КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

Споживання теплоти у сільському господарстві має ряд особливостей, якими визначається вибір системи теплопостачання. Це, по-перше, відносно невелика теплова потужність споживачів, що як правило не перевищує 10 МВт (для великих сільськогосподарських комплексів і населених пунктів навантаження може досягти 35 МВт і більше); по-друге, це низька одинична концентрація споживачів теплоти; по-третє, низька щільність забудови у сільських населених пунктах, а отже, розосередженість споживачів.

Залежно від розміщення і потужності джерела системи теплопостачання поділяють не централізовані та децентралізовані.

Централізоване теплопостачання провадиться від великих опалювально-виробничих або опалювальних котельних установок, що обслуговують кілька груп будівель або споживачів, а також від теплоелектроцентралей (ТЕЦ).

Децентралізоване теплопостачання провадять від місцевих та індивідуальних джерел теплоти (невеликих котельних установок, теплогенераторів, газових та електричних водонагрівників, опалювальних печей).

Розрахунки свідчать, що при довжині теплових мереж понад 0,5...0,6 км у сільських умовах економічно доцільно застосовувати місцеві джерела теплопостачання.

Системи теплопостачання можуть бути відкритими та закритими.

У відкритих системах вода, що циркулює у тепловій мережі, частково або повністю відбирається для гарячого водопостачання.

У закритих системах вода або пара, що циркулюють у тепловій мережі, із мережі не відбираються. Вони служать теплоносієм для підігріву води у теплообміннику.

Як водяні, так і парові системи поділяють на одно-, дво- та багатотрубні. Однотрубні (розімкнені) системи найекономічніші. Однотрубна водяна система доцільна у тих випадках, коли середньогодинна витрата мережі води на опалення і гаряче водопостачання збігається із середньогодинною витратою води, що йде на гаряче водопостачання.

Однотрубні парові системи можуть бути як із поверненням, так і без повернення конденсату. Для повернення конденсату потрібне спорудження конденсатопроводів, конденсатних баків і встановлення конденсатних насосів.

Двотрубну систему застосовують у тих випадках, коли споживачам потрібне тепло приблизно одного потенціалу.

У сільськогосподарських підприємствах, де наявний технологічний споживач високого потенціалу, застосовують тритрубні водяні мережі. У тритрубних системах дві труби є подавальними, одна — для повернення конденсату.

Принципові схеми водяних систем теплопостачання наведені на рис. 11.11. В однотрубній (розімкненій) схемі (рис. 11.11, а) вода з котла подається у систему опалення (суцільна лінія) і гарячого водопостачання (штрихова лінія). Напівзамкнута двотрубна система (вода для системи опалення і гарячого водопостачання подається по визначених трубопроводах) наведена на рис. 11.11,б. Закрита двотрубна система (із повним поверненням конденсату у котельну) зображена на рис. 11.11, в. Якщо витрати води на технологічні потреби мало змінюється, віддають перевагу тритрубній системі (рис. 11.11,г).

Рисунок 11.11. Принципові схеми водяних систем теплопостачання.

а – однотрубної; б – двотрубної відкритої; в – двотрубної закритої; г – тритрубної; д – чотиритрубної;

1 – котельна;

2 – подавальний трубопровід теплової мережі;

3 – абонентний теплообмінник;

4 – теплообмінник гарячого водопостачання;

5 – бак;

6 – нагрівальний прилад;

7 – трубопровід місцевої системи опалення;

8 – місцева система гарячого водопостачання;

9 – зворотний трубопровід;

10 – теплообмінник гарячого водопостачання;

11 – холодний трубопровід;

12 – технологічний апарат;

13 – подавальний трубопровід гарячого водопостачання;

14 – рециркуляційний трубопровід гарячого водопостачання;

У таких системах конденсат не повертається від споживачів теплоти до джерела. У двотрубних системах конденсат від теплоспоживачів збирається у спільний бак, звідки насосом перекачується до джерела теплоти. Багатотрубні системи застосовують у тих випадках, коли потрібна пара різного тиску.

 

		а – однотрубної без повернення конденсату; б, в – відповідно двотрубної та тритрубної з поверненням конденсату; 1 – паровий котел; 2 – паропровід; 3 – абонентський теплообмінник; 4 – теплообмінник гарячого водопостачання; 5 – бак; 6 – нагрівальний прилад; 7 – технологічний апарат; 8 – конденсатовідвідник; 9 – дренаж; 10 ,13 – конденсатоопроводи; 11 – насос; 12 – зворотний клапан.

 

 

Рисунок 11.12. Принципова схема парових систем теплопостачання.

Існують три принципові схеми приєднання теплообмінників для потреб гарячого водопостачання — паралельна (рис. 11.13, а), двоступінчаста послідовна (рис. 11.13,б) і двоступінчаста змішана (рис. 11.13, в).

Рисунок 11.13. Принципові схеми підключення підігрівників до теплової мережі.

а – паралельна; б – двоступінчаста послідовна; в – двоступінчаста змішана;

1 – подавальний трубопровід теплової мережі; 2 – трубопровід холодної водопровідної води; 3 – підігрівник холодної води; 4 – циркуляційний трубопровід системи гарячого водопостачання; 5 – подавальний трубопровід системи гарячого водопостачання; 6 – водозабірний кран; 7 – пристрій для видалення повітря; 8 – нагрівальні прилади системи опалення; 9 – зворотний трубопровід теплової мережі; 10 – конденсатозбірник; 11 – підігрівник другого ступеня нагріву води для гарячого водопостачання; 12 – засувки; 13 – підігрівник першого ступеня нагріву холодної води.

При паралельному приєднанні збільшується загальна витрата мережної води. При використанні інших схем зростає витрата води у водогрійних котельнях. Найширше застосовують паралельну схему підключення теплообмінників до теплової мережі.

Для індивідуальних квартир гаряче водопостачання суміщують із системою опалення. Воду для гарячого водопостачання підігрівають у водоводяному ємкісному теплообміннику, що одночасно служить і акумулятором гарячої води. При цьому можливі дві схеми підключення системи гарячого водопостачання до джерела теплоти: із теплообмінником відкритого і закритого типів. У першому випадку теплообмінник встановлюють вище водорозбірних точок, найчастіше—під стелею приміщення (рис. 11.14, а). Ємкісний теплообмінник 3 заповнюють через підживлювальний бачок 1 водою із колодязя насосом. У схемі із ємкісним теплообмінником закритого типу (рис. 11.14,б) теплообмінник розташований нижче водорозбірних точок. Теплообмінник постійно заповнений водою і перебуває під тиском водопровідної води.

Рисунок 11.14. Схеми підключення гарячого водопостачання до джерела теплоти квартирної системи опалення.

а – з теплообмінником відкритого типу; б – з теплообмінником закритого типу;

1 – живильний бачок; 2 – переливна труба; 3 – теплообмінник відкритого типу; 4 – розширювальний бак; 5 – змійовик; 6 – головний стояк; 7 – котел; 8 – зворотний трубопровід системи опалення; 9 – теплообмінник.

Рекомендується встановлювати баки-акумулятори із великим запасом води, чим забезпечується збереження температури води на тривалий час.

5. ТЕПЛОВІ ПІДСТАНЦІЇ (ПУНКТИ)

Теплові підстанції (пункти) являють собою вузли підключення теплоспоживачів до теплової мережі, їх також називають теплопідготовчими установками або абонентськими вводами.

Основне призначення теплових пунктів — підготовка теплоносія, подача його споживачам і повернення використаного теплоносія у зворотну лінію системи теплопостачання у котельню.

Схеми та обладнання теплових підстанцій залежать від виду та параметрів теплоносія та від призначення установки. Вони можуть бути водяними та паровими. Теплові підстанції споруджуються як місцеві (МТП), призначені для кожної будівлі, так і групові (ГТП) —для групи будівель. Останні головним чином застосовуються на промислових підприємствах, а також у відносно великих житлових районах.

При теплопостачанні сільських (селищних) житлових районів, тваринницьких комплексів та теплиць використовуються в основному місцеві теплові підстанції.

Системи опалення приєднують до теплових мереж за залежною або незалежною схемами. При використанні залежних схем системи опалення безпосередньо приєднуються до теплових мереж.

Системи опалення приєднують до теплових мереж безпосередньо без змішування (рис. 11.15, а), якщо температура води в системі не обмежена (лазні, пральні, будівлі громадського харчування, виробничі приміщення тощо).

Якщо розрахункова температура води в системі опалення менша за розрахункову температуру води в тепловій мережі, у тепловому пункті передбачають змішувальні пристрої—елеватори, або насоси (рис. 11.15,б). У цьому випадку системи повітряного опалення та гарячого водопостачання приєднують до теплового вводу до змішувального пристрою.

При відкритій схемі теплопостачання (безпосередній водозабір) система гарячого водопостачання приєднується безпосередньо до підвідної та зворотної ліній на вводі (рис. 11.15, в).

Рисунок 11.15. Схеми приєднання споживачів до теплових мереж.

а – безпосереднє приєднання систем опалення; б – елеваторне приєднання систем опалення; в – приєднання систем гарячого водопостачання при безпосередньому водозаборі; г – приєднання систем гарячого водопостачання з включенням підігрівників за двоступінчастою послідовною схемою; д – те ж, за двоступінчастою змішаною схемою; е – те ж, за паралельною схемою.

1 – манометр; 2 – засувка; 3 – термометр; 4 – грязьовик; 5 – опалювальний прилад; 6 – штуцер для манометра; 7 – витратомір (або лічильник) рідини; 8 – елеватор; 9 – клапан регулятора непрямої дії; 10 – зворотний клапан; 11 – дросельна діафрагма; 12 – теплообмінник гарячого водопостачання; А – вихід гарячої води до споживача; В – вихід гарячої води в систему опалення; С – повернення води із системи опалення; Д – повернення води із системи водопостачання; Х – підведення холодної води.

При закритій системі теплопостачання, системи гарячого водопостачання приєднують до двотрубних теплових мереж через водопідігрівники.

Водопідігрівники залежно від співвідношення максимальної витрати теплоти на гаряче водопостачання Q_г.в та максимальної годинної витрати теплоти на опалення Q_о (у центральному або індивідуальному тепловому пункті) приєднують таким чином:

при Q_г.в/Q_о<0,6—за двоступінчастою послідовною та змішаною схемами (рис. 11.15, г,д);

при0,6< Q_г.в/Q_о < 1,2 — за двоступінчастою змішаною схемою (рис. 11.15, д);

при Q_г.в/Q_о>1,2—за паралельною схемою (рис. 11.15,е). За цією ж схемою приєднуються дрібні споживачі з тепловим навантаженням 0,12 МВт (дитячі заклади, установи громадського харчування тощо). При теплопостачанні від котелень продуктивністю менше 35 МВт допускається приєднання до теплових мереж водонагрівників систем гарячого водопостачання за паралельною схемою незалежно від співвідношення теплових навантажень.

Системи гарячого водопостачання лазень, пралень, лікарень, як правило, обладнують акумуляторними баками.

В установках повітряного опалення та припливної вентиляції калорифери, переважно, вмикають послідовно та обладнують автоматичними регуляторами, що забезпечують роботу установок у заданому режимі.

На теплових пунктах встановлюють таке обладнання: елеватори, відцентрові насоси, акумулятори гарячої води, водопідігрівники для систем гарячого водопостачання та опалення (при незалежних схемах приєднання систем опалення до теплових мереж), грязьовики, фільтри, запірну арматуру і прилади контролю, автоматичні регулятори.

Рисунок 11.16. Елеватор.

Елеватор (водоструминний насос) складається із сопла, приймальної та змішувальної камер і дифузора (рис.11.16). За рахунок різниці опорів у подавальному та зворотному теплопроводах теплового пункту забезпечується збільшення швидкості води на виході із сопла, завдяки чому створюється інжекція (підсмоктування) зворотної води. Шляхом перемішування останньої з водою, що надходить із теплової мережі, одержують потрібне значення температури теплоносія перед опалювальною системою.

Одночасно елеватор створює необхідний напір для подолання гідравлічного опору системи опалення.

Відцентрові (змішувальні) насоси використовують замість елеваторів у тих випадках, коли перепади тиску у системі не забезпечують нормальної роботи останніх, а також на теплових пунктах, розташованих на кінцевих ділянках теплових мереж. У сільському господарстві вони застосування не знайшли.

Акумулятори гарячої води. Теплове навантаження споживачів, як правило, є різко перемінне. Для зниження початкових затрат на спорудження системи теплопостачання і поліпшення умов експлуатації застосовують різні методи вирівнювання навантаження абонентів шляхом акумулювання теплоти. Для цієї мети використовують як природну акумульовану здатність окремих елементів системи теплопостачання, так і спеціальні акумулятори теплоти. До перших відносять будівельні конструкції опалювальних споруд і трубопроводи теплових мереж, а до других — спеціальні теплові акумулятори. Звертатися до акумульованої здатності споруд для регулювання відпуску теплоти допускається лише у межах, при яких всередині опалювальних приміщень додержуються комфортні умови, тобто температура перебуває у рекомендованих значеннях (коливання температури від норми до 2 °С). Як спеціальні теплові акумулятори використовують ємкості або акумуляторні баки.

Водопідігрівні установки встановлюють на теплових пунктах водяних систем теплопостачання для підготовки теплоносія систем гарячого водопостачання та опалення.

Водопідігрівники поділяють на пароводяні, в яких гріючим середовищем є пара, водоводяні, де гріючим середовищем служить вода. Крім того, водопідігрівники бувають ємкісні та швидкісні, вертикальні та горизонтальні, дво- і чотириходові.

У системах гарячого водопостачання невеликої потужності і з періодичним розбором використовують ємкісні водопідігрівники (рис. 11.17). Гріюча пара надходить у змійовик 3 через верхній патрубок, а конденсат гріючої пари виходить із теплообмінника через нижній патрубок 7. Патрубки приварені до колекторів 8 змійовиків. Конденсат відпрацьованої пари виходить у конденсаційний бак і далі насосом подається у котел. Підігріта вода надходить через патрубок 2, рухається знизу вверх і виходить через патрубок 5.

Рисунок 11.17. Ємкісний водопідігрівник.

1 – корпус; 2 – патрубок для води; 3 – змійовик; 4 – місце установлення запобіжного клапана; 5 – патрубок для виходу гарячої води; 6 – манометр; 7 – партрубок для входу пари і виходу конденсату.

Водопідігрівник являє собою теплообмінник протитокового типу. Підігрівник має високу акумулюючу здатність за рахунок своєї великої ємкості.

У системах із великим і безперервним споживанням гарячої води, а також у системах опалення використовують швидкісні водопідігрівники (рис. 11.18). Це пристрої протитокового типу одно- та багатосекційні. У циліндричному стальному корпусі секції 5 знаходиться пучок латунних труб 3, що розвальцьовані у трубних решітках 6.

		1 – патрубок для виходу нагрітої води; 2 – патрубок для входу граючої води; 3 – латунні трубки; 4 – лінзовий компенсатор; 5 – корпус секцій; 6 – трубна решітка; 7 – з’єднувальна секція; 8 – перепускний патрубок; 9 – патрубок для виходу граючої води; 10 – патрубок для входу води, що нагрівається.

Рисунок 11.18. Швидкісний водонагрівник.

Лінзовий компенсатор служить для сприймання температурних деформацій. У водоводяних підігрівниках досягаються досить високі значення коефіцієнтів теплопередачі, приблизно 1000..1500 Вт/(м²·К).

Крім секційних підігрівників, останнім часом застосовують також пластинчасті теплообмінники, їх переваги полягають у підвищенні інтенсивності теплопередачі та у компактності. Поверхня нагріву .цих підігрівників складається із тонкостінних штампованих гофрованих пластин.

Потік гріючої пари і води, що нагрівається, проходить через теплообмінник з обох боків пластини.

У системах теплопостачання застосовують підігрівники води поверхневого та змішувального типів.

Пароводяні та водоводяні поверхневі підігрівники являють собою циліндричну посудину із кришкою та трубною решіткою, в яку ввальцьовані латунні або стальні трубки. На практиці застосовують вертикальні та горизонтальні мережні пароводяні підігрівники.

Підігрівники змішувального типу використовують для деаерації води. У теплофікаційних установках застосовують два типи підігрівників: плівковий та струминний.

Конденсатозбиральні установки складаються із конденсатовідвідників, збірників конденсату і конденсатних насосів.

Конденсат із пароводяного підігрівника відводиться у конденсатозбірник, звідки відкачується насосом. Рівень конденсату у конденсатозбірнику підтримується регулятором.

Грязьовики встановлюють у теплових пунктах на гарячих теплопроводах для захисту систем опалення від сторонніх частинок, що потрапили під час ремонтів та експлуатації. Принцип дії грязьовика ґрунтується на різкому зниженні швидкості руху води. Завдяки цьому механічні частинки осідають на дні корпусу змійовика.

Захист від корозії, шламу та накипу місцевих систем гарячого водопостачання. При відкритих системах теплопостачання місцями аерації звичайно бувають відкриті конденсатозбірники. У місцеві установки цих систем повинна надходити пом’якшена деаерована вода, і тому вони не потребують захисту від корозії та накипу.

У закритих системах теплопостачання вода надходить із водопроводу, тому слід вжити заходів проти корозії та зашламування.

У сільськогосподарському виробництві при спорудженні установок гарячого водопостачання не враховують вимоги до антикорозійної стійкості. Тому доцільно теплові пункти оснащати установками для обробки води і зниження її корозійної активності. Існує кілька типів таких установок: фільтри, в яких гази, розчинені у воді, зв'язуються із призначеним для цього абсорбентом; дозатори, за допомогою яких у воду вводиться реагент, що зв'язує кисень; деаератори.

Найширше застосовуються фільтри. Установка складається із двох послідовно включених фільтрів — сталево-стружкового і кварцевого або мармурового. Після підігрівника гарячого водопостачання вода надходить у перший фільтр, в якому кисень поглинається стальною стружкою. Потім вода проходить через фільтр із мармуровим дрібняком або кварцем, де затримуються пластівці іржі.

Якщо другий фільтр заповнений мармуровим дрібняком, то останній поглинає із води розчинений вуглекислий газ.

Фільтри промиваються водопровідною водою.

Запірна арматура — це засувки, вентилі, поворотні клапани і крани. На теплових пунктах засувки застосовують при тиску до 1 МПа. Для поворотних кранів, що встановлюють як на горизонтальних, так і на вертикальних трубопроводах, граничний робочий тиск 1,6 МПа.