Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 33 из 101

Qn к


₍4,25)

Si - ^т2


Поскольку тепловые сети района тепло­снабжения и транзитная сеть работают по различным температурным графикам и при различных расходах сетевой воды, то для возможности реализации таких режимов в пиковых котельных или независимо от них оборудуются насосно-смесительные установки, подмешивающие к воде, посту­пающей из транзитной магистрали с темпе­ратурой т_т1, соответствующее количество сетевой воды из обратной линии с темпера­турой т₂ для обеспечения требуемой темпе­ратуры т, в подающей линии района тепло­снабжения.

В периоды работы пиковой котельной некоторое количество теплоты поступает еще дополнительно в подающую линию се­тевой воды от пиковых котлов

Перепад температур сетевой воды рай­она теплоснабжения, получаемый только за счет использования теплоты, поступаю-

щей по транзитной сети от дальней ТЭЦ, определяется по формуле

Ч = 5т_т^- <⁴¹²7)

Остальной догрев от т_р1 до Xj осуществля­ется за счет теплоты пиковой котельной.

В приведенном на рис. 4 39 условном графике расчетный перепад температур се­тевой воды в транзитной магистрали бх'у = 200 °C, что значительно больше обыч­но принимаемого расчетного перепада температур в транзитной магистрали 8т' = = 160-60 = 100 °C.

Расчетный расход сетевой воды в рас­сматриваемой транзитной магистрали, ра­ботающей по условному температурному графику, в 200/100 = 2 раза меньше, чем в транзитной магистрали, работающей по обычному температурному графику.

Однако при работе по условному темпе­ратурному графику существенно выше средняя температура отвода теплоты из те­плофикационного цикла. При одной и той же температуре обратной сетевой воды х₂ температура сетевой воды, поступающей из подогревательной установки ТЭЦ в тепло­вую сеть, при работе по условному графи­ку, х_Т1, выше температуры Х[ по обычному графику. Разность температур (х_т1 - х,) воз­растает со снижением относительной ото­пительной нагрузки Q_o. Причем, при рабо­те по обычному графику нагрев сетевой во­ды от х₂ до Х| производится как за счет теп­лоты из отборов турбин, так и за счет тепло­ты пиковой котельной (а_т < 1), в то время как при работе по условному графику весь нагрев сетевой воды на ТЭЦ от х₂ до х_т1 производится полностью за счет теплоты из отборов турбин.

Сравним для примера приведенные на рис. 4.39 температурные режимы теплофи- 180 кационной системы при Q_o = 0,6 и двухсту­пенчатой системы подогрева сетевой воды паром из отбора турбин.

, 0,5+0,15 _л „„

Обычный график а_т = ———— = 0,87;

^т 0,6+0,15

х, = 106 °С;х₂ = 42°С.

По (4.113)—(4.116) находим

, 3 • 0,435² АПЛ, Л "

а= 1 —— = 0,34; b = 0,66;

f = 0,34 • 42 + 0,66 • 106 + 5 = 90 °C.

Условный график а_т = I; х_т1 = 142 °C; х₂ = 42 °C.

По (4.113)—(4.116) находим
3 • 0 5²

а = J = о,25; b = 0,75;

Z_Cp = 0,25 ■ 42 + 0,75 • 142 + 5 = 123 °C.

Средняя температура отвода теплоты из теплофикационного цикла при работе по условному графику превышает среднюю температуру при работе по обычному гра­фику на Дг_ср = 123 - 90 = 33 °C.

На основе уравнения (1.16) легко уста­новить, что при средней температуре под­вода теплоты в цикл Т_о = 658 К, что соответ­ствует начальным параметрам пара на ТЭЦ 24 МПа, 540/540 °C, изменение темпе­ратуры отвода теплоты из теплофикацион­ного цикла на 1 °C приводит к изменению удельной комбинированной выработки электрической энергии на 1 кВт’Ч/ГДж (4,2 кВт ■ ч/Гкал).

В рассматриваемом примере при работе транзитной магистрали тепловой сети по условному температурному графику удель­ная комбинированная выработка на ТЭЦ ниже, чем при работе по обычному тем­пературному графику на 33 кВт-ч/ГДж (140 кВт • ч/Гкал).

Контрольные вопросы и задания

1. 
   Укажите возможные системы регулирования тепловой нагрузки и их характеристики. Ка­ковы особенности центрального, группового, местного и индивидуального регулирования?
   
2. 
   В чем заключается особенность центрально­го регулирования по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения? Какие преимущества и недостатки имеет эта систе­ма регулирования?
   
3. 
   Путем изменения каких параметров принци­пиально возможно центральное регулирова­ние тепловой нагрузки в водяных системах теплоснабжения?
   
4. 
   Напишите уравнение характеристики конвек­тивных теплообменных аппаратов и объясни­те значения величин, входящих в уравнение.
   
5. 
   Напишите формулу для расчета коэффициен­та эффективности е теплообменного аппара­та, базирующуюся на линейной зависимости для средней разности температур. Объясните значения величин, входящих в формулу.
   
6. 
   Напишите формулу для пересчета режимно­го коэффициента ш основного на любой дру­гой режим работы аппарата.
   
7. 
   Напишите формулу для расчета коэффици­ента эффективности е противоточного водо- водяного подогревателя. Что такое параметр подогревателя Ф, входящий в формулу, и как определяется его значение?
   
8. 
   Почему при постоянных температурах пер­вичного и вторичного теплоносителей на входе в теплообменник и при постоянных расходах теплоносителей тепловая нагрузка секционного водо-водяного теплообменника не зависит от диаметра секции теплообмен­ника, а зависит от суммарной длины после­довательно соединенных секций?
   
9. 
   Отопительная установка присоединена к во­дяной тепловой сети по зависимой схеме. Какова зависимость отопительной нагрузки от температуры сетевой воды на входе в эле­ватор и от ее расхода?
   
10. 
    Отопительная установка присоединена к те­пловой сети по независимой схеме. Какова зависимость отопительной нагрузки от тем­пературы сетевой воды на входе в отопи­тельный теплообменник и от ее расхода ?
    
11. 
    Почему при качественном регулировании отопительной нагрузки перепад температур
    

сетевой воды в отопительной установке пря­мо пропорционален относительной отопи­тельной нагрузке? Из какого уравнения это следует?

12. 
    Каким уравнением описывается зависимость относительной отопительной нагрузки ог от­носительного расхода сетевой воды при ко­личественном регулировании?
    
13. 
    В чем состоит метод расчета графика темпе­ратур тепловой сети при центральном качест­венном регулировании по совмещенной на­грузке отопления и горячего водоснабжения?
    
14. 
    Установка горячего водоснабжения включе­на по двухступенчатой последовательной схеме. Отопительная установка включена по зависимой схеме. В чем состоит метод опре­деления относительной отопительной на­грузки при нерасчетных режимах? Приведи­те расчетное уравнение и объясните значе­ния входящих в него величин.
    
15. 
    В чем заключаются методы центрального ре­гулирования открытых систем теплоснабже­ния по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения? Укажите пре­имущества и недостатки качественного и ка­чественно-количественного методов.
    
16. 
    В чем состоит центральное регулирование од­нотрубных систем теплоснабжения. Как опре­деляются расчетный расход воды и темпера­тура сетевой воды в транзитной магистрали?
    
17. 
    В чем состоит метод определения средней температуры отвода теплоты из теплофика­ционного цикла при многоступенчатом по­догреве сетевой воды? Приведите расчет­ную формулу и объясните значения входя­щих в нее величин.
    
18. 
    Укажите преимущества и недостатки много­ступенчатого подогрева сетевой воды на ТЭЦ ио сравнению с одноступенчатым по­догревом.
    
19. 
    Как отражается на экономических показате­лях теплофикационной системы повышение расчетной температуры сетевой воды в тран­зитной магистрали от дальней ТЭЦ?
    
20. 
    Представьте метод расчета температурного графика и расхода сетевой воды в транзит­ных сетях, работающих по условным темпе­ратурным графикам.
    

ГЛАВА ПЯТАЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

1. 
   ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
   

Гидравлический расчет — один из важ­нейших разделов проектирования и экс­плуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

1. 
   определение диаметров трубопроводов,
   
2. 
   определение падения давления (на­пора);
   
3. 
   определение давлений (напоров) в различных точках сети;
   
4. 
   увязка всех точек системы при стати­ческом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуе­мых напоров в сети и абонентских системах
   

В некоторых случаях может быть по­ставлена также задача определения пропу­скной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета да­ют следующий исходный материал'

1. 
   для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ ио сооружению тепловой сети,
   
2. 
   установления характеристик цирку­ляционных и подпиточных насосов, коли­чества насосов и их размещения;
   
3. 
   выяснения условий работы исто­чников теплоты, тепловой сети и абонент­ских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;
   
4. 
   выбора средств авторегулирования в тепловой сети на ГТП, МТП и на абонент­ских вводах,
   
5. 
   разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.
   

Для проведения гидравлического расче­та должны быть заданы схема и профиль те­пловой сети, указаны размещение источни­ков теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

2. 
   СХЕМЫ И КОНФИГУРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
   

Схема тепловой сети определяется раз­мещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району тепло­вого потребления, характером тепловой на­грузки потребителей района и видом тепло­носителя

Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепло­вой сети, — надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стре­миться к получению наиболее простых ре­шений и наименьшей длины теплопроводов

Пар в качестве теплоносителя использу­ется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий Ос­новная нагрузка паровых сетей обычно концентрируется в сравнительно неболь­шом количестве узлов, которыми являются цехи промышленных предприятий. Поэто­му удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки, как правило, невелика. Когда по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в по­даче пара, наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением слу­жит прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублиро­вание сетей приводит к значительному воз­растанию их стоимости и расхода материа­лов, в первую очередь стальных трубопро­водов. При укладке вместо одного трубо­провода, рассчитанного на 100 %-ную на­грузку, двух параллельных, рассчитанных на 50 %-ную нагрузку, площадь поверхно­сти трубопроводов возрастает на 56 %. Со­ответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентри­рована. Водяные тепловые сети в современ­ных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысяча­ми и даже десятками тысяч присоединен­ных зданий, расположенных на территори­ях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми главным образом из-за ббльшей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подзем­ных водяных сетей по сравнению с паро­проводами. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей плотности теплоносителя. Ава­рийная уязвимость водяных тепловых сетей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепло­вых сетей вопросам надежности и резерви­рования теплоснабжения необходимо уде­лить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распреде­лительные. К магистральным обычно от­носятся теплопроводы, соединяющие ис­точники теплоты с районами теплового по­требления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из магист­ральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается че­рез групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопо- требляюшим установкам абонентов. Непо­средственное присоединение тепловых по­требителей к магистральным сетям не сле­дует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Магистральные тепловые сети с помо­щью задвижек разделяются на секции дли­ной 1—3 км. При раскрытии (разрыве) тру­бопровода место отказа или аварии локали­зуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сете­вой воды и сокращается длительность ре­монта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубо­провода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается из условия, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура /_в в отапливаемых помещениях при полном отключении ото­пления при расчетной наружной температу­ре для отопления г_но не опускалась ниже минимального предельного значения, кото­рое принимают обычно 12—14 °C²⁹, в соответствии с договором теплоснабжения. Время, необходимое для проведения ремон­та, возрастает с увеличением диаметра тру-

бопровода, а также расстояния между сек­ционирующими задвижками.

С другой стороны, как будет показано далее (см. гл. 11), темп выстывания зданий возрастает при снижении наружной темпе­ратуры [см. (11.2)].

Поэтому для возможности удовлетворе­ния вышеприведенного условия о проведе­нии ремонта теплопровода за период сни­жения внутренней температуры от 18 до 12—14 °C расстояние между секциони­рующими задвижками должно выбираться с учетом всех влияющих факторов.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть, как правило, меньше при ббльших диаметрах трубопро­водов и при более низкой расчетной наруж­ной температуре для отопления г_{н 0}.

Условие проведения ремонта теплопро­вода большого диаметра за период допусти­мого снижения внутренней температуры в отапливаемых зданиях трудно выполнить, так как время ремонта существенно возрас­тает с увеличением диаметра.

В этом случае необходимо предусматри­вать системное резервирование теплоснаб­жения при выходе из строя участка тепло­вой сети, если не выполняется вышеприве­денное условие о времени ремонта. Одним из методов резервирования является блоки­ровка смежных магистралей, рассмотрен­ная в § 5.9.

Секционирующие задвижки удобно раз­мещать в узлах присоединения распредели­тельных сетей к магистральным тепловым сетям.

В этих узловых камерах кроме секцио­нирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных се­тей, задвижки на блокирующих линиях ме­жду смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными ко­тельными (камеры 4 на рис. 5.1).

В секционировании паровых магистра­лей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных па­ропроводов, невелика. Секционные задвиж­ки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунк­том. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебой­ное теплоснабжение абонентов при авариях

на любом секционированном участке маги­страли.

Блокировочные связи между магистра­лями могут выполняться однотрубными. Соответствующей схемой их присоедине­ния к магистральной сети может быть пре­дусмотрено использование блокировочной связи как для подающего, так и для обрат­ного трубопровода.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабже­нии, должна быть предусмотрена возмож­ность резервного теплоснабжения от газо­вых или электрических нагревателей или же от местных котельных на случай аварий­ного прекращения централизованного теп­лоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 [130] допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на отопле­ние и вентиляцию и среднечасового на горя­чее водоснабжение). Для предприятий, в ко­торых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дуб­лированные или кольцевые схемы тепло­вых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответст­вии с режимом работы предприятий.

На рис. 5.1 приведена принципиальная однолинейная схема двухтрубной водяной

тепловой сети³⁰ от ТЭЦ электрической мощ­ностью 500 МВт и тепловой мощностью 2000 МДж/с(1700 Гкал/ч).

Радиус действия тепловой сети 15 км До конечного района теплопотребления се­тевая вода передается по двум двухтруб­ным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с ТЭЦ 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры магист­ральных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления сетевая вода вводится по четырем магистралям диамет­ром 700 мм, а затем распределяется по вось­ми магистралям диаметром 500 мм Блоки­ровочные связи между магистралями, а так­же резервирующие насосные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между сек­ционирующими задвижками (на схеме — 2 км) время, необходимое для ремонта тру­бопровода диаметром 700 мм, меньше вре­мени, в течение которого внутренняя тем­пература отапливаемых зданий при отклю­чении отопления при наружной температу­ре /_{н 0} снизится от 18 до 12 °C (не ниже).

Блокировочные связи и секционирую­щие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистра­ли диаметром 800 мм и более обеспечива­ется теплоснабжение всех абонентов, при­соединенных к тепловой сети Теплоснабже­ние абонентов нарушается только при ава­риях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается теплоснаб­жение абонентов, расположенных за ме­стом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно преду­смотреть взаимную блокировку ТЭЦ по­средством соединения их магистралей бло­кировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая теп­ловая сеть с несколькими источниками пи-