Изучение тепловых схем водяных систем теплоснабжения

На рис. 1.4 показана закрытая двухтрубная водяная система. По подающему трубопроводу I тепловой сети водапоступает в абонентские установки, а по обратному трубопроводу II охлажденная вода возвращается на ТЭЦ.

На рис. 1.4 показаны различные схемы присоединения абонентов к водяной тепловой сети. Схемы а—г показывают присоединение отопительных установок, схемы д, е — присоединение установок горячего водоснабжения, а схемы ж—м показывают совместное присоединение в одном узле отопитель-ной установки и установки горячего водоснабжения, схема н — совместное присоединение отопительной установки и вентиляции.

Для обозначения различных схем присоединения отопительных и вентиляционных установок и установок горячего водоснабжения к тепловой сети принята следующая индексация: отопительные установки О: зависимая схема (3); зависимая со струйным смешением (ЗСС); зависимая с насосным смешением (ЗНС); независимая (Н). Например, О (ЗНС) обозначает отопительную установку, присоединенную по зависимой схеме с насосным смешением; установки горячего водоснабжения Г: параллельная (П); предвключенная (ПР); двухступенчатая смешанная (ДС); двухступенчатая последовательная (ДП); непосредственный водоразбор (НВ).

Например, Г (ДП) обозначает присоединение установок горячего водоснабжения по двухступенчатой последовательной схеме; установка аккумулятора горячей воды: верхняя (АВ), нижняя (АН); вентиляционные установки В. Например, В (ДС) обозначает присоединение вентиляционной установки по двухступенчатой смешанной схеме.

На схемах рис. 1.4 отопительные установки а — в, ж — л и н присоединены к тепловой сети по зависимой схеме, а отопительные установки г и м — по независимой.

Рассмотрим более подробно приведенные на рис. 1.4 схемы присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети.

Схема, приведенная на рис. 1.4, а, показывает зависимое присоединение отопительной установки. Вода из подающей линии тепловой сети поступает через клапан регулятора расхода 12 непосредственно в отопительную систему здания, проходит через нагревательные приборы 4 и отдает в них теплоту окружающему воздуху. Охлажденная вода поступает в обратную ли­нию тепловой сети. По такой схеме присоединяются обычно к тепловой сети системы водяного отопления промышленных предприятий.

В том случае, когда максимальная температура воды в подающей линии тепловой сети не превышает 95° С, по этой схеме присоединяются также отопительные системы жилых и общественных зданий. В большинстве случаев отопительные системы жилых и общественных зданий присоединяются к водяным тепловым сетям по зависимой схеме со смесительным устрой­ством (рис. 1.4, б и в).

В данном случае имеется в виду давление в обратном трубопроводе тепловой сети, поскольку оно определяет давление а абонентских установках.

Объясняется это тем, что по СНиП И-33-97 для жилых зданий, общежитий, школ, поликлиник, музеев и других зданий предельная (максимальная) температура теплоносителя установлена на 95°С, в то время как максимальная температура воды в подающей линии принимается в большинстве случаев 150°С, причем в крупных системах теплоснабжения экономически может быть оправдано повышение максимальной температуры сетевой воды в подающем трубопроводе до 170—190°С.

Смесительное устройство, установленное на абонентском вводе, подмешивает к горячей воде, поступающей из подающей линии, охлажденную воду из обратной линии. В результате получается смешанная вода более низкой температуры, чем вода в подающей линии. В качестве смесительных устройств на абонентских вводах применяются струйные и центробежные насосы.

 

 

На рис. 1.4, б показана зависимая схема присоединения со струйным насосом (элеватором). Эта схема, получившая широкое применение в России и других странах бывшего СССР, была разработана и предложена проф. В.М. Чаплиным еще на заре развития теплофикации в СССР. Вода из подающей линии тепловой сети поступает после регулятора расхода (РР) 12 в элеватор 15.

Рис. 1.4.

Рис. 3.6. Закрытая двухтрубная водяная система теплоснабжения Схемы присоединений: а — О (З); б — О (ЗСС); в — О (ЗНС); г — О(Н); д — Г(АВ); е — Г(АН); ж — О(ЗСС) Г(П); з — О (ЗСС) Г(ДС); и — О(ЗСС) Г(ДП); к — О (ЗСС) Г(ПР); л — (ХЗССНС) Г(ДП); м — 0(H) Г(ДП); н — О(ЗСС) В(ДС); 1 — аккумулятор горячей воды; 2 — воздушный кран; 3 — водоразборный кран; 4 — нагревательный прибор; 5 — обратный клапан; 6 — подогреватель горячего водоснабжения одноступенчатый; 7,8 — подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 9 — отопительный подогреватель; 10 — расширительный сосуд;11 — регулятор давления; 12 — регулятор расхода; 13 — регулятор температуры воды; 14 — регулятор отопления; 15 — элеватор; 16 — насос; 17 — подпиточный насос; 18 — сетевой насос; 19 — регулятор подпитки; 20 — подогреватели сетевой воды; 21 — пиковый котел; 22 — регулятор температуры воздуха; 23, 24 — воздушные калориферы нижней и верхней ступеней

 

 

Одновременно в элеватор подсасывается часть охлажденной воды, возвращающейся из отопительной установки в обратную линию тепловой сети. Смешанная вода подается элеватором в отопительную систему.

Рис. 1.4.

Устройство струйного насоса-элеватора показано на рис. 1.5. Для работы элеватора необходимо иметь на абонентском вводе значительную разность напоров между подающей и обратной линиями теплосети, за счет которой создается повышенная скорость воды на выходе из сопла элеватора, необходимая для создания эффекта инжекции. При потере напора в циркуляционном контуре местной отопительной системы 1—1,5 м и обычно требующихся коэффициентах инжекции 1 около 1,5—2,5 разность напоров подающей и обратной линий должна составлять 8—15 м. Элеватор создает практически постоянный коэффициент инжекции (смешения). Поэтому расход воды в местной отопительной установке изменяется прямо пропорционально расходу сетевой воды через сопло элеватора.

Коэффициентом инжекции называется отношение расхода воды, подсасываемой (инжектируемой) струйным насосом, к расходу воды через сопло струйного насоса. Этот коэффициент часто также называют коэффициентом смешения.

Основными преимуществами элеватора как смесительного устройства являются простота и надежность работы. В условиях эксплуатации элеватор не требует постоянного обслуживания. Серьезный недостаток схемы с элеваторным смешением (см. рис. 1.4, б) — от­сутствие автономной, то есть независимой от тепловой сети, циркуляции воды в местной отопительной установке.

При прекращении подачи сетевой воды в сопло элеватора, например при аварийном выключении тепловой сети, прекращается циркуляция воды в отопительной установке, что может при­вести к замораживанию воды в ней. От указанных недостатков свободна схема присоединения с центробежным смесительным насосом (рис. 1.4, в). В нормальных условиях насос 16 забирает охлажденную воду из обратной линии отопительной установки и подает ее на смешение с горячей водой, поступающей через клапан регулятора расхода РР 12 подающей линии тепловой сети.

При аварийном отключении тепловой сети насос 16 осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее замораживание в течение относительно длительного периода (8—12 ч).

Более универсальное решение получают при совместной установке в узле присоединения элеватора 15 и центробежного насоса 16 (см. рис. 1.4, л). При такой схеме присоединения в нормальных условиях насос 16 выключен Циркуляция воды в местной системе осуществляется элеватором 15 за счет энергии сетевой воды, поступающей из тепловой сети. Насос 16 включается в работу только в периоды осуществления количественного регулирования или ре­гулирования «пропусками», что обычно имеет место только при наиболее высоких наружных температурах отопительного сезона (t_н ≥0°С), когда для поддержания нормальной внутренней температуры в отапливаемых зданиях подача сетевой воды в отопительные установки должна сокращаться или периодически полностью прекращаться.

Насос 16 используется также для создания циркуляции воды в отопительных установках при аварийных ситуациях в тепловой сети. По условиям комфорта в отапливаемых помещениях насос 16, устанавливаемый на абонентских вводах, должен работать бесшумно.

В том случае, когда присоединение отопительных установок к тепловой сети осуществляется через групповые тепловые подстанции (ГТП), можно ограничиться одним общим смесительным насосом 16 на группу зданий, чем обеспечивается автономная циркуляция воды в отопительных установках Независимо от этого элеваторы могут быть установлены на вводах в каждое здание.

Для поддержания постоянного расхода воды из тепловой сети в отопительную систему на абонентских вводах (см. рис. 1.4, а— в) установлены регуляторы расхода 12. Импульсом для работы этих регуляторов является перепад давлений в каком-либо дроссельном органе — шайбе или сопле элеватора.

Рис. 1.5.

На рис. 1.4, г показана независимая схема присоединения отопительной установки к водяной тепловой сети. Вода из подающей линии тепловой сети проходит через водоводяной подогреватель (теплообменник) 9, в котором она через стенку нагревает вторичную воду, циркулирующую в отопительной установке абонента. Охлажденная сетевая вода возвращается в обратную линию тепловой сети. Циркуляция воды в местной отопительной установке осуществляется насосом 16. Давление в приборах местной отопительной установки определяется высотой расположения расширительного резервуара 10, который обычно устанавливается в верхней точке здания. Изменение объема воды в местной системе при ее нагреве или охлаждении, а также возможные утечки воды через неплотности компенсируются за счет изменения объема воды в расширителе 10.

Установки горячего водоснабжения присоединяются к тепловой сети через водоводяные теплообменники (см. рис. 1.4, д и е). Сетевая вода из подающей линии тепловой сети через клапан регулятора температуры 13 проходит через водоводяной подогреватель 6, в котором она через стенку нагревает воду, поступающую из водопровода. Охлажденная сетевая вода после по­догревателя поступает в обратную линию тепловой сети. Импульсом для регулятора температуры является температура водопроводной воды после подогревателя.

Холодная вода поступает из водопровода через регулятор давления «после себя» (РДПС) 11, задачей которого является поддержание заданного постоянного давления водопроводной воды на абонентском вводе, проходит через подогреватель б, в котором она нагревается сетевой водой, и затем поступает в местную систему горячего водоснабжения.

У абонентов, потребляющих большое количество горячей воды (бани, прачечные, бассейны) и имеющих неравномерный график нагрузки горячего водоснабжения, обычно устанавливаются аккумуляторы горячей воды, задачей которых является выравнивание графика тепловой нагрузки, а также создание запаса горячей воды на случай внезапного перерыва в работе тепловой сети.

В схеме, показанной на рис. 1.4, д, аккумулятор горячей воды 1 расположен в верхней точке установки, а в схеме, показанной на рис. 1.3, е — в нижней. При верхней установке аккумулятора зарядка его производится под напором водопровода, а разрядка — под статическим напором самого аккумулятора. Циркуляция воды в местной системе осуществляется насосом 16.

При нижней установке аккумулятора зарядка его производится насосом 16, а разрядка — водопроводным напором. В этой схеме насос 16 постоянно находится в работе. При малом водоразборе на горячее водоснабжение под действием напора насоса 16 происходит циркуляция воды через аккумулятор 1 и через замкнутый контур местной системы горячего водоснабжения насос — подогреватель — местная система — обратный клапан 5 — насос.

При увеличении водоразбора из местной системы горячего водоснабжения циркуляция воды через аккумулятор и контур местной системы горячего водоснабжения, создаваемая насосом 16, ослабляется. При большом водоразборе изменяется направление движения воды через аккумулятор. Холодная вода поступает из водопровода одновременно во всасывающую линию насоса 16ив аккумулятор 1. Холодная вода поступает снизу в аккумулятор 1 и вытесняет из его верхней части горячую воду, которая поступает в водоразбор совместно с подогретой водопроводной водой из подогревателя 6.

На схемах рис. 1.4, а—е показано присоединение к тепловой сети абонентов с одним видом тепловой нагрузки — отоплением или горячим водоснабжением.

Присоединение абонентов, имеющих два вида тепловой нагрузки, потребляющих одновременно теплоту как для отопления, так и для горячего водоснабжения, показано на рис. 1.4, ж—м. Такое сочетание двух видов тепловой нагрузки характерно для современных жилых домов, оборудованных системами отопления и горячего водоснабжения.

На рис. 1.4, ж показано параллельное присоединение на одном абонентском вводе горячего водоснабжения и отопительной установки. При такой схеме расход сетевой воды на абонентском вводе определяется арифметической суммой расходов воды на отопление и горячее водоснабжение.

Расход сетевой воды на отопление поддерживается постоянно на расчетном уровне регулятором расхода 12. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение является резко переменной величиной. Регулятор температуры 13 изменяет этот расход в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по максимальному значению этой нагрузки и при минимальной температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети. Поэтому суммарный расход сетевой воды получается завышенным, что удорожает систему теплоснабжения. Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение можно уменьшить при включении в схему аккумулятора горячей воды для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения. Однако установка аккумулятора горячей воды усложняет оборудование абонентского ввода и увеличивает требующиеся габариты помещения ввода. Поэтому обычно аккумуляторы горячей воды в жилых домах не устанавливаются, хотя это усложняет режимы работы сети.

При параллельном присоединении систем отопления и горячего водоснабжения сетевая вода используется на абонентском вводе недостаточно рационально. Обратная сетевая вода, возвращаемая из отопительной установки с температурой примерно 40—70°С, не используется для подогрева холодной водопроводной воды, имеющей на вводе температуру около 5 °С, хотя теплотой обратной воды после отопления можно покрыть значительную долю нагрузки горячего водоснабжения, поскольку температура горячей воды, подаваемой в систему горячего водоснабжения, обычно не превышает 60— 65 °С. При рассматриваемой схеме вся тепловая нагрузка горячего водоснабжения удовлетворяется за счет теплоты сетевой воды, поступающей в водоводяной подогреватель 6 непосредственно из подающей линии тепловой сети.

Вследствие нерационального использования теплоносителя на абонентском вводе и удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения по максимуму суточного графика получается завышенный расчетный расход воды в городских тепловых сетях. Это вызывает увеличение диаметров тепловых сетей и рост начальных затрат на их сооружение, а также увеличение расхода электрической энергии на перекачку теплоносителя.

Расчетный расход воды несколько снижается при двухступенчатой смешанной схеме присоединения установки горячего водоснабжения и отопительной установки, (см. рис. 1.4, з). Осо-бенностью этой схемы является двухступенчатый подогрев воды для горячего водоснабжения. В нижней ступени подогрева 7 холодная вода предварительно подогревается за счет теплоты воды, возвращаемой из абонентской установки, благодаря чему уменьшается тепловая производительность подогревателя верхней ступени 8 и снижается расход сетевой воды на покрытие нагрузки горячего водоснабжения.

В этой схеме подогреватель нижней ступени 7 включен по сетевой воде последовательно, а подогреватель верхней ступени 8 — параллельно по отношению к отопительной системе.

Преимущество двухступенчатой смешанной схемы по сравнению с параллельной — меньший расчетный расход сетевой воды благодаря частичному удовлетворению нагрузки горячего водоснабжения за счет теплоты воды, возвращаемой из системы отопления.

При отсутствии аккумуляторов горячей воды расход сетевой воды на горячее водоснабжение при двухступенчатой смешанной схеме, так же как и при схеме, показанной на рис. 1.4, ж, должен рассчитываться по максимальной нагрузке горячего водоснабжения.

Одним из методов выравнивания тепловой нагрузки жилых зданий без установки аккумуляторов горячей воды служит применение так называемого связанного регулирования (см. рис. 1.4, и и к). В этом случае с помощью регулятора расхода 12, установленного на абонентском вводе или на ГТП, поддерживается постоянный расход сетевой воды на удовлетворение суммарной тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения.

В этих схемах в качестве теплового аккумулятора используется строительная конструкция отапливаемого здания. В период повышенной нагрузки горячего водоснабжения уменьшается отдача теплоты на отопление. Недоданная теплота компенсируется в период малых нагрузок горячего водоснабжения. Такой принцип связанного регулирования реализован в схеме, разра­ботанной ВТИ, МЭИ и Теплосетью Мосэнерго (см. рис. 1.4, и). В этой схеме осуществлено двухступенчатое последовательное присоединение установок горячего водоснабжения и отопления.

В двухступенчатой последовательной схеме (см. рис 1.4, и) сетевая вода, поступающая из подающей линии тепловой сети, разветвляется на два потока. Один поток проходит через регулятор расхода 12, другой — через водоводяной подогреватель 8. Сетевая вода, прошедшая через подогреватель 8, смешивается затем с потоком воды, прошедшим через регулятор расхода, и общий поток воды поступает через элеватор 15 в отопительную установку. Обратная вода после отопительной установки предварительно проходит через водоводяной подогреватель нижней ступени 7, в котором она подогревает холодную воду, поступающую из водопровода. Подогретая водопроводная вода после нижней ступени 7 проходит через водоводяной подогреватель верхней ступени 8 и направляется в местную систему горячего водоснабжения.

В том случае, когда после нижней ступени 7 температура подогретой водопроводной воды достаточна для удовлетворения потребителей горячего водоснабжения, регулятор температуры 13 перекрывает проход сетевой воды через верхнюю ступень 8. При этом режиме весь поток сетевой воды поступает из подающей линии сети через клапан регулятора 12 в отопительную установку.

Если температура водопроводной воды после нижней ступени подогрева 7 ниже требуемой, регулятор температуры 13 открывает клапан и на подогреватель верхней ступени 8 ответвляется часть воды, поступающей на абонентский ввод из подающей линии тепловой сети.

При любом положении регулятора температуры расход сетевой воды на абонентских вводах остается практически постоянным. Это обеспечивается регулятором расхода 12, поддерживающим практически постоянный перепад давлений в сопле элеватора 15, через которое проходит весь расход сетевой воды, поступающей на абонентский ввод. При увеличении регулятором 13 расхода сетевой воды через подогреватель 8 регулятор 12 прикрывается.

При двухступенчатом последовательном присоединении температура обратной сетевой воды, возвращаемой на ТЭЦ, получается ниже, чем при параллельном присоединении. Это позволяет использовать на ТЭЦ для подогрева сетевой воды отработавший пар более низкого давления, отчего возрастает удельная комбинированная выработка электрической энергии.

В современных городах в связи с интенсивным строительством новых, более комфортабель-ных жилых и общественных зданий, оснащенных всеми видами благоустройства, сильно усложнилась структура тепловой нагрузки. Возросла доля горячего водоснабжения и вентиляции в суммарной тепловой нагрузке. Для качественного и экономичного теплоснабжения всех потребителей в районах разнородной тепловой нагрузкой одного центрального регулирования недостаточно.

Необходимо в дополнение к центральному регулированию осуществлять групповое и местное регулирование всех видов тепловой нагрузки на главном тепловом пункте (ГТП) и (или) местном тепловом пункте (МТП

Для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения установлены аккумуляторы горячей воды: в схеме на рис. 1.6, д — верхний аккумулятор, в схеме на рис. 1.6, е — нижний.

Открытые системы. Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система (рис. 1.6). Горячая вода поступает со станции к абонентам по трубопроводу I. Обратная вода возвращается на станцию по трубопроводу II.

Отопительные установки (рис. 1.6, а—г) присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах теплоснабжения. Схемы присоединения установок горячего водоснабжения (рис. 1.6, д и е) принципиально отличны от ранее рассмотренных схем. Горячее водоснабжение абонентов производится сетевой водой непосредственно из тепловой сети. Вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает через клапан регулятора температуры 13 в смеситель 22. В этот же смеситель посту­пает вода из обратного трубопровода тепловой сети через обратный клапан 5. Регулятор температуры, регулируя расход воды из подающего трубопровода, поддерживает в смесителе 22 постоянную температуру смеси (около 60 °С). Из смесителя вода поступает в местную систему горячего водоснабжения обратный клапан 5 препятствует перетеканию воды из подающего трубопровода в обратный. Для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения установлены аккумуляторы

ратный. Для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения установлены аккумуляторы горячей воды: в схеме на рис. 1.6, д — верхний аккумулятор, в схеме на рис. 1.6, е — нижний. Зарядка верхнего аккумулятора производится под напором воды в тепловой сети, а разрядка

Рис. 1.6. Схема присоединений: а — 0(3); 6 — О(ЗСС); в — 0(ЗНС), г — 0(H); д — Г(АВ); е — Г(АН); ж — О(ЗСС) Г(НВ) несвязанное регулирование; з — О(ЗСНС) Г(НВ) связанное регулирование; и — О(ЗСНС) Г(НВ) постоянное гидравлическое сопротивление на вводе; к — О(ЗСНС) Г(НВ) несвязанное регулирование; л — О(Н) Г(НВ) несвязанное регулирование; м — 0(ЗСС) связанпос регулирование; 22 — смеситель; 23 — предвключенный подогреватель горячего водоснабжения; остальные обозначения тс же, что и на рис. 3.6

.

 

-- под его статическим напором. Для управления нижним аккумулятором предусмотрено специальное автоматическое устройство. Зарядка нижнего аккумулятора производится через клапан регулятора расхода 12, импульсом для которого является перепад давления на дроссельной шайбе, установленной на главном стояке местной системы горячего водоснабжения.

Когда водоразбор снижается и вследствие этого уменьшается перепад на дроссельной шайбе, клапан регулятора расхода открывается, часть воды из главного стояка отводится в аккумулятор 1 и он заряжается. При увеличении водоразбора клапан регулятора расхода прикрывается. При больших водоразборах аккумулятор переключается на разрядку. В данном случае клапан регулятора расхода полностью закрыт. С помощью пускового устройства включается в работу насос 16, и вода из аккумулятора подается в систему горячего водоснабжения.

Жилые здания, имеющие обычно два вида тепловой нагрузки — отопление и горячее водоснабжение, присоединяются к тепловой сети (см. рис. 1.6, ж и з). Отопительная установка и установка горячего водоснабжения присоединены к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования (см. рис. 1.6, ж). Обе установки работают независимо друг от друга. Расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от нагрузки установки горячего водоснаб­жения и поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода 12. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение изменяется в весьма широком диапазоне — от максимального в часы наибольшего водоразбора до нуля в период отсутствия водоразбора.

Соотношение расходов воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий, зависящее от температуры сетевой воды на абонентском вводе, устанавливается регулятором температуры 13. Суммарный расход сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети равен сумме расходов воды в подающем трубопроводе на отопление и горячее водоснабжение. Максимальный расход сетевой воды в подающем трубопроводе, по которому определяется расчетный расход в подающем трубопроводе сети, имеет место при максимальной нагрузке горячего водоснабжения и минимальной температуре воды в этом трубопроводе, то есть при режиме, когда нагрузка горячего водоснабжения целиком обеспечивается из подающего трубопровода.

Самостоятельная работа

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: