Системы теплоснабжения. Классификация систем теплоснабжения

Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

2. районное – ТС городского района;

3. городское – ТС города;

4. межгородское – ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла:

- Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование;

- Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на:

- низкопотенциальное, с температурой до 150 ⁰С;

- среднепотенциальное, с температурой от 150 ⁰С до 400 ⁰С;

- высокопотенциальное, с температурой выше 400 ⁰С.

Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 ⁰С (в прямом трубопроводе), минимальная – 70 ⁰С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.

Весь комплекс оборудования ис­точника теплоснабжения, тепловых сетей и абонентских установок на­зывается системой централи­зованного теплоснабже­ния.

Системы теплоснабжения клас­сифицируются по типу источника теплоты (или способу приготовле­ния теплоты), роду теплоносителя, способу подачи воды на горячее водоснабжение, числу трубопрово­дов тепловой сети, способу обеспе­чения потребителей, степени цент­рализации.

По типу источника теплоты раз­личают три вида теплоснабжения:

- централизованное теплоснабже­ние от ТЭЦ, называемое тепло­фикацией;

- централизованное теплоснабже­ние от районных или промышлен­ных котельных;

- децентрализованное теплоснаб­жение от местных котельных или индивидуальных отопительных аг­регатов.

По сравнению с централизован­ным теплоснабжением от котель­ных теплофикация имеет ряд пре­имуществ, которые выражаются в экономии топлива за счет комбини­рованной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ; в возможности широкого использова­ния местного низкосортного топли­ва, сжигание которого в котельных затруднительно; в улучшении сани­тарных условий и чистоты воздуш­ного бассейна городов и промыш­ленных районов благодаря концент­рации сжигания топлива в неболь­шом количестве пунктов, размещен­ных, как правило, на значительном расстоянии от жилых кварталов, и более рациональному использова­нию современных методов очистки дымовых газов от вредных при­месей.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Паровые системы распространены в основ­ном на промышленных предприя­тиях, а водяные системы применя­ются для теплоснабжения жилищ­но-коммунального хозяйства и не­которых производственных потреби­телей. Объясняется это рядом пре­имуществ воды как теплоносителя по сравнению с паром: возмож­ностью центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, меньшими энергетическими потеря­ми при транспортировке и большей дальностью теплоснабжения, отсут­ствием потерь конденсата греюще­го пара, большей комбинированной выработкой энергии на ТЭЦ, повы­шенной аккумулирующей способ­ностью.

По способу подачи воды на го­рячее водоснабжение водяные си­стемы делятся на закрытые и открытые.

В закрытых системах се­тевая вода используется только как теплоноситель и из системы не отбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, на­гретая в специальных водоводяных подогревателях за счет теплоты се­тевой воды.

В открытых системах се­тевая вода непосредственно посту­пает в местные установки горя­чего водоснабжения. При этом не требуются дополнительные тепло­обменники, что значительно упро­щает и удешевляет устройство або­нентского ввода. Однако потери воды в открытой системе резко возрастают (от 0,5—1 % до 20— 40 % общего расхода воды в систе­ме) и состав воды, подаваемой по­требителям, ухудшается из-за при­сутствия в ней продуктов коррозии и отсутствия биологической обра­ботки.

Достоинства закрытых систем теплоснабжения заключаются в том, что их применение обеспечи­вает стабильное качество горячей воды, поступающей в установки го­рячего водоснабжения, одинаковое с качеством водопроводной воды; гидравлическую изолированность воды, поступающей в установки го­рячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети; простоту контроля герметичности системы по величине подпитки.

Основными недостатками закры­тых систем являются усложнение и удорожание оборудования и экс­плуатации абонентских вводов из-за установки водо-водяных подо­гревателей и коррозии местных установок горячего водоснабжения вследствие использования недеаэрированной воды.

Основные достоинства открытых систем теплоснабжения заключают­ся в возможности максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева большого количества подпиточной воды. Поскольку в закрытых систе­мах подпитка не превышает 1 % расхода сетевой воды, возможность утилизации теплоты сбросной и продувочной воды на ТЭЦ с закры­той системой значительно ниже, чем в открытых системах. Кроме того, в местные установки горячего водоснабжения в открытых систе­мах поступает деаэрированная во­да, поэтому они меньше подвер­жены коррозии и более долго­вечны.

Недостатками открытых систем являются: необходимость устройст­ва на ТЭЦ мощной водоподготовки для подпитки тепловой сети, что удорожает станционную водоподготовку, особенно при повышенной жесткости исходной сырой воды; усложнение и увеличение объема санитарного контроля за системой; усложнение контроля герметичности системы (поскольку величина под­питки не характеризует плотность системы); нестабильность гидравли­ческого режима сети.

По числу трубопроводов разли­чают одно-, двух- и многотрубные системы. Причем для открытой си­стемы минимальное число трубо­проводов — один, а для закры­той— два. Самой простой и перс­пективной для транспортировки теплоты на большие расстояния яв­ляется однотрубная открытая си­стема теплоснабжения. Однако об­ласть применения таких систем ог­раничена в связи с тем, что ее реа­лизация возможна лишь при усло­вии равенства расхода воды, необ­ходимого для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагруз­ки, расходу веды для горячего водоснабжения потребителей дан­ного района. Для большинства районов нашей страны расход воды на горячее водоснабжение значи­тельно меньше (в 3—4 раза) рас­хода сетевой воды на отопление и вентиляцию, поэтому в теплоснаб­жении городов преимущественное распространение получили двух­трубные системы. В двухтрубной системе тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной.

По способу обеспечения потре­бителей теплотой различают одно­
ступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одно­
ступенчатых системах потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям непосредственно. Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или местными теп­ловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе каждого здания устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая армату­ра для изменения параметров теп­лоносителя в местных системах по­требителей.

В многоступенчатых системах между источником теплоты и по­требителями размещаются цент­ральные тепловые пункты или под­станции (ЦТП), в которых пара­метры теплоносителя изменяются в зависимости от расходования теп­лоты местными потребителями. На ЦТП размещаются центральная по­догревательная установка горячего водоснабжения, центральная смеси­тельная установка сетевой воды, подкачивающие насосы холодной водопроводной воды, авторегулирующие и контрольно-измеритель­ные приборы. Применение много­ступенчатых систем с ЦТП позво­ляет снизить начальные затраты на сооружение подогревательной ус­тановки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующйх устройств благодаря уве­личению их единичной мощности и сокращению числа элементов обо­рудования.

Оптимальная расчетная произ­водительность ЦТП зависит от планировки района, режима работы потребителей и определяется на ос­нове технико-экономических расче­тов.

По степени централизации теп­лоснабжение можно разделить на групповое — теплоснабжение группы зданий, районные – теплоснабжение нескольких групп зданий, городское – теплоснабжение нескольких районов, межгородское – теплоснабжение нескольких городов.

Устройство и конструкции тепловых сетей.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционная конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающая при его эксплуатации.

Трубы являются ответственными элементами трубопроводов и должны отвечать следующим требованием:

- достаточная прочность и герметичность при максимальных значениях давления и температуры теплоносителя,

- низкий коэффициент температурных деформации,

- обеспечивающий небольшие термические напряжение при переменном тепловом режиме тепловой сети,

- малая шероховатость внутренней поверхности,

- антикорозинная стойкость,

- высокая термическая сопротивление стенок трубы,

- способствующее сохранению теплоты и температуры теплоносителя,

- неизменность свойств материала при длительном воздействий высоких температур и давлений, простота монтажа,

- надежность соединения труб и др.

Имеющейся стальные трубы не удовлетворяют в полной мере всем предъявлемым требованиям, однако их механические свойства, простота, надежность и герметичность соединений (сваркой) обеспечили им преимущественное применение в тепловых сетях.

Трубы для тепловых сетей изготавливаются в основном из сталей марок Ст2сп, Ст3сп, 10, 20, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС.

В тепловых сетях применяются бесшовные горячекатаные и электросварные. Бесшовные горячекатаные трубы выпускаются с наружными диаметрами 32 - 426мм. Бесшовные горячекатаные электросварные трубы используется при всех способах прокладки сетей. Электросварные трубы используются при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются к использованию при канальных и надземных прокладках сетей.

Опоры. При сооружений тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в характерных точках сети и воспринимают усилия, возникающие в месте фиксации как в радиальном, так и в осевом направлениях под действием веса, температурных деформаций и внутреннего давления.

Компенсаторы. Компенсация температурных деформации в трубопроводах производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. По принципу действия они разделяются на две группы:

Компенсаторы радиальные или гибкие, воспринимающие удлинения теплопровода изгибом или кручением криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

Компенсаторы осевые, в которых удлинение воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинных вставок.

Наиболее широкое применение в практике имеют гибкие компенсаторы различной конфигурации, выполненные из самого трубопровода (П – и –S-образные, лирообразные со складками и без них и т.д.). Простота устройства, надежность, отсутствия необходимости в обслуживании, разгруженность неподвижных опор – достоинство этих компенсаторов.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, поперечное перемещение деформируемых участках, требующее увеличение ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций, бесканальных трубопроводов, а так же большие габариты, затрудняющие их применение в городах при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.

Осевые компенсаторы выполняются скользящего типа (сальниковые) и упругими (линзовые компенсаторы).

Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнение. При удлинений трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. От этого недостатка свободны линзовые компенсаторы, изготавливаемые из листовой стали. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления (до 0,4-0,5 МПа).

Конструктивное выполнение элементов трубопровода зависит так же от способа его прокладки, который выбирается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.