Учебное пособие оператора газовой котельной. Общие сведения о котельных установках, типы котлов для теплоснабжения здания Газовые котельные установки устройство и эксплуатация

Системы теплофикации и централизованного теплоснабжения являются важным звеном энергетического хозяйства и инженерного оборудования городов и промышленных районов. Для организации эксплуатации этих систем в крупных городах и промышленных районах создаются специальные предприятия - Тепловые сети (Теплосеть). В населённых пунктах, в которых объём работ по эксплуатации тепловых сетей недостаточен для создания специальной организации Теплосети, эта работа осуществляется одним из цехов источника теплоснабжения на правах самостоятельного подразделения.

Основной задачей эксплуатации является организация надёжной, бесперебойной подачи тепловым потребителям теплоты требуемых параметров.

Для этого необходимы:

а) согласованная работа источников теплоты, тепловых сетей и теплопотребляющих установок абонентов;

б) правильное распределение теплоносителя по потребителям и приборам теплопотребления и учёт отпущенной теплоты;

в) тщательное наблюдение за оборудованием теплоподготовительных установок источников теплоты и тепловых сетей, своевременное выявление слабых участков, их исправление или замена, систематическое проведение ревизии и ремонта оборудования, обеспечение быстрой ликвидации и локализации аварий и отказов;

г) организация систематического контроля за состоянием оборудования теплопотребляющих установок и за режимом их работы.

Постоянное внимание должно уделяться совершенствованию оборудования системы теплоснабжения, методов эксплуатации, повышению производительности труда эксплуатационного персонала, обеспечению условий для своевременной тепловой нагрузки ТЭЦ, лучшего использования теплоносителя у абонентов, увеличения комбинированной выработки электрической энергии.

Эксплуатационный персонал Теплосети должен руководствоваться в своей работе Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей, Правилами техники безопасности при обслуживании тепловых сетей, Инструкциями Главтехуправления Минэнерго РФ по эксплуатации тепловых сетей, противопожарным требованиям и другими действующими правилами, инструкциями и руководящими указаниями, издаваемыми Минэнерго РФ и Госгортехнадзором.

Сфера деятельности предприятия Теплосеть регламентируется границами обслуживания и балансовой принадлежностью участков тепловой сели.

Такими границами обычно являются, с одной стороны, запорные выходные задвижки магистрали на коллекторе источника теплоты (ТЭЦ или котельной), с другой стороны, входные задвижки теплосети на групповых или местных тепловых подстанциях промышленных предприятий и жилых микрорайонов или на абонентских вводах..

В соответствии с ГОСТ 13377-75 под надёжностью понимается способность системы выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах, в течение требуемого срока работы.

Причиной нарушения надёжности системы теплоснабжения являются различные аварии и отказы.

Под аварией понимается случайное повреждение оборудования, отражающееся на теплоснабжении потребителей.

Под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работы оборудования. Таким образом, не всякий отказ является аварией. Аварией называется отказ, отражающийся на теплоснабжении потребителей. При современной, весьма разнообразной структуре тепловой нагрузки, обеспечиваемой единой системой теплоснабжения, тепловые сети должны находиться в работе круглосуточно и круглогодично. Выключение их из работы для проведения ремонта может допускаться только на ограниченный срок. В этих условиях особое значение приобретает надёжность системы теплоснабжения.

Наиболее слабое звено системы теплоснабжения в настоящее время - водяные тепловые сети, основная причина этого - наружная коррозия подземных теплопроводов, в первую очередь подающих линий водяных тепловых сетей, на которых приходится свыше 80% всех повреждений.

Значительную часть отопительного периода, а также в течение всего неотопительного периода температуры воды в падающей линии водяной тепловой сети поддерживаются обычно на уровне 70 -80°С. При этой температуре в условиях повышенной влажности окружающей среды процесс коррозии проходит особенно интенсивно, так как тепловая изоляция и поверхность стальных трубопроводов находятся во влажном состоянии, а температура поверхности достаточно высока.

Процессы коррозии существенно замедляются, когда поверхность трубопроводов сухая. Поэтому целесообразно в неотопительный период проводить систематическую сушку тепловой изоляции подземных теплопроводов путём эпизодического повышения температуры в подающей линии тепловой сети до 100°С и поддержания этой температуры в течение сравнительно длительного периода (примерно 30 -40 ч). Наружная коррозия особенно интенсивна в местах подтопления или увлажнения теплоизоляционной конструкции, а также в анодных зонах теплопроводов, подвергающихся действию блуждающих токов. Выявление в процессе эксплуатации коррозийно-опасных участков подземных теплопроводов и устранение источников коррозии является одним из эффективных методов увеличения долговечности тепловых сетей и повышения надёжности теплоснабжения.

Основные задачи эксплуатационной службы состоят в обеспечении надежной и бесперебойной работы оборудования котельной установки и повышения её экономичности. Для выполнения этих задач необходимо сосредоточить внимание на главных вопросах.

К ним относятся прежде всего правильный подбор, расстановка и постоянное повышение квалификации кадров. Выполнение этих мероприятий должно базироваться на научной организации труда и способствовать неуклонному повышению её производительности. Персонал котельной должен четко знать и точно выполнять все требования правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Госгортехнадзора РФ, а также правила технической эксплуатации электростанций и сетей, правила техники безопасности при обслуживании теплосилового оборудования электростанций, правила безопасности в газовом хозяйстве и другие официальные правила и инструкции.

К самостоятельной работе в качестве машиниста котельного агрегата могут допускаться лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, обученные по соответствующей программе и имеющие удостоверение квалификационной комиссии на право обслуживания котлов. Повторная проверка зданий этих лиц должна проводиться периодически, не реже одного раза в 12 месяцев, а также при переходе на другое предприятие или на обслуживание котлов другого типа или при переводе обслуживаемых котлов с твердого топлива на жидкое или газообразное. При переводе персонала на обслуживание котлов, работающих на газообразном топливе, проверка знаний должна производиться в порядке, установленном «Правилами безопасности в газовом хозяйстве»

Инженерно-технические работники, имеющие непосредственное отношение к эксплуатации котельных агрегатов, проходят проверку знаний правил Ростехнадзора и правил безопасности в газовом хозяйстве периодически, но не реже одного раза в три года.

Большое значение в организации эксплуатации имеют составление технически обоснованных планов работы котельных и безусловное их выполнение. Эти планы должны составляться с учетом внедрения новой техники, механизации и автоматизации производства.

Одна из основных задач в этих планах - снижение себестоимости вырабатываемого тепла за счет более полного использования внутренних резервов сокращения удельных расходов топлива. тепла, снижения потерь топлива, электроэнергии и воды, сокращение числа обслуживающего персонала за счет внедрения механизации и автоматизации технологических процессов, совмещения профессий.

Для обеспечения надежной работы оборудования котельной имеют большое значение соблюдение графиков планово-предупредительных ремонтов, своевременное обеспечение котельного хозяйства необходимыми материалами и запасными частями, а также повышенное качества ремонта и сокращение сроков простоя оборудования в ремонте.

Организация контроля работы оборудования, создание системы технического учета и отчетности - важное условие, обеспечивающее оптимальные эксплуатационные режимы работы котельной установки. Систематический контроль за исправностью работающего оборудования позволяет своевременно обнаружить повреждения и устранить их в кратчайшие сроки. В соответствии с требованиями Госгортехнадзора РФ персонал котельной обязан систематически, в установленные сроки, проверять исправное действие предохранительных клапанов, продувать манометры и водоуказательные проборы, проверять исправность всех резервных питательных насосов путем кратковременного их пуска. Контроль работы оборудования также предусматривает проверку на отсутствие парения или течи в агрегатах, арматуре и фланцевых соединениях, исправность конденсационных горшков (автоматических конденсатоотводчиков), состояние (плотность) обмуровки и исправность тепловой изоляции трубопроводов и горячих поверхностей оборудования, а также наличие смазки у вращающихся механизмов.

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность персонала, повышает надёжность и долговечность машин, даёт экономию материалов, улучшает условия труда и технике безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировки, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действиями.

Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный груд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузки). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров даёт значительные преимущества:

обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности труда;

приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала;

увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара;

повышает безопасность труда и надёжность работы оборудования;

увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, технологический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать её механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установки, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещаются на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты.

Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.) предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяется звуковая и световая сигнализации.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надёжную и безопасную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатации должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Ростехнадзора, «Правилами технической безопасности электрических станций и сетей». «Правилами технической эксплуатации установок и тепловых сетей» и др.

На основании указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п.

Должны быть составлены технические паспорта на оборудования, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов разного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.

Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составленным по планам и графикам выработки пара, расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведётся оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчётность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчётность, включающая обобщённые данные по котлам за определённый период. Каждому котлу присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в условный цвет, установленный ГОСТом.

Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Ростехнадзора. требования технике безопасности, санитарно-техническим нормам, требования пожарной безопасности.

Котельная установка служит для выработки пара с заданными параметрами для паровых двигателей (турбин, поршневых машин), а также для нужд производства или отопления. В зависимости от назначения котельные установки бывают энергетические (обслуживающие электрические станции), производственные, производственно-отопительные и отопительные. Назначение котельной установки обусловливает ее производительность и параметры вырабатываемого пара.

Исходным рабочим телом для получения пара в котельной установке является вода, а исходным носителем энергии - топливо. Теплота, выделяющаяся при сжигании топлива, передается через металлические поверхности теплообменных аппаратов воде и пару. Основными составляющими процесса производства пара в котельных установках являются горение топлива, теплообмен между продуктами горения и рабочим телом и образование пара.

Котельная установка состоит из котельных агрегатов и вспомогательных устройств.

Рисунок 1. Котельная установка: 1 - вагонетка для подвоза топлива; 2 - металлическая решетка; 3 - бункер для топлива; 4 - механизм подачи топлива в топку; 5 - колосниковая решетка; 6 - топка; 7 - вертикально-водотрубный паровой котел; 8 - пароперегреватель; 9 - паропровод насыщенного пара; 10 – паропровод перегретого пара; 11 - пылезолоуловитель; 12 - водяной экономайзер; 13 - трубопровод питательной воды; 14 - воздухоподогреватель; 15 - дутьевой вентилятор; 16 - питательный насос; 17- дымовая труба; 18 - молниепровод; 19 - сборный боров; 20 - боров от других котлов; 21 - поворотная заслонка регулирования тяги; 22 - золовой бункер; 23 – шлаковый бункер; 24 - вагонетка для удаления шлака и золы

К основным элементам оборудования котельной установки (рис. 1) относятся:

паровой котел 7 - обогреваемый топочными газами закрытый теплообменный аппарат, служащий для получения насыщенного пара давлением более 1 МПа, используемого вне самого аппарата;

топка 6 - топливосжигающее устройство, в котором происходит выделение теплоты в процессе горения топлива;

пароперегреватель 8 - обогреваемый топочными газами теплообменный аппарат, предназначенный для перегрева насыщенного пара;

экономайзер 12 - теплообменный аппарат для подогрева питательной воды (до ее поступления в котел) за счет использования теплоты продуктов сгорания;

воздухоподогреватель 14 - теплообменный аппарат для подогрева воздуха (перед его поступлением в топочное устройство) за счет использования теплоты продуктов сгорания.

Совокупность перечисленных выше основных элементов оборудования представляет собой котельный агрегат (сокращенно котлоагрегат).

К вспомогательным элементам оборудования котельной установки относятся:

тяговая установка, отсасывающая дымовые газы из газоходов котлоагрегатов и выбрасывающая их через дымовую трубу 17 в атмосферу;

дутьевая установка, представляющая собой вентилятор 15, который нагнетает воздух по воздухопроводам в топку;

питательная установка, состоящая из питательных насосов 16 и трубопроводов, предназначенных для питания котлоагрегатов водой;

водоподготовительная установка, предназначенная для химической очистки питательной воды (на рис. 1 не показана);

паропроводы - стальные трубопроводы 9 и 10 для транспортирования пара соответственно между элементами котлоагрегатов и от котлоагрегатов к потребителям;

топливоподающее устройство (вагонетка) 1 - для подачи топлива с топливного склада в котельную;

топливный бункер 3 (топливохранилище) - для образования некоторого запаса топлива в котельной;

золоудаляющее устройство (элементы 22...24) - для удаления из котлоагрегатов золы и шлаков и транспортирования их из котельной на отвалы;

золоулавливающее устройство - аппараты 11 для улавливания летучей золы из дымовых газов на выходе их из котлоагрегатов в целях борьбы с засорением окружающей среды частицами золы, вылетающими из дымовых труб.

Производительность котельной установки складывается из паропроизводительности отдельных котлов, входящих в ее состав.

Паропроизводительностъ котла - это количество пара (в тоннах или килограммах), производимого котлом в единицу времени. Этот параметр обозначают буквой D и измеряют в т/ч, кг/ч или кг/с.

Важной характеристикой котла является его поверхность нагрева F, измеряемая в квадратных метрах (м 2).

Поверхностью нагрева котла называют площадь всех поверхностей металлических стенок, омываемых с одной стороны горячими газами, а с другой, - рабочим телом (водой или пароводяной смесью). Поверхность нагрева обычно подсчитывают со стороны, обогреваемой газами.

Поверхность нагрева, получающая теплоту главным образом в результате излучения пламени или горящего слоя топлива, носит название радиационной. Радиационные поверхности нагрева, воспринимающие теплоту исключительно за счет излучения в топке, называют топочными экранами. Поверхность нагрева, которой теплота передается главным образом в результате соприкосновения с этой поверхностью горячих движущихся газов, носит название конвективной.

Водогрейные котлы устанавливают на ТЭЦ для покрытия пиковых нагрузок в теплофикационных системах, а также в районных и заводских котельных в качестве основных источников теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Котлы представляют собой прямоточные агрегаты, подогревающие непосредственно воду, циркулирующую в тепловых сетях. В пиковом режиме осуществляется подогрев сетевой воды до температуры от 104 до 150 °С, а в основном режиме - от 70 до 150 °С.

Для теплоснабжения отдельных коммунально-бытовых зданий или их группы выпускают чугунные секционные котлы, технические характеристики которых приведены в табл. 1. Максимальное рабочее давление в таких котлах - 0,6 МПа, температура воды - до 115 °С. Котлы работают на каменных углях и антрацитах. При оборудовании котлов соответствующими топливосжигающими устройствами могут использоваться природные газы и топочный мазут, тепловая мощность котлов в этих случаях возрастает.

Технические характеристики чугунных секционных водогрейных котлов ГОСТ 10617-83

Тип котла	Поверхность нагрева, м 2					Число секций	Размеры, мм			Масса, кг
		антрацита		каменного угля			Длина	Ширина	Высота
		грохоченного	рядового	грохоченного	рядового
«Универсал-6М»
«Энергия-3М»
«Минск-1»

Примечания : 1 . В скобках указана условная площадь поверхности нагрева. 2 . В числителе указана мощность котла при работе на угле, в знаменателе - на газе или мазуте.

В системах отопления и горячего водоснабжения небольших зданий применяют малометражные стальные и чугунные водогрейные котлы (табл. 2), рассчитанные на рабочее давление 0,2 МПа и температуру воды 90 °С.

Таблица 2. Технические характеристики малометражных котлов

Тип котла	Поверхность нагрева, м 2	Тепловая мощность, кВт, при сжигании		Число секций	Размеры, мм			Масса, кг
		жидкого топлива	природного газа		Длина	Ширина	Высота
Стальной KB (ТС)
Чугунный ЧМ-2

Газовая котельная установка самая популярная в своем классе. Так как, подключившись к магистрали газоснабжения, не нужно беспокоиться о доставке и хранении топлива. Следует сказать, что газ - это класс топлива, которое является взрывоопасным и пожароопасным, а также при неправильной эксплуатации могут быть его выбросы в помещение. Именно поэтому нужно тщательно выполнять все нормы проектирования газовой котельной (расчеты, нормы газоснабжения и газоходов и т.д.), которые указаны в СНиП во избежание опасности.

Газовые установки с лицензией этого класса обеспечивают отопление и горячую воду для промышленных объектов, жилых домов, коттеджей и поселков, а также объектов сельскохозяйственного назначения.

Преимущества и недостатки оборудования на газу

К основным преимуществам оборудования газовой котельной можно отнести:

• Экономичность. Газовая котельная с лицензией израсходует топливо экономно, и при этом, вырабатывая достаточное количество тепловой энергии (автоматика делает все расчеты). При правильном проектировании схемы эта установка очень выгодна в эксплуатации;
• Экологичность топлива. Сегодня это очень важный фактор. Производители стараются выпускать оборудование с максимальным уровнем очистки выбросов. А также следует обозначить, что выбросы СО2 при работе устройства с лицензией такого класса минимальны;
• Высокий показатель КПД. Оборудование на газу выдает наиболее высокий коэффициент, норма которого достигает до 95%. А соответственно при эксплуатации выходит качественное отопление помещений;
• Оборудование газовой котельной имеет меньшие габариты, чем в установках другого класса;
• Мобильность. Это относится только к модульным установкам на газу. Их проектирование происходит на заводе, и выпускаются они с лицензией;
• Для удобности в эксплуатации можно устанавливать GSM управление котлами (таким образом можно осуществлять все расчеты и вводить параметры, следить за выбросами).

Проектирование газовых котельных с автоматизированной схемой позволяет сократить контроль оператора.

Недостатками эксплуатации газовых установок такого класса являются:

• Нужно проводить лицензированное сервисное обслуживание котельной перед началом отопительного сезона, так как это оборудование является источником опасности и возможны выбросы газа при эксплуатации;
• Подключение к центральной газовой магистрали (получение лицензии) дорого стоит и является долгим процессом (если его нет);
• Функционирование агрегатов на газу напрямую зависит от расчета давления в магистрали;
• Это оборудование энергозависимое, но эта проблема поправима, если предусмотреть бесперебойное питание в схеме;
• Чтобы получить лицензию на установку на газу (природном или сжиженном) следует выполнить строгие лицензированные нормы проверяющих инспекций согласно СНиП.

Проектирование газовой установки под ключ

Проектирование газовых котельных с лицензией заключается в составлении и расчете схемы отопления, газоснабжения и газоходов. Для этого обязательно нужно ознакомиться с нормами СНиП «Газовые котельные» и учитывать характеристики при установке отопительных агрегатов и газоходов.

Проектирование котельной на газу должно происходить в определенной последовательности и согласно таким пунктам (нормам):

• Выполняются архитектурно-строительные схемы и чертежи, согласно с нормами СНиП. Также на этом этапе учитываются пожелания заказчика (в расчетах).
• Производится расчет газовой котельной, то есть рассчитывается количество необходимой тепловой энергии для отопления и подачи горячей воды. Другими словами мощность котлов, которые будут установлены для эксплуатации, а также их выбросы.
• Расположение помещения котельной. Это важный пункт проектирования газовых котельных, так как все рабочие узлы располагаются по нормам в одном помещении с определенным расчетом. Это помещение может быть в виде пристройки или отдельного строения, может быть внутри отапливаемого объекта, или на крыше. Все зависит от назначения объекта и его проектирования.
• Разработка схем и планов, которые помогают функционировать газовому котельному оборудованию. Следует учитывать класс автоматизации и систему теплоснабжения. Все схемы газоснабжения котельной должны быть обустроены согласно нормам СНиП. Не стоит забывать, что эти установки достаточно опасные и правильная разработка очень важна. Разработку должны осуществлять квалифицированные специалисты под ключ, которые имеют на это лицензию.
• Нужно проверить объект на безопасность, путем проведения специальной экспертизы.

При неправильном не лицензированном проектировании газовых котельных можно понести большие финансовые затраты (штрафы), а также подвергаться опасности при эксплуатации. Лучше доверить монтаж оборудования такого класса компаниям, которые выполняют монтаж газовых котельных под ключ. Компании имеют лицензию на выполнение этих работ, а это гарантирует долгую эксплуатацию газовой установки и выполнение всех норм СНиП.

Принцип (схема) работы газовой установки

Эксплуатация оборудования такого класса не включает в себя сложных процессов и схем (расчетов). Газоходы котельной выполняют газоснабжение, то есть подают топливо (природный или сжиженный газ) к горелке в котле или котлах (если в установке есть несколько газовых агрегатов согласно лицензии). Далее топливо сгорает в камере сгорания, в результате чего нагревается теплоноситель. Теплоноситель циркулирует в теплообменнике.

В котельных установках с газоснабжением есть распределительный коллектор. Этот элемент конструкции производит расчет и распределяет теплоноситель по установленным контурам (зависимо от схемы газовой котельной). Например, это могут быть отопительные радиаторы, бойлеры, теплые полы и т.д. Теплоноситель отдает свою тепловую энергию и возвращается в котел по обратному ходу. Таким образом, происходит циркуляция. Распределительный коллектор складывается из системы оборудования, благодаря которому циркулирует теплоноситель, а также контролируется его температура.

Выброс продуктов горения топлива (природный или сжиженный газ) совершается через дымоход, который должен проектироваться по всем характеристикам СНиП, чтобы не допустить опасной ситуации.

Установки с газоснабжением управляются автоматикой, что минимизирует вмешательство оператора в процесс эксплуатации. Автоматика в газовом оборудовании имеет многоуровневую защиту. То есть останавливает котлы при опасных аварийных ситуациях, совершает расчет всех параметров и выбросов и т.д. Современные автоматизированные системы могут оповещать оператора даже с помощью СМС.

Рис. 1

Виды

Можно выделить такую классификацию лицензированных газовых котельных, по способу установки:

• Установка на крыше. На производственных объектах часто отопительное оборудование монтируют на крыше;
• Транспортабельная установка. Котельные такого вида являются аварийными, выпускаются с завода полностью укомплектованными. Их можно перевозить, предварительно установив на прицеп, шасси и т.д. Эти установки являются полностью безопасными;
• Блочно-модульная котельная на газу. Этот класс установок монтируется вместе с помещением с помощью специальных модулей. Транспортируется любым видом транспорта. И собирается компанией производителем под ключ. Производитель также занимается разрешительной документацией (лицензия);
• Встроенная котельная. Агрегаты на газу устанавливаются в помещении внутри здания.

Рис. 2

Для встроенных котельных с лицензией есть определенные нормы СНиП, которых нужно придерживаться для обеспечения безопасности и предотвращения выбросов газа. Такого класса котельная должна иметь прямой выход на улицу.

Проектирование таких котельных с газоснабжением запрещено:

• в многоквартирных домах, больницах, детских садах, школах, санаториях и т.д.
• над и под помещениями, где находятся более 50 человек, складами и производствами с опасностью А,Б категорий (пожароопасность, взрывоопасность).

Установки на сжиженном газе

Котельные на сжиженном газе имеют свои преимущества, например, нет проблем с давлением в газовых магистралях, нет надобности беспокоиться при увеличении стоимости отопления, а также можно самостоятельно устанавливать нормы и лимиты. Этот класс оборудования также является автономным.

Но при проектировании и монтаже котельной на сжиженном газе дополнительные денежные вложения следует потратить на конструкцию (схему). Так как конструкция требует установки специального резервуара для топлива. Это так называемый газгольдер, который может иметь объем 5-50 м2. Здесь установлены дополнительные газоходы котельной, то есть те по которым сжиженный газ поступает в котельную установку. Такой класс газоснабжения выглядит как отдельный трубопровод (газоход). Частота наполнения резервуара сжиженным газом зависит от того какой его объем, это может происходить от 1 до 4 раз в год.

Заправка такого оборудования сжиженным газом производится компаниями, которые имеют лицензию на проведение работ такого класса под ключ. Их лицензирование также позволяет проводить техосмотр газоходов и газгольдера. Обязательно нужно нанимать мастеров, которые имеют разрешения и лицензию, так как это работы с высоким уровнем опасности.

Конструкция на сжиженном газе больше ни чем не отличается от работающей на природном газе. Этот класс оборудования также имеет в комплектации радиаторы, запорную арматуру, насосы, клапаны, автоматику и т.д.

Газгольдер со сжиженным топливом может быть установлен в 2 вариантах (схемах):

• Над землей;
• Под землей.

Проектирование обоих вариантов должно осуществляться, соблюдая определенные условия и расчеты, которые в том числе обозначены в СНиП. Резервуар для сжиженного топлива, который расположен над землей, должен обязательно быть огражденным забором (от 1,6 м). Забор должен быть установлен на расстоянии 1 метра от резервуара по всему периметру. Это нужно для лучшей циркуляции воздуха при эксплуатации.

Также есть и другие нормы проектирования и расположения наземного газгольдера (чтобы избежать опасности) – это расчет расстояния от разных объектов:

• Не менее чем в 20 метрах от жилых строений;
• Не менее чем в 10 метрах от дорог;
• Не менее чем в 5 метрах от разного рода сооружений и коммуникаций.

Рис. 3

Что касается проектирования резервуара под землей, то все вышеперечисленные нормы сокращаются в 2 раза. Но есть расчет глубины погружения резервуара со сжиженным газом и газохода. Эти нормы проектирования должны рассчитываться индивидуально согласно объему емкости и его конструкции.

Рис. 4

Но оборудование этого класса также имеет свои недостатки при эксплуатации, так как если качество газа плохое, то котельная не будет функционировать в заданном режиме. Заправка резервуара должна производиться компанией со всеми разрешениями и лицензией.

Нормы безопасности при эксплуатации

Эксплуатация газовых котельных имеет множество плюсов, но не стоит забывать и о существенном минусе - опасность этого оборудования. Это объясняется использованием легко воспламеняющих веществ и горючих веществ, которые и представляют всю опасность.

Так что можно сказать, что такие установки это

Автономные котлы и котельные установки. К санитарнотехническим устройствам зданий условно можно отнести котельные и теплогенераторы тепловой мощностью от 3-20 кВт до 3000 кВт, которые в последнее время называют автономными (включая крышные и блочные - мобильные), и индивидуальные квартирные теплогенераторы. Они, как правило, предназначаются для теплоснабжения отдельного объекта (иногда небольшой группы рядом расположенных объектов) или индивидуальной квартиры, коттеджа.

Особенности проектирования и сооружения автономных котельных для различных типов гражданских объектов различны. Они регламентированы сводом правил СП 41-104-2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения».

Автономные котельные по размещению их в пространстве подразделяют на: отдельно стоящие, пристроенные к зданиям другого назначения, встроенные в здания другого назначения независимо от этажа размещения, крышные. Тепловая мощность встроенной, пристроенной и крышной котельной не должна превышать потребности в теплоте того здания, для теплоснабжения которого она предназначена.

В отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается возможность использования встроенной, пристроенной или крышной автономной котельной для теплоснабжения нескольких зданий, если тепловая нагрузка дополнительных потребителей не превысит 100 % тепловой нагрузки основного здания. Но при этом общая тепловая мощность автономной котельной не должна превышать следующих величин: 3,0 МВт - для крышной и встроенной котельной с котлами на жидком и газообразном топливе; 1,5 МВт - для встроенной котельной с котлами на твердом топливе. Общая тепловая мощность пристроенных котельных не ограничивается.

Для производственных зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий допускается проектирование и строительство пристроенных, встроенных и крышных котельных. Для котельных, пристроенных к зданиям указанного назначения, общая тепловая мощность устанавливаемых котлов, единичная производительность каждого котла и параметры теплоносителя не нормируются.

Для котельных, встроенных в производственные здания промышленных предприятий при применении котлов с давлением пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и температурой воды до 115 °С, тепловая мощность котлов не нормируется.

Крышные котельные для производственных зданий промышленных предприятий допускается проектировать с применением котлов с давлением пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и температурой воды до 115 °С.

Для жилых зданий допускается устройство пристроенных и крышных котельных с применением водогрейных котлов с температурой воды до 115 °С, при этом тепловая мощность котельной не должна быть более 3,0 МВт. Не разрешается встраивать котельные в жилые многоквартирные здания.

Для общественных, административных и бытовых зданий допускается проектирование встроенных, пристроенных и крышных котельных при применении:

• - водогрейных котлов с температурой нагрева воды до 115 °С;
• - паровых котлов с давлением насыщенного пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2), удовлетворяющих условию (/- 100) Кt - температура насыщенного пара при рабочем давлении, °С; V - водяной объем котла, м 3 .

Не допускается проектирование крышных, встроенных и пристроенных котельных к зданиям детских дошкольных и школьных учреждений, к лечебным корпусам больниц и поликлиник с круглосуточным пребыванием больных, к спальным корпусам санаториев и учреждений отдыха.

Возможность установки крышной котельной на зданиях любого назначения выше отметки 26,5 м должна согласовываться с местными органами Государственной противопожарной службы.

Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех режимов:

максимального - при расчетной температуре наружного воздуха (в наиболее холодную пятидневку);

среднего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц;

Указанные расчетные температуры наружного воздуха принимаются в соответствии со СНиП 23-01-99* и СНиП 41-01-2003.

Расчетная производительность котельной определяется суммой расходов теплоты на отопление и вентиляцию при макси-

малъном режиме (максимальные тепловые нагрузки) и тепловых нагрузок на горячее водоснабжение при среднем режиме и расчетных нагрузок на технологические цели при среднем режиме. При определении расчетной производительности котельной должны учитываться также расходы теплоты на собственные нужды котельной, включая отопление в котельной.

Максимальные тепловые нагрузки на отопление (? 0П1ах, вентиляцию (?„ тах и средние тепловые нагрузки на горячее водоснабжение ?) Ит жилых, общественных и производственных зданий следует принимать по соответствующим проектам.

Технологические схемы и компоновка оборудования котельной должны обеспечивать: оптимальную механизацию и автоматизацию технологических процессов, безопасное и удобное обслуживание оборудования; наименьшую протяженность коммуникаций; оптимальные условия для механизации ремонтных работ; безопасную эксплуатацию без постоянного обслуживающего персонала путем автоматизации технологических процессов индивидуальных котельных.

На рис. 1.19 представлена примерная технологическая схема автономных источников теплоснабжения.

Нагретая в котле вода (первичный контур) поступает в подогреватели, где нагревает воду вторичного контура, поступающую в системы отопления, вентиляции, кондиционирования и ГВС, и возвращается в котел. В этой схеме контур циркуляции воды в котлах гидравлически изолирован от контуров циркуляции абонентских систем, что позволяет защитить котлы от подпитки их некачественной водой при наличии утечек, а в ряде случае вообще отказаться от водоподготовки и обеспечить надежный безнакипный режим котлов.

В автономных и крышных котельных ремонтные участки не предусматриваются. Ремонт оборудования, арматуры, приборов контроля и регулирования должен производиться специализированными организациями, имеющими соответствующие лицензии, с использованием их грузоподъемных устройств и баз.

Оборудование автономных котельных должно располагаться в отдельном помещении, недоступном для несанкционированного проникновения посторонних людей.

Для встроенных и пристроенных автономных котельных предусматривают закрытые склады хранения твердого или жидкого топлива, расположенные вне помещения котельной и здания, для теплоснабжения которого она предназначена.

• -с^сь

расширительный бак

теплообменник

регулирующий клапан

водоподготовка у станции

Рис. 1.19. Теплогидравлическая схема автономной (крышной) котельной

Оборудование автономных источников теплоснабжения. В настоящее время отечественная промышленность выпускает чугунные и стальные котлы, предназначенные как для сжигания газа, жидкого котельно-печного топлива, так и для слоевого сжигания сортированного твердого топлива на колосниковых решетках и во взвешенном (вихревом, псевдосжиженном) состоянии.

При необходимости твердотопливные котлы могут быть переоборудованы для сжигания газообразного и жидкого топлива путем установки на фронтальной плите соответствующих газогорел очных устройств или форсунок и автоматики к ним.

Из малометражных чугунных секционных котлов следует назвать котлы наиболее распространенной марки КЧМ различных модификаций. Малометражные стальные котлы выпускаются многими машиностроительными предприятиями различных ведомств в основном в качестве товаров народного потребления. По сравнению с чугунными котлами они менее долговечны (срок службы чугунных котлов до 20 лет, стальных - 8-10 лет), но они менее металлоемки и не столь трудоемки в изготовлении, и несколько дешевле на рынке котлов и оборудования.

Цельносварные стальные котлы более газоплотны, чем чугунные. Гладкая поверхность стальных котлов снижает их загрязнение с газовой стороны в процессе эксплуатации, они проще в ремонте и обслуживании. Экономичность (КПД) стальных котлов близка к показателям чугунных.

Кроме отечественных котлов на рынке котлов и котельновспомогательного оборудования в последние годы появилось много котлов зарубежных фирм, в том числе французских, немецких, английских, корейских, финских и др. Все они отличаются высоким качеством исполнения, хорошей автоматикой и приборами управления, отличным дизайном. Но розничные цены их при тех же теплотехнических характеристиках в 3-5 раз выше уровня цен на российское оборудование, поэтому они менее доступны для массового покупателя.

В автономных автоматизированных котельных рекомендуется применять высокоэффективные котлы полной заводской готовности с автоматизированными горелочными блоками (рис. 1.20). Как правило, КПД котлов должен быть не менее 92 %. Целесообразна поставка укрупненных блоков оборудования и трубопроводов, стыкующихся на месте монтажа. Число котлов в котельной должно быть не менее 2.

Рис. 1.20.

в г. Звенигороде

В табл. 1.7, 1.8 представлены технические характеристики отопительных котлов коммунального назначения компании «ЗИОСАБ».

Для крышных и встроенных котельных рекомендуется применять малогабаритные модульные котлы. Конструктивное исполнение котлов должно обеспечить удобство технологического обслуживания, быстрого ремонта отдельных узлов и агрегатов.

В котельных следует применять водяные горизонтальные секционные кожухотрубные и пластинчатые водоподогреватели, включаемые по противоточным схемам потоков теплоносителей.

В паровых котельных должны применяться пароводяные и емкостные подогреватели, оборудованные предохранительными клапанами со стороны нагреваемой среды, а также воздушными и спускными устройствами.

Каждый пароводяной подогреватель должен быть оборудован конденсатоотводчиком или регулятором перелива для отвода конденсата, штуцерами с запорной арматурой для выпуска воздуха и спуска воды и предохранительным клапаном, предусматриваемым в соответствии с требованиями ПБ 10-115-96 Госгортехнадзора России.

Таблица 1.7

Основные технические характеристики отопительных котлов ЗИОСАБ коммунального назначения

Наименование котла	Теплопро- тельность,		Масса, кг	Габариты дхшхв, мм	давление	температура воды на выходе, °С	Сопротивление по воде, кПа	тивление
ЗИОСАБ-2000
ЗИОСАБ-1000
ЗИОСАБ-500
Ставан-250
Ставай-125

Таблица 1.8

Параметры выбросов (природный газ/ЛЖТ) котлов ЗИОСАБ

Производительность водоподогревательных установок определяется по максимальным часовым расходам теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирование и расчетным расходом теплоты на ГВС. Число водоподогревателей должно быть не менее двух для каждого вида нагрузки, при этом в случае выхода из строя одного из них оставшиеся должны обеспечивать отпуск теплоты в режиме самого холодного месяца (для ГВС - максимального часового расхода).

В котельных рекомендуется применять бесфундаментные насосы, подачу и напор которых определяют теплогидравлическим расчетом. Число насосов первичного контура котельной следует принимать не менее двух, один из которых является резервным. Допускается применение сдвоенных насосов. Бесфундаментные насосы в системах теплопотребления допускается устанавливать без резерва (резервные насосы хранятся на складе).

Учитывая малогабаритность автономных источников теплоснабжения, число запорной арматуры на трубопроводах должно быть минимально необходимым, обеспечивающим надежную и безаварийную работу. Места установки запорной и регулирующей арматуры должны иметь искусственное освещение.

Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами, а на подающем трубопроводе при вводе (непосредственно после первой задвижки) и на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами, насосами, приборами учета расхода воды и теплоты установлено не более одного грязевика (или ферромагнитного фильтра).

Импортные котлоагрегаты и котельные должны иметь сопроводительную документацию на русском языке, включающую техническим паспорт, руководство по пуску и наладке и техническому обслуживанию, гарантийные обязательства, адреса производителей, поставщика и сервисной службы, аккредитованной в Российской Федерации.

В автономных котельных, работающих на жидком и газообразном топливе, следует предусматривать легкосбрасываемые (при взрыве) ограждающие конструкции из расчета 0,03 м 2 на 1 м 3 объема помещения, в котором находятся котлы.

Водно-химический режим работы автономной котельной должен обеспечить работу котлов, теплоиспользующего оборудования и трубопроводов без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутренних поверхностях. Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требований к качеству питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, качества исходной воды и количества и качества отводимых сточных вод.

Для встроенных и пристроенных автономных котельных на твердом или жидком топливе следует предусматривать склад топлива, расположенный вне помещения котельной и отапливаемых зданий, вместимостью, рассчитанной по суточному расходу топлива, исходя из условий хранения, не менее: твердого топлива - 7 суток; жидкого топлива - 5 суток.

Число резервуаров жидкого топлива при этом не нормируется. Для хранения твердого топлива следует предусматривать закрытый неотапливаемый склад.

Поквартирные системы теплоснабжения. Развитие рыночных отношений в нашей стране вызвало к жизни поквартирные системы теплоснабжения. Такие системы получили применение и в многоквартирных жилых домах, в том числе имеющих встроенные помещения общественного назначения. Так в ФРГ при новом строительстве и реконструкции старого жилого фонда поквартирные системы теплоснабжения получают преимущественное применение, позволяя жильцам вести индивидуальные использование теплогенераторов, учет энергетических ресурсов и их оплату поставщикам. В США такие системы развивались еще с довоенного времени, с оплатой теплоснабжения через автоматические монетоприемники.

Поквартирное теплоснабжение - обеспечение теплотой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения квартир в жилом здании. Система состоит из индивидуального источника теплоты - теплогенератора, трубопроводов горячего водоснабжения с водоразборной арматурой, трубопроводов отопления с

отопительными приборами и теплообменников систем вентиляции.

В качестве источников теплоты систем поквартирного теплоснабжения рекомендуется применять индивидуальные теплогенераторы - автоматизированные котлы полной заводской готовности на различных видах топлива, в том числе на природном газе, работающие без постоянного обслуживающего персонала.

Для многоквартирных жилых домов и встроенных помещений общественного назначения следует применять теплогенераторы с закрытой (герметичной) камерой сгорания, с автоматикой безопасности, обеспечивающей прекращение подачи топлива при прекращении подачи электроэнергии, при неисправности цепей защиты, при погасании пламени горелки, при падении давления теплоносителя ниже предельно допустимого значения, при достижении предельно допустимой температуры теплоносителя, при нарушении дымоудаления (рис. 1.21); с температурой теплоносителя до 95 °С; с давлением теплоносителя до 1,0 МПа.

В квартирах жилых домов высотой до 5 этажей допускается применение теплогенераторов с открытой камерой сгорания для систем горячего водоснабжения (скоростных проточных водонагревателей - АГВ, рис. 4.4, см. главу 4).

Атмосферная газовая горелка

Проточный теплообменник

Панель управления с контроллером самодиагностики

Рис. 1.21. Внутреннее устройство котла с атмосферной

газовой горелкой

В квартирах теплогенераторы общей теплопроизводительно-стью до 35 кВт можно устанавливать в кухнях, коридорах, в нежилых помещениях, а во встроенных помещениях общественного назначения - в помещениях без постоянного пребывания людей.

Теплогенераторы общей теплопроизводительностью свыше 35 кВт следует размещать в одном, специально отведенном помещении. Общая теплопроизводительность установленных в этом помещении теплогенераторов не должна превышать 100 кВт. Схемы параллельного включения нескольких однотипных котлов получили название каскадных.

Забор воздуха, необходимого для горения топлива, должен осуществляться:

• - для теплогенераторов с закрытыми камерами сгорания воздуховодами непосредственно снаружи здания;
• - для теплогенераторов с открытыми камерами сгорания - непосредственно из помещений, в которых они установлены.

Понятно, что при поквартирном теплоснабжении в многоэтажных зданиях к строительным конструкциям возникают дополнительные требования по устройству дымоходов для индивидуальных теплогенераторов. Дымоходы также могут быть индивидуальными и коллективными. Дымоход должен иметь вертикальное направление и не иметь сужений, запрещается прокладка их через жилые помещения.

К коллективному дымоходу могут присоединяться теплогенераторы одного типа (например, с закрытой камерой сгорания с принудительным дымоудалением), теплопроизводительность которых отличается не более чем на 30 % в меньшую сторону от теплогенератора с наибольшей теплопроизводительностью. К одному коллективному дымоходу следует присоединять не более 8 теплогенераторов и не более одного теплогенератора на этаж.

Выбросы продуктов сгорания следует, как правило, выполнять выше кровли здания. Допускается при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России осуществлять выброс дыма через стену здания, при этом дымоотвод следует выводить за пределы габаритов лоджий, балконов, террас, веранд и т.п.

Система вентиляции в помещениях с теплогенераторами должна обеспечивать нормативную кратность воздухообмена, но не менее 1 обмена в час.

При размещении теплогенератора в помещениях общественного назначения необходимо предусмотреть установку системы контроля загазованности с автоматическим отключением подачи газа для теплогенератора при достижении опасной концентрации газа в воздухе - свыше 10 % нижнего концентрационного предела распространения пламени природного газа.

Техническое обслуживание и ремонт теплогенераторов, газопровода, дымохода и воздуховода для забора наружного воздуха должны осуществляться специализированными организациями, имеющими свою аварийно-диспетчерскую службу.

вода и водяной пар , в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Вода, как теплоноситель, используется от районных котельных в основном оборудованных водогрейными котлами и через подогреватели сетевой воды от паровых котлов.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром. Некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры (понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 0,15 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относится меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения. Достоинствам воды как теплоносителя является возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды. При использовании воды простота эксплуатации – отсутствие у потребителей (неизбежных при использовании пара) конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

На рис. 4.1 приведена принципиальная схема водогрейной котельной.

Рис. 4.1 Принципиальная схема водогрейной котельной: 1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котёл; 3 – циркуляционный насос; 4 – подогреватель химически очищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора;13 - эжекторный насос.

Водогрейные котельные часто сооружаются во вновь застраиваемых районах до ввода в действие ТЭЦ и магистральных тепловых сетей от ТЭЦ до указанных котельных. Этим подготовляется тепловая нагрузка для ТЭЦ, чтобы к моменту ввода в эксплуатацию теплофикационных турбин их отборы были полностью загружены. Водогрейные котлы после этого используются как пиковые или резервные. Основные характеристики стальных водогрейных котлов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

5. Централизованное теплоснабжение от районных котельных (паровых).

6. Системы централизованного теплоснабжения.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения.

Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают потребителей теплом низкого и среднего потенциала (до 350°С), на выработку которого затрачивается около 25 % всего добываемого в стране топлива. Тепло, как известно, является одним из видов энергии, поэтому при решении основных вопросов энергоснабжения отдельных объектов и территориальных районов теплоснабжение должно рассматриваться совместно с другими энергообеспечивающими системами – электроснабжением и газоснабжением.

Система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов (инженерных сооружений): источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

Источниками тепла в централизованных системах теплоснабжения служат или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие одновременно и электроэнергию, и тепло, или крупные котельные, именуемые иногда районными тепловыми станциями. Системы теплоснабжения на базе ТЭЦ называются «теплофикационными» .

Полученное в источнике тепло передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей. Для передачи теплоты на дальние расстояния (более 100км) могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные закрытые системы).

В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количества теплоносителя и тепла возвращаются к источнику (двухтрубные открытые системы).

В разомкнутых системах, как сам теплоноситель, так и содержащееся в нём тепло полностью используется у потребителя (однотрубные системы).

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется вода и водяной пар , в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром. Некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 0,15 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Кроме того, водяные системы позволяют сохранить на ТЭЦ в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40–50 %), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относится меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения. Достоинствам воды как теплоносителя является возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды. При использовании воды простота эксплуатации – отсутствие у потребителей (неизбежных при использовании пара) конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

7. Местное и децентрализованное теплоснабжение.

Для систем децентрализованного теплоснабжения применяются паровые или водогрейные котлы, устанавливаемые соответственно в паровых и водогрейных котельных. Выбор типа котлов зависит от характера тепловых потребителей и требований к виду теплоносителя. Теплоснабжение жилых и общественных зданий, как правило, осуществляется с помощью подогретой воды. Для промышленных потребителей требуются как подогретая вода, так и водяной пар.

Производственно-отопительная котельная обеспечивает потребителей как паром с требуемыми параметрами, так и горячей водой. В них устанавливаются паровые котлы, которые более надежны в эксплуатации, так как их хвостовые поверхности нагрева не подвержены такой значительной коррозии дымовыми газами как водогрейные.

Особенностью водогрейных котельных является отсутствие пара, в связи с чем ограничивается обеспечение промышленных потребителей, а для дегазации подпиточной воды необходимо применять вакуумные деаэраторы, более сложные в эксплуатации по сравнению с обычными атмосферными. Однако схема обвязки котлов трубопроводами в этих котельных значительно проще, чем в паровых. Ввиду сложности предотвращения выпадения конденсата на хвостовых поверхностях нагрева из водяных паров, находящихся в дымовых газах, возрастает опасность выхода из строя водогрейных котлов в результате коррозии.

В качестве источников при автономном (децентрализованном) и местном теплоснабжении могут выступать квартальные и групповые теплогенерирующие установки, предназначенные для снабжения теплотой одного или нескольких кварталов, группы жилых домов или одиночных квартир, общественных зданий. Эти установки являются, как правило, отопительными.

Местное теплоснабжение используется в жилых районах с тепловой потребностью не более 2,5 МВт для отопления и горячего водоснабжения небольших групп жилых и производственных зданий, удаленных от города, или как временный источник теплоснабжения до ввода основного во вновь застраивающихся районах. Котельные при местном теплоснабжении могут быть оборудованы чугунными секционными, стальными сварными, вертикально- горизонтально-цилиндрическими паровыми и водогрейными котлами. Особенно перспективны водогрейные котлы, появившиеся совсем недавно на рынке.

При достаточно сильном износе существующих тепловых сетей централизованного теплоснабжения и отсутствии необходимого финансирования работ по их замене более короткие тепловые сети децентрализованного (автономного) теплоснабжения перспективнее и экономичнее. Переход на автономное теплоснабжение стал возможным после появления на рынке высокоэффективных котлов малой теплопроизводительности с КПД не ниже 90%.

В отечественном котлостроении появились эффективные аналогичные котлы, например, Борисоглебского завода. К ним можно отнести котлы типа "Хопер" (рис.7.1), устанавливаемые в модульных транспортабельных автоматизированных котельных типа МТ /4,8/. Котельные также работают в автоматическом режиме, так как котел "Хопер-80Э" оснащен электроуправляемой автоматикой (рис.2.4).

Рис.7.1. Общий вид котла "Хопер": 1 - глазок, 2 - датчик тяги, 3 - трубка, 4- котел, 5 - блок автоматики, 6 - термометр, 7- датчик температуры, 8 - запальник, 9 - горелка, 10 - терморегулятор, - 11 - разъем, 12 - клапан горелки, 13 - газопровод, 14 - клапан запальника, 15 - сливная пробка, 16- пуск запальника, 17 - газоотвод, 18 - патрубки отопления, 19 - панели, 20 - дверка, 21 - шнур с евровилкой.

На рис.7.2. приведена заводская схема монтажа водоподогревателя с системой отопления.

Рис.7.2. Схема монтажа водоподогревателя с системой отопления: 1- котел, 2 - кран, 3 - обезвоздушиватель, 3 - арматура расширительного бака, 5 - радиатор, 6 - расширительный бак, 7 - водоподогреватель, 8 - предохранительный клапан, 9 - насос

В комплект поставки котлов "Хопер" входит импортное оборудование: насос циркуляционный, клапан безопасности, электромагнит, автоматический воздушный вентиль, расширительный бак с арматурой.

Для модульных котельных особенно перспективны котлы типа "КВа" производительностью до 2,5 МВт. Они обеспечивают тепло - и горячее водоснабжение нескольких многоэтажных домов жилого комплекс.

"КВа" автоматизированный водогрейный котлоагрегат, работающий на природном газе низкого давления под наддувом, предназначен для нагрева воды, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения и вентиляции. В состав котлоагрегата входит собственно водогрейный котел с утилизатором теплоты, блочная автоматизированная газовая горелка с системой автоматики, обеспечивающей регулирование, управление, контроль параметров и противоаварийные защиты. Он оснащен автономной водопроводной системой с запорной арматурой и предохранительными клапанами, что позволяет легко компановать его в котельной. Котлоагрегат имеет улучшенные экологические характеристики: снижено содержание оксидов азота в продуктах сгорания по сравнению с нормативными требованиями, наличие оксида углерода практически близко к нулю.

К такому же типу относится автоматизированный газовый котел "Флагман". Он имеет два встроенных теплообменника из оребренных труб, один из которых может подключаться к системе отопления, другой - к системе горячего водоснабжения. Оба теплообменника могут работать на совместную нагрузку.

Перспективность последних двух типов водогрейных котлов заключается в том, что у них достаточно снижена температура уходящих газов за счет применения теплоутилизаторов или встроенных теплообменников с сребренными трубами. Такие котлы имеют КПД на 3-4% выше по сравнению с другими типами котлов, у которых отсутствуют теплоутилизаторы.

Находит применение и воздушное отопление. С этой целью используются воздухонагреватели типа ВРК-С производства ООО "Теплосервис", г. Каменск- Шахтинский Ростовской области, совмещенные с топкой на газообразном топливе мощностью 0,45-1,0 МВт. Для горячего водоснабжения устанавливается в этом случае проточный газовый водонагреватель типа MORA-5510. При местном теплоснабжении котлы и оборудование котельных выбирают исходя из требований, предъявляемых к температуре и давлению теплоносителя (подогретой воды или водяного пара). В качестве теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения принимается, как правило, вода, а иногда пар давлением до 0,17 МПа. Ряд производственных потребителей обеспечивается паром давлением до 0,9 МПа. Тепловые сети имеют минимальную протяженность. Параметры теплоносителя, а также тепловой и гидравлический режим работы тепловых сетей соответствуют режиму работы местных систем отопления и горячего водоснабжения.

Достоинства такого теплоснабжения - небольшая стоимость источников теплоснабжения и тепловых сетей; простота монтажа и обслуживания; быстрый ввод в эксплуатацию; разнообразие типов котлов с большим диапазоном по теплопроизводительности.

Децентрализованные потребители, которые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены централизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффективное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности.

Масштабы потребления топлива на теплоснабжение весьма велики. В настоящее время теплоснабжение промышленных, общественных и жилых зданий осуществляется примерно на 40+50% от котельных, что является не эффективным из-за их низкого КПД (в котельных температура сгорания топлива составляет примерно 1500 ОС, а тепло потребителю выдается при существенно более низких температурах (60+100 ОС)).

Таким образом, нерациональное использование топлива, когда часть тепла вылетает в трубу, приводит к истощению запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Энергосберегающим мероприятием является разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения с рассеянными автономными источниками тепла.

В настоящее время наиболее целесообразным являются децентрализованные системы теплоснабжения, базирующиеся на нетрадиционных источниках тепла, таких как: солнце, ветер, вода.

Нетрадиционная энергетика:

Теплоснабжение на базе тепловых насосов;

Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов.

Перспективы развития децентрализованных систем теплоснабжения:

1. Децентрализованные системы теплоснабжения не требуют протяженных теплотрасс, а следовательно - больших капитальных затрат.

2. Использование децентрализованных систем теплоснабжения позволяет существенно сократить вредные выбросы от сгорания топлива в атмосферу, что улучшает экологическую обстановку.

3. Использование тепловых насосов в системах децентрализованного теплоснабжения для объектов промышленного и гражданского секторов позволяет по сравнению с котельными экономить топливо в количестве 6+8 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла, что составляет примерно 30-:-40%.

4. Децентрализованные системы на базе ТН успешно применяются во многих зарубежных странах (США, Япония, Норвегия, Швеция и др.). Изготовлением ТН занимаются более 30 фирм.

5. В лаборатории ОТТ кафедры ПТС МЭИ смонтирована автономная (децентрализованная) система теплоснабжения на базе центробежного водяного теплогенератора.

Система работает в автоматическом режиме, поддерживая температуру воды в подающей магистрали в любом заданном интервале от 60 до 90 ОС.

Коэффициент трансформации тепла системы составляет м=1,5-:-2, а КПД равен около 25%.

6. Дальнейшее повышение энергетической эффективности децентрализованных систем теплоснабжения требует проведения научно-технических исследований с целью определения оптимальных режимов работы.

8. Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения.

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника теплоты и вида тепловой нагрузки. Рекомендуется максимально упрощать систему теплоснабжения. Чем система проще, тем она дешевле в сооружении и в эксплуатации. Наиболее простые решения даёт применение единого теплоносителя для всех видов тепловой нагрузки.

Если тепловая нагрузка района состоит только из отопления, вентиляции и ГВС, то при теплофикации применяется обычно двухтрубная водяная система . В тех случаях, когда кроме отопления, вентиляции и ГВС с районе имеется также небольшая технологическая нагрузка, требующая теплоты повышенного потенциала, при теплофикации рационально применение трёхтрубных водяных систем. Одна из подающих линий системы используется для удовлетворения нагрузки повышенного потенциала.

В тех случаях, когда основной тепловой нагрузкой района является технологическая нагрузка повышенного потенциала , а сезонная тепловая нагрузка невелика, в качестве теплоносителя применяется обычно пар .

При выборе системы теплоснабжения и параметров теплоносителя учитываются технические и экономические показатели по всем элементам: источнику теплоты, сети, абонентским установкам. Энергетически вода выгоднее пара. Применение могоступенчатого подогрева воды на ТЭЦ позволяет повысить удельную комбинированную выработку электрической и тепловой энергии, благодаря чему возрастает экономия топлива. При использовании паровых систем вся тепловая нагрузка покрывается обычно отработавшим паром более высокого давления, отчего удельная комбинированная выработка электрической энергии снижается.

Полученное в источнике тепло передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными, четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не остается постоянным.

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные закрытые системы). В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количества теплоносителя и тепла возвращаются к источнику (двухтрубные открытые системы). В разомкнутых системах, как сам теплоноситель, так и содержащееся в нем тепло полностью используется у потребителя (однотрубные системы).

На абонентских вводах происходит переход тепла (а в некоторых случаях и самого теплоносителя) из тепловых сетей в местные системы теплопотребления. При этом в большинстве случаев осуществляется утилизация неиспользованного в местных системах отопления и вентиляции тепла для приготовления воды систем горячего водоснабжения.

На вводах происходит также местное (абонентское) регулирование количества и потенциала тепла, передаваемого в местные системы, и осуществляется контроль за работой этих систем.

В зависимости от принятой схемы ввода, т.е. в зависимости от принятой технологии перехода тепла из тепловых сетей в местные системы, расчетные расходы теплоносителя в системе теплоснабжения могут изменяться в 1,5–2 раза, что свидетельствует о весьма существенном влиянии абонентских вводов на экономику всей системы теплоснабжения.

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется вода и водяной пар, в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром; некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 015 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Кроме того, водяные системы позволяют сохранить на ТЭЦ в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40–50 %), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения; возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды; простота эксплуатации – отсутствие у потребителей неизбежных при паре конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

Пар как теплоноситель в свою очередь имеет определенные достоинства по сравнению с водой:

а) большую универсальность, заключающуюся в возможности удовлетворения всех видов теплопотребления, включая технологические процессы;

б) меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя (расход электроэнергии на возврат конденсата в паровых системах весьма невелик по сравнению с затратами электроэнергии на перемещение воды в водяных системах);

в) незначительность создаваемого гидростатического давления вследствие малой удельной плотности пара по сравнению с плотностью воды.

Неуклонно проводимая в нашей стране ориентация на более экономичные теплофикационные системы теплоснабжения и указанные положительные свойства водяных систем способствуют их широкому применению в жилищно-коммунальном хозяйстве городов и посёлков. В меньшей степени водяные системы применяются в промышленности, где более 2/3 всей потребности в тепле удовлетворяются паром. Так как промышленное теплопотребление составляет около 2/3 всего теплопотребления страны, доля пара в покрытии общего расхода тепла остаётся еще очень значительной.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными, четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не остается постоянным. Упрощенные принципиальные схемы указанных систем приведены на рис.8.1.

Наиболее экономичные однотрубные (разомкнутые) системы (рис.8.1.а) целесообразны только тогда, когда среднечасовой расход сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, совпадает со среднечасовым расходом воды, потребляемой для горячего водоснабжения. Но для большинства районов нашей страны, кроме самых южных, расчетные расходы сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, оказываются больше расхода воды, потребляемой для горячего водоснабжения. При таком дебалансе указанных расходов неиспользованную для горячего водоснабжения воду приходится отправлять в дренаж, что является очень неэкономичным. В связи с этим наибольшее распространение в нашей стране получили двухтрубные системы теплоснабжения: открытые (полузамкнутые) (рис. 8.1., б) и закрытые (замкнутые) (рис.8.1., в)

Рис.8.1. Принципиальная схема водяных систем теплоснабжения

а–однотрубной (разомкнутой), б–двухтрубной открытой (полузамкнутой), в–двухтрубной закрытой (замкнутой), г–комбинированной, д–трехтрубной, е–четырехтрубной, 1–источник тепла, 2–подающий трубопровод теплосети, 3–абонентский ввод, 4–калорифер вентиляции, 5–абонентский теплообменник отопления, 6–нагревательный прибор, 7–трубопроводы местной системы отопления, 8–местная система горячего водоснабжения, 9– обратный трубопровод теплосети, 10–теплообменник горячего водоснабжения, 11–холодный водопровод, 12–технологический аппарат, 13–подающий трубопровод горячего водоснабжения, 14–рециркуляционный трубопровод горячего водоснабжения, 15–котельная, 16–водогрейный котел, 17–насос.

При значительном удалении источника тепла от теплоснабжаемого района (при «загородных» ТЭЦ) целесообразны комбинированные системы теплоснабжения, представляющие собой сочетание однотрубной системы и полузамкнутой двухтрубной системы (рис.8.1,г). В такой системе входящий в состав ТЭЦ пиковый водогрейный котел размещается непосредственно в теплоснабжаемом районе, образуя дополнительную водогрейную котельную. От ТЭЦ до котельной подается по одной трубе только такое количество высокотемпературной воды, которое необходимо для горячего водоснабжения. Внутри же теплоснабжаемого района устраивается обычная полузамкнутая двухтрубная система.

В котельной к воде от ТЭЦ добавляется подогретая в котле вода из обратного трубопровода двухтрубной системы, и общий поток воды с более низкой температурой, чем температура воды, поступающей от ТЭЦ, направляется в тепловую сеть района. В дальнейшем часть этой воды используется в местных системах горячего водоснабжения, а остальная часть возвращается в котельную.

Трехтрубные системы находят применение в промышленных системах теплоснабжения с постоянным расходом воды, подаваемой на технологические нужды (рис.8.1,д). Такие системы имеют две подающие трубы. По одной из них вода с неизменной температурой поступает к технологическим аппаратам и к теплообменникам горячего водоснабжения, по другой вода с переменной температурой идет на нужды отопления и вентиляции. Охлажденная вода от всех местных систем возвращается к источнику тепла по одному общему трубопроводу.

Четырехтрубные системы (рис.8.1,е) из-за большого расхода металла применяются лишь в мелких системах с целью упрощения абонентских вводов. В таких системах вода для местных систем горячего водоснабжения приготовляется непосредственно у источника тепла (в котельных) и по особой трубе подводится к потребителям, где непосредственно поступает в местные системы горячего водоснабжения. В этом случае у абонентов отсутствуют подогревательные установки горячего водоснабжения и рециркуляционная вода систем горячего водоснабжения возвращается для подогрева к источнику тепла. Две другие трубы в такой системе предназначаются для местных систем отопления и вентиляции.

ДВУХТРУБНЫЕ ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Закрытые и открытые системы . Двухтрубные водяные системы бывают закрытыми и открытыми. Различаются эти системы технологией приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения (рис. 8.2). В закрытых системах для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из тепловой сети (рис. 8.2,а). В открытых системах воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловой сети. Отбор воды из подающей и обратной труб тепловой сети производят в таких количествах, чтобы после смешения вода приобрела нужную для горячего водоснабжения температуру (рис. 8.2,б).

Рис.8.2. Принципиальные схемы приготовления воды для горячего водоснабжения на абонентских в двухтрубных водяных системах теплоснабжения . а–при закрытой системе, б–открытой системе, 1–подающий и обратный трубопроводы тепловой сети;2–теплообменник горячего водоснабжения, 3–холодный водопровод, 4–местная система горячего водоснабжения, 5–регулятор температуры, 6–смеситель, 7–обратный клапан

В закрытых системах теплоснабжения сам теплоноситель нигде не расходуется, а лишь циркулирует между источником тепла и местными ситемами теплопотребления. Это значит,что такие системы закрыты по отношению к атмосфере, что и нашло отражение в их названии. Для закрытых систем теоретически справедливо равенство , т.е. количество уходящей от источника и приходящей к нему воды одинаково. В реальных же системах всегда . Часть воды теряется из системы через имеющиеся в ней неплотности: через сальники насосов, компенсаторов, арматуры и т.п. Эти утечки воды из системы невелики и при хорошей эксплуатации не превышают 0,5% объема воды в системе. Однако даже в таком количестве они приносят определенный ущерб, так как с ними бесполезно теряются и тепло, и теплоноситель.

Практическая неизбежность утечек позволяет исключить из оборудования водяных систем теплоснабжения расширительные сосуды, так как утечки воды из системы всегда превышают возможное приращение объема воды при повышение её температуры в течение отопительного периода. Пополнение системы водой для компенсации утечек происходит у источника тепла.

Для открытых систем даже при отсутствии утечек характерно неравенство . Сетевая вода, выливаясь из водоразборных кранов местных систем горячего водоснабжения, соприкасается с атмосферой, т.е. такие системы открыты по отношению к атмосфере. Пополнение открытых систем водой происходит обычно так же, как и закрытых систем, у источника тепла, хотя в принципе в таких ситемах пополнение возможно и в других точках системы. Количество подпиточной воды в открытых системах значительно больше, чем в закрытых. Если в закрытых системах подпиточная вода покрывает только утечки воды из системы, то в открытых системах она должна компенсировать еще и предусмотренный отбор воды.

Отсутствие на абонентских вводах открытых систем теплоснабжения поверхностных теплообменников горячего водоснабжения и замена их дешевыми смесительными устройствами является основным преимуществом открытых систем перед закрытыми. Основной же недостаток открытых систем заключается в необходимости иметь у источника тепла более мощную, чем закрытых системах, установку по обратке подпиточной воды во избежание появления коррозии и накипи в нагревательных установках и тепловых сетях.

Наряду с более простыми и дешевыми абонентскими вводами открытые системы обладают еще следующими положительными качествами по сравнению с закрытыми системами:

а) позволяют использовать в больших количествах низкопотенциальное отбросное тепло, которое имеется и на ТЭЦ (тепло конденсаторов турбин), и в ряде отраслей промышленности, что уменьшает расход топлива на приготовление теплоносителя;

б) обеспечивают возможность уменьшения расчетной производительности источника тепл а путем осреднения расхода тепла на горячее водоснабжение при установке центральных аккумуляторов горячей воды;

в) увеличивают срок службы местных систем горячего водоснабжения, так как в них поступает вода из тепловых сетей, не содержащая агрессивных газов и накипеобразующих солей;

г) уменьшают диаметры распределительных сетей холодного водоснабжения (примерно на 16%), подавая абонентам воду для местных систем горячего водоснабжения по отопительным трубопроводам;

д) позволяют перейти к однотрубным системам при совпадении расходов воды на отопление и горячее водоснабжение .

К недостаткам открытых систем кроме увеличения затрат, связанных с обработкой больших количеств подпиточной воды, относятся:

а) возможность при недостаточно тщательной обработке воды появления цветности в разбираемой воде, а в случае присоединения радиаторных систем отопления к тепловым сетям через смесительные узлы (элеваторные,насосные) еще и возможность загрязнения разбираемой воды и появления в ней запаха вследствии отложения в радиаторах осадков и развития в них особых бактерий;

б) усложнение контроля за плотностью системы , поскольку в открытых системах количество подпиточной воды не характеризует величины утечки воды из системы, как в закрытых системах.

Малая жесткость исходной водопроводной воды (1–1,5 мг·экв/л) способствует применению открытых систем, исключая необходимость в дорогой и сложной противонакипной обработке воды . Целесообразно применять открытые системы и при очень жестких или агрессивных в отношении коррозии исходных водах, ибо при таких водах в закрытых системах необходимо устраивать обработку воды на каждом абонентском вводе, что во много раз сложнее и дороже единой обработки подпиточной воды у источника тепла в открытых системах.

ОДНОТРУБНЫЕ ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Схема абонентского ввода однотрубной системы теплоснабжения приведена на рис.8.3.

Рис. 8.3. Схема ввода однотрубной системы теплоснабженияё

Сетевая вода в количестве, равном среднечасовому расходу воды в горячем водоснабжении, подается на ввод через автомат постоянного расхода 1. Автомат 2 перераспределяет сетевую воду между смесителем горячего водоснабжения и теплообменником отопления 3 и обеспечивает заданную температуру смеси воды из подающего после теплообменника отопления. В ночные часы, когда водоразбор отсутствует, поступающая в систему горячего водоснабжения вода сливается в бак-аккумулятор 6 через автомат подпора 5 (автомат «до себя»), который обеспечивает заполнение местных систем водой. При водоразборе больше среднего насос 7 дополнительно подает воду из бака в систему горячего водоснабжения. Циркуляционная вода системы горячего водоснабжения также сливается в аккумулятор через автомат подпора 4. Для компенсации потерь тепла в циркуляционном контуре, включая бак-аккумулятор, автомат 2 поддерживает температуру воды несколько выше обычно принимаемой для систем горячего водоснабжения.

ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Рис.8.4. Принципиальные схемы паровых систем теплоснабжения

а–однотрубной без возврата конденсата; б–двухтрубной с возвратом конденсата; в–трехтрубной с возвратом конденсата; 1–источник тепла; 2–паропровод; 3–абонентский ввод; 4–калорифер вентиляции; 5–теплообменник местной системы отопления;6–теплообменник местной системы горячего водоснабжения; 7–технологический аппарат; 8–конденсатоотводчик; 9–дренаж;10–бак сбора конденсата; 11–конденсатный насос; 12–обратный клапан; 13–конденсатопровод

Как и водяные, паровые системы теплоснабжения, бывают однотрубными, двухтрубными и многотрубными (рис. 8.4)

В однотрубной паровой системе (рис. 8.4,а) конденсат пара не возвращается от потребителей тепла к источнику, а используется на горячее водоснабжение и технологические нужды или выбрасывается в дренаж. Такие системы малоэкономичные и применяются при небольших расходах пара.

Двухтрубные паровые системы с возвратом конденсата к источнику тепла (рис. 8.4,б) имеют наибольшее распространение на практике . Конденсат от отдельных местных систем теплопотребления собирается в общий бак, расположенный в тепловом пункте, а затем насосом перекачивается к источнику тепла. Конденсат пара является ценным продуктом: он не содержит солей жесткости и растворенных агрессивных газов и позволяет сохранить до 15% содержащегося в паре тепла . Приготовление новых порций питательной воды для паровых котлов обычно требует значительных затрат, превышающих затраты на возврат конденсата. Вопрос о целесообразности возврата конденсата к источнику тепла решается в каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов.

Многотрубные паровые системы (рис. 8.4,в) применяются на промышленных площадках при получении пара ТЭЦ и в случае, если технология производства требует пара разных давлений . Затраты на сооружение отдельных паропроводов для пара разных давлений оказываются меньше, чем стоимость перерасхода топлива на ТЭЦ при отпуске пара только одного, наиболее высокого давления и последующего редуцирования его у абонентов, нуждающихся в паре более низкого давления . Возврат конденсата в трехтрубных системах производится по одному общему конденсатопроводу. В ряде случаев двойные паропроводы прокладываются и при одинаковом давлении в них пара в целях надежного и бесперебойного снабжения паром потребителей. Число паропроводов может быть и больше двух, например, при резервировании подачи с ТЭЦ пара разных давлений или при целесообразности подачи с ТЭЦ пара трех разных давлений.

На крупных промышленных узлах, объединяющих несколько предприятий, сооружаются комплексные водяные и паровые системы с подачей пара на технологию и воды на нужды отопления и вентиляции.

На абонентских вводах систем кроме устройств, обеспечивающих передачу тепла в местные системы теплопотребления, большое значение имеет также система сбора конденсата и возврата его к источнику тепла.

Поступающий на абонентский ввод пар обычно попадает в распределительную гребенку , откуда непосредственно или через редукционный клапан (автомат давления «после себя») направляется к теплоиспользующим аппаратам.

Серьёзное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. При теплоснабжении от котельных рационально, как правило, выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспортировки теплоты по сети и использования её в абонентских установках. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке (по воде). При теплофикации необходимо учитывать влияние параметров теплоносителя на экономику ТЭЦ.

Выбор водяной системы теплоснабжения закрытого или открытого типа зависит главным образом от условий водоснабжения ТЭЦ, качества водопроводной воды (жёсткости, коррозионной активности, окисляемости) и располагаемых источников низкопотенциальной теплоты для ГВС.

Обязательным условием, как для открытой, так и для закрытой систем теплоснабжения является обеспечение стабильного качества горячей воды у абонентов в соответствии с ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая». В большинстве случаев качество исходной водопроводной воды предопределяет выбор системы теплоснабжения (СТС) .

При закрытой системе: индекс насыщения J > -0,5; карбонатная жёсткость Ж к <7мг-экв/л; (Сl+SО 4) 200мг/л; перманганатная окисляемость не регламентируется.

При открытой системе: перманганатная окисляемость О<4мг/л, индекс насыщения, карбонатная жёсткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентируется.

При повышенной окисляемости (О>4мг/л) в застойных зонах открытых систем теплоснабжения (радиаторы, и др.) развиваются микробиологические процессы, следствие которых – сульфидное загрязнение воды. Так вода, отбираемая из отопительных установок для ГВС имеет неприятный сероводородный запах.

По энергетическим показателям и по начальным затратам современные двухтрубные закрытые и открытые системы ТС являются в среднем равноценными. По начальным затратам открытые системы могут иметь некоторые экономические преимущества при наличии на ТЭЦ источников мягкой воды , не нуждающейся в водоподготовке и удовлетворяющей санитарным нормам к питьевой воде. Разгружается сеть холодного водопровода у абонентов, и требует дополнительных подводов её к ТЭЦ. В эксплуатации открытые системы сложнее закрытых из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, усложнения санитарного контроля плотности системы.

При дальней транспортировке с большой нагрузкой ЕВС при наличии вблизи ТЭЦ или котельной источников воды, удовлетворяющих санитарным нормам, экономически оправдано применение открытой системы ТС с однотрубным (однонаправленным) транзитом и двух трубной распределительной сетью.

При сверхдальней транспортировке теплоты на расстояние порядка 100-150км и более целесообразно проверить экономичность применения химотермической системы передачи теплоты (в химически связанном состоянии на примере метан + вода = СО+ 3Н 2).

9. Оборудование ТЭЦ. Основное оборудование (турбины, котлы).

Оборудование теплоприготовительных станций можно условно разделить на основное и вспомогательное . К основному оборудованию ТЭЦ и отопительно-производственных котельных относятся турбины и котлы. ТЭЦ классифицируются по роду преобладающей тепловой нагрузки на отопительные, промышленно-отопительные и промышленные. На них устанавливаются соответственно турбины типа Т, ПТ, Р. В нашей стране на разных этапах развития энергетики турбины изготовляли металлический завод им. XXII съезда КПСС (ЛМЗ), Невский и Кировский заводы в Ленинграде, Калужский турбинный, Брянский машиностроительный и Харьковский турбо-генераторный заводы. В настоящее время крупные теплофикационные турбины выпускает Уральский турбомоторный завод им. К. Е. Ворошилова (УТМЗ).

Первая отечественная турбина мощностью 12.МВт была создана в 1931 г. С 1935 г. все ТЭЦ сооружались на параметры пара у турбин 2,9 МПа и 400°С, а импорт теплофикационных турбин был практически прекращен. Начиная с 1950 г. советская энергетика вступила в полосу интенсивного роста эффективности работы энергоснабжающих установок, продолжался в связи с увеличением тепловых нагрузок процесс укрупнения их основного оборудования и мощностей. В 1953-1954 гг. в связи с ростом нефтедобычи в Приуралье началось сооружение ряда нефтеперегонных заводов большой производительности, для которых потребовались ТЭЦ мощностью 200-300 МВт. Для них были созданы двухотборные турбины мощностью 50 МВт (в 1956 г. на давление 9,0 МПа на Ленинградском металлическом заводе и в 1957 г. на УТМЗ на давление 13,0 МПа). Только за 10 лет было установлено более 500 турбин с давлением 9,0 МПа суммарной мощностью около 9*10 3 МВт. Единичная мощность ТЭЦ ряда электрических систем возросла до 125-150 МВт. По мере роста технологической тепловой нагрузки нефтеперегонных заводов, а также с началом строительства химкомбинатов для производства удобрений, пластмасс и искусственного волокна, имевших потребность в паре до 600-800 т/ч, возникла необходимость в возобновлении производства противодавленческих турбин. Выпуск таких турбин на давление 13,0 МПа мощностью 50 МВт был начат на ЛМЗ в 1962 г. Развитие жилищного строительства в крупных городах создало базу для сооружения значительного числа отопительных ТЭЦ мощностью 300-400 МВт и более. Для этой цели был начат выпуск на УТМЗ турбин Т-50-130 мощностью 50 МВт в 1960 г., а в 1962 г. турбин Т-100-130 мощностью 100 МВт. Принципиальным отличием этих типов турбин является применение в них двухступенчатого подогрева сетевой воды за счет нижнего отбора пара с давлением 0,05-0,2 МПа и верхнего 0,06-0,25 МПа. Эти турбины могут быть переведены на режим с противодавлением (ухудшенным вакуумом ) с конденсацией выхлопного пара в специальной поверхности сетевого пучка, расположенного в конденсаторе, для подогрева воды. На некоторых ТЭЦ конденсаторы турбин с ухудшенным вакуумом целиком используются в качестве основных подогревателей. Единичная мощность отопительных ТЭЦ к 1970 г. достигла 650 МВт (ТЭЦ № 20 Мосэнерго), а промышленно-отопительных - 400 МВт (Тольяттинская ТЭЦ). Суммарный отпуск пара на таких станциях составляет около 60% всего отпущенного тепла и на отдельных ТЭЦ превышает 1000 т/ч.

Новой ступенью развития теплофикационного турбостроения является разработка и создание еще более крупных турбин, обеспечивающих дальнейшее повышение экономичности ТЭЦ и снижения затрат на их сооружение. Турбина Т-250, способная обеспечить теплом и электроэнергией город с населением 350 тыс. человек, запроектирована на закритические параметры пара 24,0 МПа, 560°С с промежуточным перегревом пара при давлении 4,0/3,6 МПа до температуры 565°С. Турбина ПТ-135 на давление 13,0 МПа имеет два отопительных отбора с независимым регулированием давлений в пределах 0,04-0,2 МПа в нижнем отборе и 0,05-0,25 МПа в верхнем. В этой турбине предусмотрен также промышленный отбор с давлением 1,5±0,3 МПаТурбина с противодавлением Р-100 предназначена для использования на ТЭЦ со значительным потреблением технологического пара. От каждой турбины может быть отпущено примерно 650 т/ч пара давлением 1,2-1,5 МПа с возможностью его увеличения на выхлопе до 2,1 МПа. Для снабжения потребителей может быть использован также пар из дополнительного нерегулируемого отбора турбины давлением 3,0-3,5 МПа. Турбина Т-170 на давление пара 13,0 МПа и температуру 565°С без промежуточного перегрева как по электрической мощности, так и по количеству отбираемого пара занимает промежуточное место между турбинами Т-100 и Т-250. Эту турбину целесообразно устанавливать на средних по мощности городских ТЭЦ со значительной коммунально-бытовой нагрузкой. Единичная мощность ТЭЦ продолжает расти. В настоящее время уже эксплуатируются, строятся и проектируются ТЭЦ электрической мощностью более 1,5 млн. кВт. Крупные городские и промышленные ТЭЦ потребуют разработки и создания еще более мощных агрегатов. Уже начаты работы по определению профиля теплофикационных турбин единичной мощностью 400-450 МВт.

Параллельно с развитием турбостроения создавались более мощные котельные агрегаты. В 1931-1945 гг. широкое применение в энергетике получили прямоточные котлы отечественной конструкции, вырабатывающие пар с давлением 3,5 МПа и температурой 430°С. В настоящее время для установки на ТЭЦ с турбинами мощностью до 50 МВт с параметрами пара 9 МПа и 500-535°С выпускаются котельные агрегаты производительностью 120, 160 и 220 т/ч с камерным сжиганием твердых топлив, а также мазута и газа. Конструкции этих котлов разрабатывались с 50-х годов практически всеми основными котельными заводами страны - Таганрогским, Подольским и Барнаульским. Общим для таких котлов является П-образная компоновка, использование естественной циркуляции, прямоугольная открытая топочная камера и стальной трубчатый воздухоподогреватель.

В 1955-1965 гг. наряду с освоением на ТЭЦ установок с параметрами 10 МПа и 540°С создавались более крупные турбины и котельные агрегаты на параметры 14 МПа и 570°С. Из них наибольшее распространение получили турбины мощностью 50 и 100 МВт с котлами Таганрогского котельного завода (ТКЗ) производительностью 420 т/ч типов ТП-80 - ТП-86 для твердого топлива и ТГМ-84 - для газа и мазута. Наиболее мощным агрегатом этого завода, используемым на ТЭЦ докритических параметров, является агрегат типа ТГМ-96 с топочной камерой для сжигания газа и мазута производительностью 480-500 т/ч.

Блочная компоновка котел-турбина (Т-250) на сверхкритические параметры пара с промежуточным перегревом потребовала создания прямоточного котла паропроизводительностью около 1000 т/ч. Для снижения стоимости сооружения ТЭЦ советскими учеными М. А. Стырцковичем и И. К. Стаселявичусом впервые в мире была предложена схема отопительной теплоэлектроцентрали с использованием новых водогрейных котлов теплопроизводительностью до 210 МВт. Была доказана целесообразность подогрева сетевой воды на ТЭЦ в пиковой части графика специальными пиковыми водогрейными котлоагрегатами, отказавшись от использования для этих целей более дорогих паровых энергетических котлоагрегатов. Исследования ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского завершились разработкой и производством ряда типоразмеров унифицированных башенных газомазутных водогрейных котельных агрегатов единичной теплопроизводительностью 58, 116 и 210 МВт. Позднее были разработаны котлоагрегаты меньших производительностей. В отличие от котлоагрегатов башенного типа (ПТВМ) котлоагрегаты серии КВГМ запроектированы для работы с искусственной тягой. Такие котлы теплопроизводительностью 58 и 116 МВт имеют П-образную компоновку и предназначены для работы в основном режиме.

Рентабельность паротурбинных ТЭЦ для европейской части СССР в свое время достигается при минимальной тепловой нагрузке 350-580 МВт. Поэтому наряду со строительством ТЭЦ в больших масштабах осуществляется строительство промышленных и отопительных котельных установок, оборудованных современными водогрейными и паровыми котлами. Районные тепловые станции с котлами типа ПТВМ, КВГМ используют при нагрузках 35-350 МВт, а паровые котельные с котлами типа ДКВР и другие - при нагрузках 3,5-47 МВт. Небольшие поселки и сельскохозяйственные объекты, жилые районы отдельных городов отапливаются небольшими котельными с чугунными и стальными котлами производительностью до 1,1 МВт.

10. Оборудование ТЭЦ. Вспомогательное оборудование (подогреватели, насосы, компрессоры, паропреобразователи, испарители, редукционно-охладительные установки РОУ, конденсатные баки).

11. Водоподготовка. Нормы качества воды.

12. Водоподготовка. Осветление, умягчение (осаждение, катионовый обмен, стабилизация жёсткости воды).

13. Водоподготовка. Деаэрация.

14. Тепловое потребление. Сезонная нагрузка.

15. Тепловое потребление. Круглогодичная нагрузка.

16. Тепловое потребление. График Россандера.