АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ 

Кафедра тепловых энергетических установок

 

ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

Конспект лекций

для студентов всех форм обучения специальности 050717 – Теплоэнергетика

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: М. И. Пак, Т. М. Ем, Теплофикация и тепловые сети. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050717 – Теплоэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2008. -58 с. 

В конспекте лекций представлен сиcтематический курс производства, транспорта и потребления тепловой энергии в централизованных система теплоснабжения городов и отдельных зданий. Разделы энергопотребления и тепловой защиты зданий, графика центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, теплового и гидравлического расчета тепловых сетей и сетей потребителя, расчета тепловых потерь в тепловых сетях разработаны на основе нормативных документов, введенных в Республике Казахстан за последние 15 лет.

Конспект лекций состоит из двух частей: базового курса в объеме 5 лекций и основного курса, что, по мнению составителей, обеспечит эффективное усвоение объема знаний лабораторных  занятий и выполняемых РГР.

Конспект лекций предназначен для студентов, обучающихся по специальности 050717 - Теплоэнергетика, всех форм обучения, выбравших специализацию – Тепловые электрические станции и Технология воды и топлива.

 

 Содержание

1	Предисловие	4
2	Лекция 1	5
3	Лекция 2	11
4	Лекция 3	17
5	Лекция 4	24
6	Лекция 5	30
7	Лекция 6	36
8	Лекция 7	41
9	Лекция 8	44
10	Лекция 9	48
11	Лекция 10	51
12	Лекция 11	56
13	Лекция 12	60
14	Лекция 13	64
15	Лекция 14	67
16	Лекция 15	70
17	Лекция 16	74
18	Лекция 17	76
19	Список литературы	79

  Предисловие

          Развитие современной цивилизации немыслимо без обеспечения энергопотребителей в достаточном количестве электрической и тепловой энергии. Если развитие централизованных систем электроснабжения с крупными источниками (станциями) электроэнергии и развитыми электрическими сетями на данный период ни у кого не вызывает сомнения , то развитию и дальнейшей модернизации централизованных систем  теплоснабжения существует альтернативный путь развития – автономные системы теплоснабжения с максимальным использованием нетрадиционных источников теплоты, что позволяет исключить энергозатраты  на транспорт теплоносителя и тепловые потери в тепловых сетях.

           С термодинамической точки зрения теплофикация обеспечивает наиболее полное использование теплоты сгорания органического или ядерного топлива, но увеличение единичной мощности ТЭЦ приводит к увеличению объема и теплопотерь в магистральных тепловых сетях, так что в какой-то момент экономия топлива при теплофикации полностью затрачивается на покрытие тепловых потерь в магистральных и распределительных тепловых сетях.

          Конспект лекций адресован будущим теплоэнергетикам, которые должны будут определить дальнейший путь развития теплоснабжения в Казахстане на основе достоверной оценки существующей системы централизованного теплоснабжения и энергетического, и экологического преимущества альтернативного теплоснабжения. Поэтому конспект лекций направлен в первую очередь на критическое изучение принципов организации централизованного теплоснабжения на основе теплофикации.   

Лекция 1

Введение. Цель и задача курса. Структура курса, аудиторные занятия, самостоятельная работа. Контроль и оценка знаний. Рекомендуемая литература,  раздаточный   материал.                                                                                                             

1.1  Система  теплоснабжения,  основные  элементы.  Классификация.    

          Системой  теплоснабжения  называется  совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих теплоснабжение города, района, предприятия.

          Основными элементами СТС являются ИТ, ТС и ПТ. На рис. 1 представлена условная схема СТС. 

                  

Рисунок 1.1- Схема системы теплоснабжения

          На ИТ за счет использования энергии первичного теплоносителя получается энергия Q₁, часть этой энергии теряется в ТС, и ПТ использует для целей теплоснабжения величину  

          СТС подразделяется на ЦСТС (имеются наружные ТС независимо от диаметра трубопроводов и длины) и автономные СТС, где отсутствуют наружные тепловые сети.

          Дальнейшая классификация проводится по составу оборудования основных элементов СТС:

                   1) По способу производства теплоты:

а) ТЭЦ;

б) РК.

По ИТ:

2) по виду теплоносителя на:

а) паровые;

б) водяные.

 3) По числу трубопроводов ТС:

 а) однотрубная;

 б) двухтрубная; 3 и 4 – трубные.

4) По способу прокладки теплопроводов ТС:

подземная:    а) прокладка в проходных каналах (тоннелях);

                     б) прокладка в непроходных каналах;

                     в) бесканальная прокладка.

надземная:    а) прокладка на низких опорах;

                                           б) прокладка на высоких опорах.

          ПТ по графику теплопотребления и специфике используемого оборудования, а также по способу присоединения нагрузки к ТС подразделяются на следующие виды:

            – отопления (ОТ);

            – вентиляция (В); 

             – горячее водоснабжение (ГВС);  

             – кондиционирование воздуха (К);

             – технологическое пароснабжение.

По способу присоединения нагрузки ОТ ЦСТС подразделяются:

– на зависимые, в которых горячая вода ТС циркулирует в контуре отопления,

           – на независимые, когда нагрузка ОТ присоединяется к ТС через        водоводяной теплообменный аппарат.

Зависимые СТС могут быть:

           – с элеваторным смешением, когда нагрузка ОТ присоединяется к ТС через струйный насос (элеватор);

            – с насосным смешениям;

            –  с непосредственным присоединением.

По способу присоединения нагрузки ГВС ЦСТС подразделяются на:

           – открытые, в которых вода ТС расходуется потребителем на бытовые и другие нужды;

           – закрытые, в которых у потребителя расходуется водопроводная вода, нагретая до необходимой температуры в теплообменных аппаратах за счет тепла сетевой воды.

Нагрузка В, как правило, присоединяется к ТС непосредственно. Нагрузка К   является нагрузкой ТС, если для целей кондиционирования воздуха используются абсорбционные холодильные машины. На рис. 1.2 и   1.3 схемы

присоединения ПТ к двухтрубной ТС.

Рисунок 1.2 - Схема зависимой открытой СТС с элеваторным смешением

          РТ – регулятор температуры, Э – элеватор.

Рисунок 1.3 - Схема независимой закрытой СТС

РТ – регулятор температуры, ТА₁, ТА₂ – теплообменные водоводяные аппараты, ЦН – циркуляционный насос отопления.

1.2 Термодинамические основы теплофикации

Если электроэнергия вырабатывается на КЭС, а теплота – на котельной, то такая схема выработки энергии называется  раздельной выработкой теплоты и электроэнергии. Теплофикацией называется комбинированный способ выработки тепловой и электрической энергии в одном агрегате. С  ТД точки зрения комбинированный способ выработки тепловой и электрической энергии более эффективен по сравнению с раздельной.

 

Рисунок 1.4 - TS – диаграмма цикла Ренкина и принципиальная тепловая схема КЭС

          Рассмотрим ТS – диаграмму цикла Ренкина с перегревом пара и ее принципиальную тепловую схему (рис.1.4). Термический кпд цикла определяется как

При этом  определяется параметрами окружающий среды и снизить ее для увеличения  мы не можем. Величина теплового выброса в конденсаторе (на диаграмме площадь а-3-2-в-а) очень большая, например, для конденсационной турбины К-300 с номинальным расходом пара 890 т/ч,  Q₂ (Q конденсатора) составляет 2200 ГДж/ч, что означает, что мы выбрасываем в час 75,083 тут. топлива или 657 729 тут в год, или 1644 ж.д. составов с высококачественным топливом. Внутренняя теплофикация несколько снижает величину Q₂, т.к. снижается q_k (процесс 1-1’-2к) и r_k, но это не решает проблему. Кроме того теплота низких параметров с температурой 12 – 25⁰С не пригодна для целей теплоснабжения. Теплофикация состоит в том, чтобы процесс 2_к – 3 провести при температуре ~ 100⁰С, и тепло фазового перехода отдать потребителю. Конечно, потребуется заменить конденсационную турбину на теплофикационную, перестроить процесс регенеративного подогрева питательной воды, и это все сделано. В результате в одном агрегате мы вырабатываем электрическую и тепловую энергию с параметрами, пригодными для целей теплоснабжения. Принципиальная тепловая схема теплофикации с турбиной Т представлена на рис.1.5.

 

Рисунок 1.5 - Принципиальная схема ТЭЦ с турбиной Т

Введем коэффициент использования теплоты топлива

где  количество теплоты и электроэнергии, отпущенное потребителям.

где  - часовой расход, низшая теплота сгорания топлива,  соответственно кпд термический, парогенератора, паропровода, внутренний относительный, механический и генератора, собственных нужд и эффективный. В среднем для КЭС

          Оценим значение  для ТЭЦ с одной турбиной Т – 100/120 – 130. Основные параметры (паспортные) турбины:

Для простоты пренебрегаем потерями энергии в теплофикационном оборудовании, расходом на собственные нужды. Не трудно получить, что

т.е.  при теплофикации больше чем 2 раза  в конденсационном цикле.

          В силу ряда причин энергетическая эффективность теплофикации определяется по экономии топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии по сравнению с расходом топлива при раздельной выработке такого же количества электроэнергии и теплоты, что и на ТЭЦ.

          Преимущества ЦСТС:

–       возможность использования для целей теплоснабжения топлив низкого качества, а также атомной энергии;

–       высокая единичная мощность, снижение эксплуатационных расходов на единицу выработанной энергии;

–       поддержание ПДК выбросов в городе, районе.

         Недостатки ЦСТС:

–       большой объем ТС, высокая стоимость прокладки;

–       высокая инерционность системы, большие теплопотери через изоляцию и утечкой в ТС;

–       большие потери теплоты при авариях в ТС.

Лекция 2

                        2.1 Климатические параметры наружного воздуха регионов РК

          К тепловым сетям ЦСТС присоединяются разнородные потребители теплоты: ОТ, В, ГВС, К и технологическое пароснабжение. Необходимая для покрытия потребности теплопотребителей нагрузка части потребителей, например, ОТ, В и К зависит от параметров наружного воздуха, и их называют сезонными потребителями, а нагрузка ГВС и технологического пароснабжения не зависит или  слабо зависит от параметров наружного воздуха, и их называют круглогодовыми потребителями.

          При расчете нагрузки сезонных потребителей теплоты учитывают следующие параметры наружного воздуха: температуру, относительную влажность, скорость и направление ветра, а при расчете нагрузки круглогодовых потребителей – температуру холодной воды.

          РК находится в зоне резкого континенталного климата. Климатические параметры наружного воздуха приведены [7,10]. При проектировании и эксплуатации СТС используют следующие характеристики наружного воздуха:

           – расчетная температура наружного воздуха, определяемая как средняя температура наиболее холодных последовательных пятидневок за период наблюдения с заданной обеспеченностью, ;

            – средняя температура холодного (отопительного) периода,  ;

           – продолжительность Z и градусо-сутки Д ОП;

           – температура воздуха и солнечная радиация в ОП и теплый период.

          Расчетные температуры наружного воздуха, продолжительность ОП Z сут,  среднюю температуру воздуха в ОП и градусо – сутки Д,  следует принимать по таблицам В.1 и В.3 [10]. Например, для г. Алматы       Значения в скобках относятся к поликлиникам, лечебным учреждениям, домам – интернатам и дошкольным учреждениям.

          Установленная мощность всего оборудования систем отопления и вентиляции выбирается по расчетной температуре наружного воздуха , мощность систем кондиционирования – по параметрам воздуха в теплый период. Оптимальные и допустимые параметры воздуха внутри помещений следует принимать по [9] с учетом, рекомендаций, приведенных в [10]. Так, например, в г. Алматы расчетная температура воздуха внутри жилых, общественно – административных зданий согласно таблице В.2 [10] принимается равной 20⁰С, , температура точки росы 10,7⁰С.

          При расчете нагрузки ГВС и технологического пароснабжения температура холодной воды при отсутствии данных принимается равной в ОП +5⁰С, в теплый период +15⁰С.

2.2 Графики теплопотребления, определение расчетной нагрузки и расходов воды методом удельных расходов

          Сезонные и круглогодовые потребители теплоты имеют качественно

различные годовые и суточные графики теплопотребления.

На рис. 2.1. приведены годовые а) и суточные б) графики теплопотребления ОТ и В. Их годовой график имеет резкопеременный характер, относительно слабо изменяясь в ОП, в ЛП их нагрузка равна нулю. Суточный график имеет слабопеременный характер, разность нагрузки в дневное и ночное время определяется изменением параметров наружного воздуха в это время (в основном амплитудой колебаний температуры наружного воздуха). График нагрузки кондиционирования воздуха в производственных зданиях, в которых по условиям технологии производства необходимо поддерживать постоянные параметры воздуха и чистоту (музеи, производства микросхем и др.), в ОП такой же, как и график В, по в ЛП нагрузка не равна нулю при температурах наружного воздуха больших заданной по технологии.

 

    

 

Рисунок 2.1 - Годовой а) и  б) суточный  график изменения нагрузки отопления и вентиляции

 

 

Рисунок 2.2 - Годовой а) и суточный б) график теплопотребления нагрузки горячего водоснабжения

На рис. 2.2. приведены графики теплопотребления горячего водоснабжения (ГВС). ГВС имеет слабопеременный годовой график теплопотребления, по резкопеременный суточный график. Пики нагрузки снижаются при установке в ЦСТС аккумуляторов теплоты, а также при наличии в районе постоянных потребителей горячей воды (прачечных, бань и др.) График теплопотребления технологического пароснабжения зависит от режима работы присоединенных потребителей, но качественно графики теплопотребления остаются похожими на график ГВС.

2.3 Определение расчетной нагрузки отопления

                        При проектировании систем отопления зданий согласно [11] следует учитывать:

1)     потери теплоты через ограждающие конструкции;

2)     расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося воздуха;

3)     расход теплоты на нагревание материалов, оборудования и транспортных средств;

4)     тепловой поток, регулярно поступающий от электрических приборов, освещения, оборудования, коммуникаций, людей и др. источников.

          На стадии проектирования зданий промышленного района допускается использование нормируемой удельной потребности теплоты на отопление [10]  при выполнении требований к объемно – планировочным показателям зданий, к которым относится показатель компактности зданий  и коэффициент остекленности фасада. Показатель компактности  определяется как

где  общая площадь внутренней поверхности и объем, ограниченными внутренними поверхностями наружных ограждающих конструкций. Например, для жилых 5-этажных зданий  не должен превышать 0,36, коэффициент остекленности в [10] таблица 6. Используемое для проекта значение  должно удовлетворить условию                     

          Расчетную тепловую мощность отопления  находят по соотношению

,  

или

 , 

где  отапливаемые площади и объемы всех зданий района.

          Расчетный массовый расход циркуляционной воды на отопление находят

,

где с – теплоемкость воды,  и  расчетная температуры на подаче и обратке циркуляционного контура  отопления. Расход сетевой воды на отопление зависит от температурного графика регулирования и схемы присоединения отопительной нагрузки к ТС и определяется соотношениям

где  температуры подачи и обратки сетевой воды в расчетном режиме.

2.4  Расчетная нагрузка вентиляции

          Если расчетная нагрузка вентиляции при проектировании теплоснабжения района не задана, то максимальную мощность вентиляции определяют по формуле

 

где  доля расхода теплоты на отопление общественных зданий, при отсутствии данных принимать равным 0,25,  доля расхода теплоты на вентиляцию общественных зданий, при отсутствии данных принимать равным 0,6.

          Расход сетевой воды на вентиляцию определяют по формуле

2.5 Расчетная нагрузка горячего водоснабжения

          Средний расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется

         в ОП        

         в ЛП           

где 1,2 – коэффициент, учитывающий теплоотдачу в помещение системы ГВС (трубопроводы, отопление ванной, полотенцесушители), М – количество жителей района, а – норма горячей воды на одного человека в л в сутки, для жилых зданий, в -то же в общественных зданиях, с – теплоемкость воды,  температуры холодной воды в ОП и ЛП, при отсутствии данных принимается   

          Расчетная нагрузка ГВС определяется соотношением

          Расход горячей воды в расчетном режиме из предыдущих соотношений определяется

          В последние годы нагрузка на кондиционирование воздуха перестала быть тепловой нагрузкой, а является чисто электрической нагрузкой, и в тепловом балансе ЦСТС не учитывается, но его необходимо учитывать в тепловом балансе здания.

          Средние тепловые нагрузки на технологические процессы и количество возвращаемого конденсата следует принимать по проектам промышленных предприятий.

          Суммарный расчетный сетевой воды в магистральные ТС определяется

          Технологические потребители, как правило, присоединяются к паровым сетям, которые прокладываются отдельно совместно с трубопроводами возвращаемого конденсата.

          При технико – экономическом обосновании допускается использование других соотношений, учитывающих способ регулирования нагрузки ТС, аккумулирующие способности зданий, утечку теплоносителя в ТС.

Литература [7], [9], [10], [11]

 

Лекция 3

3.1 Годовой график теплопотребления

Годовой график состоит из двух частей. Левая часть графика характеризует зависимость суммарной нагрузки ОТ, В, ГВС и технологического пароснабжения района (магистрали ТС) от температуры наружного воздуха в интервале расчетных температур от  до  Правая часть графика характеризует длительность стояния суммы всех нагрузок теплопотребления в течение года (ОП и ЛП).

Рисунок 3.1 -  Годовой график теплопотребления

Отопительная и вентиляционная нагрузки зависят линейно от алгебраической разности температур

          Нагрузка ГВС ступенчато изменяется от величины пропорциональной () летом до величины пропорциональной  в ОП, т.е. в интервале температур (+8⁰С-25⁰С для г. Алматы). На рис. 3.1. представлен годовой график изменения суммы нагрузок  Нагрузка технологического пароснабжения в годовом графике не учтена. Максимальная нагрузка при  будет равна расчетной нагрузке СТС, по величине которой выбирается мощность установленного оборудования СТС.

          Поскольку в [7] не содержатся данные по длительности стояния определенных температурных градаций, но есть данные по среднемесячным температурам, то строим гистограммы в правой части графика по этим данным.

    Осредняющую кривую в правой части проводят так, чтобы площадь под кривой была равна площади гистограмм (принцип построения гистограмм видно из рис.3.1). Обычно годовым графиком теплопотребления называют правую часть графика, а левая часть служит для построения годового графика.

 

Среднемесячные температуры наружного воздуха в ОП для г. Алматы.

Месяц ОП	Число часов	Средняя температура месяца, 0С
Январь	744	-6,8
Февраль	672	-5,1
Декабрь	744	-4,4
Ноябрь	360	+1,1
Март	744	+1,9
Октябрь	744	+9,6
Апрель	360	+10,7

 

          У теплофикационных турбин удельный расход топлива на выработку электрической энергии меньше в теплофикационном режиме (при полном отборе пара на теплофикацию), чем в конденсационном режиме (поток пара в конденсатор почти равен расходу острого пара). Поэтому для повышения эффективности теплофикации стараются обеспечить максимальную длительность работы турбин в ОП в теплофикационном режиме (линия а – б на рис.3.1), а недостающую разность нагрузки обеспечить за счет установки пиковых водогрейных котлов (ПВК). Ордината 1 – а будет равна мощности теплофикационных отборов турбин  Отношение  называют коэффициентом теплофикации  (часовым)

.

3.2 Принципиальные тепловые схемы источников теплоснабжения

          При раздельной выработке тепловой и электрической энергии источниками теплоснабжения ЦСТС являются районные водогрейные и паровые котельные, работающие, как правило, на органическом топливе. В общем случае теплоснабжение зданий может осуществляться от автономных источников тепла, от индивидуальных теплогенераторов систем поквартирного теплоснабжения; допускается использование солнечных, теплонасосных и технологических установок, а также электроэнергии с непосредственной трансформацией ее в тепловую энергию.

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема водогрейной котельной

К – котел, Д – вакуумный деаэратор, ВП – водоподготовительная установка СН – сетевой насос, ПН – подпиточный насос, РН – рециркуляционный насос

Рисунок 3.3 - Принципиальная схема паровой котельной

ПК – паровой котел, ДП – деаэратор сетевой воды, ВП – водоподготовительная установка, насосы: ПН – питательный, СН – сетевой, ППН – подпиточный, ПВТ – пароводяной теплообменник, ОК – охладитель конденсата.

На рис.3.2, 3.3 показаны принципиальные тепловые схемы водогрейной и паровой котельной с упрощенной схемой водоподготовки и деаэрации питательной и сетевой воды. На водогрейной котельной в качестве резервного топлива используется мазут, который разогревается паром. Поэтому на водогрейных котельных всегда устанавливаются паровые котлы, даже если нет технологических потребителей пара в районе.

В состав ТЭЦ могут входить в зависимости от характеристик теплоснабжения района различные типы теплофикационных турбин: Т – теплофикационная, ПТ – теплофикационная с регулируемым теплофикационным и производственным отбором пара, Р – с нерегулируемым производственным отбором пара. Принципиальные схемы ЦСТС с этими турбинами без схем регенеративного подогрева питательной воды, водоподготовки и деаэрации показаны на рис. 3.4 а), б), в).

а)

б)

в)

Рисунок 3.4 - Принципиальные схемы теплофикации

ПГ – парогенератор, ЭГ – электрогенератор, ПК – пиковый водогрейный котел, К – конденсатор, ПВТ – пароводяной теплообменник, ПН – питательный насос, ТФ – теплофикационный отбор, Пр – производственный отбор пара.

          Компоновка оборудования ТЭЦ производится с поперечной связью, т.е. парогенераторы и турбины ТЭЦ присоединяются к одному паропроводу, турбины ТЭЦ, как правило, выбираются с одинаковыми начальными параметрами пара.

3.3 Энергетическая эффективность источников теплоснабжения. Экономия топлива при теплофикации

          Для решения этих вопросов используем метод удельных расходов условного топлива на выработку единицы электроэнергии (кВт·ч) и теплоты (Гкал, ГДж).

          Условным топливом называется топливо, низшая теплота сгорания которого равна 7000 ккал/кг или 29,31 МДж/кг. Тонна условного топлива обозначается «тут».

          Удельным расходом условного топлива на выработку электроэнергии называется количество условного топлива в кг, затраченное на выработку 1 кВт·ч (3,6 МДж) электроэнергии. Удельным расходом условного топлива на выработку теплоты называется количество топлива в кг, затраченное на выработку 1 Гкал или 1 ГДж теплоты.

      

          Теплофикационная турбина в общем случае может работать в теплофикационном режиме (при максимальном отборе пара на теплофикацию) и в чисто конденсационном режиме (отбор пара на теплофикацию равен нулю). Поэтому теплофикационная турбина характеризуется выработкой электроэнергии , кВт·ч/год и удельным расходом условного топлива в теплофикационном режиме и аналогичными величинами , кВт·ч/год и  в конденсационном режиме. Т.к. в выработку электроэнергии и теплоты не входит их расход на собственные нужды, то  будет равен

 

          Удельный расход топлива на выработку 1 Гкал теплоты на районной котельной равен

          Удельные расходы топлива на ТЭЦ можно найти по режимным характеристикам работы турбины.

          Пользуясь удельными расходами, можно определить экономию топлива на ТЭЦ по сравнению с раздельной выработкой по формуле Мелентьева Л.А.;

           количество электроэнергии в кВт·ч, выработанной на ТЭЦ комбинированным и конденсационным способом,  удельные расходы топлива на электроэнергию, выработанной соответственно на КЭС, на ТЭЦ комбинированным и конденсационным способом,  удельные расходы на теплоту, выработанную турбинами ТЭЦ, котельной и пиковыми котлами ТЭЦ,  теплота, выработанная турбинами ТЭЦ и пиковыми котлами или РОУ,  коэффициент замещения, учитывающий потери в электрических сетях КЭС. Формулу Мелентьева можно использовать и в случае, когда сравнение производится по отпуску электроэнергии и теплоты.

          Если сравнение ТЭЦ производится с мощными КЭС и районными котельными, то двумя последними слагаемыми в формуле можно пренебречь. Для ориентировочных расчетов можно принять

которые являются средними для турбин с электрической мощностью более 50 МВт и при работе на твердом топливе. При работе на газомазутном топливе эти показатели на 4-5% меньше.

Литература:

[1] c. 71 – 77, 79-85, [7]

Лекция 4

4.1 Схемы и конфигурация тепловых сетей

          Тепловые сети должны удовлетворять требованиям безотказной работы, готовности и живучести системы.

          Тепловые сети подразделяются на магистральные, распределительные, квартальные и ответвления от магистральных и распределительных сетей к отдельным зданиям.

          Потребители теплоты по надежности теплоснабжения делятся на три категории:

          первая категория – потребители, не допускающие перерывов в подаче теплоты и снижения температуры воздуха в помещениях ниже допустимых (больницы, родильные дома, картинные галереи, специальные производства);

          вторая категория – потребители, допускающие снижение температуры воздуха в помещениях на период ликвидаций аварии, но не более 54 ч:

           - жилых и общественных зданий до 12⁰С;

           - промышленных зданий до 8⁰С;

          третья категория – остальные потребители.

Тепловые сети по конфигурации могут быть кольцевыми и тупиковыми (радиальными), резервированными и нерезервированными.

          Водяные тепловые сети являются, как правило, двухтрубными, подающими одновременно теплоту на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды.

          Системы отопления и вентиляции должны присоединяться к ТС по зависимой схеме присоединения. По независимой схеме допускается присоединять при обосновании системы отопления и вентиляций зданий 12 этажей и выше. ГВС может присоединяться к ТС по закрытой и открытой схеме присоединения.

          На трубопроводах водяных ТС предусматривается установка секционирующих задвижек на расстояниях от 1000 м до 3000 м в зависимости от диаметра трубопровода с устройством  перемычки между подающим и обратным трубопроводом.

          В ТС может применяться резервирование ТС от смежных районов или от местных источников теплоты, при прокладке тепловых сетей в тоннелях и проходных каналах резервирование допускается не предусматривать.

          Уклон теплопроводов ТС независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки ТС должен быть не менее 0,002. Укладка без уклона допускается на отдельных участках (по мостам, пересечение коммуникации).

          Для водяных ТС следует предусматривать следующие гидравлические режимы:

           – расчетный – по расчетным расходом сетевой воды;

           – зимний – при максимальном отборе воды на ГВС из обратного       

          трубопровода;

          – переходной – при максимальном отборе воды на ГВС из подающего           трубопровода;

          – летний – при максимальной нагрузке ГВС в ЛП;

          – статический – при отсутствии циркуляции теплоносителя в ТС;

          – аварийный.

          Таким образом, в состав ТС включается следующие элементы и сооружения:

          – трубопроводы;

          – запорная и регулирующая арматура;

          – насосные;

          – тепловые пункты;

          – дренажные устройства;

          – компенсаторы и опоры;

          – баки – аккумуляторы и баки – накопители;

          – перемычки и резервные теплопроводы;

          – местные резервные источники;

          – конструкции для прокладки.

4.2 Пьезометрический график тепловой сети

Изменение пьезометрического напора по длине магистральных и

распределительных ТС, необходимое для обеспечения расчетного расхода сетевой воды у потребителей во всех гидравлических режимах, называется пьезометрическим графиком.

          Гидравлические режимы тепловых сетей рассчитываются по уравнению Бернулли и формуле Дарси:

          – уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости для сечений 1 и 2 потока                        

          – формула Дарси для участка трубопровода, линейная потеря напора за        счет трения                          

          где Р – давление статическое, Па, ρ – плотность жидкости, кг/м³, Z – высота сечения от нулевой отметки, м, g – ускорение свободного падения, м/с², ℓ – длина трубопровода, м, d – внутренний диаметр, λ – коэффициент трения. Разделим эти уравнения на ρg, получаем

          В полученных выражениях величина Н, м, называется напором и равна весу данной жидкости высотой Н (или давлению этого столба жидкости)

 или 

          Напор, определенный от оси трубопровода, называется пьезометрическим напором Н, а напор, определяемый от геодезической отметки источника теплоты, называется полным напором Н_n в ТС.

где Z – геодезическая отметка оси трубопровода на данном участке сети.

          Пьезометрический график ТС из условия надежности работы ЦСТС должен удовлетворить следующим требованиям:

1.      Непревышение допустимых давлений в оборудовании источника СТС, ТС и абонентских установок,

2.      Обеспечение избыточного (сверх атмосферного) давления во всех элементах СТС,

3.      Обеспечение невскипания  воды при различных гидравлических режимах СТС.

4.3 Удельное гидравлическое сопротивление трубопровода и местное сопротивление

          Падение напора на единицу длины прямолинейного трубопровода называют линейной потерей напора

Линейная потери напора трубопровода диаметром d при объемном расходе воды V=1 м³/ч при коэффициенте трения λ, независящем от скорости движения жидкости   (квадратичный режим), называется удельным гидравлическим сопротивлением трубопровода S.  λ  в квадратичном режиме равен                                                  

где  коэффициент шероховатости трубопровода, м. Для водяных сетей проектная величина  для стальных труб принимается равной 0,0005 м, т.к.

то                                        

          Трубопроводы тепловых сетей обладают местными сопротивлениями (повороты, сужения, разделение или слияние потоков и т.п.), которые характеризуются коэффициентом местных сопротивлений ζ_i. Потеря напора на них находится по формуле

где  участок сети, где находится местное сопротивление. На этом участке местные сопротивления можно характеризовать эквивалентной длиной                                  

          Гидравлические сопротивления, включенные последовательно, складываются, при параллельном их включении суммируются их проводимости

                    например, общее сопротивление S двух параллельно в сеть сопротивлений  и  будет равен

 

Общее падение напора на участке длиной  и   диаметром  находится

где  объемный расход воды на этом участке, м³/ч.

          На основе этих зависимостей рассчитываются пьезометрический график сети, удовлетворяющий выше указанным требованиям.      На рисунке 4.1 показаны пьезометрический график двухтрубной водяной СТС и ее принципиальная тепловая схема. Потребители группы А, В, С имеют высоту до верхней точки системы теплоснабжения зданий 30м. Двухзонный статический напор ММ для потребителей А и SS для потребителей В, С, у которых установлены чугунные радиаторы с допустимым рабочим напором 60 м, установлен в ЛП, исходя из требований 1 и 2. Статический напор SS создается установкой в сети обратного клапана OK, регулятора давления «до себя», подпиточного насоса 3, регулятора подпитки В5. 

 

Рисунок 4.1 - Пьезометрический график и принципиальная схема системы теплоснабжения

       Изменение напора по падающему трубопроводу выбрано по требованию 1 и 3, по обратному трубопроводу – по требованию 4 и 2. Разность напоров между подачей и обраткой (располагаемый напор) на абонентском вводе потребителя должна составлять 150 кПА (15 м). Кроме конечного потребителя, эта величина у всех потребителей больше, поэтому последовательно с нагрузкой в сеть должны быть включены дросселирующие шайбы. Статический напор ММ создается подпиточным сетевым насосом (на схеме не показан), а также предвключенным насосом 2.

Литература: [12], [4]c. 16-18

 

Лекция 5

5.1Схемы присоединения потребителей к ТС

          Потребители присоединяются к тепловой сети в тепловом узле (абонентском вводе). Отопительная нагрузка должна присоединяться к ТС по зависимой схеме, исключения составляют здания 12 этажей и выше. На рис.5.1 показаны зависимые схемы присоединения отопительной нагрузки:

                                                           а)

                                               

 б)

Рисунок 5.1 - Зависимые схемы присоединения отопительной нагрузки

а) с элеваторным смешением, б) непосредственное присоединение.

Непосредственное присоединение применяется в том случае, когда максимальная температура воды в СТС не превышает 95⁰С для жилых зданий. Элеватор Э представляет струйный насос, принцип действия которого поясняется на рис. 5.2.

 

                       

Рисунок 5.2 - Схема элеватора

          Вода из подачи ускоряется в сопле С, за счет инжекции турбулентной струи она смешивается с обратной водой и попадает в камеру смешения КС, далее поток расширяется в диффузоре Д, где за счет торможения потока повышается статическое давление. Коэффициент смешения определяется как отношение секундного расхода обратной воды g₀ к расходу сетевой воды g_n:

,

и для элеваторов, предназначенных для работы в ТС с графиком регулирования 150/70, он равен 2,2.

          Элеватор Э и нагревательные приборы отопления образуют циркуляционный контур.

          На рис. 5.3 показана независимая схема присоединения отопительной нагрузки. В этом случае вода из ТС не попадет в нагревательные приборы отопления, для обеспечения циркуляции воды устанавливаются циркуляционные насосы ЦН.

          При качественном центральном регулировании нагрузки расход циркуляционной воды остается неизменным в отопительный период.

Вентиляционная нагрузка, как правило, присоединяется к ТС по схеме на рис 5.1 б), где вместо радиаторов отопления устанавливаются водо – воздушные теплообменные аппараты-калориферы. По такой же схеме присоединяются технологическая нагрузка водяных ТС.

Рисунок 5.3 - Независимая схема присоединения отопительной нагрузки

 

                   Нагрузка горячего водоснабжения присоединяется к ТС по открытой или закрытой схеме, которые приведены на рис. 5.4.

        

Рисунок 5.4 - Открытая а) и закрытые б) схемы присоединения нагрузки ГВС

В схеме а), б) установлены регуляторы температуры РТ, а в схеме б) вода из тепловых сетей не разбирается у потребителей,  водопроводная вода нагревается сетевой водой и разбирается у потребителя.

          Схема теплового узла, который находится внутри  здания, включает в себя схемы присоединения всех потребителей здания, а также схемы распределения воды по циркуляционным контурам разнородной нагрузки с измерительными и показывающими приборами и грязевиками. С целью обеспечения устойчивости гидравлического режима, экономии теплоты, надежности и живучести теплоснабжения реальные схемы более сложны и разнообразны, чем приведенные принципиальные схемы.

        В последние годы все большее распространение получают системы отопления и вентиляции с насосным смешением, в которых получается циркуляционный напор больший, чем в элеваторах, а также появляется возможность регулирования коэффициента смешения в отопительной системе.   Схема присоединения отопительной нагрузки с циркуляционным центробежным насосом показана на рис. 5.5. В этой схеме насос Н работает с постоянным числом оборотов, коэффициент смешения регулируется вентилем В.

 

Рисунок 5.5 - Зависимая схема присоединения отопительной нагрузки с циркуляционным насосом

2. Регулирование нагрузки потребителей в ЦСТС

          Отопительная и вентиляционная нагрузка линейно зависят от разности температур                            .

          Тепломеханическое оборудование ТС являются рекуперативными  теплообменными аппаратами, где тепло одного теплоносителя к другому передается через поверхность теплообмена путем теплопередачи. Уравнение теплопередачи имеет вид

где  теплота переданная за промежуток времени   коэффициент теплопередачи,  средний температурный напор в теплообменном аппарате (средняя разность температур теплоносителей),  площадь теплообменного аппарата. Коэффициент теплопередачи  для плоской стенки выражается

где  и  коэффициенты теплоотдачи от теплоносителей к поверхности,  толщина поверхности,  коэффициент теплопроводности стенки. Поскольку  и  зависят от скорости движения теплоносителя, то по уравнению теплопередачи существуют следующие методы регулирования тепловой нагрузки потребителей:

1.     Качественное регулирование за счет изменения средней температуры в теплообменном аппарате.

2.     Количественное регулирование за счет изменения расхода воды, при этом изменяется .

3.     Количественно – качественное регулирование, при котором изменяют и расходы и температуру воды.

4.     Регулирования пропусками, т.е. в этом случае изменяется время работы нагревательных приборов 

          По месту установки регуляторов системы регулирования подразделяются на центральные (на ИТ), групповые (на ТП), местные (на абонентских вводах), индивидуальные (на приборах отопления и вентиляции). Условная схема классификации регулирования нагрузки ЦСТС представлена на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 - Классификация систем регулирования тепловой нагрузки

Качество регулирования можно добиться сочетанием, по крайней мере, 2 групп регулирования.

          В ЦСТС РК наибольшее распространение получило центральное качественное регулирование. Для этой цели по уравнению тепловой характеристики теплообменных аппаратов рассчитываются температуры сетевой воды на подающем и обратном трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха, составляется график регулирования (обычно представляется в виде таблицы). В этом графике температуры сетевой воды представлены в виде функции от

,

и, таким образом, график будет справедлив для различных климатических зон РК.

          По значению  легко найти соответствующую температуру наружного воздуха

          Для удобства обычно под графиком  помещается график  для различных климатических зон РК.

Рисунок 5.7 - Температурный график центрального регулирования а – точка излома температурного графика

5.2 Энергосберегающие технологии в ЦСТС

          ЦСТС, работающие на органическом топливе, загрязняют окружающую среду вредными выбросами продуктов сгорания топлива в том числе парниковыми газами и оксидами азота, а также тепловыми выбросами. По существу вся теплота, затраченная на теплоснабжение, является тепловыми выбросами в окружающую среду. В то же время в настоящее время велики потери теплоты в тепловых сетях через изоляцию трубопроводов, и с утечкой теплоносителя (около 35 – 40% от отпущенного тепла) в самих зданиях непроизводительно используется теплота, так что удельные показатели расхода теплоты 2 – 3 раза превышают нормативные показатели. Энергосберегающие технологии в системах теплоснабжения должны быть направлены на устранение этих потерь. Это может быть достигнуто:

- за счет увеличения КПД оборудования ИТ, внедрения теплофикации;

- разработки новых способов прокладки ТС;

- внедрение автоматических систем регулирования тепловых потоков на ТП, абонентских вводах и нагревательных приборах.

          Различными учреждениями, в т.ч. и АИЭС, накоплен хороший материал по энергосбережению.

Литература: [1]с. 85-104, 118, 132, 133.

          Лекция 6

          6.1 Проектирование тепловой защиты зданий

       Приведенное значение сопротивления теплопередаче строительной конструкций  должны быть больше или равны, удельный расход тепловой энергии для здания в целом  или  должны быть меньше или равны их нормируемых значениям . Нормируемые значения сопротивления теплопередаче для различных типов ограждающих конструкций (стен, перекрытий над проездами, чердачных, окон, витрин и т.п.) приведены в [10] Табл. 4 как функция градусо-сутки отопительного периода Д, величины  в Табл. 6 в зависимости от этажности здания и их назначения.

          Предварительно для здания выбирают объемно – планировочные показатели:

- расчетный показатель компактности жилых зданий  ( площадь наружных OK плюс площади перекрытий верхнего и первого этажа,  отапливаемый объем здания). Для жилых зданий  не должен превышать 0,25 ÷ 1,1 в зависимости от этажности зданий,

- коэффициент остекленности фасада , для жилых зданий  для общественных зданий  (могут применять другие значения в зависимости от  и ).

          Состав ограждающих конструкции выбирают по [8], исходя из выражения приведенного сопротивления теплопередачи

где  коэффициент теплоотдачи наружных поверхностей OK,  толщина и коэффициент теплопроводности каждой части OK,  коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности OK, и очевидного соотношения

где  нормируемый перепад температур внутреннего воздуха  и внутренней поверхности  ограждающей конструкции (Табл.5);  коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности OK (Табл. 7);  расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха.

          Теплопотери через внутренние перегородки учитываются при разности температур воздуха в этих помещениях 6⁰С и выше.

          Температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций в зоне теплопроводных включений не должна быть ниже температуры точки росы в расчетном режиме. Кроме того, OK должны удовлетворять требованиям теплоустойчивости, воздухопроницаемости и паропроницаемости, последние должны определяться по МСП 2.04 – 101 и должны удовлетворять условиям

где  нормируемое сопротивление воздухопроницаемости,  нормируемые сопротивления паропроницаемости.

           6.2 Расчет расхода тепла на нагрев инфитрирующего воздуха

     Сопротивление воздухопроницанию ОК  должно быть не менее нормируемого сопротивления , м²·ч·Па/кг, определяемого по формуле

 нормируемая воздухопроницаемость ОК, принимаемая по Табл. 11 [10];

 разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности ОК.

          Сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей, а также фонарей производственных зданий должно быть не менее нормируемого значения, определяемого по формуле

где  равно 10 Па.

          Средняя воздухопроницаемость жилых и общественных зданий должна обеспечить кратность вентиляции при разности давлений 50 Па

 с естественным побуждением;

 с механическим побуждением.

          Воздухопроницаемость помещений  определяется по сопротивлению воздухопроницанию материалов и конструкции по Приложению 9 [5].

          Разность давлений воздуха  определяется по формуле

где  удельный вес наружного и внутреннего воздуха

;

 максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь месяц.

6.3 Определение годового расхода теплоты на отопление здания

Годовой расход тепла на отопление здания определяется по формуле

где  общие теплопотери здания через ОК, МДж;

 теплопоступления в течение отопительного периода, МДж;

 теплопоступления через окна и фонари в течение отопительного периода, МДж;

 коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ОК, рекомендуется

 коэффициент эффективности авторегулирования отопительной нагрузки, при центральном авторегулировании

 коэффициент дополнительного теплопотребления за счет дискретности расчетной мощности отопительных приборов .

          Общие теплопотери здания через ОК следует определять по формуле

где                                             

 общий коэффициент теплопередачи, Вт/м^{2 0}С;

 приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ОК, Вт/м^{2 0}С, определяемый по формуле

;

 площадь ОК, м²,  приведенное сопротивление теплопередачи отдельной строительной конструкции;

 общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие верхнего этажа и пола нижнего отапливаемого помещения;

 условный коэффициент теплопередачи, учитывающий теплопотери на нагрев инфильтрирующего воздуха, Вт/м^{2 0}С, определяемый по формуле

;

 удельная теплоемкость воздуха, равная 1 КДж/кг· ⁰С;

 коэффициент снижения объема воздуха в здании за счет внутренних ограждающих конструкций;

 средняя плотность приточного воздуха, определяемая по формуле

 средняя кратность воздухообмена;

 коэффициент учета влияния встречного теплового потока;

 объем, ограниченный внутренними поверхностями ОК.

          Бытовые теплопоступления в течение отопительного периода находятся по формуле

где  величина бытовых тепловыделений на 1 м², принимаемых для жилых зданий с учетом социальной нормы

         продолжительность отопительного периода, сут;

         площадь жилых помещений, для    жилых зданий, для общественных

зданий – площадь всех помещений за исключением площади коридоров, тамбуров, лестничных клеток и пр.

          Теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода  МДж для четырех фасадов зданий находятся по формуле

где  коэффициенты затенения световых проемов,

 коэффициенты относительного проникания солнечной радиации.

Литература: [10], [20].

Лекция 7

7.1 Тепловые схемы районных котельных

      Тепловые схемы водогрейной и паровой котельной приведены в [1] (рис. 3.2, 3.3) раздаточном материале. Назначение узлов, принцип работы оборудования приведены там же в разделе 3.2.

7.2 Тепловые схемы ТЭЦ с турбинами Т, ПТ

     Упрощенные тепловые схемы ТЭЦ приведены в [17] (рис. 4.9, 4.11). Здесь же в гл. 4 приведены описания тепловых схем, параметры острого пара, параметры пара на производственный и теплофикационные отборы.

          7.3 Водяные СТС

          В водяных СТС используется вода с температурой в подающей магистрали 150 – 95⁰С, в обратной – 70⁰С. Минимальное число линий ТС для открытой – 1, для закрытой – 2, последние используются в жилом массиве. В промышленных районах могут 3 – трубные: 2 – подающие, 1 – обратка.

7.3.1   Закрытые водяные СТС

          Наибольшие распространение получили закрытые зависимые СТС с двухступенчатой смешанной схемой подогрева воды на ГВС, показанная на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Зависимая закрытая 2 – трубная СТС со смешанной двухступенчатой схемой подогрева горячей воды

РТ – регулятор температуры, RР – регулятор расхода, П1, П2 – водоподогреватели первой и второй ступени.

          Представляет интерес закрытая параллельная схема ГВС с нижним аккумулятором и насосной циркуляцией, показанная на рис. 7.2.

Рисунок 7.2 - Закрытая СТС с нижним аккумулятором

 Н – насос, ОК – обратный клапан, НАК – нижний аккумулятор горячей воды, РТ – регулятор температур.

Особенность системы не только в том, что при отсутствии водоразбора заполняется НАК, но после заполнения НАК насос обеспечивает циркуляцию горячей воды в системе ГВС.

          Закрытая СТС может быть зависимой, независимой и с непосредственным присоединением отопительной нагрузки в том случае, когда расчетная температура в падающем трубопроводе не превышает 95⁰С.

7.3.2 Открытые водяные СТС

          Наибольшее распространение получили открытые системы ТС и непосредственным присоединением нагрузки ГВС см. (рис.7.3)

         

Рисунок 7.3 - Открытая зависимая СТС с непосредственным присоединением нагрузки ГВС

          Представляет интерес непосредственное присоединение нагрузки ГВС с верхним аккумулятором, с циркуляцией воды в период отсутствия водоразбора. (рис. 7.4)

Рисунок 7.4 - Схема ГВС с верхним аккумулятором.

7.3.3 Паровые СТС

          Они сооружаются двух типов: с возвратом конденсата и без возврата конденсата. Как правило, в паровых сетях используются независимые схемы присоединения отопления и закрытые системы ГВС, т.к. параметры пара выше требуемых параметров воды в СТС.

 

Рисунок 7.5 -  Паровая СТС с возвратом конденсата

КО – конденсатоотводчик, КС – конденсатосборник, Н – конденсатный насос, ОК – обратный клапан, РБ – расширительный бак, АБ – верхний аккумулятор горячей воды.

          Возможны другие паровые СТС, например, с центральной струйной компрессией при установке на ТЭЦ турбин типа Р.

     7.4 Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

          Выбор теплоносителя и СТС зависит главным образом от характера ИТ и вида тепловой нагрузки. Наиболее простые решения получается при выборе одного теплоносителя. Энергетически использование воды выгоднее пара.

          Преимущества воды:

           – большая выработка ЭЭ на тепловом потреблении;

           – сохранение конденсата на станции;

– более высокий кпд СТС;

– высокая аккумулирующая способность ТС.

Недостатки водяной         СТС:

           – большой расход ЭЭ на транспорт;

           – большие потери теплоты при авариях;

           – жесткая гидравлическая связь между точками системы.

          Для уменьшения начальных затрат нужно выбирать высокие параметры воды, но при этом увеличиваются теплопотери в ТС.

          Выбор открытых и закрытых СТС определяются качеством воды на ИТ, т.к. горячая вода должна удовлетворять ГОСТ «Питьевая вода».

Литература:

[1] c. 83 – 85, [17] c, 137 – 142

           Лекция 8

8.1 Теплофикационное оборудование ТЭЦ

Теплофикационное оборудование ТЭЦ подготавливает теплоноситель по расходу и параметрам к транспорту по ТС и обеспечивает прием обратной воды.

Для водяных СТС теплофикационное оборудование состоит из:

         –  пароводяных подогревателей;

    –  сетевых насосов;

    –  установок подготовки подпиточной воды и обеспечения подпитки (водоподготовка, деаэрация, аккумуляторы горячей воды, подпиточные насосы и регуляторы).

          Для паровых СТС теплофикационное оборудование состоит:

              –  баков и насосов для сбора, контроля и перекачки конденсата;

          –  РОУ;

          –  компрессорных установок.

          Теплофикационное оборудование ТЭЦ могут выполняться центральными для всей ТЭЦ или поагрегатными для отдельной турбины.

          Установка подготовки воды выполняются центрального типа, также центральными являются установки сборки конденсата, компрессорные установки.

8.2 Пароводяные подогревательные установки

Схемы, принцип работы приведены в [1] в п. 7.1, 7.2.

Принципиальная схема двухступенчатого подогрева сетевой воды показана на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1

ПСП – пиковый подогреватель, СП – основной подогреватель, ОК – охладитель конденсата, Гр – грязевик, СН, КН, ППН – насосы сетевой, конденсатный, подпиточный.

8.2.1  Режим отпуска теплоты от ТЭЦ

Для уменьшения конденсационной выработки электроэнергии турбинами ТЭЦ устанавливаются пиковые котлы. Обычно годовую выработку электроэнергии и теплоты определяют по годовому графику теплопотребления и температуры теплоносителя (рис. 8.2, 8.3)

Рисунок 8.2

Рисунок 8.3

8.2.2    Совместная работа ТЭЦ и пиковых котельных

При большой мощности ТЭЦ пиковые котельные могут состоять из ПК ТЭЦ и районной ПК, схема которой показана на рис. 8.4.

Рисунок 8.4 - Схема включения ТЭЦ и пиковых котельных

ПК – пиковый котел ТЭЦ, РПК – пиковый котел района; СН – сетевой насос; НР – подмешивающий насос района; Н – неавтономный район; А – автономный район.

При такой схеме СТС иногда возможен режим включения РПК и ПН, когда  при уменьшении расхода сетевой воды на ТЭЦ.

8.3            Водоподготовка для ТС

Для исключения накипеобразования и шламовыделения, а также для исключения внутренней коррозии металлов в СТС проводится качественная водоподготовка сетевой подпиточной воды. Подпиточная вода по содержанию примесей должна удовлетворять следующим нормам по РД 34.20.501 – 95:

 – растворенного кислорода 20 мкг/л;

 – рН                                                           – 8 – 9,5;

– железа                                                       до 0,5 мг/л;

– общая жесткость                                      до 7 мг – экв/л;

– взвешенных веществ не более                 7 мг/л.

          Кроме того, в открытых система ТС вода должна удовлетворять качеству ГОСТ «Вода питьевая».

          Подготовка воды проходит следующие стадии:

    – фильтрация;

    – умягчение;

    – деаэрация.

8.3.1  катионирование

     

     

     при

                             

                             

                             

для уменьшения СО₂ применяют декорбанизаторы.

 8.3.2 Деаэрация

По закону Генри равновесная концентрация газа зависит от его парциального давления.

 где  равновесная концентрация газов в воде, р – парциальное давление газа над раствором.

          Если  то происходит деаэрация газа. Поэтому деаэрация возможна вакуумная и атмосферная.

          Схема деаэраторов известна из курса котельных установок.

Литература:

[1]с. 249 – 261,  170 – 175.

          Лекция 9

9.1Определение удельных расходов условного топлива при раздельной выработке

Эффективный кпд – брутто КЭС определяется как

где

     Удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии равен          

С учетом расхода электроэнергии на собственные нужды

где расход электроэнергии на собственное нужды КЭС (насосы, подготовка и транспорт топлива)

Расход условного топлива на выработку 1 Гкал теплоты аналогично определяется

 

где - кпд – брутто котельной.

Если доля тепла на собственные нужды  то удельный расход условного топлива нетто равен

9.2 Определение удельных расходов топлива при теплофикации

          Для современных ТЭЦ, районных котельных и пиковых котлов величина  практически одинакова. Но величина  если в нее включать теплопотери в ТС, для систем теплофикации будет больше, чем в СТС от районной котельной.

Рисунок 9.1- h, s – диаграмма теплофикационного цикла

 

Определим удельные расходы топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ в теплофикационном  и конденсационном режиме . h-s – диаграмма теплофикационного цикла с турбиной типа Т изображена на рис. 9.1.

Пусть определены величины кпд цикла:

 а также расход условного топлива В, параметры и расходы пара на паровпуске  теплофикационного отбора  в конденсатор

          Обозначим через  кВт, электрическую мощность турбины в конденсационном режиме,  кВт – в теплофикационном режиме.

                   Из уравнения теплового баланса

где  получим удельной расход топлива в конденсационном режиме

 кг/кВтч

С другой стороны

где энтальпия питательной воды после регенеративных подогревателей. Отсюда,

          Найдем  в теплофикационном режиме. Электрическая мощность  в этом случае равна

,

где - энтальпия пара, поступающего в конденсатор в теплофикационном режиме, или

.

Уравнение баланса теплоты имеет вид

Разделим на  получим

.

          Величины энтальпии  должны быть найдены по диаграмме режимов при проектировании или экспериментально в ходе испытаний при эксплуатации.

          Сравнение с раздельной выработкой тепловой и электрической энергии можно производить по выработанному количеству энергии или по отпущенному количеству тепловой и электрической энергии, в последнем случае нужно учесть их расходы на собственные нужды, потери в электрических и тепловых сетях.

          Годовая экономия топлива при теплофикации по выработке энергии находится по формуле Мелентьева

где  годовая выработка электроэнергии в теплофикационном и конденсационном режиме;  годовая выработка теплоты из отборов турбины;  годовая выработка теплоты пиковыми котлами ТЭЦ;  удельный расход топлива на выработку тепла на ТЭЦ.

Литература:

[2]с. 18 – 35, [18]с. 323 – 326.

 

          Лекция 10

10.1 Трасса ТС (направление теплопроводов) выбирается по геодезической съемке, плана сооружений, данных о характеристике грунтов и уровне грунтовых вод с учетом существующих и проектируемых коммуникаций. Трасса выбирается с учетом надежности, безопасности, быстротой ликвидации неполадок и аварий.

          Подземные – в жилых районах, но не в районах вечной мерзлоты, заболоченных участков и высоким уровнем грунтовых вод, сильно пересеченной местности.

      Надземные – при пересечении ж/д путей, в промышленных  предприятиях.

      Уклон 0,002, в паровых по ходу пара 0,002, против – 0,01.

       На плане трассы наносятся места ТК, НО, поворота, компенсаторов. Одновременно строится профиль трассы с нанесением черных (существующих) и планировочных отметок земли, уровня стояния грунтовых вод, пересечения подземными коммуникациями с отметками уровня.

Глубина от перекрытия до уровня земли 0,5 – 1,0 м.

Теплопровод ТС состоит:

 – трубопровода;

 – изоляции;

 – несущей конструкции, конструкции от нагрузки окружающей среды (вес грунта, транспорта и т.д.).

Требования к теплопроводам:

1.     Прочность и герметичность.

2.     Высокое тепло – электросопротивление, низкие воздухопроницаемость и водопоглощение.

3.     Индустриальность сборки.

4.     Высокая степень механизации строительства, монтажа.

5.     Ремонтопригодность.

10. 2 Прокладка в непроходных каналах.

          Железобетонные коробки (лотки), ширина 600 – 2100 мм и высота 300 – 1200 мм.

          Здесь создаются хорошие условия для подсушки изоляционного слоя

                   Изоляция может быть монолитной или подвесной

 

Рисунок 10.1 - Теплопровод в переходном канале

Расстояние a, b, c, d регламентируются СНиПом.

10.3       Бесканальные теплопроводы

          Бесканальные прокладки в монолитных оболочках

          Бесканальная прокладка в асфальтоизоле

         

В нем образуется при нагреве 3 слоя:

1.  расплавленный;

2. спекшийся слой;                    3. пористый.

 

10.4 Трубы и их соединения

          Применяются при  бесшовные, горячекатаные,

                                      при  электросварные с продольным или со

                                         спиральным швом.

Условное давление Ру,

   зависит от температуры.

          Трубы соединяется сваркой (электро или газовой). Сварные швы являются наиболее слабым местом трубы в механическом отношении.

10.5 Опоры

          Опоры бывают свободные и неподвижные

          Свободные: скользящие, роликовые, катковые и подвесные

          Неподвижные: неразгруженные и разгруженные в зависимости от реакции опоры на осевую реакцию внутреннего давления

10.6 Компенсация температурных деформаций сальниковые, линзовые (например, трехлинзовый),

П – образный компенсатор, естественная компенсация

           10.7 Оборудование тепловых пунктов абонентских вводов.

          Принципиальные схемы тепловых пунктов практически не отличаются от схем тепловых узлов, за исключением того, что в ТП применяется насосное смешение из-за больших потерь напора, а также насосы устанавливаются на линии ГВС.

          В водяных сетях на ТП могут быть установлены водоводяные подогреватели 2 типов: трубчатые секционные и пластинчатые. На тепловых узлах по линии отопления в зависимых системах устанавливаются водоструйные насосы (элеваторы). Схема теплового узла с приборами контроля и регулирования показана на рис. 10.2.

 

 

 

Рисунок 10.2 - Схема теплового узла в зависимой закрытой СТС со смешанной двухступенчатой схемой подогрева горячей воды

М – манометры, ТВ – теплосчетчик, t – погрузные термометры, РТ – регулятор температуры.

          10.8 Выбор емкости аккумуляторов горячей воды

          Для  выбора тепловой емкости аккумулятора  на основе графика часового потребления горячей воды в течение суток  строится интегральный график теплопотребления  (графическое интегрирование), а затем проводят прямую 2 (рис. 10.3) и находят  максимальную разность ординат

 

Тепловая мощность аккумулятора равна

 кВт.

     

 

Рисунок 10.3

          10.9 Основы расчета теплопотерь трубопроводов через изоляцию Нормативные теплопотери, коэффициент эффективности теплоизоляции

          Коэффициент эффективности изоляции определяется

 

где  теплопотери изолированной и неизолированной трубы.

Литература:

[1]с. 305 – 307, 326 – 332, 345 – 348.

          Лекция 11

11.1 Системы отопления зданий. Общие положения

          При проектировании систем отопления, вентиляции и    кондиционирования воздуха необходимо обеспечить:

1)       Оптимальные или допустимые параметры микроклимата в помещении и в рабочей зоне производственных зданий.

2)       Оснащение автоматической системой управления регулирования теплового потока.

3)       Нормируемые значения уровня шума и вибрации в системах.

4)       Ремонтопригодность.

5)       Взрывопожаробезопасность.

6)       Охрану атмосферного воздуха от вентиляционных выбросов.

          Для теплоснабжения зданий могут быть использованы: системы ЦСТС от котельных, ТЭЦ, АТЭЦ, системы децентрализованного теплоснабжения: автономных, крышных котельных, от квартирных теплогенераторов.

  Для жилых общественных и бытовых помещений можно применять системы отопления:

 – водяные с радиаторами, панелями и др. с температурой   теплоносителя не   более 95⁰С;

  – водяные с нагревательными элементами, встроенными в           

 наружные стены;

  – воздушные;

    – поквартирные с радиаторами и конвекторами с температурой теплоносителя не более 95⁰С; 

     – электрическая или газовая с температурой теплоотдающей поверхности не более 95⁰С.

          Разводка трубопроводов отопления должна выполняться скрытой, теплоизолированной на участках неотапливаемых помещений. Трубы отопления могут использоваться стальные, медные, латунные, из полимерных материалов. Скорость движения теплоносителя (воды) определяется допустимым уровнем шума до 40 дБА и ограничивается в пределах 1,3 – 1,5 м/с.

          Системы теплоснабжения без автоматического регулирования допускается проектировать при расчетной мощности менее 50 кВт.

          Теплоснабжение жилых зданий следует проектировать, обеспечивая регулирование и учет теплопотребления каждой квартирой, лестничных клеток, а также здания в целом.

          В системах внутреннего теплоснабжения в качестве теплоносителя используется, как правило, вода.

          Располагаемый напор на вводах в здания следует принимать равным 150 кПа (15 м).

          Отопительные приборы следует размещать под световыми проемами и наружных стен. Длина отопительного прибора должна быть не менее 75% длины светового проема.

11.2 Схемы разводки трубопроводов отопления

Гидравлический и тепловой режим систем отопления должны обеспечивать равномерный нагрев воздуха в отапливаемых помещениях.

Системы водяного отопления бывают с естественной или искусственной циркуляцией воды. При естественной циркуляции циркуляционный напор создается за счет разности плотностей охлажденной и горячей воды, в системах с искусственной циркуляцией – за счет работы насоса, центробежного или водоструйного (элеватора).

          Система разводки трубопроводов называется однотрубной, если теплоноситель при своем движений проходит последовательно через все нагревательные приборы, а при параллельном соединении приборов – двух трубной. Также по схеме движения теплоносителя системы отопления разделяются на тупиковые и с попутным движением теплоносителя. Последние не получили распространение из-за повышенного расхода трубопроводов, хотя они обеспечивают автоматически гидравлическую регулировку стояков. Наиболее распространенные схемы разводки трубопроводов приведены на рис.11.1. Если в системе нагревательный прибор состоит из двух равных частей (а и б) в каждом помещении, и вода проходит последовательно через части ,а затем через части , но в противоположном направлении, то такая система называется бифилярной.

 

               

                 а)                              б)                              в)                         г)

              

        д)                   е)                            ж)                        з)                           и)

Рисунок  11.1 - Схемы стояков систем водяного отопления

П, Т – образные стояки однотрубной системы с нижней разводкой; в, г – стояки однотрубной системы с верхней разводкой с односторонним и двусторонним присоединением приборов; е, ж – стояки двухтрубной системы с верхней и нижней разводкой; 3 – стояк горизонтальной однотрубной системы; и – стояк вертикальной бифилярной системы.

          Каждый стояк оборудуется запорными устройствами для гидравлического отсоединения системы, устройствами для спуска воды (сливные патрубки) и устройствами для удаления воздуха (краны Маевского,  воздухосборники и автоматические воздухоотделители).

 

          В автономных системах применяются такие же системы разводки трубопроводов, но в них устанавливаются расширительные баки для дренажа и подпитки воды, как правило, из водопровода (рис. 11.2,  где приведена схема автономной системы с теплогенератором и расширительным баком).

Рисунок  11.2 - Схема автономной системы отопления ТГ – теплогенератор, РБ – расширительный бак, Н – циркуляционный насос.

Литература:

[11],  [21]с. 66 – 71.

 

 

           Лекция 12

    Гидравлический расчет трубопроводов и оборудования СТС

          12.1 Схема подпитки и компенсации теплового расширения сетевой воды

          Условная схема централизованной СТС изображена на рис.12.1.

Рисунок  12.1 - Условная схема ЦСТС

О – нейтральная точка;  В – регулирующие вентили; СН, БН, ПНН – насосы сетевой; бустерный (предвключенный), подпиточный; РД – регулятор дренажа; РПП – регулятор подпитки; П₁, П₂, П₃ – потребители.

Перемычкой, включенной параллельно сетевому насосу, с вентилями В организуют точку регулирования или нейтральную точку О. Величина напора в этой точке будет зависеть от расхода воды и гидравлических сопротивлений плеч перемычки, и она является импульсом регулирования. При увеличении давления срабатывает регулятор дренажа РД, и вода сливается в Б, при уменьшении расхода (здесь имеется в виду объемной расход V, м³/ч) срабатывает регулятор подпитки РПП, одновременно включается ППН, и происходит подпитка сети. Увеличение расхода сетевой воды может происходить за счет повышения температуры сетевой воды и за счет уменьшения водоразбора (в открытой СТС).

12.2 Гидравлические сопротивления трубопроводов оборудования и арматуры СТС

          Гидравлическое сопротивление прямых трубопроводов без ответвлений равномерно распределено по длине трубы, и при постоянном коэффициенте трения потеря напора пропорциональна длине участка  квадрату объемного расхода воды V м³/с (м³/ч).

          Величина  называется линейным удельным сопротивлением трубопровода.

          Потери напора, связанные с изменением направления потока, скорости, расхода, называют местным сопротивлением , и оно в общем случае зависит от расхода воды. Но здесь мы будем считать, что каждое оборудование СТС характеризуется своим гидравлическим сопротивлением, а местные сопротивления характеризуются постоянным коэффициентом местного сопротивления :

                                      

где  падение напора на местном сопротивлении. Коэффициенты местных сопротивлений приведены в[1].

12.3 Гидравлическое расчеты тепловых сетей бывают 2 типов

1.          Проектный расчет, задачей которого является определение диаметров трубопроводов и параметров насоса для обеспечения заданных расходов воды у потребителей и в ТС.

2.          Поверочный расчет, когда заданы конфигурация (топология) сети, длина, протяженность, и требуется определить расходы воды при установке насоса.

          Двухтрубная СТС представляет линейную многокольцевую сеть. Для ее расчета можно использовать систему уравнений Кирхгофа в виде

1)  

сумма потоков, сходящихся в любом  том узле, равна нулю,

2)

в любом замкнутом контуре напор, развиваемый насосом, равен сумме падений напоров на последовательно включенных сопротивлениях контура.

          В тепловых сетях, как правило, применяются центробежное насосы , характеристики которых разнообразны, но в определенном интервале расходов  характеристика насосов может быть представлена в квадратичной форме.

В тепловых сетях РК установлены элеваторы ВТИ – теплосеть Мосэнерго N1 – N7, которые отличаются геометрическими характеристиками. Циркуляционный напор элеватора  зависит от располагаемого напора  от отношения площадей сечения сопла  к площади сечения камеры смешения  коэффициентов скорости  и коэффициента смешения U:

          Графически эта зависимость представлена в [1]. Экспериментально U можно найти из уравнения баланса (рис. 10.2)

          Пренебрегая зависимостью теплоемкости воды С от температуры, получим

                                               

12.4 Гидравлическая устойчивость СТС

          Под ней понимается способность системы поддерживать заданный гидравлический режим.

          Коэффициент гидравлической устойчивости равен отношению расчетного расхода воды через данную установку к максимально возможному расходу

 при 

          12.5 Гидравлический удар

          Гидравлическим ударом называется волновой процесс в капельной жидкости при быстром изменении ее скорости.

          Ну – напор гидравлического удара при быстром закрытии задвижки. Давление гидравлического удара находится по формуле Жуковского Н. Е

                                  

Зона 2

Зона 3

Литература:

[1]с. 226 – 229, 241 – 249,  [4]с. 15 – 18.

          Лекция 13

13.1 Гидравлические режимы тепловых сетей

          Согласно [12] гидравлическому расчету ТС подлежат следующие режимы.

          –  расчетный – по расчетным расходам сетевой воды;

          –  зимний – при максимальном отборе воды на ГВС из обратного        трубопровода;

          –  переходный – при максимальном отборе воды на ГВС из подающего           трубопровода;

          –  летний – при максимальна нагрузке ГВС в летний период;

          –  статический – при отсутствии циркуляции теплоносителя в тепловой         сети;

          –  аварийный.

13.2 Расчет гидравлических режимов ТС методом эквивалентного контура

          Двухтрубную тепловую сеть можно представить [16] в виде линейной многоконтурной системы, состоящей из К узлов, изображенной на рис. 13.1.

         Данная система содержат 2К узлов. Замкнутые контуры обхода, содержащие насосы, назовем внешними, остальные контуры – внутренними. Система на рис. 13.1 содержат К внутренних контуров и  внешних контуров.

Рисунок 13.1 - Топология трубопроводной системы двухтрубной тепловой сети

сопротивление, расход воды на отопление и ГВС того потребителя;

 сопротивления и расходы воды на участках подающего трубопровода;

 сопротивления и расходы воды на участках обратного трубопровода;

 расходы воды на ГВС у того потребителя.

          Первая система уравнений Кирхгофа  приобретает вид для того узла

          Вторая система уравнений для внешних контуров приобретает вид

и для внутренних контуров

          Сведем многокольцевую систему к эквивалентному внешнему контуру  по очевидным соотношениям

  

т.к. проводимость  двух параллельно включенных сопротивлений равна сумме проводимостей каждого сопротивления. Для эквивалентного контура

          По уравнению Кирхгофа для закрытой системы в эквивалентном контуре

находим  Для остальных контуров

,

.

Таким образом, зная характеристику насоса и гидравлические сопротивления, можем  найти  расходы воды у потребителей  и на участках сети  Потери напора по подающей магистрали находятся как сумма

по обратной –

          Таким образом, мы получили пьезометрический график сети при выбранном насосе. Данная процедура является поверочным расчетом закрытой системы теплоснабжения. Видно, это метод эквивалентного контура можно распространить для открытой системы ТС, а также для проектного расчета.

          При поверочном расчете требования к пьезометрическому графику сети можно выполнить за счет выбора сетевого, бустерного и подпиточного насоса, при проектном – за счет выбора диаметра трубопроводов и насосов. При этом заданные величины расходов у потребителей должны выполняться.

          Для обеспечения допустимой температуры воздуха внутри помещений при диаметрах трубопроводов  допускается резервированные сети за счет присоединения к другой магистрали. При технико – экономической нецелесообразности резервирования у потребителя нужно устанавливать автономные источники теплоснабжения.

          Предусматриваются следующие способы резервирования:

           –  установка на ИТ резервного оборудования;

          –  резервирование тепловых сетей смежных районов;

          –  установка автономных источников тепла;

          –  установку баков – аккумуляторов.

          Участки надземной прокладки длиной до 5 км допускается не резервировать, кроме  при

Литература:

[1]с. 232 – 241, [22]с.

     Лекция 14

     14.1 Уравнение тепловой характеристики теплообменных аппаратов (ТА)

          Система уравнений теплового расчета ТА непригодна для качественного регулирования нагрузки СТС, т.к. для этой цели нагрузка ТА должна быть определена как однозначная функция температурного напора на входе ТА.  Введем следующие обозначения:

           температуры 1 – ого теплоносителя текущая, на входе в ТА,                  на выходе, изменение на участке ТА;

           то же для 2 – ого теплоносителя;

            массовые теплоемкости теплоносителей, с –                                                 удельная теплоемкость,  массовый расход;

             текущий температурный напор и напор на входе                             в ТА;

           поверхность ТА, текущая поверхность;

           тепловая мощность ТА.

          Уравнение тепловой характеристики ТА имеет вид

где  меньшее значение из  и  ,

       ε – удельная тепловая характеристика, равная мощности ТА при  и

          Для использования этого уравнения нужно найти зависимость ε от конструкций, режимных и геометрических параметров ТА; т.е.

          Теоретическое определение этой зависимости возможно для простейших типов ТА (противоток, прямоток, С – const и др.), поэтому ее находят на основе экспериментальных исследований ТА СТС. При этом полагают, что текущую разность температур  можно представить линейной функций

где индекс «м» относится к теплоносителю с меньшим  и  к большему.

В этом случае

где  режимный коэффициент,

         удельная тепловая характеристика при .

          Для пароводяных ТА  и

          Для систем отопления с элеваторным присоединением

          и при непосредственном присоединении

          Режимный коэффициент  на основе экспериментальных данных представляют в виде зависимости

где

  значение  в расчетном режиме,

            массовые теплоемкости горячего и холодного теплоносителя в расчетном режиме,  меньшее из их значений,  экспериментально найденные показатели.

          Для пароводяных подогревателей и паровоздушных калориферов    для радиаторов отопления

где   мощность отопления в расчетном режиме, показатель, который зависит от типа отопительных приборов и схем присоединения к стоякам. Для чугунных радиаторов  поэтому

                В расчетном режиме (при температуре наружного воздуха ) уравнение теплопередачи и уравнение баланса имеют вид

,

откуда получим

где  перепад температур  меньшего теплоносителя;  средний температурный напор в ТА в расчетном режиме. В жилых домах максимальная температура сетевой воды допускается 95⁰С, температура воздуха в помещении – 20⁰С, температура обратной сетевой воды при графике регулирования 95/70 – 70⁰С. Поскольку температура внутреннего воздуха не изменяется при отоплении,  и меньшим теплоносителям является сетевая вода. Отсюда,       

Литература:

[1]с. 120 – 131

    Лекция 15

15.1 Температурный график центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке

          Для вывода используем

          В этих соотношениях для ЦСТС:

           –   температура в подающий магистрали тепловой сети;          оптимальная температура воздуха внутри помещений;

          –   удельная потребность в теплоте в течение отопительного          периода;

          – А – отапливаемая площадь здания

                                         

.

          Обозначим  а также из уравнения баланса

          В расчетном режиме при графике регулирования 150/70 имеем

                                  

          Отсюда,

                            

          Из первых двух уравнений получим

                             .

          Обозначим   ,

          тогда

Подставим полученное  во второе уравнение

 

здесь использовано, что  

т. е. мы получили, что

          При качественном регулировании  а величины  являются заданными параметрами проектирования. Поэтому температура подачи в ТС зависит от переменной величины  и , то есть  является линейной функцией  Поэтому график качественного регулирования состоит из двух квадрантов: верхнего и нижнего (рис. 15.1). В нижний части прямая должна проходить через  при  и  при  Задавая значение  в интервале , находят , затем определяют  график которого строится в верхней части.

Поскольку

                           то          

 график которой изображен на рис. 15.1.

Рисунок 15.1- Температурный график качественного регулирования

 

          В тепловой сети, т.к. к ней подключены разнородные нагрузки (ГВС), то температура в подающей магистрали не может быть меньше 60⁰С ( для г. Алматы ~ 7,4⁰С). Поэтому эта точка называется точкой излома (). При температурах , больших  в точке излома проводится количественное регулирование.

          15.2 Количественное регулирование нагрузки

          Расчет количественного регулирования заключается в определении эквивалента расхода воды и температуры обратной воды в сети в зависимости от нагрузки.

          Используя полученные выражения для  и  полагая, что можно определить зависимость :

          Графики количественного регулирования приведены на рис. 15.2.

Рисунок 15.2 - График количественного регулирования по отопительной нагрузке

          На практике часто применяют количественно – качественное регулирование, а также регулирование по совмещенной нагрузке.

Литература

[1] c. 120 – 131

           Лекция 16

16.1        Организация эксплуатации ЦСТС

Для организации эксплуатации ЦСТС, в частности ТС, создаются предприятия «Тепловые сети». Задачей эксплуатации СТС являются:

          а) бесперебойное снабжение потребителей необходимым количеством           теплоносителя установленного качества;

          б) обеспечение безаварийной и надежной работы основного и    вспомогательного оборудования тепловых сетей;

          в) систематическое улучшение технико – экономических показателей работы ТС путем внедрения эффективных режимов отпуска и потребления теплоты с учетом оптимальной работы всех звеньев СТС.

Это достигается за счет следующих мероприятий:

          1) согласованной работы ИТ, ТС и ПТ;

          2) обеспечения расчетного расхода у потребителей и учета потребляемой теплоты;

    3) организации систематического контроля за состоянием оборудования СТС, выявления слабых участков и замены этих участков;

          4) обеспечения быстрой локализации и ликвидации аварии и отказов.

          Сфера деятельности «Теплосеть» определяется балансовой принадлежностью, как правило, от выходных задвижек магистрали и, включая входные, задвижки потребителей.

          Для обеспечения согласованной работы всех звеньев СТС создается диспетчерская служба. Она должна располагать информацией о параметрах теплоносителя в характерных точках СТС:

теплофикационные установки ТЭЦ (РК), насосные станции, секционирующие камеры магистральных сетей.

          В СТС нужно внедрять автоматические системы управления (АСУ).

          Под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работы оборудования. Авария – повреждение, отражающееся на теплоснабжении потребителей. Для ликвидации аварий и отказов в «Теплосетях» организуется ремонтной цех и аварийно – восстановительная служба. Кроме того, в предприятие могут входить электрической цех, служба присоединения, производственная лаборатория. Слабым звеном в ЦСТС являются ТС, которые подвержены наружной коррозии трубопроводов, утечке воды в трубопроводах, а также значительным теплопотерям через изоляцию трубопроводов. Для предупреждения аварий, регулировки гидравлического режима, определения состояния тепловой изоляции трубопроводов в ТС предусмотрены следующие промышленные испытания, которые должны проводиться с определенной периодичностью:

          а) опрессовке – для определения плотности (герметичности) и    механической прочности трубопроводов и арматуры;

          б) гидравлические испытания – для определения гидравлических         характеристик трубопроводов;

          в) тепловые испытания – для определения фактических тепловых         потерь в сети;

          г) испытания на расчетную температуру – с целью проверки работы    компенсаторов и фиксации их нормального положения.

Находящиеся в эксплуатации тепловые сети должны подвергаться контрольным испытаниям в следующие сроки:

          а) опрессовке – ежегодно, после окончания отопительного периода, для           выявления дефектов, подлежащих устранению при капитальном ремонте, а также после ремонта, перед включением сети в           эксплуатацию;

          б) гидравлические и тепловые испытания – 1 раз 3 – 4 года;

          в) испытания на расчетную температуру – 1 раз в 2 года.

          Все виды испытаний проводятся раздельно, совмещение во времени двух видов испытаний не допускаются. Кроме этих испытаний, проводится, по мере необходимости и по результатам гидравлических испытаний, пневматическая промывка водяных тепловых сетей, а также электрические работы на измерение удельного электрического сопротивления грунта, на измерение разности потенциала «трубопровод - земля» для определения участков сети с повышенной наружной коррозией.

Литература:

[1] c. 353 – 371.

Лекция 17

Энергосберегающие технологии в системах теплоснабжения

           17.1 В РК наибольшее распространение в СТС получили водяные тепловые сети

         Самым узким местом в водяных системах ТС являются тепловые сети: общие теплопотери в них за счет теплопотерь через изоляцию трубопроводов и с утечкой теплоносителя доходит до 35 – 40% от отпущенной теплоты. Нормативные теплопотери через изоляцию трубопроводов составляют 21%, нормативная утечка в л/ч составляет 0,75% от емкости тепловых сетей и систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Пути решения:

1)Найти новые технологии тепловой изоляции трубопроводов, арматуры и сварных швов В последние годы пытаются усиленно     внедрять   предызолированные трубопроводы с изоляцией из пористого          полиуретана (), обеспечивающие изоляцию арматуры и   швов, а также металлическую или полимерную внешнюю оболочку      изоляции, имеющая систему локализации мест аварии.      

1.1) Оптимизация диаметров трубопроводов для уменьшения начальных затрат, уменьшения теплопотерь, уменьшения затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя. Второй важной частью повышения эффективности ЦСТС является оптимизация режимов работы ТЭЦ, обеспечение работы ТЭЦ в режиме экономически оптимального коэффициента теплофикации.

В РК, начиная с   2001г., повышены требования к тепловой защите, термическое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций увеличены в 1,5 раза, а удельная потребность в теплоте уменьшены почти в 2 раза. В зданиях до 2001 г. постройки нужно вводить не только учет теплопотребления, но вводить штрафные санкции, начиная с определенного периода.

          «СН РК энергопотребление и тепловая защита зданий» обязывает во всех зданиях тепловой мощности более 50 кВт устанавливать автоматические системы регулирования теплопотребления (п. 7.1.3). На основе датчиков и регуляторов ряда фирм разработаны системы местного и группового регулирования см. (рис. 17.1, 17.2)

Рисунок 17.1 - Схема автоматической системы местного регулирования

Рисунок 17.2 - Схема автоматической системы группового регулирования

          На этих рисунках - 1 – ЕСL погодный корректор, 2 – датчик температуры наружного воздуха; 3,4 – накладные датчики температур циркуляционной воды; 5,8 – седельные клапаны; 6 – насос; 7 – датчик температуры воздуха в представительном помещении южного фасада, СФ, ЮФ – северные и южные фасады здания.

3.В последние годы на территории РК пытаются внедрить тепловые насосы для целей отопления. Тепловым насосом называется машина, работающая по обратному циклу, которая поглощает тепло из окружающей среды и передает ее в среду с более высокой температурой.

Эффективность действия теплоты насоса определяет коэффициент преобразования теплового насоса

,

который определяет максимальное количество теплоты, которое можно получить при температуре Т₂  затратив  ℓ  работы.

где Т₁ – температура окружающей среды.

          Тепловые насосы имеют значение  около 3 – 4. Учитывая, что  для выработки электроэнергии составляет около 30%, то экономичность теплового насоса зависит Т₁, Т₂, тарифов на электрическую и тепловую энергию.

Литература:

[18] c. 365 – 367.

Список литературы

1. Соколов Е. А. Теплофикация и тепловые сети – М: «Изд. МЭИ», 2001,472 с.

2. Промышленные тепловые электростанции /Бажанов М. И. и др. Под ред. Соколова Е. Я – М: «Энергия», 1979, 296 с.

3. Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям – М: «Энергия», 1985, 232 с.

4. Зингер Н. М, Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем – М: «Энергия», 1976, 336 с.

5. Соколов Е. Я., Громов Н. К., Сафонов А. П. Эксплуатация тепловых сетей – М. – Л: гос. Энерг. изд, 1955, 352 с.

6. Пак М. И., Тютебаева Г. М. Методические указания к выполнению лабораторных работ – Алматы: АИЭС, 2004, 40 с.

7. СНиП РК 2.04 – 01 – 2001 Строительная климатология – Астана, 2002, 113с.

8. СНиП РК 2.04 – 03 – 2002 Строительная теплотехника – Астана, 2002, 54с.

9. МГС ГОСТ 30494 – 96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях – М., 1999.

10. СН РК 2.04 – 01 – 2004 Энергопотребления и тепловая защита гражданских зданий – Астана, 2004,

11. СНиП РК 4.02 – 42 – 2006 Отопление, вентиляция и кондиционирование – Астана, 2007, 53с.

12. МСН 4.02 – 02 – 2004 Тепловые сети – Астана, 2005, 33с.

13. МСП 4.02 – 102 – 99 Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов – Астана, 2007, 102с.

14. СНиП РК 4.01 – 41 – 2006  Внутренний водопровод и канализация зданий – Астана, 2007, 48с.

15. СП РК 4.02 – 103 – 2002 Проектирование автономных источников теплоснабжения – Астана, 2002, 32с.

16. МСП 2.04 – 101 – 2001 Проектирование тепловой защиты зданий – М., 2001, 97с.

17. Бененсон Е. И. Иоффе Л. С. Теплофикационные паровые турбины – М.: Энергоатомиздат, 1986, 272с.

18. Кириллин В. А. и др. Техническая термодинамика – М: Энергоатомиздат, 1983, 416с.

19. Исаченко В. П и др. Теплопередача – М.: Энергия, 1975, 488с.

20. МСП 2.04 – 101 – 2001 Проектирование тепловой защиты зданий – М.: МНТКС, 97с.

21. Русланов Г. В. и др. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий. Проектирование. Справочник – Киев, Будивельник, 1983, 272с.

22. Пак М.И., Ем Т. М., Пак М. И. Методика расчета и линейного электрического моделирования гидравлических режимов тепловых сетей – Алматы, Вестник АИЭС, вып№ 1, 2008.