Открытые системы теплоснабжения

Тепловая схема производственно-отопительной котельной с открытой системой теплоснабжения должна составляться с учетом основной особенности ее функционирования, связанной с наличием непосредственного водоразбора из тепловых сетей на нужды горячего водоснабжения (см. рис. 4.2). Расходование сетевой воды через водоразборные краны системы ГВС приводит к существенному увеличению потерь теплоносителя, требует соответствующего увеличения производительности системы водоподготовки в источнике теплоты.

Расход подпиточной воды на компенсацию потерь теплоносителя в открытых системах теплоснабжения значительно больше, чем в закрытых. Значительное увеличение расхода подпиточной воды, а, следовательно, увеличение производительности водоподготовки, обусловливает экономическую целесообразность раздельной подготовки питательной воды для паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей. Кроме того, показатели качества подпиточной воды тепловых сетей ниже, чем питательной воды паровых котлов, что позволяет обойтись в подавляющем большинстве случаев одной ступенью умягчения и термической деаэрацией подпиточной воды. Вместе с тем использование сетевой воды непосредственно для бытовых целей горячего водоснабжения предъявляет к ней повышенные санитарно-гигиенические требования. В открытых системах теплоснабжения сетевая вода должна отвечать требованиям ГОСТ 2874-52 «Вода питьевая».

Следствием предусматриваемого расходования сетевой воды на нужды горячего водоснабжения в открытых тепловых сетях является также существенное упрощение схемы тепловых пунктов (абонентских вводов), поскольку в них отсутствуют поверхностные теплообменники горячего водоснабжения. Наряду с этим следует отметить достоинства открытых систем теплоснабжения:

а) возможность уменьшения расчетной производительности источника теплоты при установке в нем баков-аккумуляторов горячей воды (осреднение расхода теплоты на горячее водоснабжение);

б) снижение металлоемкости местных сетей холодного водоснабжения (вода для местных систем горячего водоснабжения подается по тепловым сетям);

в) увеличение срока службы местных распределительных сетей горячего водоснабжения, так как в них подается вода из тепловых сетей, не содержащая солей жесткости и короззионно-активных газов.

К недостаткам открытых систем теплоснабжения (кроме необходимости раздельной подготовки питательной и подпиточной воды) следует отнести также возможность ухудшения качества разбираемой на цели горячего водоснабжения воды (цветность, запах и др.) и сложность контроля утечек теплоносителя из-за неплотности системы.

Открытые системы теплоснабжения целесообразно применять при малой и очень большой жесткости исходной воды, так как при малой жесткости исходной воды упрощается схема водоподготовки, а при очень жесткой воде или при высокой концентрации агрессивных газов вместо водоподготовки на каждом тепловом пункте (абонентском вводе) в открытых схемах можно использовать централизованную водоподготовку в ТГУ, что является экономически более обоснованным решением.

В тепловой схеме ТГУ при работе с открытой системой теплоснабжения изменяется блок водоподготовки (рис. 4.8). В узле химводоочистки этого блока обрабатываемая вода разделяется на два потока:

1) питательная вода паровых котельных агрегатов, прошедшая две ступени умягчения в узле ХВО и поступающая далее в деаэратор питательной воды ДР1, а из него на питание котельных агрегатов и в РОУ;

2) подпиточная вода тепловых сетей, прошедшая одну ступень умягчения в узле ХВО и поступающая далее в деаэратор подпиточной воды ДР2 (называемый в открытых схемах деаэратором горячего водоснабжения), а затем на подпитку тепловых сетей.

При расчете тепловых схем важно знать, что увеличение количества воды, проходящей водоподготовку при открытых системах теплоснабжения, приводит к росту потребления пара на собственные нужды источника теплоты. Это обусловлено еще и тем, что расход пара на горячее водоснабжение учитывается как расход на собственные нужды. Поэтому формулу (4.6) рекомендуется изменить и предварительно принимать расходы пара, кг/с, на собственные нужды

(4.28)

Режимы и условия работы водоподогревателей Т№8 и Т№10 аналогичны рассмотренным ранее режимам работы водоподогревателей Т№3 и Т№5. Работа теплообменника Т№9 определяется условием догрева умягченной воды перед деаэратором ДР2, а также условием охлаждения подпиточной воды до температуры 65 ⁰C, что позволит в летнее время использовать эту воду непосредственно для горячего водоснабжения потребителей.

Выбор промежуточной температуры химобработанной воды после Т№8 (на входе в Т№9 ) упрощается тем, что расход воды из деаэратора ДР2 примерно равен расходу воды, поступающей из химводоочистки

, (4.29)

где – расход пара на деаэрацию подпиточной воды; – расход выпара из подпиточного деаэратора ДР2. Следовательно, соответствующие расходы теплоты на нагрев и охлаждение той и другой воды будут также примерно одинаковы.

После теплообменника Т№9 подпиточная вода может подаваться в тепловую сеть. Однако в этом случае все оборудование потребуется выбирать по часовым максимумам потребления горячей воды (см. рис. 4.8), т.е. мощность устанавливаемого оборудования будет в несколько раз превышать среднечасовую за сутки.

Подбор оборудования по среднечасовым за сутки расходам возможен, если в тепловой схеме ТГУ предусмотреть баки-аккумуляторы химобработанной воды. Тогда все трубопроводы, запорно-регулирующая арматура и вспомогательное оборудование, устанавливаемое в тепловой схеме до баков-аккумуляторов (ХВО 1 ступени, Т№8, Т№9, деаэратор ДР2, перекачивающие насосы НД) подбираются по среднечасовым расходам за сутки, а после баков-аккумуляторов (трубопроводы, арматура, подпиточные насосы НГ) — по максимальным часовым расходам.

 

Рис. 4.8. Принципиальная схема блоков водоподготовки производственно-отопительной котельной с открытой системой теплоснабжения

 

Принципиальную схему блока потребления производственно-отопительной котельной рассмотрим сначала для открытой двухтрубной системы теплоснабжения (рис. 4.9).

В открытой двухтрубной схеме нагрузка отопления и вентиляции подключа-ется к сетевым трубопроводам аналогично ранее рассмотренным случаям, например через элеваторный узел. Нагрузка горячего водоснабжения обеспечивается подачей воды из обратного трубопровода тепловой сети. При необходимости ее догрева в узел смешения S через регулятор температуры РТ подается необходимое количество прямой сетевой воды. Во избежание охлаждения воды в системе горячего водоснабжения (при малых водоразборах) предусматривается циркуляция некоторого количества воды с возвратом ее в обратный трубопровод тепловой сети. Количество циркуляционной воды, подаваемой насосом ЦН у потре-бителя , принимается в размере 5 % среднечасового за сутки расхода воды на цели горячего водоснабжения:

,

или для системы в целом

. (4.30)

Тогда расход сетевой воды на нужды горячего водоснабжения можно определить по формуле:

. (4.31)

Установка в блоке потребления котельной бака-аккумулятора (БА) и подпиточных насосов (НГ) обеспечивает подачу необходимого для восполнения потерь количества подпиточной воды.

 

 

Рис. 4.9. Принципиальная схема блока теплопотребления производственно-отопительной

котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения

 

В летнее время, при отсутствии отопительно-вентиляционной нагрузки сетевые подогреватели Т№6 и Т№7 отключаются от тепловой сети и парового коллектора, а обеспечение нагрузки горячего водоснабжения может осуществляться подпиточными насосами НГ (иногда их называют «летними») подачей по перемычке АВ (минуя подогреватели Т№6 и Т№7) горячей воды из баков-аккумуляторов непосредственно в подающий трубопровод тепловой сети. По обратному трубопроводу в бак-аккумулятор по линии CL будет поступать циркуляционная вода.

Принципиальная тепловая схема производственно-отопительной теплогенерирующей установки с открытой двухтрубной системой теплоснабжения приведена на рис. 4.10. При четырехтрубной системе теплоснабжения (по принципу действия она должна быть отнесена к открытым системам) сетевая вода подается раздельно для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В четырехтрубных системах теплоснабжения значительно упрощаются как схема тепловых пунктов (абонентских вводов), так и процессы управления тепловыми режимами, поскольку становится возможным центральное регулирование. Однако из-за большого расхода металла на тепловые сети четырехтрубные схемы применяют лишь в системах малой мощности.

В принципиальной тепловой схеме производственно-отопительной котельной с четырехтрубной открытой системой теплоснабжения блок водоподготовки будет аналогичен ранее рассмотренному для открытой двухтрубной системы (см. рис. 4.8), а в блоке потребления можно выделить две группы оборудования сетевые подогреватели воды для отопления и вентиляции; оборудование для аккумуляции и подачи воды для горячего водоснабжения.

В течение отопительного периода пар на коммунально-бытовые цели подается в сетевые подогреватели Т№6 и Т№7 и в деаэратор ДР2 горячего водоснабжения (см. рис. 4.8). Из деаэратора ДР2 обработанная вода поступает в бак-аккумулятор БА (рис. 4.11), из которого направляется насосами горячего водоснабжения НГ на подпитку тепловых сетей и на горячее водоснабжение. В летний период пар на коммунально-бытовые цели подается только в деаэратор горячего водоснабжения ДР2 (см. рис. 4.8). Деаэрированная вода после теплообменника Т№9 с температурой ~65 ⁰С поступает в бак-аккумулятор БА, из которого насосами горячего водоснабжения НГ направляется непосредственно в водоразборные краны потребителей ГВ. По циркуляционному трубопроводу в бак-аккумулятор возвращается циркуляционная вода [формула (4.31)].

Принципы расчета открытых систем теплоснабжения (двух- и четырехтрубных) одинаковы, поэтому ограничимся примером расчета двухтрубной схемы. Последовательность расчета тепловой схемы производственно-отопительной котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения (см. рис. 4.10) приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Последовательность расчета тепловой схемы производственно-отопительной котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения

№ п/п	Параметры	Метод определения
Исходные данные
	Расчетные температуры наружного воздуха	и +8
	Давление технологического пара, МПа
	Технологическая нагрузка, кг/с
	Доля возвращаемого конденсата, %
	Температура возвращаемого конденсата
	Отопительно-вентиляционная нагрузка, МВт
	Нагрузка горячего водоснабжения, МВт
	Солесодержание исходной воды, мг/кг
	Температурный график сети
	Энтальпия пара при давлениях в котле , после РОУ , в сепараторе продувки , в деаэраторе	Таблицы свойств воды и пара
	Энтальпия технологического конденсата , конденсата , питательной воды , воды после сепаратора , исходной воды , котловой воды	Таблицы свойств воды и пара
		Продолжение табл. 4.3.
	, воды в деаэраторе
Последовательность расчета
	Расход технологического конденсата с производства	Формула (4.1)
	Потери технологического конденсата
	Общая нагрузка отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, МВт
	Расход пара на сетевые подогреватели Общий расход пара на внешнее потребление
	Потери пара в тепловой схеме
	Расход пара на собственные нужды
	Расход сетевой воды для отопления и вентиляции Расход сетевой воды для горячего водоснабжения
	Общий расход воды
	Расход подпитки тепловой сети
	Паропроизводительность котельной по пару после РОУ
	Сумма потерь пара и конденсата
	Доля потерь теплоносителя
	Солесодержание химобработанной воды Котловой воды, мг/кг
	Процент продувки, %
	Расход питательной воды на РОУ
	Паропроизводительность по пару МПа
	Расход продувочной воды
	Расход пара из сепаратора продувки
	Расход воды из сепаратора продувки   Расход пара из деаэратора питательной воды
	Расход выпара из деаэратора питательной воды
	Расход из деаэратора горячего водоснабжения
	Расход выпара из деаэратора горячего водоснабжения
Продолжение табл. 4.3
	Суммарные потери сетевой воды, пара и конденсата
	Расход химобработанной воды первой ступени – сумма потерь пара и конденсата
	Расход химобработанной воды второй ступени
	Расход исходной воды
	Расход пара на подогреватель исходной воды Т№2. Принято
	Температура исходной воды после подогревателя Т№1
	Температура воды на входе в Т№4
	Расход пара на подогреватель Т№3
	Температура химобработанной воды после охладителя выпара питательного деаэратора
	Расход пара на деаэратор питательной воды	– –+ +
	Температура подпиточной воды на входе в теплообменник Т№9. Считаем, что
	Расход пара на подогрев подпиточной воды в Т№8.
	Температура подпиточной воды после охладителя выпара ДР2
	Расход пара на деаэратор горячего водоснабжения
	Расчетный расход пара на собственные нужды.
	Расчетная паропроизводительность
	Ошибка расчета

 

 

Рис. 4.10. Принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения

 

Рис. 4.11. Принципиальная схема блока теплопотребления производственно-отопительной котельной с открытой четырехтрубной системой теплоснабжения

 

4.3. Тепловые схемы отопительных котельных

Отопительные котельные обеспечивают коммунально-бытовых потребителей тепловой энергией в виде горячей воды для целей отопления, вентиляции и ГВС. Тепловая мощность отопительной котельной зависит от температуры наружного воздуха и режимов потребления теплоты на ГВС.

В рассмотренных ранее тепловых схемах производственно-отопительных котельных с паровыми котельными агрегатами для отопительной нагрузки пар являлся промежуточным теплоносителем, что требовало установки сетевых пароводяных подогревателей, усложняло тепловую схему, водоподготовку и др. Водогрейные котельные агрегаты осуществляют непосредственный подогрев сетевой воды, благодаря чему капитальные затраты на водогрейные котельные агрегаты и вспомогательное оборудование ниже, чем при использовании паровых котельных агрегатов низкого давления, а тепловые схемы проще.

Однако при отсутствии в котельной пара усложняются процессы подогрева мазута, требуется вакуумная деаэрация воды, имеющая энергетическое преимущество перед атмосферной, но более сложная в эксплуатации.

К работе водогрейных котельных агрегатов в тепловой схеме источника теплоты предъявляются следующие требования:

– гидродинамический режим котельного агрегата должен исключать возможность локального вскипания воды;

– температурный режим поверхностей нагрева не должен вызывать внешней низкотемпературной коррозии.

Выполнение указанных требований обеспечивается различными приемами организации потоков теплоносителя (рециркуляция и перемычка), а также регулированием отпуска тепловой энергии котельными агрегатами в тепловую сеть только путем изменения температуры воды на выходе из котельного агрегата.

Рис. 4.12. Блок водогрейной котельной

Рассмотрим эти приемы регулирования на конкретном блоке водогрейного котельного агрегата (рис. 4.12). Вода из обратного трубопровода тепловой сети поступает с небольшим напором к сетевым насосам (НС). Во всасывающую линию сетевых насосов подается также вода, использованная в тепловой схеме для собственных нужд источника теплоты, подпиточная вода из блока водоподготовки, компенсирующая утечки в тепловой сети. Во избежание низкотемпературной коррозии перед вводом обратной сетевой воды в водогрейный котельный агрегат ее

температура повышается путем подачи по линии рециркуляции СВ насосом HP расчетного количества уже подогретой в котельном агрегате воды. Минимальная температура воды на входе в стальные водогрейные котлы при работе на газе и малосернистом мазуте принимается не ниже 70 ⁰С, а при работе на сернистом и высокосернистом мазуте – соответственно не ниже 90 и 110 ⁰С.

После подогрева в котле вода разделяется на три потока: на собственные нужды – источника теплоты, на рециркуляцию – и в тепловую сеть – . Рециркуляция воды требуется практически во всех режимах (за исключением максимально-зимнего режима при работе котельных агрегатов на газе и малосернистом мазуте по повышенному температурному графику = 150; = 70 ⁰C), так как обратная сетевая вода имеет температуру ниже нормируемых минимальных значений .

При всех режимах работы, кроме максимально-зимнего, для обеспечения требуемой по температурному графику температуры воды в подающей линии тепловой сети необходимое количество обратной сетевой воды чеpeз регулятор температуры (РТ) по перемычке AD подается, минуя котельный агрегат, на смешивание с водой, выходящей из него .

Температура воды и расходы по перемычке , линии рециркуляции , сетевой воды , подпиточной воды и горячей воды на собственные нужды источника и необходимо определить для следующих температур наружного воздуха:

1) минимально-зимней – ;

2) средней наиболее холодного месяца – ;

3) средней за отопительный период –;

4) в точке излома температурного графика – ;

5) летней.

Для перечисленных режимов важно определить также расход воды через котельный агрегат и сопоставить его с паспортными данными завода-изготовителя. Особо подлежит проверке гидродинамический режим котельного агрегата в летний период при минимальном теплопотреблении.

Результаты расчета пяти режимов работы тепловой схемы позволяют определить рациональное количество, единичную производительность и другие характеристики вспомогательного оборудования источника теплоты в соответствии с требованиями регулирования работы тепловых сетей для экономного расходования тепловой и электрической энергии.

Значительное влияние на тепловую схему и оборудование теплогенерирующей установки оказывают тип системы теплоснабжения (открытая или закрытая) и соотношение нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.