Системы сбора и возврата конденсата

Абонентские установки для возврата конденсата состоят из конденсатоотводчиков, сборников конденсата, конденсатных насосов и трубопроводов.

Допустимая норма растворенного кислорода в перекачиваемом конденсате, при которой не происходит коррозии стальных конденсатопроводов, составляет 0,1 мг/л. Особенно активно происходит процесс коррозии при наличии в конденсате, кроме кислорода, ещe и углекислоты.

Помимо разрушения трубопроводов, коррозия увеличивает их гидравлическое сопротивление вследствие роста шероховатости стенок и уменьшения поперечного сечения трубопроводов. Продукты коррозии, образующиеся на внутренней поверхности конденсатопроводов, смываются и уносятся конденсатом, что приводит в результате к затруднениям в эксплуатации котельного оборудования. В конденсатных системах наблюдается как язвенная коррозия, так и равномерная. Особенно опасна язвенная коррозия вследствие образования сквозных свищей, выводящих трубопровод из строя в короткое время.

Язвенная коррозия возникает в условиях отсутствия движения конденсата по трубопроводу. Для ее предупреждения необходимо непрерывно откачивать конденсат. Кислородная коррозия конденсатопроводов устраняется применением закрытых конденсатосборных установок, в которых конденсат находится под избыточным (выше атмосферного) давлением паровой подушки и не имеет контакта с атмосферным воздухом. При эксплуатации открытых систем температуру возвращаемого конденсата необходимо поддерживать на уровне 95 – 100^оС. Чем выше температура конденсата, тем ниже содержание в нем растворенного кислорода и тем долговечнее система. Для защиты конденсата от аэрации с поверхности открытых конденсатных баков применяют сталестружечный затвор с поплавком.

Отвод конденсата из пароприемников и трубопроводов

Нагревание той или иной среды паром возможно двумя путями: или непосредственным контактом (смешением) пара с нагреваемой средой, или пропусканием пара через поверхностные нагреватели. В первом случае пар отдает часть содержащегося в нем тепла, и происходит его полная конденсация, причем конденсат остается вместе с нагреваемым веществом. Во втором случае тепло пара передается нагреваемой среде через разделяющую стенку, а пар, соприкасаясь с более холодной стенкой и остывая, конденсируется.

Если имеет место некоторое накопление конденсата в нагревательных элементах, то конденсат отдает часть своего тепла через стенку нагревательного элемента нагреваемому веществу и температура конденсата становится ниже температуры насыщенного пара, т.е. имеет место так называемое переохлаждение конденсата. Заполнение конденсатом части нагревательных элементов теплоиспользующей установки уменьшает активную поверхность нагрева и ведет к снижению производительности установки. В большинстве случаев выгодно не допускать переохлаждение конденсата, а отводить его при температуре насыщения.

Отвод из теплоиспользующих установок и нагревательных приборов без пропуска вместе с ним пара достигается при помощи специальных устройств, называемых конденсатоотводчиками.

Нарушение нормальной работы конденсатоотводчиков может привести к большим потерям тепла или чрезмерному скоплению конденсата в нагревательной камере, в результате чего может произойти нарушение работы аппарата и в некоторых случаях гидравлические удары.

Насыщенный водяной пар при выходе из паровых котлов содержит в себе некоторое количество воды. При нормальной работе котла влажность такого пара составляет 1 - 4% и значительно возрастает, если вода в котле имеет загрязнения. Для уменьшения конденсации пара при его транспортировке от котельной до потребителя пар в котле слегка перегревается. При подаче пара от ТЭЦ пар всегда перегретый.

При повышенной конденсации пара в трубопроводе патрубки для отвода конденсата устанавливаются более часто. Паропроводы, во избежание большой конденсации, изолируются, т.е. покрываются материалом, плохо проводящим тепло. Постоянные дренажи снабжаются конденсатоотводчиками, конденсат из них собирается для использования. Временные (пусковые) дренажи служат при пуске паропровода и устраиваются в тех местах, где конденсат может скопиться только после остановки паропровода. Такими местами являются нижние точки паропровода, места подъема, а так же участки перед задвижками и вентилями в случае прогрева паропровода участками.

Временный дренаж осуществляется самостоятельными трубопроводами, а конденсатоотводчик на нем не ставят. Временные дренажи отключают, как только давление при прогреве паропровода поднимается до рабочего.

Конденсатоотводчики

Конденсатоотводчики применяются для автоматического бесшумного удаления конденсата с одновременным запиранием пара. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только при неудачной конструкции конденсатоотводчиков и неправильной эксплуатации составляют 25% количества потребляемого пара.

Существуют различные способы отвода конденсата и разнообразные конструкции конденсатоотводчиков. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на три вида:

- с гидравлическим затвором (сифоны);

- с гидравлическим сопротивлением (подпорные шайбы);

- с механическим затвором (поплавковые).

Наиболее простым является отвод конденсата посредством гидравлического затвора.

Недостатками гидравлических затворов являются: пропуск несконденсировавшегося пара, выброс конденсата при повышении давления пара в теплообменном аппарате и большая высота. Для устранения этого недостатка применяют батарею затворов, соединенных друг с другом последовательно.

Отводчики конденсата с механическим затвором разделяются по принципу действия на следующие группы:

- поплавковые, основанные на разности удельных весов конденсата и пара; могут быть с открытым или закрытым поплавком;

- термостатические, основанные на расширении тел от нагревания;

- мембранные.

Термостатические конденсатоотводчики применяют для отвода охлажденного конденсата.

Конденсатоотводчики с механическим затвором часто называют конденсационными горшками. Конденсатоотводчики с закрытым поплавком применяются при давлении свыше 10 МПа и выпускаются с производительностью до 18 м³/ч.

Мембранный конденсатоотводчик состоит из двух полостей, разделенных между собой металлической мембраной и соединенных каналом.

Схемы установки конденсатоотводчиков

Рациональные схемы конденсатоотводчиков позволяют выбрать стандартное оборудование, упрощают изготовление и монтаж, снижают потери пара.

При выборе схемы необходимо иметь в виду, что парозапорные вентили на обводах и при отводчиках, а также обратные клапаны при них с течением времени изнашиваются и становятся источником потери пара, поэтому применение их должно быть ограничено только необходимыми случаями.

Трубопровод, отводящий конденсат, уловленный дренажным патрубком, прокладывается с уклоном в сторону отводчика. После отводчика дренажный трубопровод может прокладываться с подъемом, не превышающим 50 - 75% высоты водяного столба, соответствующего давлению в паропроводе.

Конденсатоотводчики, устанавливаемые в местах дренажа и осушки коллекторов-распределителей пара, должны обеспечивать автоматичность работы, как в отношении отвода конденсата, так и выпуска воздуха, непрерывность работы и безотказность действия. Кроме того, они должны быть доступны для контроля и очистки от загрязнений без снятия с трубопровода.

Особенностью установки отводчиков при небольших отопительных агрегатах и местных нагревательных приборах является возможность упрощения их схем, так как при необходимости его ремонта можно выключить эти аппараты, закрыв вентили со стороны входа пара.

Классификация конденсатосборников

В настоящее время выделяются две разновидности систем сбора конденсата — открытого и закрытого типов. Они классифицируются по условиям эксплуатации баков-конденсатосборников.

В системах открытого типа бак сообщается с атмосферой, поэтому давление в нем равно атмосферному.

Допускается сооружать на предприятиях с небольшим объемом возвращаемого конденсата: от 4 – 6 т/ч и до 10 т/ч, при условии, что источник теплоты расположен на расстоя­нии, не превышающем 500 м. Достоинствами таких систем являются:

- небольшие капитальные затраты на сооружение;

- простые конденсата должна быть выше 95 °С. конструкции основных элементов оборудования;

- надежная эксплуатация системы и невысокие затраты на поддержание ее в работоспособном состоянии.

К недостаткам систем относятся:

- повышенная доля безвозвратных потерь конденсата из-за испарения воды с поверхности зеркала в баках-конденсатосборниках;

- коррозионный износ оборудования и конденсатопроводов из-за поглощения конденсатом кислорода (аэрации) при непосредственном соприкосновении с воздухом.

В конденсатосборниках атмосферного типа в целях предотвращения интенсивной аэрации температура конденсата должна быть выше 95^оС.

В системах закрытого типа бак и все элементы системы изолированы от сообщения с окружающей средой и находятся под небольшим избыточным давлением 0,005 - 0,02 МПа. Используются на крупных предприятиях. Температура конденсата не нормируется, но не рекомендуется его охлаждать ниже 80 - 90 градусов.

По способу организации системы сбора конденсата открытого и закрытого типов подразделяются на:

- самотечные (рис.35) - транспорт конденсата производится за счет разности высот расположения источника конденсата и конденсатосборника;

- напорные (рис.36) - за счет перепада давлений, поддер­живаемого в конденсатопроводе и создаваемого перекачивающими конденсатными насосами, включаемыми в схему;

- смешанные - объединяют несколько участков, одни из них работают по открытой схеме, другие — по закрытой.

Возможные рекомендации по энергосбережению в паровых системах

- Теплоизоляция и устранение утечек.

- Установка конденсатоотводчиков.

- Исключение острого пара.

- Сбор и возврат конденсата.

- Утилизация тепла конденсата.

- Замена пара на воду.

Возможные проекты по рационализации системы

распределения пара

- Децентрализация тепловых завес.

- Децентрализация горячего водоснабжения.

- Изоляция трубопровода.

- Перекрытие подачи пара на отопление в летнее время.

- Устранение утечек.

- Снижение давления пара.

- Обеспечение возврата конденсата под давлением.

Вопрос 7. Гидравлические режимы в водяных тепловых сетях. (1, с.29..32, 4, с.35, лекции)

Динамический режим

Задача: обеспечение циркуляции сетевой воды во всех звеньях системы теплоснабжения (теплообменники источника, трубопроводы сети, …).

Требования к режиму:

Ø напоры перед абонентами должны быть достаточны для подачи необходимого расхода в местную систему;

Ø давление во всем подающем трубопроводе должно быть больше давления насыщения (невскипание);

Ø для обеспечения залива отопительных систем давление в обратном трубопроводе должно быть больше статической высоты систем абонентов;

Ø давление в обратном трубопроводе должно обеспечивать зависимое присоединение систем (не должно приводить к разрушению систем);

Ø давление в обратном трубопроводе перед сетевыми насосами СН для исключения кавитации должно быть больше 0,05 МПа.

Обеспечивается:

Ø сетевыми насосами (создают напор перед тепловыми пунктами);

Ø подпиточными насосами (восполняют потери сетевой воды и поддерживают давление в сети на необходимом уровне);

Ø дроссельными устройствами, устанавливаемыми в промежуточных точках зон, на которые разделяется сеть при сложном рельефе. При понижении профиля местности к источнику теплоты на обратном трубопроводе ставят дроссель (шайбу), который увеличивает давление в верхней зоне. При повышении же профиля устанавливают насосы для снижения давления в обратном трубопроводе и увеличении напора у потребителей.

Статический режим

Задача: заполнение систем отопления водой при отсутствии циркуляции.

Требования к режиму:

Ø давление в точках присоединения систем должно быть выше статической высоты системы (по рельефу), но ниже давления по условиям прочности отопительных приборов (0,6 МПа → 60 м).

Обеспечивается:

Ø работой подпиточных насосов и соответствующих регулирующих устройств. При сложном рельефе (большая разность высот) сеть делится на зоны, статическое давление в которых поддерживается насосами на заданном уровне.

Режимы можно изобразить на пьезометрическом графике (рис. 20)

Потребитель 1: имеет большой напор , можно использовать элеватор и снизить напор в его сопле или дросселирующими шайбами.

Потребитель 2: на обратом трубопроводе есть регулятор давления, но остаточный напор достаточен для работы элеватора.

Потребитель 3: давление (напор) в обратном трубопроводе выше допустимого 0,6 МПа (60 м) и тепловая система присоединена по независимой схеме (подогреватель).

Потребитель 4: на обратном трубопроводе есть регулятор давления, но остаточный напор недостаточен для элеватора и он присоединяется с насосом на перемычке или по независимой схеме

Потребитель 5: при достаточном напоре может быть присоединен элеватор.

Для сложного рельефа (большой перепад высот) при работе по зависимой схеме устанавливают разные статические напоры (рис. 21).

При схеме с дроссельной подстанцией (рис. 1.13, а)) устанавливается регулятор давления (до себя) и обратный клапан.

- При статическом режиме (сетевой насос отключен) утечки из верхней зоны восполняются подпиточным насосом и регулятора подпитки

- При динамическом режиме обратный клапан открыт, а регулятор поддерживает (дросселированием) заданный напор в верхней зоне.

При схеме с насосной подстанцией (рис. 1.13, б)): задача подстанции – снизить давление в обратной линии у абонентов нижней зоны, присоединенных к концевым участкам сети. Когда насосы подстанции выключены, вода проходит через обратный клапан, минуя насосы (линия напора пунктиром). При включении перекачивающего насоса возникает разность давлений, клапан закрывается и весь поток идет через насос.

Вопрос 8. Методы регулирования отпуска теплоты. (1, с.33..34)

Тепловые нагрузки абонентов сети неодинаковы и непостоянны, поэтому для качественного их теплоснабжения одновременно с экономичной выработкой и транспортировкой теплоты, надо регулировать все виды нагрузки в соответствии с потребностью абонентов.

Регулирование теплоснабжения бывает:

1. Центральное – в источнике теплоты (ТЭЦ, котельная);

2. Групповое – в центральном тепловом (ЦТП) или контрольно-распределительном пункте (КРП);

3. Местное – на абонентском вводе здания;

4. Индивидуальное – у теплопотребляющих приборов.

В большинстве случаев нагрузка абонентов разнородна (О и ГВ, или все), тогда применяется центральное и групповое регулирование (местное, индивидуальное)=комбинированное регулирование – основа экономичного теплоснабжения (2-3 ступени регулирования).

Расчет регулирования нагрузки основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи теплопотребляющих приборов:

, Дж,

(поступает в прибор) (отдается в окружающую среду)

где - тепловой эквивалент расхода первичного (греющего) теплоносителя, - теплоемкость, - массовый расход;

, - температуры на входе/выходе прибора;

- коэффициент теплопередачи;

- средний температурный напор теплоносителя и нагреваемой среды;

- длительность работы прибора;

- площадь поверхности прибора.

Местное (групповое) регулирование может изменять , , .

Центральное регулирование можно осуществлять только изменяя и .

Методы регулирования:

- качественное – изменением (стабилизация гидравлического режима);

- количественное – изменением - расхода;

- качественно-количественное – одновременно изменяя и .

В городских водяных системах теплоснабжения широко применяется центральное качественное регулирование, дополняемое количественным местным регулированием. Достоинство центрального качественного – стабильность гидравлического режима сети, однако расход энергии на перекачку больше, чем при других методах.

Центральное количественное регулирование сокращает затраты на перекачку, однако создает переменный гидравлический режим в сети, и недостаток – опасность гидравлической разрегулировки местных систем (малые расходы!). Чтобы это исключить, применяют независимые схемы (с бойлером) или зависимые со смесительным насосом, поддерживающим постоянны расход в местной системе.

При центральном регулировании диапазоны изменения температуры и расхода ограничены. Максимальная температура прямой сетевой воды ограничена условием невскипания (т.е. напором), а минимальная температура обратной воды – условием комфортности ГВ., т.е. 60^оС (открытая система) или 65-70^оС (закрытая система). Максимум расхода воды определяется располагаемым напором на ЦТП (абонентском вводе) и сопротивлением абонентских установок, минимум зависит от гидравлической устойчивости сети (вертикальная разрегулировка этажей) при малом расходе.

Центральное регулирование выполняется по преобладающей тепловой нагрузке большинства абонентов.

В отопительный сезон тепловая нагрузка отопления значительно больше нагрузок ГВ и вентиляции. Если средняя недельная нагрузка ГВ меньше 15% расчетной нагрузки отопления, то выполняют центральное регулирование по закону изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха. Если же нагрузка ГВ больше 15% расчетной нагрузки на отопление, то центральное качественное регулирование производится по закону изменения суммарной нагрузки отопления и ГВ. однако для качественного теплоснабжения как по отопительной, так и по совмещенной нагрузке необходимо местное количественное регулирование всех видов нагрузки.

В настоящее время в абонентских узлах отопительных установок чаще применяются регуляторы расхода, поддерживающие постоянный расход воды в местной системе, независимо от температурного режима сетевой воды. Этот способ не позволяет контролировать температуру в отапливаемых помещениях, возможен перерасход теплоты (перегрев) или недостача теплоты (охлаждение помещений). В схемах с регуляторами отопления импульсом регулирования является сигнал от датчиков температуры в помещении, по которому изменяется расход сетевой воды через клапан регулятора из подающей линии, а постоянный расход в местной системе поддерживается смесительным насосом.

В качестве регулирующего импульса (сигнала) местного количественного регулирования нагрузки ГВ используется температура горячей воды в местах водоразбора: за смесителем в открытых системах и за подогревателем в закрытых. В вентиляционных установках – температура горячего воздуха за калорифером. По этому сигналу клапаном регулятора температуры регулируется относительная доля расхода из подающей линии.

Графики регулирования отпуска теплоты. (5, с.100 ..109)

Задача расчета центрального качественного регулирования состоит в определении температур прямой и обратной сетевой воды в зависимости от тепловой нагрузки при постоянном расходе в сети (рис. 10). Зависимость отопительной нагрузки от имеет линейный характер, угол наклона определятся расчетной , которой соответствует максимальная нагрузка и температуры и обратной . Минимальная температура не должна быть ниже 65^оС, т.к. иначе невозможен подогрев горячей воды в бойлерах до 50..60^оС. Поэтому температурные графики имеют вид ломаных линий с точкой излома при минимальной температуре сетевой воды и .

Рассмотрим графики при комбинированном регулировании отопительной нагрузки (рис. 11):

а) нагрузки отопления; б) температур сетевой воды; в) расхода сетевой воды при параллельной схеме присоединения установок отопления и горячего водоснабжения к закрытой сети и центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке. Два диапазона отопительного графика:

I. Регулирование уменьшением расхода (местное количественное регулирование) или пропусками (периодическое отключение отопительных установок от тепловой сети);

II. Расход постоянен. Центральное качественное регулирование.

Построение графика температур и расхода воды на отопление.

При расход сетевой воды на отопление постоянен (в, II)

При расход сетевой воды через каждую отопительную систему в период ее работы также остается постоянным. Однако при регулировании местными пропусками число одновременно включенных отопительных систем уменьшается по мере повышения наружной температуры, поэтому суммарный расход сетевой воды на отопление района сокращается с повышением наружной температуры.

, (в, I)

Рассмотрим графики для горячего водоснабжения:

а) нагрузки ГВ; б) температур сетевой воды; в) расхода сетевой воды для закрытой сети при параллельной схеме присоединения установок при наличии аккумуляторов горячей воды (суточная неравномерность). При построении графика принято, что аккумуляторы горячей воды выравнивают неравномерности суточного графика и, следовательно, тепловая нагрузка сети по ГВ постоянна (а, I, II).

По характеру изменения расхода воды в сети можно отопительный период разбить на два диапазона: постоянная (I) и переменная (II) температура воды в подающей линии.

I. Для поддержания расход сетевой воды должен оставаться постоянным ;

II. Т.к. температура растет по закону отопительной нагрузки, то для обеспечения постоянства должен уменьшаться расход (местное количественное регулирование) регулятором температуры. Т.к. уменьшается , снижается , это замедляет рост средней температуры нагреваемой водопроводной воды и уменьшает после подогревателя ГВ. При повышении температуры в подающей линии тепловой сети регулятор температуры на ГТП или МПТ уменьшает расход греющей воды через водо-водяной подогреватель, что замедляет рост средней температуры греющей воды и одновременно уменьшает коэффициент теплопередачи подогревателя. В результате , а температура обратной сетевой воды после подогревателя снижается.

Вопрос 9. Автоматизация отпуска теплоты и причины перерасхода теплоты. (1, с.42..46)

Среди процессов теплоснабжения (производство тепла, подготовка, транспортировка воды, защита сетей и др.) отпуск теплоты наименее автоматизирован. В связи с этим имеют место дискомфортные условия в отапливаемых помещениях и перерасход теплоты и топлива. Практически отпуск теплоты регулируется качественным методом (по ) только на источнике (центральное регулирование). У немногих объектов применяют регулирование (стабилизацию) температуры горячей воды.

Дискомфорт в отапливаемых помещениях (перегрев в одних и недогрев в других) происходит также вследствие невозможности учета при центральном регулировании действия ветра и солнечной радиации, а также избыточных бытовых тепловыделений.

Причины перерасхода тепла при отсутствии автоматизации.

1. Из-за подержания температуры теплоносителя (60..70^оС) в относительно теплый (осенне-весенний) период из-за горячего водоснабжения, хотя такая высокая температура не требуется (перегрев помещения). Перерасход тепла 2-3%.

2. Невозможность учета бытовых тепловыделений. Перерасход до 15-17%.

3. Не учитывается снижение инфильтрации (при повышении температуры наружного воздуха) и влияние ветра (скорости, направления). Последнее возможно только при пофасадном регулировании и экономия может достигать 7%.

4. Не учитывается теплота от солнечной радиации (меньше тепла на солнечный фасад, передача ее на теневой фасад). Это возможно при пофасадном или индивидуальном регулировании и экономия может достигать 4-9%.

5. Отсутствие возможности снижения температуры в жилых домах ночью (на 2-3^оС) и в производственных и административно-общественных зданиях ночью и в нерабочие дни (до 10-12^оС).

Общая экономия теплоты может составить до 25% годового расхода. Кроме того, автоматизация стабилизирует гидравлический и тепловой режим всей системы.

Отсутствие регуляторов температуры горячей воды приводит к тому, что ее величина не соответствует требуемой (она значительно выше или ниже). В обоих случаях идет перерасход тепла (слив воды потребителями или высокое теплосодержание). Кроме того, дестабилизируется гидравлический режим в тепловой сети и повышается температура обратной воды при отсутствии водоразбора. Вместо регуляторов устанавливаются дроссельные шайбы, рассчитанные на некоторую оптимальную величину водоразбора, но они не могут обеспечить снижение расхода сетевой воды у потребителя при прекращении водоразбора.

Все это вызывает перерасход теплоты в размере 10-15% годового потребления теплоты на горячее водоснабжение.

Внедрение автоматики – реальный путь экономии топлива. Разработаны и внедряются схемы и приборы автоматизации для группового, общедомового, пофасадного и индивидуального регулирования. Как показывают расчеты, при экономии теплоты только на 10% установленное оборудование окупается за 1-1,5 года.