Главная | Обратная связь

Общая характеристика централизованных систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения состоит из трех основных элементов: источника теплоты, трубопроводов транспорта теплоносителя и потребителей теплоты. По характеру тепловых нагрузок различают сезонных и постоянных потребителей. К сезонным относят системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепловые нагрузки которых изменяются в соответствии с температурой наружного воздуха. К постоянным потребителям относятся производственные, а также системы горячего водоснабжения (ГВС) жилых и общественных зданий. Сезонные потребителиимеют постоянную нагрузку в течение суток, и переменную по времени года; постоянные потребители, в частности, ГВС, характеризуются переменностью суточной нагрузки.

Для выбора мощности источника тепла необходимы сведения о тепловых нагрузках потребителей. Отопительно-вентиляционные нагрузки определяются по укрупненным показателям: по количеству жителей или по заданному объему обслуживаемых зданий

Рис. 1.3. Принципиальная схема ТЭЦ:

- котел- 2 — турбина; 3 — конденсатор; 4.5 — подогреватели питательной воды котла; б -подогревателя сетевой воды; 7 — деаэратор; 8 — насосы; 9 — пиковый котел

 

Нагрузки производственных предприятий принимаются по соответствующим нормам расхода теплоты на единицу продукции.

По источнику приготовления тепла различают централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения. При централизованном теплоисточник обслуживает несколько потребителей и располагается в отдалении от них, а при децентрализованном источник находится вблизи потребителя.

По роду теплоносителя различают паровые и водяные системы теплоснабжения (ТС). Паровые системы используются в основном на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная

нагрузка. Водяные системы применяются для ТС сезонных потребителей, в том числе ГВС.

Наиболее совершенной формой централизованного теплоснабжения является теплофикация, при которой на ТЭЦ одновременно вырабатывается электрическая и тепловая энергия. Другим источником централизованного теплоснабжения являются крупные районные или квартальные котельные. Централизация теплоснабжения дает снижение капитальных и эксплуатационных затрат; например стоимость сооружения одной котельной мощностью 100 МВт в 5-10 раз меньше стоимости строительства 100 котельных мощностью по 1 МВт.

Рис. 1.4. Схема водогрейной котельной:

1 — котел; 2 — насос рециркуляции; 3 — клапан перепуска,- 4 -— сетевой насос

Аналогично уменьшаются эксплуатационные затраты на топливо ввиду более экономичного его сжигания в крупных котлах, а также на обслуживание оборудования ввиду сокращения численности обслуживающего персонала.

На рис. 1.3. показана принципиальная схема ТЭЦ с отбором пара для нагрева питательной воды собственных паровых котлов и теплофикационной воды. Пар из котла поступает в турбину, при расширении в которой совершает работу, преобразуемую в электрическую энергию, и конденсируется в конденсаторе. Теплота отработавшего пара отводится охлаждающей водой в окружающую среду и теряется. Часть пара из промежуточных ступеней турбины отбирается для целей нагрева питательной воды котлов, а часть из ступеней низкого давления для нагрева теплофикационной воды.

На рис.1.4 показана принципиальная схема районной котельной с водогрейными котлами. Обратная вода из теплосети поступает в котел и после нагрева направляется в подающий теплопровод сети. В теплый период отопительного сезона для поддержания необходимой температуры в подающем теплопроводе часть воды перепускается клапаном 3 по перемычке помимо котла. Для обеспечения нормативной температуры воды на входе в котел часть нагретой воды рециркуляционным насосом 2 подмешивается во входной патрубок котла.

Теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), не потребляющей органического топлива и не загрязняющей атмосферу. Для защиты от радиации АТЭЦ построена по трехконтурной схеме, согласно которой передача теплоты из термоядерного реактора в паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию, осуществляется посредством циркулирующего во втором контуре промежуточного теплоносителя. Давление в третьем контуре с паровой турбиной выше, чем во втором, что предотвращает попадание теплоносителя из второго контура в третий.

 

ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ. СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ ТЕПЛОПРОВОДОВ.

 

Тепловые сети классифицируются по числу труб, по способу обеспечения горячим водоснабжением, способу прокладки, а также по степени надежности теплоснабжения.

В однотрубных сетях вода после систем отопления и вентиляции должна полностью использоваться в ГВС. Однотрубные системы применяются редко ввиду трудности выполнения этого условия. В трехтрубных системах две трубы используются для подачи теплоносителя с различными параметрами, а его возврат осуществляется по общей трубе. В четырехтрубных сетях одна пара труб обеспечивает нужды отопления и вентиляции, а другая — ГВС.

Ввиду того, что с увеличением числа труб существенно возрастает стоимость сооружения теплосети, основным видом прокладки является двухтрубная. В водяных сетях — это подающая и обратная, в паровых сетях — паропровод и конденсатопровод.

В зависимости от способа обеспечения нагрузки ГВС различают закрытые и открытые сети. В первых для ГВС используется водопроводная вода, нагреваемая сетевой водой в подогревателях, причем сетевая вода полностью возвращается к теплоисточнику. В открытых теплосетях вода для ГВС разбирается непосредственно из теплосети и убыль воды восполняется централизованной подпиткой у теплоисточника.

По ориентации на местности различают магистральные распределительные сети — внутри микрорайона и ответвления к отдельным зданиям. Кольцевые сети (рис.1.5) отличаются от радиальных тем, что участки к отдельным потребителям соединяются перемычками и при повреждении отдельных участков возможно резервирование снабжения отключенных потребителей с помощью перемычек.

Для крупных систем теплоснабжения кольцевание систем, несмотря на удорожание, существенно повышает надежность системы.

По способу прокладки различают надземные и подземные. Надземные, более дешевые, используются вне мест заселения, там, где это допустимо по архитектурным соображениям. Преобладающим

Рис. 1.5. Схемы тепловых сетей: а — радиальная; б — кольцевая

видом прокладки является подземная, которая подразделяется на канальную и бесканальную. В первом случае трубы укладывают в каналах, стенки которых защищают трубы от воздействия окружающей среды. В бесканальных прокладках трубы укладывают непосредственно в грунт, там они подвергаются воздействию почвенной влаги, а также блуждающих токов, что накладывает более жесткие условия на меры по обеспечению работоспособного состояния конструкции теплопроводов.

Рис. 1.6. Непроходные каналы: КЛ, КЛи, КЛс

Канальные прокладки подразделяются на проходные, полупроходные и непроходные. Проходные используются при наличии не менее пяти труб большого диаметра, в них размещают также водопроводные трубы, электрические кабели, а также технологические трубопроводы. Трубы большего диаметра размещают внизу, меньшего — вверху. Проходные каналы часто используются для прокладки в местах, не допускающих вскрытия каналов (под железнодорожными путями, автострадами и т. п.). Стены каналов сооружаются кирпичными или из железобетона. Высота канала 2,0 м, ширина прохода 0,7м.

Полупроходные каналы допускают проход человека в согнутом положении, высота их не менее 1,4 м, свободный проход не менее 0,6 м. Их используют при стесненных условиях местности.

Рис. 1.7. Конструкция бесканальной прокладки

I —изоляция, 2 — песчаная засыпка, 3 — бетонная подготовка, 4 — грунт

Наиболее распространены непроходные каналы, которые с середины 60-х гг. выпускают по типовым проектам (рис. 1.6.) типа КЛ, КЛп и КЛс. Тип и размер канала маркируют цифрами и буквами, причем цифры перед буквами обозначают число ячеек, а после букв — внутренние размеры (ширина и высота).

Бесканальный способ прокладки позволяет снизить строительную стоимость теплосети ввиду исключения каналов и сокращения объема вскрышных работ. Наибольшее применение нашла при бесканальной прокладке сборная конструкция (рис. 1.7), в которой собранные в заводских условиях формованные изоляционные изделия в виде сегментов, скорлуп закрепляются на трубах бандажной проволокой. Изоляционные покрытия оборачиваются рулонами гидроизоляционного материала.

Собранную конструкцию автокраном укладывают на постель траншеи, сваривают стыки и засыпают грунтом.

При подземной прокладке заглубление от поверхности земли перекрытия каналов должно составлять 0,7 м (при отсутствии дорожного покрытия) от верха оболочки, при бесканальной прокладке также 0,7 м.

 

ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ К ТЕПЛОСЕТИ

 

Схемы присоединения систем отопления к теплосети подразделяются на зависимые и независимые. При зависимой схеме теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из теплосети, поэтому давление в местных системах определяется режимом давления в наружной теплосети. В свою очередь возможны ситуации (например отопление высокоэтажных зданий), когда высокое давление в местной системе передается в теплосеть и вызывает в ней недопустимое повышение давления. В таких случаях применяют независимую схему присоединения местной системы через подогреватель, при которой она гидравлически изолируется от теплосети. Давление в местной системе не зависит от давления в теплосети; местная система оборудуется расширительным баком, создающим собственное независимое гидростатическое давление.

Независимая схема присоединения существенно сложнее и дороже за счет установки громоздких подогревателей, ее применение имеет вынужденный характер и прибегать к ней следует только в особых случаях.

Основной схемой присоединения следует считать зависимую..

Тепловые пункты. Тепловой пункт является связующим звеном между теплосетью и потребителем и представляет собой узел присоединения его к теплосети. Назначение теплового пункта заключается в подготовке теплоносителя для использования потребителем в части поддержания нормативной температуры и давления, регулирования расхода, а также учета потребления теплоты. Тепловые пункты подразделяются на индивидуальные (ИТП) — для присоединения систем отопления, вентиляции, технологических потребителей, горячего водоснабжения одного здания и центральные (ЦТП) — для присоединения систем нескольких зданий.

Рнс. 1.8. Схема ИТП:

3,5 — отключающие задвижки; 2,7 —грязевики; 3 — РР; 4 —элеватор; 6 — водомер; 8 — термометр

Рис. 1.9. Схема ЦТП:

1 — ввод подающего теплопровода; 2 — система отопления; 3, 4 — подогреватели ГВС 2-й и 1-й ступени; 5 — ввод холодной воды; 6,7 — регуляторы: расход РР и температуры РТ, 8 — подмешивающий насос; 9 — грязевики; 10, 11, 12 — задвижки; циркуляционные насосы

В соответствии с назначением в тепловых пунктах размещаются элеваторы, смесительные насосы, теплообменники системы горячего водоснабжения, приборы контроля и регулирования параметров теплоносителей, устройства защиты от коррозии и отложений накипи в системах горячего водоснабжения (ГВС). ЦТП возникли в связи с широким распространением потребления горячей воды. Наиболее громоздким и дорогостоящим оборудованием теплового пункта являются теплообменники ГВС с автоматикой поддержания постоянной температуры воды. Применение ЦТП позволяет уменьшить число теплообменников ГВС, разместить циркуляционные насосы и оборудование подготовки воды для ГВС.

На рис. 1.8 показана схема ИТП для системы отопления. Основным элементом схемы является элеватор, осуществляющий снижение температуры сетевой воды до 95 °С.

Регулятор расхода 3 обеспечивает поддержание постоянного расхода воды в местной системе. Две пары задвижек 5 и 1 служат для отключения теплового пункта от тепловых сетей при гидравлических испытаниях сети и отопительной системы.

С помощью водосчетчика 6 и термометров 5 осуществляется, контроль качества потребляемой теплоты, манометры контролируют давление в системе. Грязевик 2 защищает от шлама отопительную систему, а 7-водомер.

На рис. 1.9 показана схема ЦТП с зависимым присоединением системы отопления и двухступенчатым присоединением к тепловой сети подогревателей ГВС. В ЦТП установлены подмешивающие насосы 5, одновременно осуществляющие циркуляцию в системе отопления, а также циркуляционные насосы ГВС 13. Подогреватели ГВС могут работать по одной из двухступенчатых схем: последовательной (задвижка 10 открыта, задвижка 11 закрыта) или смешанной (задвижка 10 закрыта, задвижка 11 открыта). В летний период система отопления отключается закрытием задвижек 12 и сетевая вода после подогревателя второй ступени ГВС через открытую задвижку 11 перепускается в подогреватель первой ступени ГВС. Основным автоматическим устройством системы отопления является регулятор расхода РР 6, поддерживающий постоянный расход воды в отопительной системе. Для ГВС обязательным элементом является регулятор температуры РТ 7, поддерживающий заданную температуру горячей воды. Оборудование тепловых пунктов. Основными элементами оборудования тепловых пунктов являются элеваторы и водоводяные нагреватели. При зависимом присоединении систем отопления к теплосети с расчетной температурой воды более высокой, чем в приборах, применяют элеваторы. Они просты и надежны в эксплуатации и способны обеспечивать стабильный режим отопительной системы при колебаниях гидравлического режима магистральной теплосети.

Рис.1.10. Водоструйный элеватор:

1 — сопло; 2 — корпус; 3 — смеситель; 4 — диффузор

Элеватор (рис. 1.10) состоит из сопла 1 обратной трубы 2 смесительной камеры 3, диффузора 4. Принцип действия элеватора основан на использовании энергии воды, вытекающей с высокой скоростью из сопла для подсоса охлажденной воды из обратного трубопровода системы. Образовавшийся поток смешанной воды поступает в камеру смешения, в которой происходит выравнивание скорости по сечению. В диффузоре за счет плавного снижения скорости имеет место повышение статического давления; в результате за счет разности давлений в конце диффузора и в обратном трубопроводе в системе отопления обеспечивается циркуляция воды.

Подогреватели устанавливают в тепловых пунктах для нагрева воды ГВС и для систем отопления в случае присоединения по независимой схеме.

Скоростные водоводяные подогреватели имеют корпус из стальных труб наружным диаметром 57 — 426 мм, по краям которых размещены трубные доски с ввальцованными латунными или стальными трубками диаметром 16/14 мм. Стальные трубки используются в подогревателях систем отопления, в которых циркулирует вода постоянного состава. Латунные трубки используются в системах ГВС. Длина секций составляет 2 и 4 м. для присоединения к системам отопления и ГВ секции имеют четыре патрубка, соединяются секции между собой калачами на фланцами. Греющую сетевую воду целесообразно пропускать в межтрубное пространстве, а нагреваемую — в трубном для облегчения чмстки от накипи. Направление движения теплоносителей выбирается противоточным, а скорости в пределах 1,0 — 1,5 м/с, что позволяе получить высокие коэффициенты теплопередачи 1500 — 2500 Вт/м²К.

Пароводяные подогреватели отличаются от водоводяных тем, что нагреваемая вода имеет несколько ходов; при использовании в системах отопления два, а для ГВС четыре хода.

Емкостные подогревателипредназначены для горячего водоснабжения с периодическим водоразборном. Греющая поверхность образована змеевиками из стальных труб диаметром 33,5 или 48 мм, они предназначены в основном для работы на паре. При использовании в качестве греющего теплоносителя воды производительность нагревателей уменьшается. Достоинство емкостных подогревателей — меньшая потребная производительность, так как они работают по накопительному принципу, а недостаток — низкие коэффициенты теплопередачи, составляющие 450 — 700 Вт/м²К.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

 

Трубы и арматура. Тепловые сети сооружаются из стальных труб. Бесшовные горячекатаные выпускаются с наружным диаметром 32 — 426 мм, электросварные прямошовные и со спиральным швом — с диаметрами более 426 мм. Неметаллические полимерные и винипластовые трубы могут применяться при давлении до 0,6 МПа и температуре до 100 °С (винипластовые до 60 °С) и поэтому находят применение в системах ГВС.

К запорной и регулирующей арматуреотносятся вентили и задвижки. Вентили имеют запорный орган в виде тарелки, которая при закрытии плотно прилегает к седлу.

Опоры трубопроводов. Опоры подразделяют на подвижные и неподвижные, первые, из которых предназначены для восприятия массы теплопровода и обеспечения свободного перемещения в горизонтальном направлении.

По конструктивному устройству различают опоры скольжения, качения, также подвесные. Скользящие опоры применяют при всех способах прокладки теплопроводов. С увеличением диаметров труб нагрузки на опоры и силы трения возрастают и находят применение катковые и роликовые опоры, которые хорошо работают на прямолинейных участках сети, но не рекомендуются к применению на криволинейных участках. Подвесные опоры используют для труб небольшого диаметра, достоинством их является возможность применения на участках с поворотами, так как подвеска позволяет трубам свободно поворачиваться. Расстояние между подвижными опорами выбирается в зависимости от диаметра труб.

Неподвижные опоры предназначены для фиксации в определенной позиции элементов теплопровода, не допускающих смещения — в камерах у ответвлений, в точках расположения запорной арматуры, у сальниковых компенсаторов. Эти опоры разделяют теплопровод на участки, независимые друг от друга в восприятии усилий от температурных деформаций, и поэтому их устанавливают на середине участка между компенсаторами. Наиболее распространены щитовые опоры, устанавливаемые в стенках канала, передача осевого усилия производится кольцевыми стенками с косынками. Для защиты бетонного щита от перегрева в кольцевой зазор между ним и теплопроводом вставляется прокладка из асбеста.

Компенсаторы. При протекании горячего теплоносителя по трубопроводам имеет место температурное удлинение участков, жестко защемленных неподвижными опорами. При Отсутствии устройств, компенсирующих это удлинение, возникают значительные напряжения продольного изгиба, способные разрушить конструкцию. Для компенсации удлинений по трассе устанавливаются компенсаторы, которые по принципу действия можно разделить на две группы: 1) гибкие радиальные, 2) осевые, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб.

К гибким компенсаторам относятся изогнутые под углом участки труб. При такой естественной компенсации необходимо обеспечить в каналах просвет, достаточный для свободного перемещения плеч труб, С этой же целью в бесканальных прокладках места поворотов заключаются в непроходные каналы. Искусственные компенсаторы используют только после исчерпания всех возможностей естественной компенсации. Наиболее распространены гибкие компенсаторы П-образного типа. Достоинством гибких компенсаторов является то, что они не нуждаются в обслуживании и поэтому для них не требуется сооружения камер. Недостатками их является повышенное гидравлическое сопротивление, повышенный расход труб и необходимость устройства ниш, что связано с увеличением строительных работ.

Осевая компенсация имеет место в сальниковых компенсаторах. При удлинении трубопровода внутренний стакан вдвигается в полость наружной обоймы.

Сальники требуют постоянного надзора за состоянием набивки, которая со временем теряет упругость, поэтому в местах их установки необходимо сооружать камеры. Для сокращения числа дорогих камер применяют сальниковые компенсаторы двустороннего действия, обладающие двукратной компенсирующей способностью. Ввиду того, что сальниковые компенсаторы чувствительны к перекосам труб, а они наибольшие в трубах малого диаметра (до 150 мм), их рекомендуется применять в трубах большого диаметра (более 200 мм).

Камерыустраивают по трассе для размещения отключающей арматуры, неподвижных опор, сальниковых компенсаторов, дренажных устройств; их устанавливают, как правило, в местах подключения ответвлений к потребителям. Спуск в камеры через люки по лестницам. Конструкция люков должна обеспечивать свободный выход при всех ситуациях и выем оборудования из камер. Высота камер не менее 2 м, дно делается с уклоном 0,02 к водосборному приямку.

 

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

 

При производстве строительных работ теплота требуется для:

1) подогрева воды и растворов, оттаивания грунта,

2) технологических нужд (пропарочные камеры для ускорения твердения бетона, сушилки и пр.),

3) отопления тепляков,

4) обогрева и сушки построенных зданий.

По возможности в качестве источника теплоты используют ТЭЦ или районные котельные, при их отсутствии передвижные или сборные котельные. В разное время отечественной промышленностью выпускались передвижные котлы ПКН-ЗМ, ПКН-ЗГ для сжигания газа и мазута, котельные установки ПКБМ-5, ПКБМ-10 для сжигания мазута, автоматизированная котельная «Аксиома-3» и др.

Тепловая мощность, расходуемая на производственные нужды, составляет, Вт,

q = ΣV∙q_o/(3,6∙τ)

где ΣV — объем работ, q_o — расход теплоты на единицу объема работ, кДж, τ — продолжительность работ, ч.

Наибольшие потребности в теплоте приходятся на сушку возводимых зданий. Источниками влаги при строительстве является технологическая влага, внесенная строительными материалами, и дополнительная в виде атмосферных осадков.

Технологическая влага (в %) составляет для:

лесоматериала пиленого 25...50,

бетонов — 15,

штукатурки — 30.

Под действием атмосферных условий на открытом воздухе влагосодержание может существенно возрасти по сравнению с начальным. Согласно данным наблюдений среднее влагосодержание новостроящихся зданий составляет 15...20 кг/м³.

Для ускорения сушки зданий помимо систем отопления используют специальные теплогенерирующие установки, нагревающие воздух, используемый как сушительный агент. Строительные воздухонагреватели работают на жидком топливе — керосине, соляровом масле и на газе. Основными элементами теплогенераторов являются горелки, вентиляторы и теплообменники. Теплогенератор ТГ-150, работающий следующим образом: топливо самотеком стекает в форсунку, в которую также поступает воздух, нагнетаемый вентилятором. Горючая смесь сгорает в камере сгорания, образовавшиеся газы омывают поверхности нагрева, передавая теплоту воздуху и после охлаждения через кольцевую щель удаляются в атмосферу. Воздух центробежным вентилятором подается двумя потоками соответственно по каналу в горелку и кольцевой канал теплообменника. Воздух нагревается до 70°С и через конический воздухосборник направляется в обогреваемые помещения.

Универсальные строительные воздухонагреватели серии УСВ. Аппараты малой модели УСВ-10 и УСВ-30 предназначены для установки в отдельных комнатах, а большой' модели УСВ-100, УСВ-200, 300, 400 — для централизованного обогрева нескольких помещений. Устройства большой модели построены по одной и той же конструктивной схеме. В горелку, поступает топливо и воздух от центробежного вентилятора.

Продукты сгорания из цилиндрической топки через продольные щели выходят в межтрубное пространство теплообменника, в котором нагревают воздух, и после охлаждения через патрубки выводятся в атмосферу. Холодный воздух осевым вентилятором • нагнетается в теплообменные трубки и через патрубок направляется к местам потребления. Воздухонагреватели большой модели устанавливают вне обогреваемых зданий, на расстоянии не меньше 3 м.

Устройства малой модели УСВ-10 и УСВ-30 отличаются от аппаратов большой модели тем, что в них подача жидкого топлива осуществляется самотеком без насоса, а подача воздуха в горелку и в теплообменник для нагрева производится одним и тем же осевым вентилятором низкого давления.

Показатели	ТГ	УСВ
1 . Тепловая мощность, кВт
2. Расход:
жидкого топлива (керосин,
соляровое масло), кг/ч	8,5		1,5	4,2	11,5
природного газа, м3/ч	—	—	2,0	5,3	5,3
3. Нагретый воздух:
количество, м3/ч
температура, °С					90—	90—
4. Масса, кг

Для сушки оштукатуренных поверхностей применяют радиационные калориферы БИС и БИК. В калориферах рефлектор с электронагревательной спиралью может подниматься и поворачиваться вокруг штатива. Мощность устройства 10...15 кВт, поверхность излучения 19 — 25 дм2.

Инфракрасный нагреватель типа «Фонарь» работает на сжиженном газе, мощность его 20 кВт. Нагреватель располагается в центре помещения и равномерно обогревает стены; помещение площадью 18...20 м² высушивается за 1...2 сут.