Повышение технико – экономической эффективности работы тепломеханического оборудования теплосетей в условиях ТЭЦ

  В водяных тепловых сетях  из общей тепловой нагрузки  основной величиной  (до 70-90 %) является  расход тепла на отопление  и вентиляцию и только 10-30% на  горячее водоснабжение. Поэтому  центральное регулирование отпуска  тепла в водяных тепловых сетях  должно удовлетворять температурному  режиму работы местных систем  отопления и вентиляции в зависимости  от температуры наружного воздуха.

В водяных двухтрубных тепловых сетях, несущих в основном тепловую нагрузку на отопление и вентиляцию, применяется главным образом  центральное качественное регулирование  отпуска тепла. Этот  принцип регулирования  осуществляется по отопительному графику  в пределах изменения температуры  воды в подающем  трубопроводе от максимальной, соответствующей расчётной  температуре наружного воздуха, до минимальной, необходимой для  обеспечения температуры воды, поступающей  в местные системы горячего водоснабжения.

Для снижения температуры сетевой  воды в подающей линии системы  отопления с 150 до 95 ⁰С  применяются специальные смесительные установки (элеваторы и насосы), обеспечивающие присоединение местных отопительных систем коммунальных зданий.

Температурный график тепловой сети – кривая температур воды в подающем и обратном трубопроводе, выражающая их зависимость от температуры  наружного воздуха и обозначаемая, например, 150/70⁰С, где

150⁰С – температура сетевой воды в подающем трубопроводе и 70 ⁰С – в обратной линии.

   На рисунке 13 показан  температурный график качественного  центрального регулирования отпуска  тепла для жилых и общественных  зданий.

На графике показаны три линии  температур сетевой воды. Линия 1 характеризует  изменение температуры сетевой  воды в подающем трубопроводе сети. Эта линия указывает уровень  температуры подающей сетевой воды, который должен поддерживаться на ТЭЦ  или в котельной в зависимости  от температуры наружного воздуха. По линии 2 должны работать местные  системы отопления, присоединённые к тепловым сетям через смесительные установки (элеватор или насос). Максимальная температура воды здесь после  смешения должна быть не выше 95⁰С.

     Все отопительные  и вентиляционные установки независимо  от способа присоединения их  к тепловым сетям должны возвращать  обратную сетевую воду с температурой  не выше 70⁰С, то есть по линии 3.

     Повышение температуры  возвращаемой воды против кривой 3 приведёт к уменьшению температуры  перепада и, следовательно, к  перегрузке тепловых сетей и  повышению расхода электроэнергии  на перекачку воды.

     Температурный режим  устанавливаем из выражений  

  ;   (26)

 

                                   

 

                           

 

1. температура  в подающем трубопроводе 

2. температура  смешенной воды

3. температура  обратной воды

 

Рисунок 13 - Температурный график 150/70⁰С

 

 

,          (27)

где,

t_в – температура воздуха внутри помещения,⁰С,

t_н -  расчетная температура наружного воздуха,⁰С,

   t_п – произвольная температура наружного воздуха,⁰С,

t_под – температура воды при расчетной температуре наружного воздуха,⁰С,

t₀ – температура воды обратного трубопровода при той же температуре наружного воздуха,⁰С,

t_под -  температура воды подающего трубопровода при той же наружной температуре,⁰С.

         

     3.2.3  Фактически  выполняемый температурный график

 

Фактически  выполняеемый Карагандинской ТЭЦ-3 температурный график из-за дефицита располагаемой тепловой мощности отличается от требуемого при качественном способе регулирования. Температуру внутри помещений можно определить как

,    (28)

где –  tв - температура воздуха внутри помещений;

t₁¹-фактическая температура теплоносителя;

t₁- температура теплоносителя по графику; tн-температура наружного воздуха

 

 

Таблица 12 - фактически исполняемый Карагандинской ТЭЦ-3 температурный график

 

Температура наружного воздуха	Температура прямой сетевой воды от ТЭЦ расчётная	Т2 обратной сетевой воды расчётная	Температура в помещениях потребителей тепловой энергии
8	65,0	42,8	21,8
7	65,0	42,3	21,3
6	65,0	41,8	20,6
5	65,0	41,2	19,9
4	65,0	40,7	19,3
3	65,0	40,2	18,6
2	65,3	39,8	18,0
1	67,9	40,9	18,0
0	70,5	41,9	18,0
-1	73,1	42,9	18,0
-2	75,7	43,9	18,0
-3	78,3	44,9	18,0
-4	80,9	45,9	18,0
-5	83,5	46,8	18,0
-6	86,0	47,8	18,0
-7	88,5	48,7	18,0
-8	91,1	49,6	18,0
-9	93,6	50,6	18,0
-10	96,1	51,5	18,0
-11	98,6	52,4	18,0
-12	101,1	53,3	18,0
-13	103,6	54,2	18,0
-14	103,5	53,6	17,3
-15	102,8	52,6	16,5
-16	102,0	51,7	15,6
-17	101,3	50,7	14,7
-18	100,6	49,8	13,9
-19	99,9	48,9	13,0
-20	99,2	47,9	12,2
-21	98,5	47,0	11,3
-22	97,8	46,1	10,4
-23	97,1	45,2	9,6
-24	96,4	44,3	8,7
-25	95,7	43,3	7,8
-26	95,0	42,4	7,0
-27	94,3	41,5	6,1
-28	93,6	40,6	5,3
-29	92,9	39,7	4,4
-30	92,2	38,8	3,5
-31	91,5	37,9	2,7
-32	90,8	37,0	1,8

 

Из рисунка 15 видно что при понижении температуры  наружного воздуха ниже -13⁰С температура внутри помещений снижается, что приводит к тому что потребители тепловой энергии вынуждены увеличивать дроссельные устройства элеваторов для увеличения температуры помещений до комфортных величин. Это приводит к увеличению циркуляции и разрегулировки гидравлического режима тепловых сетей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   3.2.4  Присоединение  потребителей

 

Выбор схемы  присоединения абонента к тепловой сети осуществляют, прежде всего, по параметрам теплоносителя на вводе в здание и характеристикам внутренних систем абонента. Параметры теплоносителя  на вводе указывают теплоснабжающие  организации. Таковыми параметрами  являются: давление в подающей и  обратной магистрали тепловой сети, статическое  давление, а также возможный диапазон колебания этих давлений, расчетный  график температур в сети... Характеристики внутренних систем принимают по проекту  либо по результатам натурных измерений.

Весьма  желательным при выборе схемы  присоединения абонента является рассмотрение ее работоспособности с учетом перспективных  тенденций изменения гидравлического  режима тепловой сети, учетом возможной  модернизации внутренних систем… Так, например, увеличение потребителей и  повсеместное применение современных  систем отопления с количественным регулированием сопровождается возрастанием колебания давления в теплосети. Это требует соответствующей  технической защиты систем абонента. Особенно с неавтоматизированными  узлами присоединения.

Преобразование  характеристик теплоносителя до требуемой кондиции в системах абонента осуществляют в тепловых пунктах. Современные  подходы в энергосбережении требуют  реализации этих задач непосредственно  у потребителя в индивидуальных тепловых пунктах. Для этого используют специальное оборудование, увязанное  в функциональные схемы. Во все многообразие схем положены общие подходы, реализуемые  для присоединения системы отопления  как отдельно, так и совместно  с системой горячего водоснабжения  и системой теплоснабжения вентиляционных установок.

Схемы присоединения  систем отопления разделяют на зависимые  без смешения воды, зависимые со смешением воды и независимые. Зависимое  присоединение, при котором теплоноситель  из теплосети без снижения температуры (без смешения) подают потребителю, является наиболее простым и удобным  в эксплуатации. Применяют его  при совпадении температур теплоносителя  в системе отопления tг и в системе теплоснабжения Т1. Как правило, не превышающих 95...105 °С.

Такое присоединение  зачастую реализуют в системах теплоснабжения от групповой котельной установки, предназначенной для зданий промпредприятия  либо небольшого населенного пункта.

Подавляющее большинство зданий присоединены по зависимой схеме со смешением  теплоносителя до температуры tг < Т1. Ранее для смешения воды устанавливали водоструйные насосы (гидроэлеваторы). Вследствие неработоспособности и неэффективности в двухтрубных системах отопления с терморегуляторами широкое распространение получили схемы с насосным смешением воды. Основными причинами невозможности применения гидроэлеваторов в двухтрубных системах является несовместимость гидравлических режимов оборудования и недостаточность напора для энергоэффективного сочетания клапанов (терморегуляторов у отопительных приборов и автоматических балансировочных клапанов на стояках либо приборных ветках).

Гидроэлеватор работает при постоянном гидравлическом режиме, а терморегуляторы в двухтрубной  системе создают переменный гидравлический режим. Поэтому сделан вывод о  недопустимости применения элеватора  на абонентском вводе, если система  отопления оборудована термостатическими  клапанами.

Это требование соотносят не только к двухтрубной, но и к однотрубной системе  отопления. Обусловлено это тем, что в однотрубной системе  с терморегуляторами, которые обязательны  к установке в соответствии с [27], работа гидроэлеватора также неэффективна. При таком сочетании оборудования невозможно устранить колебания  давления теплоносителя, создаваемые  работой терморегуляторов. Эти колебания  хоть и в значительно меньшей  степени, чем в двухтрубной системе, все же приводят к перераспределению  теплоносителя между стояками либо приборными ветками, снижая энергоэффективность системы. Для устранения перетоков теплоносителя в однотрубной системе отопления согласно [9] следует применять автоматические клапаны ограничители расхода. Сочетание элеватора с терморегуляторами и клапанами ограничителями (регулятор расхода) делает систему отопления неработоспособной, поскольку элеватор не в состоянии обеспечить минимальные требуемые потери давления на регуляторе расхода (примерно 20 кПа).

Недостатком гидроэлеватора является также его  высокое гидравлическое сопротивление. Необходимость поддержания перед  ним повышенного давления в теплосети  не лучшим образом отражается на герметичности  устаревших трубопроводов и оборудования, что приводит к повышенной аварийности.

Безусловно, гидроэлеватор имеет ряд положительных  свойств, которые вполне были реализованы  в свое время. Однако, он несовместим  с современными системами отопления. Реанимируемый и пропагандируемый в последнее время метод регулирования  пропусками теплоносителя (соленоидным клапаном) через гидроэлеватор (с полным отключением циркуляции), который ранее допускался лишь для небольших систем отопления без радиаторных терморегуляторов при положительных температурах наружного воздуха, сегодня иногда распространяют на высотные здания и весь отопительный период. Реализация такого регулирования в современных зданиях снижает энергоэффективность систем. При каждом закрытии соленоидного клапана разрушается гидравлический баланс системы отопления и тепловой баланс здания, установленные автоматическими балансировочными клапанами на стояках либо приборных ветках и терморегуляторами у отопительных приборов.

Особую  группу устройств на абонентском  вводе представляют регулируемые гидроэлеваторы. С гидравлической точки зрения и  современного технического оснащения  систем отопления зданий, они имеют  те же недостатки, что и нерегулируемые. Их применение как в новом строительстве, так и при реконструкции не имеет перспективы, поскольку согласно правительственной программы поэтапного оснащения систем отопления средствами регулирования тепловой энергии все системы отопления должны быть с терморегуляторами, а их работа несовместима с гидроэлеваторами. Поэтому, установив гидроэлеватор сегодня, его необходимо будет заменить смесительно циркуляционным насосом завтра.

Насос в  схеме присоединения абонента позволяет  применить наиболее энергосберегающие  автоматизированные решения по регулированию  систем абонента, учитывая погодные факторы  по датчику температуры наружного  воздуха, тепловые характеристики здания и теплогидравлические характеристики систем. Появляется возможность не только качественного, но и качественно количественного регулирования системы отопления практически в любом диапазоне, учитывая специфику теплового режима здания и помещения при одновременном сокращении потребляемого теплоносителя.

Благодаря появлению малошумных бесфундаментных ступенчато либо автоматически регулируемых насосов эти схемы повсеместно вытесняют схемы с гидроэлеваторами. Насосы, за счет универсальности и гибкости управления, позволяют решать любые задачи регулирования систем абонента. Соответственно под эти задачи выбирают место установки насоса.

Для любых  функций, возлагаемых на насос, и  схем его расположения необходимо обеспечивать перед ним достаточное избыточное давление в соответствии с его  кавитационной характеристикой.

Некоторым предпочтением, с этой точки зрения является размещение насоса на обратном трубопроводе.

Расположение  насоса на обратном либо на подающем трубопроводе имеет свою аргументацию. Обычно это  зависит от предпочтений проектировщиков  и эксплуатационников. Размещением  насоса на подающем трубопроводе уменьшают, например, вероятность засорения  при заполнении и эксплуатации системы  отопления. В то же время, при пропадании электроэнергии в насос попадает высокотемпературный теплоноситель  за счет незначительной циркуляции через  него под разностью давлений в  подающем и обратном трубопроводе теплосети, поскольку не всегда выполняются  рекомендации о необходимости отсечения  местной системы отопления в  таких ситуациях. При расположении насоса на обратном трубопроводе, устраняют  влияние повышенного давления в  обратной магистрали теплосети, часто  наблюдаемое в концевых участках теплосети, и создают более благоприятные  температурные условия для его  работы.