Глава 3. разработка и расчет тепловых схем котельных
Глава 3. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ КОТЕЛЬНЫХ
Общие положения разработки тепловых схем
В теплоэнергетике одним из обязательных конструкторских документов является тепловая схема. Тепловая схема представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединяемого линиями трубопроводов для рабочего тела. Различают принципиальную, развернутую и рабочую или монтажную тепловые схемы.
В принципиальной тепловой схеме указывают условно лишь главное оборудование (котлоагрегаты, подогреватели, деаэраторы, насосы) и трубопроводы, не размещая арматуры, вспомогательных устройств и второстепенных трубопроводов и не уточняя количества и расположения оборудования.
Развернутая тепловая схема содержит все количество устанавливаемого оборудования, а также все коммуникации – трубопроводы, соединяющие оборудование с помещаемой на них запорной и регулирующей арматурой. Так как объединение в развернутой тепловой схеме всех элементов и оборудования котельной из-за их большого числа затруднительно, эту схему разделяют на части по технологическому процессу.
Рабочую или монтажную тепловую схему выполняют в ортогональном, а отдельные сложные узлы в аксонометрическом изображении с указанием отметок расположения трубопроводов, их наклона, арматуры, креплений, размеров и т.д.
Общие правила выполнения схем устанавливает ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. Схемы выполняются компактно, но без ущерба для ясности и удобства их чтения. Графические изображения элементов и линии связей между ними располагают таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействии его составных частей. Линии связи, соединяющие функциональные части изделия, должны иметь наименьшее количество изломов и пересечений. Они должны состоять из горизонтальных и вертикальных участков.
Схемы выполняют без соблюдения масштаба. Действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают.
Таблица 3.1
Условные обозначения теплоэнергетического оборудования, гидравлических и пневматических машин и аппаратов
| Наименование | Буквенное обозначение | Графическое обозначение |
| Котел паровой (водогрейный) | КП (КВ) |  |
| Пароперегреватель | ПП |  |
| Экономайзер | Э |  |
| Редукционно-охладительная установка | РОУ |  |
| Теплообменник смешивающий | ТО |  |
| Подогреватель поверхностный | П |  |
| Деаэратор (рабочее давление деаэратора проставляется в контурах бака) | ДЭ |  |
| Потребитель тепловой энергии | ПТ |  |
| Насос | Н |  |
| Компрессор | К |  |
| Термометр | Т |  |
| Манометр | МН |  |
Для пояснения каких-либо особенностей схемы можно вводить дополнительные к установленным стандартам сведения и поясняющие надписи, не шифруя их.
Таблица 3.2
Индексы инженерных сетей
| Наименование | Условное обозначение |
| Паропровод при давлении свыше 1,3 МПа | Т 99 |
| Паропровод при давлении до 1,3 МПа | Т 97 |
| Паропровод при давлении до 0,05 МПа | Т 98 |
| Паропровод при давлении до 0,1 МПа | Т 97 |
| Паропровод при давлении до 0,2 МПа | Т 96 |
| Паропровод при давлении до 0,3 МПа | Т 95 |
| Паропровод при давлении до 0,4 МПа | Т 94 |
| Паропровод при давлении до 0,5 МПа | Т 93 |
| Паропровод при давлении до 0,6 МПа | Т 92 |
| Паропровод при давлении до 0,7 МПа | Т 91 |
| Конденсатопровод общего назначения | Т 8 |
| Конденсатопровод напорный | Т 8Н |
| Водопровод производственный | В 3 |
| Водопровод умягченной воды | В 6 |
| Трубопровод питательной воды на всас насосов | В 29 |
| Трубопровод питательной воды напорной | В 29Н |
| Трубопровод подпиточной воды | В 30 |
| Трубопровод периодической продувки котлов | В 31 |
| Трубопровод непрерывной продувки котлов | В 32 |
| Трубопровод сливов и дренажей | К 13 |
| Трубопровод выпара деаэратора и подогревателей | Е 0 |
| Трубопровод горячей воды для отопления и вентиляции подающий | Т 1 |
| Трубопровод горячей воды для отопления и вентиляции обратный | Т 2 |
| Трубопровод горячей воды для горячего водоснабжения подающий | Т 3 |
| Трубопровод горячей воды для горячего водоснабжения циркуляционный | Т 4 |
| Трубопровод горячей воды для технологических процессов подающий | Т 5 |
| Трубопровод горячей воды для технологических процессов обратный | Т 6 |
| Трубопровод горячей воды для кондиционирования воздуха подающий | Т 15 |
| Трубопровод горячей воды для кондиционирования воздуха обратный | Т 25 |
Для изображения на схемах различных элементов и устройств применяют условные графические обозначения, установленные стандартами. Все размеры условных графических изображений, указанные в стандартах допускается пропорционально изменять. Можно применять другие графические изображения: прямоугольники произвольных размеров, содержащие пояснительный текст; внешние очертания частей изделий (в том числе аксонометрические изображения); схематические разрезы. Графические обозначения выполняют линиями той же толщины, что и линии связи. Нестандартные условные графические обозначения на схемах должны быть пояснены. Если на один элемент стандартами установлено несколько допустимых изображений, следует выбрать один из вариантов обозначения и применять его во всех схемах одного типа, входящих в комплект документации на изделие.
Если необходимо указать, какая рабочая среда и в каком агрегатном состоянии находится на каждом участке схемы, применяют различные графические обозначения для линий связи, приводимые в справочной литературе. Однако, в схемах соединений трубопроводы всегда изображают сплошными основными линиями независимо от рабочей среды.
Условные графические обозначения теплоэнергетического оборудования, гидравлических устройств и арматуры трубопроводной на основании действующих государственных стандартов приведены в табл. 3.1–3.3
При выполнении тепловых схем следует соблюдать индексы инженерных сетей, приведенные в табл. 3.4.
Тепловые схемы котельных
В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные разделяют на следующие типы:
Производственные – предназначенные для снабжения теплом технологических потребителей.
Производственно-отопительные – осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных, общественных, жилых зданий и сооружений.
Отопительные – вырабатывающие тепловую энергию для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.
По надежности отпуска тепла потребителям котельные относятся:
- к первой категории – котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;
- ко второй категории – остальные котельные.
Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся:
- к первой категории – потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции);
- ко второй категории – остальные потребители тепла.
И основы их расчета
Для того чтобы тепловые схемы котельных с водогрейными котлами легко читались, рекомендуется следующий порядок изображения оборудования на них (см. рис. 3.1). На верхней правой части листа размещают водогрейные котлы, а на левой – деаэраторы, ниже котлоагрегатов размещают рециркуляционные и еще ниже сетевые насосы, а под деаэраторами – теплообменники (подогреватели), баки деаэрированной и рабочей воды, подпиточные насосы, насосы сырой воды, дренажные баки и продувочный колодец.
Работа отопительной котельной, принципиальная тепловая схема которой показана на рис. 3.1, осуществляется следующим образом. Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором поступает на всас сетевого насоса 2. Туда же подводится вода от подпиточного насоса 6, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. На всас насоса 2 подается и горячая вода, тепло которой частично использовано в теплообменниках 9 и 4 для подогрева, соответственно, химически очищенной и сырой воды.
Для обеспечения заданной из условий предупреждения коррозии температуры воды перед котлом в трубопровод за сетевым насосом подают при помощи рециркуляционного насоса 12 необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейного котла 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально-зимнего, часть воды из обратной линии после сетевого насоса 2, минуя котел, подают по перепускной линии в подающую магистраль, где она, смешавшись с горячей водой из котла, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Вода, предназначенная для восполнения утечек в тепловых сетях, предварительно подается насосом сырой воды 3 в подогреватель сырой воды 4, где она подогревается до температуры 18–20 ºC и затем направляется на химводоочистку. Химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8, 9 и 11 и деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из бака деаэрированной воды 7 забирает подпиточный насос 6 и подает в обратную линию.
 |
| Рис. 3.1. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами: 1 – водогрейный котел; 2 – сетевой насос; 3 – насос сырой воды; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводоочистка; 6 – подпиточный насос; 7 – бак деаэрированной воды; 8 – охладитель деаэрированной воды; 9 – подогреватель химически очищенной воды; 10 – деаэратор; 11 – охладитель выпара; 12 – рециркуляционный насос Обозначения трубопроводов (буква с цифрой) выполнены в соответствии с табл. 3.4 |
Основной целью расчета любой тепловой схемы котельной является выбор основного и вспомогательного оборудования с определением исходных данных для последующих технико-экономических расчетов.
Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изготовителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, должна быть не менее 60 ºС, малосернистых топлив не менее 70 ºС и высокосернистых топлив не менее 110 ºС. Для повышения температуры воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос.
В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Но они требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.
Сильное влияние на оборудование котельной с водогрейными агрегатами оказывает система горячего водоснабжения – закрытая или открытая. Открытой называется система, в которой теплоноситель – горячая вода – частично или полностью используется потребителем. Взакрытых системах нагрев воды на горячее водоснабжение осуществляется прямой отопительной водой в местных теплообменниках.
При открытой системе горячего водоснабжения количество воды, идущее на подпитку тепловых сетей, заметно возрастает и может достигать 20% расхода воды через тепловые сети. Т.е. количество воды, которое необходимо подготовить на химводоочистке, при открытой системе горячего водоснабжения возрастает в несколько раз по сравнению с закрытой.
Так как расходы воды при открытой системе неравномерны, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности оборудования водоподготовки устанавливаются баки-аккумуляторы для деаэрированной воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается на всас сетевых насосов.
Качество подготовки воды для подпитки открытой системы теплоснабжения должно быть значительно выше качества воды для подпитки закрытой системы, т.к. к воде горячего водоснабжения предъявляются такие же требования, как к питьевой водопроводной воде.
Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В настоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 3.2.
На рис. 3.2 а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 3.2 б, в показаны двухступенчатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения.
 |
| Рис. 3.2. Схемы присоединения местных теплообменников: а – параллельное; б – двухступенчатое последовательное; в – смешанная схема включения |
Выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. При Qг.в/Qо≤0,06 присоединение местных теплообменников производится по двухступенчатой последовательной схеме; при 0,6< Qг.в/Qо≤1,2 – по двухступенчатой смешанной схеме; при Qг.в/Qо≥1,2 – по параллельной схеме. При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение теплообменников на двухступенчатую смешанную схему.
Расчет тепловой схемы водогрейной котельной базируется на решении уравнений теплового и материального баланса, составляемых для каждого элемента схемы. При расчете тепловой схемы водогрейной котельной, когда не происходит фазовых превращений нагреваемой и охлаждаемой сред (воды), уравнение теплового баланса в общем виде можно записать следующим образом
 , | (3.1) |
где Gох, Gн – массовый расход, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кг/с; cох, cн –средняя удельная теплоемкость, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кДж/(кг·°C); 
– соответственно, начальная и конечная температуры охлаждаемого теплоносителя, °C; 
– соответственно, начальная и конечная температуры нагреваемого теплоносителя, °C; η – КПД теплообменника.
При расхождении предварительно принятых в расчете величин с полученными в результате расчета более чем на 3% расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные значения.
Вопросы для самопроверки
1. Что представляет собой тепловая схема?
2. Какие различают типы тепловых схем? Что на них изображают?
3. Как классифицируются котельные в зависимости от характера тепловых нагрузок?
4. Как классифицируются котельные по надежности отпуска тепла потребителям?
5. Укажите рекомендуемый порядок изображения оборудования на тепловых схемах котельных с водогрейными котлами.
6. С какой целью производится расчет тепловой схемы котельной?
7. Чем отличаются открытые системы горячего водоснабжения от закрытых?
8. Какие существуют схемы присоединения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения? На чем основывается их выбор?
9. На чем базируется расчет тепловой схемы котельной?
10. Дайте описание работы котельной с водогрейными котлами, тепловая схема которой показана на рис. 3.1.
11. Дайте описание работы производственной котельной, тепловая схема которой показана на рис. 3.3.
12.
Глава 3. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ КОТЕЛЬНЫХ
Общие положения разработки тепловых схем
В теплоэнергетике одним из обязательных конструкторских документов является тепловая схема. Тепловая схема представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединяемого линиями трубопроводов для рабочего тела. Различают принципиальную, развернутую и рабочую или монтажную тепловые схемы.
В принципиальной тепловой схеме указывают условно лишь главное оборудование (котлоагрегаты, подогреватели, деаэраторы, насосы) и трубопроводы, не размещая арматуры, вспомогательных устройств и второстепенных трубопроводов и не уточняя количества и расположения оборудования.
Развернутая тепловая схема содержит все количество устанавливаемого оборудования, а также все коммуникации – трубопроводы, соединяющие оборудование с помещаемой на них запорной и регулирующей арматурой. Так как объединение в развернутой тепловой схеме всех элементов и оборудования котельной из-за их большого числа затруднительно, эту схему разделяют на части по технологическому процессу.
Рабочую или монтажную тепловую схему выполняют в ортогональном, а отдельные сложные узлы в аксонометрическом изображении с указанием отметок расположения трубопроводов, их наклона, арматуры, креплений, размеров и т.д.
Общие правила выполнения схем устанавливает ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. Схемы выполняются компактно, но без ущерба для ясности и удобства их чтения. Графические изображения элементов и линии связей между ними располагают таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействии его составных частей. Линии связи, соединяющие функциональные части изделия, должны иметь наименьшее количество изломов и пересечений. Они должны состоять из горизонтальных и вертикальных участков.
Схемы выполняют без соблюдения масштаба. Действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают.
Таблица 3.1