - 1,5°С. Если соотношение максимального расхода теплоты для горячего водоснабжения и расчетного расхода теплоты на отопление не более 0,6, то колебания температуры воздуха внутри помещений не выходят за допустимые границы. При большем соотношении следует применять схемы с независимым регулированием.
Открытые системы теплоснабжения пополняются водой из источника теплоты, при этом исходной является водопроводная вода, темпеpaтура которой колеблется в пределах 5-15°С. Температуpa конденсата в конденсаторе турбины не опускается ниже 30-35°С. Возникает перепад температур в 20-30 °С, который позволяет использовать для теплоснабжения теплоту конденсации пара в конденсаторах ТЭЦ, как это показано на схеме, что повышает экономичность открытой системы теплоснабжения. Применяют открытую систему теплоснабжения у которой расход теплоносителя в тепловых сетях рассчитан на удовлетворение только отопительной нагрузки, для чего температуру подаваемого теплоносителя увеличивают из расчета компенсации расхода на горячее водоснабжение.
Для открытой системы теплоснабжения необходима водоподготовка, т.к. вся пополняющая водозабор вода подогревается в теплообменниках и водогрейных котлах источников теплоты, где нельзя допускать накипеобразования, поэтому воду химически очищают от солей жесткости. Использование в тепловых сетях обработанной воды способствует увеличению срока службы системы горячего водоснабжения. Необходимость в водоподготовке предопределяет экономичность целесообразность применения открытой системы теплоснабжения при малой жесткости воды (до 2 мг-экв/л). При высокой жесткости воды водоподготовка необходима при любой системе теплоснабжения. В таких условиях экономически целесообразно применять открытую систему теплоснабжения, т.к. централизованная водоподготовка в источнике теплоты требует меньших капитальных и эксплуатационных затрат, чем рассредоточенная водоподготовка в закрытых системах.
Расход воды в подающей и обратной линиях открытой системы теплоснабжения является переменной из-за неравномерного отбора горячей воды из тепловой сети. Расход изменяется как по сезонам из-за изменения соотношения отбираемой воды из подающей и обратной линий с изменением температуры теплоносителя, поступающего из источника теплоты, так и в течение суток из-за неравномерного потребления горячей воды. Переменный расход приводит к нестабильности гидравлического режима тепловой сети, что усложняет эксплуатацию системы. Нестабильный режим в обратной линии влияет на режим давлений у потребителей.