К выполнению практических работ 4 страница

По схеме, изображенной на рисунке 8, а, подача теплоты в систему горячего водоснабжения и в отопительную систему (на отопление и вентиляцию) проводится независимо по параллельным контурам. Расход сетевой воды из подающей магистрали в этом случае равен сумме расходов воды в отопительную систему Q _от.в и систему горячего водоснабжения Q _б.н. Количество воды, подаваемой на отопление и вентиляцию, обычно поддерживается постоянным посредством регулирования расхода, а расход на бытовые нужды изменяется от нуля до некоторого (максимального) значения, которое устанавливается при наибольшей тепловой нагрузке на бытовые нужды и минимальной температуре воды в подающей линии. Таким образом, максимальный расход сетевой воды (расход, на который рассчитывается линия) равен сумме G _от.в + G _{б.н.макс}. Его значение может быть снижено, если выровнять нагрузку горячего водоснабжения с помощью аккумуляторов. Однако в жилых зданиях схемы с аккумуляторами горячей воды не применяются, так как это привело бы к усложнению и удорожанию установок.

Максимальный расход воды понижается, когда применяется схема, представленная на рисунке 8, б. Здесь регулятор расхода устанавливается на линии ввода сетевой воды на обе установки (отопительную и горячего водоснабжения). Поэтому в период повышенного расхода горячей воды у тепловых потребителей расход теплоты на отопление и вентиляцию понижается, однако в часы, когда потребление воды падает или даже полностью прекращается, вся сетевая вода или часть ее из абонентского ввода направляется в систему отопления. Схемы с параллельным (независимым) распределением воды на бытовые нужды и отопление принято называть схемами с несвязанным регулированием (рисунок 8, а). Когда общий расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и бытовые нужды поддерживается постоянным, изменение расхода воды на бытовые нужды отражается на значении G _от.в, поэтому такие схемы называют схемами со связанным регулированием. В схемах со связанным регулированием в качестве аккумуляторов, выравнивающих теплофикационную нагрузку потребителя, используются отапливаемые здания.

При повышенной гидравлической устойчивости тепловой сети и наличии горячего водоснабжения у большинства абонентов регулятор расхода в схеме рисунок 8, б можно не устанавливать. Наряду с регулятором температуры, поддерживающим необходимую температуру воды в линии горячего водоснабжения, в схеме может быть установлен регулятор температуры отапливаемых помещений (рисунок 8, в, г). В схемах, приведенных на рисунке 8, а — в, присоединение отопительных линий к сетевым магистралям зависимое. При открытой схеме горячего водоснабжения подвод теплоты на отопление и вентиляцию можно проводить также по независимой схеме (рисунок 8, г).

На рисунке 9 представлены схемы подвода теплоты на отопление, вентиляцию и бытовые нужды при закрытой схеме горячего водоснабжения. Так же как при открытых схемах, здесь применяются зависимая и независимая системы подвода теплоты на отопление и вентиляцию. Подогрев водопроводной воды можно вести в одном теплообменнике сетевой водой из подающей магистрали тепловой сети (рисунок 9, а, б) и в двух теплообменниках сетевой водой, отбираемой из подающей и обратной линий (рисунок. 9, в, г). В схемах с двумя теплообменниками вода, прошедшая отопительные батареи, дополнительно охлаждается в подогревателе первой ступени и температура воды в обратной магистрали уменьшается. Это приводит к повышению тепловой экономичности ТЭЦ, так как выработка электроэнергии на тепловом потреблении возрастает.

В схеме с одним подогревателем водопроводной воды, приведенной на рисунке 9, а, установка горячего водоснабжения подключена параллельно отопительным устройствам, распределение сетевой воды на отопление и в систему горячего водоснабжения проводится независимо, поэтому общий расход сетевой воды наиболее высокий. Когда применяется схема, изображенная на рисунке 9, б, расход сетевой воды уменьшается. Здесь неизменным поддерживается весь расход сетевой воды (на отопление, вентиляцию и бытовые нужды), а в часы повышенного расхода теплоты на бытовые нужды расход теплоты на отопление и вентиляцию уменьшается. В часы, когда расход Q _б.н уменьшается, в отопительные батареи поступает вода с более высокой температурой и суммарный расход теплоты Q _от + Q _в возрастает.

В схемах с двумя теплообменниками, когда вторая ступень подогрева остается подключенной параллельно отопительным батареям (рисунок 9, в), общий расход сетевой воды все же ниже, чем при аналогичной схеме отвода сетевой воды и одном подогревателе (рисунок 9, а), так как в подогреватель второй ступени приходит водопроводная вода, уже частично подогретая водой из обратных линий (в первой ступени подогрева). Однако и эта схема должна быть рассчитана по расходу воды при максимальной нагрузке горячего водоснабжения.

Расход сетевой воды может быть еще более понижен, если применить двухступенчатую схему подогрева, при которой общий расход сетевой воды поддерживается постоянным во всех режимах работы установки горячего водоснабжения (рисунок 9, г). При такой схеме (так же как при схеме, показанной на рисунке 9, б) отапливаемые здания используются в качестве аккумуляторов, выравнивающих теплофикационную нагрузку, и в то же время большая часть теплоты подводится к подогреваемой водопроводной воде от сетевой воды, охладившейся уже в отопительных батареях. Летом, когда отопительная установка отключена, сетевая вода поступает сначала в подогреватель второй ступени, а затем в подогреватель первой ступени (линии перепуска на схеме не показаны), откуда отводится в обратную магистраль тепловой сети.

Рисунок 9. Схемы подвода теплоты на отопление, вентиляцию и бытовые нужды для закрытой схемы горячего водоснабжения:

с одним подогревателем водопроводной воды, подключенным параллельно отопительным устройствам (а); с одним подогревателем и регулятором, поддерживающим постоянный общий расход воды на теплофикацию (б); с двумя подогревателями, когда вторая ступень подогрева подключена параллельно отопительным батареям (в); с двухступенчатым подогревом водопроводной воды при постоянном общем расходе сетевой воды (г), зависимой (д) и независимой (е) схемах с регулированием отопительной нагрузки по температуре воздуха при закрытой системе горячего водоснабжения; 1 — 4 — трубопровод воды соответственно из водопроводной линии, на горячее водоснабжение, к отопительным устройствам, из обратных линий; 5 — элеватор; 6 — подогреватель; 7 — регулятор температуры воды; 8 — регулятор расхода; 9, 10 — подогреватели первой и второй ступеней; 11 — регулятор температуры отапливаемых помещений; 12 — насос; 13 — теплообменник.

Двухступенчатая схема подогрева водопроводной воды, приведенная на рисунке 9, г, получила наибольшее распространение в городских тепловых сетях.

При закрытой схеме горячего водоснабжения в городских сетях применяются также установки, в которых расход сетевой воды в отопительную систему регулируется температурой в отапливаемых помещениях. Так же как при открытой схеме горячего водоснабжения, схемы таких установок могут быть зависимыми (рисунок 9, д) и независимыми (рисунок 9, е).

Основным достоинством закрытых схем горячего водоснабжения является то, что потребителю подается водопроводная вода. Преимуществом их является также то, что в сеть требуется подавать лишь небольшой добавок, компенсирующий утечки воды, которые обычно не превышают 1 %. Однако эти схемы сложнее, и для их осуществления требуются большие капиталовложения в абонентские установки. Кроме того, в летнее время температура воды в подающей магистрали должна быть выше, чем при работе по открытой схеме. Это приводит к некоторому уменьшению удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Серьезным недостатком этих схем является также то, что в ряде случаев для предупреждения коррозии и заметных отложений шлама необходимо применять специальную обработку водопроводной воды, что приводит к возрастанию стоимости установок и усложняет их эксплуатацию.

Температура воды, подаваемой тепловому потребителю при закрытых схемах горячего водоснабжения, обычно близка к 60 °С. Поэтому, если вода имеет карбонатную жесткость Ж _к < 2 мг-экв/кг, накипь и шлам практически не образуются. Для воды с карбонатной жесткостью 2 мг-экв/кг < Ж _к < 4 мг-экв/кг скорость образования отложений зависит от концентрации хлоридов и сульфатов (Cl^- + SO₄^2-). При небольших концентрациях этих веществ на внутренних поверхностях подогревателей и трубопроводов образуются тонкие пленки накипи, что практически не отражается на условиях эксплуатации. Для воды с повышенным содержанием хлоридов и сульфатов, а также при 4 мг-экв/кг < Ж _к < 6 мг-экв/кг возможно интенсивное выделение шлама, вследствие чего в этих условиях необходимо либо применять соответствующие методы обработки воды, либо переходить на открытые схемы горячего водоснабжения. Сравнительно простым и достаточно эффективным методом обработки воды для таких условий является метод магнитной обработки [2].

При Ж _к > 6 мг-экв/кг вода считается непригодной для использования в бытовых целях, и применение закрытых систем горячего водоснабжения не рекомендуется.

Что касается коррозионной активности воды, то можно считать, что при положительном значении индекса стабильности Y [3] и суммарной концентрации сульфатов и хлоридов Cl^- + SO₄^2- < 50 мг/кг вода является практически неагрессивной и установки горячего водоснабжения не нуждаются в защите; при Y< 0 и Сl^- + SO₄^2- > 50 мг/кг необходимо либо снизить коррозионную активность воды, либо повысить стойкость материала элементов, наиболее подверженных коррозии [2].

При открытых схемах горячего водоснабжения, которые проще и дешевле закрытых, потери сетевой воды во много раз больше, чем при закрытых схемах. Между тем умягченная вода значительно дороже водопроводной. Кроме того, в этих схемах усложняются санитарный контроль за водой горячего водоснабжения, контроль герметичности, а также эксплуатация из-за нестабильности режима в связи с переменным расходом воды в обратной магистрали тепловой сети. Поэтому эксплуатационные расходы при открытых схемах выше, чем при закрытых. Однако с учетом капитальных затрат и удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении (которая при открытой схеме выше) открытые и закрытые схемы в большинстве случаев можно считать экономически равноценными.

Рассмотренные схемы теплофикации, при которых горячая сетевая вода подается по одной магистрали и возвращается по другой, являются двухтрубными. Если всю горячую воду, поступающую на отопление и вентиляцию, использовать затем для горячего водоснабжения, то обратная магистраль не потребуется. Схемы теплоснабжения без обратных магистралей называют однотрубными. В городах однотрубные схемы могут применяться в районах с большой относительной нагрузкой горячего водоснабжения, когда необходимый расход воды на отопление и вентиляцию (при экономически оправданных значениях ее температур) не превышает среднесуточного расхода на бытовые нужды. Такие условия могут существовать в южных районах страны. Однотрубная схема может быть применена также для передачи теплоты от ТЭЦ в тепловые сети района, расположенного сравнительно далеко от электростанции. При этом в районе расположения тепловых потребителей применяется обычная открытая двухтрубная схема теплофикации и расход воды, направляемой туда по одной магистрали от ТЭЦ, равен потерям в тепловой сети района. Температура воды в магистрали может достигать 200 °С, в то время как в тепловых сетях района поддерживаются такие же температурные режимы, как в сетях, работающих по описанным выше схемам.

Общее количество теплоты Q _общ, необходимое для теплофикации района, существенно зависит от температуры наружного воздуха. Регулировать Q _общ можно, изменяя расход и температуру подогрева сетевой воды. Регулирование путем изменения расхода воды, называют количественным; регулирование, осуществляемое изменением температуры воды, называют качественным. Возможно также смешанное (качественно-количественное) регулирование, которое проводят изменением температуры и расхода воды, подаваемой в сеть.

Во всех описанных выше двухтрубных схемах принято общее количество теплоты, подаваемой сетевой водой, изменять качественным центральным регулированием, дополняемым на абонентских вводах количественным регулированием, или регулированием пропусками (периодическими отключениями отдельных абонентских установок от тепловой сети). При этом в диапазоне температур наружного воздуха от t _н.мин до t _н = 2 °С регулирование только качественное, а при t = 2 — 8 °С — количественное на абонентских вводах. Такой режим регулирования в этом диапазоне температур наружного воздуха применяется потому, что температура воды в подающей магистрали (в связи с подачей нагретой воды для бытовых целей) не может быть ниже 70 — 75 °С при закрытой и ниже 60 °С при открытой схеме горячего водоснабжения, и, чтобы сохранить требуемое количество теплоты Q _общ, средний расход воды в абонентских линиях должен быть уменьшен.

Рисунок 10. Типичные температурный (а) и расходный (б) графики сетевой воды (закрытая схема горячего водоснабжения):

1 — температура воды в подающей магистрали; 2 — после сетевых подогревателей; 3 — в обратной магистрали

На рисунке 10 приведены типичные температурный и расходный графики сетевой воды. Как видно из рисунка, при температурах наружного воздуха выше 8 °С, когда отопительная нагрузка отключается, расход сетевой воды снижается и остается постоянным в течение всего этого периода.

В холодные дни отопительного сезона теплота к сетевой воде подводится от отборов турбин и от пиковых водогрейных котлов или от пиковых подогревателей. Пиковые водогрейные котлы или пиковые подогреватели включаются в работу, когда расходы пара в отборах достигают максимума. Это происходит при определенной температуре наружного воздуха t _н.р, которую принято называть расчетной температурой отбора. Таким образом, при низшей расчетной температуре наружного воздуха общее количество теплоты Q _{общ.макс} представляет собой сумму максимального количества теплоты, подводимой к сетевой воде паром из теплофикационных отборов, Q _{отб.макс} и максимальной тепловой нагрузки пиковой котельной Q _{пик.макс}. Отношение максимального количества теплоты, подводимой к сетевой воде паром из теплофикационных отборов, к общему количеству теплоты называют коэффициентом теплофикации a. Из определения следует, что

a = Q _{отб.макс}/ Q _{общ.макс}= Q _{отб.макс}/(Q _{отб.макс} + Q _{пик.макс}) (6)

Рисунок 11. Схема подключения сетевого подогревателя к отбору турбины на АЭС:

1 — промежуточный теплообменник; 2 — сетевой подогреватель; 3 — промежуточный контур; 4 — компенсатор объема

Чем выше a_ТЭЦ > тем (при том же значении Q _{общ.макс}) больше электроэнергии вырабатывается на тепловом потреблении. Однако при этом возрастает общая стоимость всех установок. При заданных общей электрической мощности района и максимальной тепловой нагрузке значения a_ТЭЦ оптимальны, когда приведенные затраты по выработке электроэнергии теплофикационными и конденсационными установками и выработке теплоты непосредственно на ТЭЦ и в пиковых котельных наименьшие. В большинстве случаев оптимальные значения a_ТЭЦ находятся в пределах 0, 5 — 0, 65. Коэффициент теплофикации выше, когда кривая распределения теплофикационной нагрузки в течение года более равномерна, а длительность отопительного периода больше. При прочих равных условиях с увеличением начальных параметров пара и мощности отдельных агрегатов ТЭЦ (по мере того как значения этих величин приближаются к значениям, характерным для КЭС данного района) оптимальные значения a_ТЭЦ возрастают.

Схемы теплофикации на обычных станциях и двухконтурных АТЭЦ практически не различаются. Давление в линиях сетевой воды всегда выше давления пара в теплофикационных отборах. Поэтому даже при проникновении теплоносителя первого контура АЭС во второй контур (что может быть только при недостаточной плотности ПГ и авариях) сетевая вода радиоактивной не окажется.

На одноконтурных станциях в условиях нормальной эксплуатации также невозможно перетекание активной среды из отборов турбины в линию сетевой воды. Однако когда контур сетевой воды не работает и давление в нем снято (или снизилось из-за аварии, например, при разрыве трубопровода), такие перетечки могут существовать. Чтобы полностью исключить возможности утечки активной среды в теплофикационную сеть, можно применить в данном случае схему с промежуточным контуром (рисунок 11) [1]. Давление в этом контуре следует поддерживать выше, чем в теплофикационных отборах. Такая схема может быть применена также на одноконтурной конденсационной АЭС для теплофикации жилого поселка и электростанции.