Централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
лекционного занятия по дисциплине
«Специальные вопросы централизованного теплоснабжения»
ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
| Теплоэнергетика и теплотехника |
Направление подготовки
(указывается код и наименование)
| Тепловые электрические станции |
Профиль подготовки
| магистр |
Квалификация (степень) выпускника
| очная |
Форма обучения
(очная, очно-заочная, заочная)
Казань 2013
Содержание
1. Формулировка цели занятия, задачи освоения материала дисциплины.
2. Введение.
3. Общие сведения о теплофикации.
4. Классификация систем теплоснабжения:
4.1. Централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения.
4.2. Открытые и зарытые системы теплоснабжения.
4.3. Одно-, двух-, трехтрубные системы теплоснабжения.
5. Преимущества и недостатки зарытых систем теплоснабжения.
6. Преимущества и недостатки отрытых систем теплоснабжения.
7. Паровые системы теплоснабжения.
8. Технологические схемы раздельного производства электроэнергии и тепла
8.1. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами
8.2. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения
8.3. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами
8. Литература, рекомендуемая для дополнительного изучения раздела лекционного занятия.
9. Задание для самостоятельной подготовки, контрольные вопросы.
© Чичирова Н.Д., Ляпин А.И., 2013
© Казанский государственный энергетический университет, 2013
Методические материалы для изучения лекционного занятия на тему:
«ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ»
Целью занятияявляется изучение основ работы систем «Источник теплоты (тепловая электрическая станция) – тепловая сеть: классификацию систем теплоснабжения, тип электростанций и их технологические схемы, назначение и принцип действия основных элементов тепловых схем.
Задача данного пособия состоит в том, чтобы ознакомить студентов с лекционным материалом курса «Специальные вопросы централизованного теплоснабжения».
Основными литературными источниками, использованными для подготовки данных методических материалов, являются: Учебник для ВУЗов Е.Я. Соколова «Теплофикация и тепловые сети». – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с. и Учебное пособие А.Ш. Низамовой «Технология централизованного производства электрической энергии и теплоты. Часть 1». – Казань: Каз. гос. энерг. ун-т, 2005. – 120 с.
Классификация систем теплоснабжения
Рис. 1. Закрытая двухтрубная водяная система теплоснабжения
Схемы присоединений: а – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме; б – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением; в – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме с насосным смешением; г – отопительные установки, присоединенные по независимой схеме; д – установки горячего водоснабжения (установка верхнего аккумулятора горячей воды; е – установки горячего водоснабжения (установка нижнего аккумулятора горячей воды; ж – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и параллельной установкой горячего водоснабжения; з – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и двухступенчатая смешанная установка горячего водоснабжения; и – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и двухступенчатая последовательная установка горячего водоснабжения; к – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и предвключенная установка горячего водоснабжения; л – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным и насосным смешением с двухступенчатой последовательной установкой горячего водоснабжения; м – отопительные установки, присоединенные по независимой схеме и двухступенчатая последовательная установка горячего водоснабжения; н – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и вентиляционные установки, присоединенные по двухступенчатой смешанной схеме; 1 – аккумулятор горячей воды; 2 – воздушный кран; 3 – водоразборный кран; 4 – нагревательный прибор; 5 – обратный клапан; 6 – подогреватель горячего водоснабжения одноступенчатый; 7,8 – подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 9 – отопительный подогреватель; 10 – расширительный сосуд; 11 – регулятор давления; 12 – регулятор расхода; 13 – регулятор температуры воды; 14 – регулятор отопления; 15 – элеватор; 16 – насос; 17 – подпиточный насос; 18 – сетевой насос; 19 – регулятор подпитки; 20 – подогреватели сетевой воды; 21 – пиковый котел; 22 – регулятор температуры воздуха; 23, 24 – воздушные калориферы нижней и верхней ступеней.
Число параллельных трубопроводов в зарытой системе должно быть не меньше двух, так как после отдачи теплоты в абонентских установках теплоноситель должен быть возвращен на станцию. По подающему трубопроводу 1 тепловой сети вода поступает в абонентские установки, а по обратному трубопроводу 11 охлажденная вода возвращается на ТЭЦ.
Применяемые схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети зависит от характера тепловых нагрузок абонента и режима работы тепловой сети. Схемы а–г показывают присоединение отопительных установок, схемы д, е – присоединение установок горячего водоснабжения, а схемы ж–м показывают совместно присоединение в одном узле отопительной установки и установки горячего водоснабжения, схема н – совестное присоединение отопительной установки и вентиляции.
В закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабжения присоединяются к тепловой сети только чрез водо-водяные подогреватели, т.е. по независимой схеме. При зависимых схемах присоединения давление в абонентской установке зависит от давления в тепловой сети. При независимых схемах присоединения давление в местной системе не зависит от давления в тепловой сети.
Рис.1.2. Трехтрубная закрытая водяная система теплоснабжения
Схемы присоединений: а–е – обозначения те же, что и на рис.1.1.; о – испарительной установки; р – вентиляционной установки; с – технологических аппаратов; 26 – технологический аппарат; 27 – регулятор процесса нагрева; остальные обозначения теже, что на рис. 1.
Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система. На рис. 3. представлены схемы присоединений абонентских вводов открытой двухтрубной водяной системе теплоснабжения
Рис. 3. Открытая двухтрубная водяная система теплоснабжения
Схема присоединений: а – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме; б – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением; в – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме с насосным смешением; г – отопительные установки, присоединенные по независимой схеме; д – установки горячего водоснабжения (установка верхнего аккумулятора горячей воды; е – установки горячего водоснабжения (установка нижнего аккумулятора горячей воды; ж – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением и установки горячего водоснабжения (несвязанное регулирование); з – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным и насосным смешением и установки горячего водоснабжения (связанное регулирование); и – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным и насосным смешением и установки горячего водоснабжения (постоянное гидравлическое сопротивление на вводе); к – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным и насосным смешением и установки горячего водоснабжения (несвязанное регулирование); л – отопительные установки, присоединенные по независимой схеме и установки горячего водонабжения (несвязанное регулирование); м – отопительные установки, присоединенные по зависимой схеме со струйным смешением (связанное регулирование); 22 – смеситель; 23 – предвключенный подогреватель горячего водоснабжения; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.
Горячая вода поступает со станции к абонентам по трубопроводу 1. Обратная вода возвращается на станцию по трубопроводу 11.
Отопительные установки (рис. 3. а–г) присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах теплоснабжения.
Схемы присоединения (рис. 3. д и е) принципиально отличны от ранее рассмотренных схем. Горячее водоснабжение абонентов производится сетевой водой непосредственно из тепловой сети. Вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает через клапан регулятора температуры 13 в смеситель 22. В этот же смеситель поступает вода из обратного трубопровода тепловой сети через обратный клапан 5. Регулятор температуры, регулируя расход воды из подающего трубопровода, поддерживает в смесителе 22 постоянную температуру смеси (около 60 °С). Из смесителя вода поступает в местную систему горячего водоснабжения. Обратный клапан препятствует перетеканию из подающего трубопровода в обратный. Для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения установлены аккумуляторы горячей воды: в схеме на рис. 3., д – верхний аккумулятор, в схеме на рис. 3., е – нижний.
Жилые здания, имеющие обычно два вида тепловой нагрузки – отопление и горячее водоснабжение, присоединяются к тепловой сети (рис. 3., ж и з). Отопительная установка и установка горячего водоснабжения присоединены к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования (рис. 3., ж). Обе установки работают независимо друг от друга.
Расчетный расход воды в городских тепловых сетях заметно снижается при присоединении на абонентских вводах отопительных установок и установок горячего водоснабжения по принципу связанного регулирования. Такое присоединение показано на рис. 3., з. В этом случае регулятор расхода 12, установленный на общем подающем трубопроводе абонентского ввода, поддерживает постоянный расход воды из подающего трубопровода на абонентский ввод. В часы большого водоразбора на горячее водоснабжение из подающего трубопровода снижается подача сетевой воды, а следовательно, и теплоты на отопление.
Недоданная теплота компенсируется в часы малого водоразбора из подающего трубопровода, когда большая часть или вся сетевая вода, поступающая на абонентский ввод, направляется в отопительную систему. Гидравлическая разрегулировка отопительных установок в периоды большого водоразбора из подающего трубопровода может быть устранена при установке на перемычке элеватора центробежного насоса 16, который при этих режимах включается в работу (рис. 3., з–к).
Для того чтобы устранить неблагоприятное влияние водоразбора из сети в периоды, когда температура сетевой воды в подающем трубопроводе минимальна (60–65 °С), можно применять схему с предвключенным подогревателем горячего водоснабжения (рис. 3., м). Эта схема позволяет осуществлять водоразбор всегда из обратного трубопровода после отопительной установки, а догрев сетевой воды, идущей в систему горячего водоснабжения, осуществляется в предвключенном подогревателе теплотой сетевой воды в подающем трубопроводе.
При присоединении абонентских установок по принципу связанного регулирования (рис. 3., з) строительная конструкция отапливаемых зданий используется в качестве теплового аккумулятора, выравнивающего суточный график тепловой нагрузки абонентской установки.
На рис. 4., а и б показаны принципиальные схемы однотрубной водяной тепловой сети с абонентскими вводами, имеющими отопительные установки и установки горячего водоснабжения. Сетевая вода после отопительной установки (рис. 4., а) и после подогревателя отопительной установки (рис. 4., б) направляется в установку горячего водоснабжения. В смесительном узле 22 установки горячего водоснабжения с помощью регулятора температуры 13 поддерживается постоянная температура путем подмешивания к обратной воде после отопительной системы некоторого количества воды непосредственно из тепловой сети. На схеме, показанной на рис. 4., б, предусмотрен подвод в смесительный узел 22 воды из водопровода. Такая необходимость может возникнуть при высокой температуре сетевой воды. На рис. 4., в показан изолированный абонентский ввод горячего водоснабжения.
Рис. 4. Однотрубная водяная система теплоснабжения
Схемы присоединений: а – О(ЗСС) Г(АН); б – О(Н) Г(АВ); е – Г(АВ); 22 – смесительный узел; 23 – пусковое устройство.
Выравнивание суточного графика нагрузки горячего водоснабжения осуществляется аккумуляторами горячей воды 1, установленными на абонентских вводах. При изолированном присоединении установки горячего водоснабжения (рис. 4, е) постоянная температура в смесительном узле 22 поддерживается с помощью регулятора температуры 13, через который холодная вода из водопровода подмешивается к сетевой.
Рис. 5. Однотрубная паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата
Схемы присоединений: а – О(3); б – О(Н); в – Г(АВ); г – технологических аппаратов; д – технологических аппаратов с местной термокомпрессией; I – паропровод; II – конденсатопровод; 1 – паровая турбина; 2 – воздушный кран; 3 – водоразборный кран; 4 – нагревательный прибор; 5 – обратный клапан; 6 – конденсатоотводчик; 7 – конденсатосборник; 8 – термокомпрессор; 9 – технологический аппарат; 10 – расширительный сосуд; 11 – регулирующий клапан; 12 – аккумулятор горячей воды; 13 – регулятор температуры воды; 16 – насос; 31 – редукционно-охладительная установка
Схемы присоединений абонентских установок к паровой сети зависят от конструкции этих установок. Если пар может быть пущен непосредственно в установку абонента, то присоединение производится по зависимой схеме (рис. 5, а). Если пар не может быть подан непосредственно в установку абонента, то присоединение производится по независимой схеме через теплообменник (рис. 5, б и в).
Конденсат отводится конденсатоотводчиком 6 в сборный резервуар 7, откуда он забирается насосом 16 и перекачивается по конденсатопроводу тепловой сети обратно на станцию. Для защиты установок от поступления в них конденсата из конденсатопровода тепловой сети после насоса 16 установлен обратный клапан 5.
На схеме в показано присоединение горячего водоснабжения.
Технологические аппараты промышленных предприятий присоединяются обычно к паровой сети непосредственно или через РОУ 31. Схема такого присоединения показана на рис. 5, а.
Сбор конденсата от теплопотребляющих установок и возврат его к источнику теплоты имеют важное значение не только для надежности работы котельных установок современных теплоэлектроцентралей, но и для экономии теплоты и общей экономичности системы теплоснабжения в целом. Возврат конденсата особенно важен для ТЭЦ с высокими и сверхкритическими начальными параметрами (13 МПа и выше). Сооружение обессоливающих установок таких ТЭЦ очень дорого, и поэтому мощность этих установок, как правило, ограничена. Невозврат конденсата вызывает необходимость увеличения мощности водоподготовительных установок и дополнительного расхода химических реагентов, а также приводит к дополнительным тепловым потерям.
Особенно важное значение в системе сбора и возврата конденсата имеют конденсатоотводчики, которые устанавливаются, как правило, после всех поверхностных паровых нагревательных приборов, а также на паропроводах насыщенного пара в возможных узлах скопления конденсата.
В тех случаях, когда давление пара в паровой сети меньше давления, требующегося отдельным абонентам, оно может быть искусственно повышено у абонентов при помощи компрессора. Для этой цели применяются поршневые, ротационные или центробежные компрессоры с электрическим или механическим приводом (рис. 5, д).
На рис. 6. показана двухтрубная паровая система с возвратом конденсата. Отработавший пар низкого давления поступает из турбины в один паропровод. Редуцированный пар из котла или пар из отбора повышенного давления поступает в другой паропровод. В зависимости от требуемых параметров теплоты абонентские установки присоединяются к тому или другому паропроводу. Конденсат возвращается на станцию по общему конденсатопроводу.
Рис. 6. Двухтрубная паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата
3 – паровой котел; 17 – деаэратор; 36 – химводоочистка; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.
В некоторых случаях при пароснабжении потребителей от ТЭЦ низкого давления (начальное давление 4,5 МПа и ниже), на которых применяются упрощенные водоподготовительные установки, экономически оправдывается отказ от возврата конденсата, если его можно использовать в абонентских установках. При отказе от возврата конденсата упрощаются и удешевляются тепловая сеть и абонентская установка (из-за замены поверхностного подогревателя смешивающим), а также экономиться электроэнергия на перекачку. Поскольку потеря конденсата компенсируется увеличением производительности станционной водоподготовки, возрастает начальная стоимость станции и увеличиваются потери котельной из-за увеличения продувки котлов.
На рис. 7. показана паровая система без возврата конденсата. Все потребители теплоты присоединяются, как правило, непосредственно, без промежуточных теплообменников. Конденсат греющего пара используется для горячего водоснабжения абонентов.
Рис. 7. Однотрубная паровая система без возврата конденсата
Схемы присоединений: а – водяной отопительной установки и установки горячего водоснабжения; б – паровой отопительной установки и установки горячего водоснабжения; в – установки горячего водоснабжения; 15 – паровой инжектор; 16 – струйный подогреватель; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.
Рис. 9. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами для закрытой системы теплоснабжения
1 – котел водогрейный, 2 – насос сетевой (СН), 3 – насос рециркуляции, 4 – насос сырой воды (НСВ), 5 – насос подпиточной воды, 6 – бак подпиточной воды, 7 – подогреватель сырой воды, 8 – подогреватель хим. очищенной воды (ПХОВ), 9 – охладитель подпиточной воды, 10 – деаэратор, 11 – охладитель выпара, 12 – водоподготовительная установка (ВПУ).
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
лекционного занятия по дисциплине
«Специальные вопросы централизованного теплоснабжения»
ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
| Теплоэнергетика и теплотехника |
Направление подготовки
(указывается код и наименование)
| Тепловые электрические станции |
Профиль подготовки
| магистр |
Квалификация (степень) выпускника
| очная |
Форма обучения
(очная, очно-заочная, заочная)
Казань 2013
Содержание
1. Формулировка цели занятия, задачи освоения материала дисциплины.
2. Введение.
3. Общие сведения о теплофикации.
4. Классификация систем теплоснабжения:
4.1. Централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения.
4.2. Открытые и зарытые системы теплоснабжения.
4.3. Одно-, двух-, трехтрубные системы теплоснабжения.
5. Преимущества и недостатки зарытых систем теплоснабжения.
6. Преимущества и недостатки отрытых систем теплоснабжения.
7. Паровые системы теплоснабжения.
8. Технологические схемы раздельного производства электроэнергии и тепла
8.1. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами
8.2. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения
8.3. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами
8. Литература, рекомендуемая для дополнительного изучения раздела лекционного занятия.
9. Задание для самостоятельной подготовки, контрольные вопросы.
© Чичирова Н.Д., Ляпин А.И., 2013
© Казанский государственный энергетический университет, 2013
Методические материалы для изучения лекционного занятия на тему:
«ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ»
Целью занятияявляется изучение основ работы систем «Источник теплоты (тепловая электрическая станция) – тепловая сеть: классификацию систем теплоснабжения, тип электростанций и их технологические схемы, назначение и принцип действия основных элементов тепловых схем.
Задача данного пособия состоит в том, чтобы ознакомить студентов с лекционным материалом курса «Специальные вопросы централизованного теплоснабжения».
Основными литературными источниками, использованными для подготовки данных методических материалов, являются: Учебник для ВУЗов Е.Я. Соколова «Теплофикация и тепловые сети». – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с. и Учебное пособие А.Ш. Низамовой «Технология централизованного производства электрической энергии и теплоты. Часть 1». – Казань: Каз. гос. энерг. ун-т, 2005. – 120 с.