Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий.

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий.

Устройство и работа ТЭС.

Существует несколько принципиальных способов превращения химической энергии топлива в электроэнергию: 1) прямое преобразование (Эл/фонарик), 2) безмашинное преобразование тепла, полученного при сгорании топлива (с пом. термоэлементов), 3) многоступенчатое преобразование энергии с пом. теплового двигателя.

Этот многоступенчатый процесс является принципиальной основой работы современных эл/станций. Поскольку эти процессы идеальны, то каждая ступень преобразования сопровождается энергетической потерей. Энергетика всего мира на 70% состоит из мощных тепловых эл/станций с паровыми турбинами в качестве теплового двигателя. В основу работы паротурбинных станций положен цикл Ренкина для воды и вод. пара.

В критической точке исчезает различие м/д кипящей водой и сухим паром.

Работа ТЭС складывается из ряда технологических циклов, протекающих последовательно и параллельно в пределах главного корпуса эл/станции. 1. Топливо –зола - шлак. Топливо поступает по ж/д на угольный склад. В зимнее время топливо в «тепляках». Разгрузка вагона – вагоноопрокидывателя, поступает на ленточные транспортеры, затем на склад, ленточные конвейеры первого подъема в узел пересыпки – сепарация угля, мелкий пропускают, крупный дробят. Уголь поступает в главный корпус на верхний этаж промежуточного помещения, уголь разносится по бункерам сырого угля. Оттуда в мельницу (3 типа: быстроходное, средне- и тихоходное). Уголь размалывается до пылеобразного состояния. Подается горячий воздух, частицы выдуваются в сепаратор, крупные отбрасываются сильнее и они падают в мельницу. Угольная пыль из циклона ссыпается в бункер угольной пыли. По транспортерам угольная пыль подается в горелки, а к горелкам подается горячий воздух, который подхватывает эту пыль. Скруббер-дымосос – дымовая труба (для отвода продуктов сгорания в верхние слои атмосферы). 2. Воздух - продукты сгорания. Воздух забирается летом из верхней части котельной, а зимой в средней части. Часть воздуха направляется в мельницу, где служит для транспортировки угольной пыли, а другая часть к угольной горелке для сжигания пыли. Воздух после циклона вдувается в топку в качестве вторичного дутья. 3. Рабочее тело – вода – водяной пар. Пар подводится в часть высокого давления. Подводится к турбине, основной поток расширяется от начального давления до конечного, отработавший пар в конденсатор, через корпус прокачивают речную воду. Конденсат забирается питательным насосом, питательная вода до 25 ^оС поступает в котел. Подогретая паром вода подается к экономайзерам парового котла, где нагревается до температуры кипения, поступает в барабан, циркулирует по трубной системе котла, испаряется, сухой насыщенный пар перегревается в перегревателе выше темп-ры насыщения. Перегретый пар возвращается в турбину. 4. Техническая вода. Источник – береговая насосная, расположенная на берегу реки или озера. Береговые насосы по двум напорным водоводам подают воду к конденсаторам машинного зала. Подогретая вода сначала по напорным водоводам, затем по водоотводному каналу возвращается в источник. Часть подогретой технической воды поступает на ХВО, где используется для приготовления подпитки паровых котлов и теплосетей, а часть воды в систему гидрозолоудаления. 5. Электрический цикл. Турбина вращает ротор эл/генератора, кот. представляет собой магнит постоянного тока, кот. пересекают три обмотки. Возникает трехфазный переменный ток. Напряжение 6-10 кВ. Трансформатор – бак, заполненный маслом, в кот. помещено ярмо из магнитопровода. Получается ток высокого напряжения, кот. поступает на шины собственных нужд.

Устройство и работа паровой котельной.

Схема с элеватором.

Применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям (например, со 150º С до 95º С). Для этого применяют водоструйные насосы (элеваторы). Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции.

По этой схеме присоединяется большинство жилых и общественных зданий. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора.

РДДС – регулятор давления до себя; СПТ – теплосчетчик, состоящий из расходомера, двух термометров сопротивления и электронного вычислительного блока.

Достоинства элеватора:

- простота и надежность работы;

- нет движущихся частей;

- не требуется постоянное наблюдение;

- производительность легко регулируется подбором диаметра сменного сопла;

- большой срок службы;

- постоянный коэффициент смешения при колебаниях перепада давления в тепловой сети (в определенных пределах);

- вследствие большого сопротивления элеватора повышается гидравлическая устойчивость тепловой сети.

Недостатки элеватора:

- низкий КПД, равный 0, 25÷ 0, 3, поэтому для создания перепада давления в системе отопления надо иметь до элеватора располагаемый напор в 8÷ 10 раз больший;

- постоянство коэффициента смешения элеватора, что приводит к перегреву помещений в теплый период отопительного сезона, т.к. нельзя изменить соотношение между количествами сетевой воды и подмешиваемой;

- зависимость давлений в системе отопления от давлений в тепловой сети;

- при аварийном отключении тепловой сети прекращается циркуляция воды в отопительной установке, в результате чего создается опасность замерзания воды в системе отопления.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия элеватора:

1 – сопло; 2 – камера всасывания; 3 – камера смешения; 4 – диффузор.

Сетевая вода поступает в суживающееся сопло и на выходе приобретает значительную скорость, благодаря срабатыванию перепада давления в сопле от Р₁ до Р₀. В результате давление в камере всасывания становится ниже Р₂, и рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передавая им часть своей энергии. Таким образом, происходит подсос воды из обратной линии. В камере смешения скорость потока выравнивается с некоторым возрастанием давления к концу камеры (примем это давление условно постоянным ввиду незначительности его повышения). В диффузоре поток тормозится, скорость снижается, а давление возрастает до Р₃.

Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения (инжекции) – отношение количества инжектируемой воды G₂ к количеству воды, поступающей из тепловой сети G₁:

Чаще применяется другое соотношение, выводимое из уравнения теплового баланса элеватора:

При условии, что G₃ = G₂ + G₁.,

Если тепловая сеть работает по графику 150 – 70⁰С, а система отопления по графику 95 - 70⁰С, то коэффициент смешения элеватора должен быть

U = .

Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной сетевой воды должно приходиться при смешении 2, 2 массы охлажденной обратной воды после системы отопления.

Схемы с элеватором уже не отвечают возросшим условиям надежности, качества и повышения экономичности систем теплоснабжения в целом. Кроме того, ограничивается возможность автоматического регулирования систем отопления.

Если для надежной работы элеватора перепад давлений между подающей и обратной линиями на абонентском вводе недостаточен, то применяют смесительные насосы. Они снизят температуру воды, подаваемой в систему отопления, и обеспечат циркуляцию.

Схема с насосом на перемычке.

Применяется:

1) при недостаточном перепаде давлений на абонентском вводе;

2) при достаточном перепаде давлений, но если давление в обратном трубопроводе превышает статическое давление системы отопления не более чем на 5 м вод. ст.;

3) требуемая мощность теплового узла велика (более 0, 8МВт) и выходит за пределы мощности выпускаемых элеваторов.

При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее размораживание в течение относительно длительного периода (8 - 12часов). Такая схема установки насоса обеспечивает наименьший расход электроэнергии на перекачку, т.к. насос подбирается по расходу подмешиваемой воды.

При установке смесительных насосов в жилых и общественных зданиях рекомендуется применять бесшумные бесфундаментные насосы типа ЦВЦ производительностью от 2, 5 до 25 т/час. Более высокой надежностью обладают насосы импортного производства, которые в настоящее время начинают использоваться на тепловых пунктах.

Замена элеваторов насосами является прогрессивным решением, т.к. позволяет примерно на 10% снизить расход сетевой воды и уменьшить диаметр трубопроводов.

Недостаток – шум насосов (фундаментных) и необходимость их обслуживания.

Схема широко применяется для ЦТП.

Закрытые тепловые сети.

Системы горячего водоснабжения присоединяются к тепловой сети через водо-водяные теплообменники. В двухтрубных сетях при одновременном присоединении систем отопления и горячего водоснабжения применяют несколько схем включения подогревателей: предвключенную, параллельную, двухступенчатую последовательную, двухступенчатую смешанную, двухступенчатую смешанную с ограничителем расхода. В ряде случаев необходима установка баков-аккумуляторов для выравнивания нагрузки горячего водоснабжения, а также, как резерв, на случай перерыва в подаче теплоносителя. Резервные баки устанавливаются в гостиницах с ресторанами, банях, прачечных, для душевых сеток на производстве и т.д. Поэтому параллельная схема может быть без аккумулятора, с нижним баком-аккумулятором и с верхним баком-аккумулятором.

Открытые тепловые сети.

Схемы присоединения систем ГВС значительно проще. Экономичная и надежная работа систем ГВС может быть обеспечена лишь при наличии и надежной работе авторегулятора температуры воды. Отопительные установки присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах.

а) Схема с терморегулятором (типовая).

Вода из подающего и обратного трубопроводов смешивается в терморегуляторе. Давление за терморегулятором близко к давлению в обратном трубопроводе, поэтому циркуляционная линия ГВС присоединяется за местом отбора воды после дроссельной шайбы. Диаметр шайбы выбирается из расчета создания сопротивления, соответствующего перепаду давления в системе горячего водоснабжения. Максимальный расход воды в подающем трубопроводе, по которому определяется расчетный расход на абонентский ввод, имеет место при максимальной нагрузке ГВС и минимальной температуре воды в тепловой сети, т.е. при режиме, когда нагрузка ГВС целиком обеспечивается из подающего трубопровода.

б) Комбинированная схема с водоразбором из обратной линии.

Схема предложена и реализована в Волгограде. Применяется для снижения колебаний переменного расхода воды в сети и колебаний давления. Подогреватель включается в подающую магистраль последовательно.

Вода на горячее водоснабжение берется из обратной линии и при необходимости догревается в подогревателе. При этом сводится к минимуму неблагоприятное влияние водоразбора из тепловой сети на работу систем отопления, а снижение температуры воды, поступающей в систему отопления, должно быть компенсировано повышением температуры воды в подающем трубопроводе теплосети по отношению к отопительному графику. Применяется при соотношении нагрузок

в) Комбинированная схема с отбором воды из подающей линии.

При недостаточной мощности источника водоснабжения на ТЭС и для снижения температуры обратной воды, возвращаемой на станцию, применяют эту схему. Когда температура обратной воды после системы отопления примерно равна 70º С, водоразбора из подающей линии нет, горячее водоснабжение обеспечивается водопроводной водой. Такая схема применяется в городе Екатеринбурге. По их данным схема позволяет уменьшить объем водоподготовки на 35 - 40% и снизить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя на 20%. Стоимость такого теплового пункта больше, чем при схеме а), но меньше, чем для закрытой системы. При этом теряется основное преимущество открытых систем – защита систем горячего водоснабжения от внутренней коррозии.

Добавка водопроводной воды будет вызывать коррозию, поэтому циркуляционную линию системы ГВС нельзя присоединять к обратному трубопроводу тепловой сети. При значительных отборах воды из подающего трубопровода сокращается расход сетевой воды, поступающей в систему отопления, что может привести к недогревам отдельных помещений. Этого не происходит в схеме б), что и является ее преимуществом.

Пьезометрический график

По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график. График напоров позволяет решать важнейшие вопросы при проектировании, строительстве, наладке и эксплуатации всех элементов системы теплоснабжения. К таким вопросам относятся:

1) проверка правильности выбора диаметров после гидравлического расчета тепловой сети;

2) выбор сетевых и подпиточных насосов;

3) выявление необходимости сооружения насосных станций для повышения давления в сети;

4) определение располагаемого давления на вводах у абонентов и выбор схемы присоединения потребителей;

5) определение давлений в любой точке сети при разных режимах работы и этапах развития системы теплоснабжения;

6) проверка соответствия предельных давлений прочности элементов системы теплоснабжения.

График строится для двух режимов работы системы: статического и динамического. Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Динамический режим характеризует давления, возникающие в сети при работающих сетевых и подпиточных насосах и при движении теплоносителя. Графики разрабатываются для основной магистрали теплосети и для протяженных ответвлений. При построении графиков используются величины давления, выраженные в линейных единицах (м вод.ст.), поэтому график называется пьезометрическим.

Изобразим принципиальную схему тепловой сети в масштабе, для которой построим пьезометрический график.

На координатную сетку в масштабе наносят профиль поверхности земли по трассе тепловой сети от источника до последнего потребителя. Все отсчеты производят от уровня, соответствующего отметке сетевых насосов, принимаемой за геодезическую отметку нуль. От нее откладывают по вертикали профиль сети и высоты зданий. Высшее положение воды в отопительной системе совпадает с верхней отметкой здания. Условно принимаем, что ось трубопроводов и нагревательные приборы на первом этаже совпадают с отметкой земли.

По трассе отмечают начальные и конечные точки каждого участка сети согласно схеме гидравлического расчета. Точка 1 характеризует местоположение источника теплоснабжения, вернее сетевого насоса. Точка 3 соответствует расположению последнего потребителя, высота отопительной системы которого в вертикальном масштабе равна 3Д. В точке 2 сети имеется ответвление к потребителю С, высота отопительной системы которого 4С.

Строим линию давлений о обратной магистрали.

Наносим точку О1, соответствующую давлению теплоносителя в обратном трубопроводе у источника. Точку О1 выбираем так, чтобы давление в обратном трубопроводе было достаточным для преодоления сопротивления на всасе сетевых насосов и обеспечивало бы необходимое давление в расположенных поблизости от источника 5-9 этажных домах. Можно принять 20-30 м вод.ст. Минимальное давление в точке О1 для предупреждения кавитации в сетевом насосе 5-10 м вод.ст. (5 м вод.ст. предотвращает вскипание теплоносителя с температурой не более 110º С).

По данным гидравлического расчета строим линию падения давления в обратной магистрали, откладывая по участкам потери давления. Важно, чтобы давление в обратной магистрали перекрывало верхние точки отопительных систем, присоединенных по зависимой схеме, не менее чем на 5 м. Это условие обеспечивает залив систем отопления. Линия О1-О3 не должна быть выше 60 м по условиям прочности чугунных радиаторов и других нагревательных приборов, рассчитанных на это давление. Если линия О1-О3 не удовлетворяет обоим требованиям, ее положение изменяют, поднимая или опуская ее в зависимости от рельефа, высоты зданий и т.п. В некоторых случаях требуется сделать линию О1-О3 более пологой или более крутой, для этого надо увеличить или соответственно уменьшить диаметры трубопроводов и произвести заново гидравлический расчет.

Наносим потери давления в тепловом пункте у последнего потребителя О3–П3. Необходимо обеспечить располагаемый перепад давлений в ИТП не менее требуемого для работы элеваторного узла (8 – 15 м), при этом расчетная потеря давления в отопительной системе не должна превышать 15 кПа (1, 5 м вод. ст.). При безэлеваторном подключении систем отопления располагаемый напор на вводе должен быть не менее удвоенных расчетных потерь напора в местной системе, но не менее 10 м вод. ст. Для ГТП принимается располагаемый напор 25 м, при непосредственном присоединении систем отопления ≥ 5 м.

По данным гидравлического расчета наносим линию падения давления в подающем трубопроводе П3-П1. В закрытой системе линия падения давления в подающем трубопроводе имеет вид зеркального изображения линии О1-О3.

Проверяют соответствие линии П3-П1 обязательным условиям:

1) условие невскипания, т.е. линия П3-П1 должна быть выше линии, соединяющей верхние концы отрезков, которые выражают избыточные давления, предотвращающие вскипание воды в точках наивысшего положения воды в сети. Эта условная пограничная линия следует за геодезическими отметками положения воды в системе. Если температура воды в сети 150º С, то для исключения ее вскипания давление в сети должно быть более 40 м. В связи с неравномерным нагреванием воды в отдельных трубках водогрейных котлов температура воды для определения давления, обеспечивающего невскипание, принимается на 30 º С выше расчетной температуры сетевой воды;

2) давления в подающей линии сети не должны превышать допустимые для отдельных элементов системы; максимальный напор в подающем трубопроводе ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок; допустимое избыточное давление для водогрейных котлов, бойлеров, труб и арматуры тепловых сетей 160 – 250 м вод. ст.; для скоростных подогревателей типа МВН 100 м вод. ст.; для чугунных отопительных радиаторов 60 м вод.ст.; для стальных конвекторов 90 м вод.ст; для калориферов 80 м вод. ст.;

3) ни в одной из точек системы линия П3-П1 не должна быть ниже линии статического давления;

Наносим потери давления в источнике теплоты П1-К. Потери давления в пароводяных подогревателях, водогрейных котлах, приборах учета и трубопроводах источника составляют 25-40 м. В бойлерной установке котельной можно принимать 10-20 м, в зависимости от вида применяемого оборудования.

Наносим линию статического давления Н_ст. Оно устанавливается в сети, когда не работают сетевые насосы, а давление, равное статическому, поддерживается постоянно действующими подпиточными насосами. Циркуляции в сети нет, давления в подающей и обратной линиях одинаковы. К линии статического давления применяются те же требования, что и к линии давления в обратном трубопроводе:

а) линия должна проходить не менее чем на 5 м выше перекрытия верхнего этажа зданий, расположенных на самой высокой отметке и присоединенных по зависимой схеме с тем, чтобы их местные системы отопления всегда были заполнены водой и в них не подсасывался воздух;

б)линия должна находиться на высоте, не превышающей 60 м над полом первого этажа зданий, расположенных в самых низких отметках района.

При невозможности обеспечения всего района централизованного теплоснабжения единой линией статического давления, следует предусматривать деление водяных сетей на независимые зоны, каждая из которых обеспечивает работоспособность и надежность системы своей зоны. Возможно также использовать независимую схему присоединения отопительных установок к тепловой сети в зданиях, создающих повышенный полный статический напор.

Линия статического давления может пересекать линию давлений в обратном трубопроводе, но не может быть ниже точки О1.

Строим падение давления в ответвлении С. Для этого от места ответвления (точка 2) откладывают потери напора по участкам ответвления, т.е. от точек О2 и П2 откладываем потери давления на участке 2-4. Располагаемый напор абонента на ответвлении не должен быть меньше располагаемого напора у последнего абонента.

По пьезометрическому графику можно определить:

- располагаемый напор сетевых насосов ;

- напор, развиваемый подпиточными насосами в динамическом режиме: ;

- в статическом режиме: ;

- располагаемый напор у потребителя Д: ;

- в произвольной точке сети 5: ;

- потери в подающей магистрали: ;

- потери в обратной магистрали: ;

- полные потери в тепловой сети: .

Качественного регулирования

Выше был рассмотрен график центрального качественного регулирования для случая, когда у большинства абонентов отсутствует нагрузка горячего водоснабжения. Различают отопительно-бытовой график и график регулирования по совмещенной нагрузке (отопление и горячее водоснабжение). Отопительный график применяется, когда отношение средней нагрузки горячего водоснабжения к расчетной нагрузке отопительной соответствует соотношению:

Согласно отопительному графику температура сетевой воды τ ₁должна изменяться от 150º С до примерно 40º С за отопительный период (при нагрузке 150/70), т.е. если не учитывать нагрузку горячего водоснабжения, то график имеет вид приведенный выше. Учет нагрузки горячего водоснабжения требует некоторых изменений графика, а именно: при положительных температурах наружного воздуха температура сетевой воды не должна быть ниже 70º С с тем, чтобы обеспечить подогрев водопроводной воды в теплообменных аппаратах до температуры 60º С ( 5º С принимается на потери в сетях ГВС). В результате температурный график имеет точку излома или срезку графика.

При чисто элеваторном подключении систем отопления в теплый период года имеет место перегрев помещений. Чтобы избежать этого необходимо в этот период осуществлять дополнительное местное количественное регулирование систем отопления или регулирование пропусками. При элеваторных вводах регулирование пропусками или количественное регулирование приводит к разрегулировке систем отопления. Этот недостаток устраняется установкой на абонентских вводах или групповых тепловых пунктах центробежных насосов, позволяющих поддерживать постоянный расход в системах отопления при уменьшении расхода сетевой воды из подающей линии. На индивидуальных тепловых пунктах центробежный насос может устанавливаться на перемычке элеватора, а в схемах группового теплового пункта устанавливается общий подмешивающий насос.

В этих схемах при снижении расхода сетевой воды возрастает подача насосов, и суммарный расход в системе отопления остается постоянным. Аналогичный режим работы может быть достигнут установкой элеватора с регулируемым соплом, тогда изменением коэффициента смешения элеватора удается сохранить постоянным расход в системе отопления при снижении расхода сетевой воды. Такой режим для системы отопления будет соответствовать закону качественного регулирования, т.е. расход постоянный, а τ ₃ будет изменяться. Если система отопления работает по закону качественного регулирования, за счет схемных решений температура обратной воды τ ₂ тоже будет соответствовать закону качественного регулирования.

Испытания тепловых сетей.

Все тепловые сети, находящиеся в эксплуатации, должны подвергаться следующим испытаниям:

гидравлическим испытаниям с целью проверки прочности и плотности трубопроводов, их элементов и арматуры;

испытаниям на максимальную температуру теплоносителя для выявления дефектов трубопроводов и оборудования тепловой сети, контроля за их состоянием, проверки компенсирующей способности тепловой сети и состояния опор;

испытаниям на тепловые потери для определения фактических тепловых потерь теплопроводами в зависимости от типа изоляции, срока службы, состояния и условий эксплуатации;

испытаниям на гидравлические потери для получения гидравлических характеристик трубопроводов;

испытаниям на потенциалы блуждающих токов (электрическим измерениям для определения коррозионной агрессивности грунтов и опасного действия блуждающих токов на трубопроводы подземных тепловых сетей).

Все виды испытаний проводятся раздельно, совмещение во времени двух видов испытаний не допускается. Для проведения каждого испытания организуется специальная бригада, которая утверждается или назначается главным инженером. Руководитель испытаний должен заранее определить мероприятия, которые должны быть выполнены при подготовке сети к испытаниям. К таким подготовительным мерам относится:

- врезка штуцеров для манометров и гильз для термометров;

- врезка циркуляционных перемычек и обводных линий;

- выбор средств измерений в соответствии с ожидаемыми пределами измеряемых параметров.

На каждый вид испытаний должна быть составлена рабочая программа, утвержденная главным инженером тепловых сетей и согласованная с главным инженером ТЭЦ. Рабочая программа испытаний должна содержать задачи испытаний и методику проведения, перечень подготовительных мероприятий, последовательность проведения отдельных этапов, режимы работы оборудования ТЭЦ и тепловой сети, схемы включения и переключения тепловых сетей, точки наблюдения, сроки проведения испытаний, средства связи и транспорта и мероприятия по технике безопасности.

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий.

Устройство и работа ТЭС.

В критической точке исчезает различие м/д кипящей водой и сухим паром.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒