Оборудование тепловых пунктов

Центральные тепловые пункты (ЦТП). Групповые подогревательные установки горячего водоснабжения, размещаемые обычно в отдельных строениях, получили название центральных тепловых пунктов (ЦТП), хотя центральным в указанном случае является только приготовление горячей воды, так как приготовление теплоносителей для местных систем отопления происходит при этом у каждого абонента отдельно. Более точно название ЦТП соответствует лишь такому их варианту, когда центрально (групповым методом) приготовляется для нескольких зданий не только вода для местных систем горячего водоснабжения, но и теплоноситель для систем отопления. Такие варианты ЦТП применяются при абонентах с небольшими расходами тепла и незначительном удалении их от ЦТП.

С появлением- ЦТП (рис. 2.11) двухтрубные системы превратились в системы комбинированные с двухтрубной тепловой сетью от источника до ЦТП и четырехтрубной (как минимум, см. далее) квартальной тепловой сетью от ЦТП до отдельных зданий (две трубы на горячее водоснабжение и две трубы для отопления и вентиляции). Четырехтрубность квартальных тепловых сетей не только увеличила их сстоимость, но и значительно усложнила их эксплуатацию. При распространенных на практике подземных прокладках тепловых сетей оказались невозможными контроль и своевременная ликвидация коррозионных повреждений труб горячего водоснабжения, которые часто в нарушение существующих норм прокладываются неоцинкованными.

Усиленной коррозии труб горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения способствует также отсутствие на ЦТП какой-либо обработки водопроводной воды, поступающей в системы горячего водоснабжения. В результате коррозии труб горячего водоснабжения подземные каналы заливаются водой, и от коррозии страдают и трубы

системы отопления, которые, как правило, прокладываются совместно с

трубами горячего водоснабжения.

Положительные стороны ЦТП:

а) уменьшение суммарной поверхности подогревателей горячего водоснабжения вследствие уменьшения коэффициента максимальной часовой неравномерности потребления тепла в системе горячего водоснабжения и сокращения излишков в поверхностях нагрева, получающихся в индивидуальных установках при компоновке подогревателей из стандартных секций;

б) уменьшение количества автоматических приборов и насосных установок для создания циркуляции в системах горячего водоснабжения;

в) меньшее количество обслуживающего персонала и лучшие условия для создания дистанционного управления отпуском тепла.

На ЦТП могут применяться те же схемы, что и на индивидуальных водах, т. е. схемы как со связанной, так и с нормальной подачей тепла в системы отопления. При применении на ЦТП связанной подачи возникают осложнения с подачей тепла к калориферам приточной вентиляции, так как в подающем трубопроводе (отопительном) температура воды колеблется в течение суток в зависимости от величины водоразбора.

В конкретных местных условиях для нормального обеспечения систем вентиляции теплом может оказаться целесообразным одно из следующих мероприятий:

а) расчет в процессе проектирования калориферов вентиляции и трубопроводов к ним на самую низшую температуру воды в подающем трубопроводе, соответствующую максимальному водоразбору;

б) прокладка к зданию дополнительной подающей линии помимо ЦТП; в этом случае по отдельным направлениям квартальной тепловой сети будут пятитрубные прокладки: две подающие трубы на отопление и вентиляцию, одна общая обратная от этих местных систем и две трубы горячего водоснабжения;

в) устройство самостоятельного ввода с подачей тепла от магистральных тепловых сетей, что целесообразно при абонентах с большими расходами тепла на вентиляцию или кондиционирование.

1. Основные принципы работы элеватора. Схема элеваторного смесителя, графики давлений и скоростей в его проточной части показаны на рис. 3.1. Работает элеватор следующим образом. Высокотемпературная вода выходит из сопла 2 со скоростью W\ в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Скорость создается в результате срабатывания в пределах сопла избыточного давления (по отношению к давлению в начале камеры смешения), равного сумме располагаемого перепада давления в тепловой сети перед элеватором и перепада давления во всасывающем коллекторе. Активная рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передает им часть своей энергии и образовавшийся смешанный поток движется в проточной части струйного аппарата.

В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поля скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. В конце камеры смешения статическое давление увеличивается на Δр_к. После камеры смешения поток поступает в диффузор, где тормозится и его статическое давление увеличивается на Δр_д.

В рассматриваемой конструкции элеватора при движении воды через всасывающий коллектор 1 (см. рис. 3.1) давление падает, а скорость растет. В связи с этим при входе в камеру смешения подсасываемый поток имеет скорость W₂, соизмеримую со скоростью струи, вытекающей из сопла, W\. Следовательно, активная струя эжектирует массы из потока, движущегося с большой скоростью.

Такие элеваторы относятся к струйным аппаратам с большой скоростью эжекции. Если всасывающий коллектор сделать широким, чтобы скорость w2≈0, тогда получим элеватор с малой скоростью эжекции, характеризуемый меньшим КПД.

При движении потоков в струйном аппарате происходят потери энергии. Основными потерями являются потери на удар при смешении потоков. Для снижения этих потерь необходимо уменьшить разность между скоростями активного W₁ и пассивного W₂ потоков, что и достигается в аппаратах с большой скоростью эжекции. Несмотря на дополнительные потери энергии, связанные с созданием скорости подсасываемой воды и дополнительным торможением потока (восстановлением давления), эффективность работы элеватора повышается.

Большое значение имеет профиль всасывающего коллектора, так как при плохом профиле потери в коллекторе могут оказаться больше выигрыша в потерях на удар. Давление во всасывающем коллекторе снижается, поэтому при торможении потока сначала необходимо восстановить давление, затраченное на создание скорости подсасываемой воды во всасывающем коллекторе, а потом создать избыточное. Восстановление давления связано с дополнительными потерями, которые для повышения эффективности струйного аппарата должны быть максимально уменьшены путем соответствующей профилировки его проточной части и сокращения потерь на трение. При неоптимальном профиле проточной части и значительных потерях энергии на трение элеватор с большой скоростью эжекции не даст выигрыша в КПД.

Смесительные насосы. Смешение высокотемпературной воды с обратной водой системы отопления можно осуществлять не только в элеваторах, но и с помощью смесительных насосов. Смесительные насосные узлы устраивают вместо элеваторов, как правило, при недостаточных располагаемых перепадах давлений в точках присоединения абонентов к наружной тепловой сети. В ряде случаев с помощью насосов одновременно со смешением повышается давление в подающем трубопроводе после теплового пункта для залива системы отопления высокого здания или, наоборот, понижается давление в обратном трубопроводе до теплового пункта при высоком давлении в наружной тепловой сети.

Насосная схема присоединения системы отопления позволяет более точно, чем элеваторная, поддерживать необходимую температуру воздуха в отапливаемых помещениях, так как в этом случае возможно более совершенное регулирование подачи тепла на отопление путем изменения коэффициента подмешивания. Смесительный насос можно устанавливать на перемычке между подающей и обратной магистралями, на подающем трубопроводе местной системы отопления, на обратном трубопроводе местной системы отопления. Подача насоса, установленного на подающем или обратном трубопроводе местной системы отопления, равна расходу воды в системе отопления.

Смесительные насосы подбирают по заводским характеристикам. Насос должен обеспечивать заданные подачу и напор при наибольшем значении КПД.

В качестве смесительных насосов используют как радиальные (центробежные) насосы общепромышленного назначения (типа К, KM, ЦНШ), так и радиальные насосы специальной конструкции, учитывающей особенности работы насоса в системе отопления.

На ближайшие годы намечен выпуск радиальных бесфундаментных насосов для системы отопления. Марка насосов ЦВЦ (центробежный водяной циркуляционный), подача насосов от 0,7 до 6,95 кг/с (2,5—25 м3/ч) при температуре воды не более 115°С, максимальное гидростатическое давление на насос 1 МПа. Насосы сблокированы с горизонтальными трехфазными электродвигателями мощностью до 1,1 кВт. Разность давлений, развиваемая насосами ЦВЦ, от 0,02 до 0,92 МПа. Соединение патрубков насоса с трубопроводами резьбовое и фланцевое. Вал двигателя с рабочим колесом насоса, а также ротор двигателя вращаются в подшипниках с водяной смазкой. Насосы марки ЦВЦ малошумные, что особенно важно при установке их в тепловых пунктах, расположенных в подвалах жилых зданий.

Радиальные насосы типа К, KM, ЦНШ, наиболее часто используемые на тепловых пунктах, по напору и подаче обычно не подходят для системы отопления. В этом случае необходимо искусственно увеличивать сопротивление системы отопления путем установки диафрагмы или вставки малого диаметра, что приводит к увеличению мощности электродвигателя и перерасходу электроэнергии. Кроме того, корпус специальных циркуляционных насосов рассчитан на гидростатическое давление от 0,6 до 1 МПа, тогда как для насосов типа К и KM максимально допустимое давление на входе 0,2 МПа, что ограничивает их применение в системах отопления зданий повышенной этажности.

Для циркуляции воды в системах отопления и горячего вводоснабжения устанавливают по два одинаковых насоса, действующих попеременно: один работает, другой находится в резерве. Насосы оборудуют автоматикой включения резерва. Для уменьшения передачи шума и вибрации от насосов, установленных на фундаментах, к трубопроводам и строительным конструкциям зданий на трубопроводах до и после насосов предусматривают виброизолирующие резиновые вставки длиной около 900 мм, фундаменты общепромышленных насосов оснащают виброизолирующими прокладками и опорами.

Водоподогреватели.В тепловых пунктах устанавливают водоподогреватели различных типов и конструкций. В зависимости от вида греющей среды их делят на пароводяные и водоводяные. В первом случае греющей средой является водяной пар, во втором — высокотемпературная вода. Нагреваемой средой в обоих случаях является вода.

По конструктивным признакам водоподогреватели подразделяют на кожухотрубные и пластинчатые. В кожухотрубных водоподогревателях основными конструктивными элементами являются цилиндрический корпус и пучок гладких трубок, размещаемый внутри корпуса.

Один из теплоносителей протекает внутри трубок, другой — в межтрубном пространстве корпуса. Как внутри трубок, так и в межтрубном пространстве теплоносители движутся с определенными скоростями, обеспечивая активный теплообмен. Такие водоподогреватели получили название скоростных.

Скоростные водоводяные подогреватели, у которых греющая и нагреваемая вода движется навстречу, называют противоточными. Они эффективнее прямоточных, так как обеспечивают большую среднюю разность температур и позволяют нагревать воду до более высокой температуры. Для пароводяных скоростных подогревателей направление движения теплоносителей не имеет значения. Водоводяные и пароводяные скоростные подгреватели предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения.

По ориентации оси корпуса скоростные пароводяные водоподогреватели могут быть горизонтальными и вертикальными. В тепловых пунктах жилых, общественных и промышленных зданий устанавливают горизонтальные водоподогреватели.

Иногда в тепловых пунктах устанавливают трубчатые теплообменники, в которых пучок трубок погружен в емкость, заполненную нагреваемой водой. Такие водоподогреватели, в отличие от скоростных, называют емкостными и используют в системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды.

Основным конструктивным элементом пластинчатых водоподогревателей является гофрированная пластина. Пластины располагают параллельно друг другу, между поверхностями двух смежных пластин создаются небольшие зазоры щелевидной формы, по которым движутся потоки греющей и нагреваемой сред.

Водоводяные скоростные подогреватели выпускают в настоящее время разъемными. Разъемное исполнение секций позволяет собирать на месте подогреватели с различным числом однотипных секций.

На рис. 3.2 изображен секционный скоростной водоводяной подогреватель. Основным элементом подогревателя является корпус из стальной бесшовной трубы. Внутри корпуса расположены трубки из латуни ввальцованные двумя концами в глухие фланцы. Сопротивление стенки латунной трубки, имеющей толщину 1 мм, ничтожно.

Корпусы теплообменников длиной 2 и 4 м имеют наружные диаметры от 57 до 530 мм, число трубой от 4 до 450 Подогреватели рассчитаны на рабочее давление 1 МПа A0 кгс/см2). В подогревателях, предназначенных для горячего водоснабжения, греющую воду направляют в межтрубное пространство, нагреваемую — в трубки. Этим достигается, во-первых, выравнивание скоростей движения сетевой и водопроводной воды, так как расход сетевой воды обычно больше, чем водопроводной. Во-вторых, осуждающуюся накипь легче удалить с внутренней поверхности трубок, чем с наружной. При таком порядке движения воды стальной корпус имеет более высокую температуру, чем латунные трубки, следовательно, нет необходимости в установке линзового компенсатора на корпусе подогревателя.

В подогревателях, предназначенных для систем отопления, для выравнивания скоростей греющая вода направляется по трубкам, нагреваемая вода — по межтрубному пространству. На корпусах этих подогревателей устанавливаются линзовые компенсаторы. В комплект поставки подогревателя входят кроме корпуса входной и выходной патрубки, а также калачи для соединения трубного пучка. Патрубок для выхода нагретой воды имеет штуцер для установки термореле.