Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в отопительных котельных. Сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу теплосети, направляют потребителям, температуру сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода в обратный трубопровод теплосети, утечки сетевой воды в теплосети компенсируют подпиточной водой, которую по подпиточному трубопроводу направляют в обратный трубопровод теплосети. При этом подпиточную воду готовят в вакуумном деаэраторе, для чего в него подают исходную воду и греющий агент по трубопроводам исходной воды и греющего агента, а рециркуляцию воды осуществляют через трубопровод греющего агента, вакуумный деаэратор и подпиточный трубопровод, а поддержание постоянной температуры сетевой воды перед водогрейными котлами производят путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента вакуумного деаэратора. Совмещение процесса рециркуляции сетевой воды с обработкой подпиточной воды позволяет упростить схему котельной. 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в отопительных котельных. Известны способы работы отопительных котельных, по которым сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу теплосети, нагревают в водогрейных котлах и по подающему трубопроводу теплосети направляют потребителям, температуру сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода в обратный (см. кн. Ионина А. А. и др. Теплоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982, рис. 12.6, с. 282), утечки сетевой воды в теплосети компенсируют подпиточной водой; по подпиточному трубопроводу направляют в обратный трубопровод теплосети. Данный аналог принят в качестве прототипа. Недостатками прототипа являются пониженные надежность и экономичность работы котельной из-за необходимости для реализации способа усложненной схемы котельной, а также из-за трудности обеспечения эффективной деаэрации подпиточной воды. Целью настоящего изобретения является повышение надежности и экономичности способа работы отопительной котельной. С этой целью предложен способ работы отопительной котельной, по которому сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу теплосети, нагревают в водогрейных котлах и по подающему трубопроводу теплосети направляют потребителям, температуру сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода в обратный трубопровод теплосети, утечки сетевой воды в теплосети компенсируют подпиточной водой, которую готовят в вакуумном деаэраторе, для чего в деаэратор подают исходную воду и греющий агент по трубопроводам исходной воды и греющего агента, а деаэрированную воду по подпиточному трубопроводу направляют в обратный трубопровод теплосети, причем рециркуляцию воды осуществляют через трубопровод греющего агента, вакуумный деаэратор и подпиточный трубопровод, а поддержание постоянной температуры сетевой воды перед водогрейными котлами производят путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента вакуумного деаэратора. Способ состоит из следующих операций. Сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу теплосети, нагревают в водогрейных котлах и по подающему трубопроводу теплосети направляют потребителям. Температуру сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода в обратный трубопровод. Утечки сетевой воды в теплосети компенсируют подпиточной водой, которую готовят в вакуумном деаэраторе, для чего в деаэратор подают исходную воду и греющий агент по трубопроводам исходной воды и греющего агента, а деаэрированную воду по подпиточному трубопроводу направляют в обратный трубопровод теплосети. Рециркуляцию воды осуществляют через трубопровод греющего агента, вакуумный деаэратор и подпиточный трубопровод, а поддержание постоянной температуры сетевой воды перед водогрейными котлами производят путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента вакуумного деаэратора. Для пояснения способа на чертеже показан фрагмент принципиальной схемы отопительной котельной, которая содержит водогрейные котлы 1, включенные между подающим 2 и обратным 3 трубопроводами теплосети. К подающему трубопроводу 2 подключен трубопровод греющего агента 4, который соединен с вакуумным деаэратором 5 через регулирующий орган 6. В трубопровод исходной воды 7 последовательно включены аппараты химводоочистки 8 и вакуумный деаэратор 5. В трубопровод деаэрированной подпиточной воды 9 последовательно включены бак-аккумулятор подпиточной воды 10 и рециркуляционный насос 11. В обратный трубопровод теплосети 3 включен сетевой насос 12. Между обратным 3 и подающим 2 трубопроводами теплосети включена перемычка 13 с насосом 14. Рассмотрим пример конкретной реализации способа. Сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному сетевому трубопроводу 3 в количестве 1000 т/ч, нагревают до 150 o C в водогрейных котлах 1 и по подающему трубопроводу теплосети 2 направляют потребителям. Температуру воды, отпускаемой потребителям, регулируют путем подмешивания обратной сетевой воды через перемычку 13. Температуру обратной сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной 70 o C, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода 2 в обратный трубопровод 3. Утечки сетевой воды в теплосети в количестве 200 т/ч компенсируют подпиточной водой, которую готовят в вакуумном деаэраторе 5, для чего в деаэратор подают исходную воду и греющий агент, а деаэрированную воду направляют в обратный трубопровод 3. Рециркуляцию сетевой воды осуществляют через трубопровод греющего агента 4, вакуумный деаэратор 5, бак-аккумулятор 10 и подпиточный трубопровод 9. Поддержание постоянной температуры 70 o C перед водогрейными котлами производится путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента 4 вакуумного деаэратора 5. Так, при температуре обратной сетевой воды 60 o C, температуре исходной воды 30 o C через трубопровод 4 и деаэратор 5 пропускают 225 т/ч сетевой воды, при этом температура деаэрированной подпиточной воды составляет 94 o C (в известных способах вакуумную деаэрацию обычно проводят при температуре не более 70 o C). Благодаря деаэрации при повышенном температурном уровне существенно повышается ее качество, а совмещение процесса рециркуляции сетевой воды с обработкой подпиточной воды в вакуумном деаэраторе и подпиткой теплосети позволяет упростить схему котельной, что повышает ее надежность и экономичность.
Формула изобретения
Способ работы отопительной котельной, по которому сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу теплосети, нагревают в водогрейных котлах и по подающему трубопроводу теплосети направляют потребителям, температуру сетевой воды перед водогрейными котлами поддерживают постоянной, для чего осуществляют рециркуляцию части воды из подающего трубопровода в обратный трубопровод теплосети, утечки сетевой воды в теплосети компенсируют подпиточной водой, которую по подпиточному трубопроводу направляют в обратный трубопровод теплосети, отличающийся тем, что подпиточную воду готовят в вакуумном деаэраторе, для чего в деаэратор подают исходную воду и греющий агент по трубопроводам исходной воды и греющего агента, а рециркуляцию воды осуществляют через трубопровод греющего агента, вакуумный деаэратор и подпиточный трубопровод, а поддержание постоянной температуры сетевой воды перед водогрейными котлами производят путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента вакуумного деаэратора.
Как правило, принцип работы отопительной системы в небольшом здании происходит за счет естественной циркуляции теплоносителя по трубам. Для зданий, площадью в сотни квадратов этот принцип отопления является неэффективным.
Просто, при естественном передвижении теплоносителя давление, которое образуется в трубопроводе, не более 0,7 мПа, а это очень мало для многоэтажных и больших зданий.
Повысить силу и скорость циркуляции в системе можно несколькими способами: установить трубопровод большего диаметра или установить рециркуляционный насос для отопления. Первый способ дорогой по цене, так как стоимость труб очень высокая. Для отопления зданий площадью более 100 кв.м лучше всего установить циркуляционные насосы отопления.
Устройство циркуляционного насоса довольно похоже на устройство дренажного насоса:
- ротор;
- корпус;
- электродвигатель;
- вал ротора.
Основной функцией циркуляционных устройств является преодоление сопротивления в трубопроводе.
Виды циркуляционных насосов
Есть два основных вида рециркуляционных насосов – это «мокрый» и«сухой».
«Сухой» вид
Здесь не происходит непосредственного контакта ротора с водой, потому что он защищен уплотнителем из колец. Для изготовления уплотнителей может использоваться керамика, сталь или угольный агломерат, алюминий – это зависит от вида теплоносителя в доме.
Запуск устройства инициирует перемещение колец касательно друг друга. Кольца имеют идеально гладкие поверхности , которыми они касаются между собой и образуют тончайший слой водной пленки. Пружины создают прижим колец навстречу друг другу, поэтому, по мере износа детали без вмешательства человека подгоняются между собой самостоятельно.
Время эксплуатации колец примерно 3 года. КПД «сухих» циркуляционных насосов составляет 80%. Особенность эксплуатации этого устройства – сильный шум, потому для этого нужно подыскивать специальное помещение.
При использовании насоса с сухим видом ротора, который имеет торцевые скользящие кольца, нужно контролировать наличие взвеси в перекачиваемом теплоносителе и общий уровень загрязненности помещения. Просто специфика эксплуатации «сухого» типа состоит в образовании завихрений воздуха, а они, в свою очередь, притягивают пыль. Пыль, которая попала в теплоноситель, деформирует поверхность колец, нарушая герметичность. Специфика работы этих насосов – постепенная деформация уплотнителей, потому им важно наличие водяного слоя в рабочих поверхностях, он играет в качестве смазки.
Устройства «сухого» типа бывают нескольких видов и имеют свои особенности в конструкции. Горизонтальными или консольными называются устройства, в которых всасывающая трубка находится с торца «улитки», нагнетающая - зафиксирована радиально на корпусе, двигатель расположен горизонтально.
Вертикальные циркуляционные насосы имеют патрубки одинакового размера , которые устанавливаются на одной линии, а двигатель находится вертикально.
«Мокрый» вид
В насосах «мокрого» типа, движущийся рабочий элемент крыльчатка опущена в сам теплоноситель, который выполняет параллельно роль охладителя и смазки электродвигателя. Электрическая часть двигателя защищена от проникновения воды герметичным стаканом из нержавейки, находящимся между статором и ротором.
Как правило, материалом для ротора является керамика, для подшипников используют графит или опять же керамику. Корпус циркуляционного насоса может быть выполнен из бронзы, латуни или чугуна. К специфике работы устройств «мокрого» типа относится небольшой уровень шума во время работы, продолжительное время эксплуатации без технического обслуживания, простота и легкость ремонта и настройки.
Уровень КПД этих циркуляционных устройств меньше, в отличие от «сухих» практически на 25%, то есть 60%. Эта низкая степень производительности объясняется невозможностью герметизации стальной гильзы, которая отделяет теплоноситель и статор, при большом размере ротора. Но для бытового использования дома, где не нужна циркуляция воды в трубопроводах большой длины, можно использовать этот насос для отопления , цена их при этом намного дешевле.
Конструкция «мокрых» циркуляционных насосов состоит из:
- электродвигателя со статором;
- картуши, где в составе находится ротор и вал с подшипниками;
- корпуса оборудования;
- рабочего колеса;
- корпуса с клеммниками.
Удобство конструкции заключается в том, что в любое время можно поменять сломанную часть агрегата, а из цельного блока картуша всегда легко можно стравить накопившийся воздух.
В корпус «мокрых» циркуляционных насосов изготовители могут вставлять однофазные или трехфазные моторы, соответственно, и цена отличается. Для крепежа насоса к трубопроводу системы отопления предусмотрено фланцевое либо резьбовое соединение – вид крепежа зависит от производительности и мощности устройства.
Как выбрать отопительный циркуляционный насос?
Прежде чем сделать выбор в пользу определенного вида циркуляционного насоса для системы отопления , нужно обратить внимание на степень производительности. Причем способ расчета довольно простой
: производительность котла уравнять с количеством воды, которая проходит за минуту. К примеру, при мощности котла в 40 кВт через него пройдет 40 литров воды.
Затем нужно выяснить, какой будет расход теплоносителя на конкретном участке циркуляции. Для чего необходимо использовать данные о производительности отопительных батарей, которые известны, и уровнять. Для определения расчетов принимается приблизительная скорость теплоносителя в трубопроводе, она примерно равна 1,5 м/сек.
Рассчитывая производительность насоса для системы отопления дома, предположим, что на 15 метровом участке трубопровода нужно сделать давление с показателем 0,8 метра. Соответственно для нормального обогрева 150 метров труб нужен напор в 8 м. Теперь нужно подобрать именно эту модель циркуляционного насоса , технологические возможности которого смогут решать эти условия.
Трубы с маленьким диаметром будут иметь повышенное гидравлическое сопротивление, а, соответственно, необходима установка насоса с более высокой производительностью. И, наоборот – для труб большого сечения сильно мощное оборудование не нужно.
Цена вопроса
Приблизительная цена циркуляционного насоса (с производительностью 35 Вт, напором 3 м и циркуляцией воды 3 куб.м./час) примерно 4500 – 4900 руб. Наилучшими изготовителями качественных устройств являются итальянские, немецкие и датские производители. Отечественные производители сосредоточены на изготовлении устройств производственного назначения.
Считать то, что удастся выбрать насос, который будет соответствовать на все 100% вашим потребностям, не нужно. В любой системе отопления есть свои особенности и нюансы, а оборудование сориентировано на средние параметры и показатели работы. Оборудование с излишней производительностью создает сильный шум , а с недостаточной – не создаст необходимый напор воды в системе. Поэтому лучше всего купить модель с мощностью, чуть выше необходимой на 8-12%. Нужно выбирать модель, где есть настраиваемые режимы, они дают возможность эксплуатировать устройство максимально эффективно.
Подготовка месторасположения и установка
Оборудование «мокрого» типа можно монтировать и на подающем, и на возвратном участке труб. Для обеспечения достаточной циркуляции воды по трубопроводу, нужно учитывать важный фактор: любая точка, которая находится в местах всасывания, обязана иметь избыточный гидростатический напор.
Контролировать данный процесс можно таким образом:
- поставить расширительный резервуар выше наиболее высокой точки отопительной системы на 90 см. Данный вариант – наиболее удобный и простой , тем более в случае дополнительного оборудования системы отопления циркулярным насосом. Нужно только необходимая высота чердака и теплоизоляция расширительного резервуара;
- установить резервуар в верхней точке отопительной системы таким образом, чтобы верхняя часть труб была в месте нагнетания насоса. Данный вариант подходит для современных систем отопления , в которых изначально сделан наклон трубопровода к котлу. Способ работы состоит в том, чтобы пузырьки воздуха передвигались в водяном потоке под напором насоса;
- определить самую высшую точку системы на наиболее удаленном стояке. Но тут есть некоторый нюанс: нужно переделывать трубопровод, а это довольно сложное мероприятие, да и цена будет соответствующей;
- перенести расширительную резервуар и часть трубопровода в место всасывания насоса, перед патрубком. Эта реконструкция будет наиболее лучшей для работы принудительной циркуляции воды;
- установка насоса в подающей части трубопровода, непосредственно за точкой входа расширительного резервуара. Но этот вариант подходит не для всех моделей устройств, так как в этом месте температура будет довольно большой. Способ подходит для тех насосов, которые смогут выдерживать эти условия эксплуатации.
Для установки насоса необходимо учитывать его диаметр резьбы и купить байпас, обратный клапан, фильтра грубой чистки, гаечный ключ №19 и 36 мм. На основной трубе, между выходом и входом врезаемой перемычки, монтируется запорный клапан необходимого размера.
Роль байпаса состоит в переключении системы отопления из принудительного режима в естественный в случае поломки насоса, отключении электроэнергии. Диаметр байпаса должен совпадать с диаметром стояка, в который устанавливается.
Устройства на перемычке обязаны быть установлены в таком порядке: сперва врезается фильтр очистки, затем идет клапан и в концес с насос. Входы байпаса в стояк происходят с помощью запорных клапанов, которые перекрывают систему в случае выхода из строя.
Циркуляционный насоделает работу отопительной системы наиболее эффективной. Но, делая выбор насоса, нужно быть очень внимательным, учитывая цену отопительного оборудования и стоимость насоса – так как от этого элемента будет зависеть комфорт в вашем доме.
Рециркуляционные насосы предназначаются в первую очередь для эффективного перекачивания теплоносителей в отопительных системах многоквартирных и частных домов, для рециркуляции воды из котельной или бойлерной в трубопроводы и для оптимизации давления внутри трубопроводов.
Кроме того, рециркуляционный насос должен обеспечивать практически мгновенный доступ горячей воды к точкам водозабора и максимально быстро доносить горячий теплоноситель до всех радиаторов отопления и подогрева полов.
1 Общие технические характеристики
Рециркуляционный насос в стандартной комплектации состоит из:
- теплоизолирующего кожуха;
- обратного и запорного клапанов;
- резьбового соединения между корпусом насоса и двигателем с ротором мокрого типа;
- индикаторов работы аппарата;
- термостата для экономичной работы и защиты аппарата;
- проточной части из бронзы, нержавеющей стали или чугуна;
- сферического ротора со встроенным рабочим колесом;
- штекерного разъема;
- таймера с суточной шкалой.
Насос рециркуляции с усовершенствованиями механизмов исполняется из термостойких композитных материалов для рабочих колес, ферритной нержавеющей стали для монолитных гильз ротора и керамических сплавов для подшипников. Статоры делают с обмотками, которые устойчивы к току блокировки. А корпуса доукомплектовываются воздухоотделителями.
Рециркуляционный насос при помощи двигателя и электронного переключателя регулирует амплитуду напряжения и периодичность запуска мотора. Насос для рециркуляции обладает двумя основными показательными характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе модели.
Это показатели напора и расхода, которые называются характеристиками пропускной мощности . При несоответствии характеристик насоса и мощности отопительной системы возможны:
- частичный обогрев дома;
- длительный слив остывшей воды из горячего крана;
- понижение КПД всей отопительной системы;
- повышение уровня шума;
- интервалы между включением и отключением сокращаются, а это ведет к износу двигателя.
При подключении насоса рециркуляции к котлу обустраивают обратный трубопровод или отводная линия, чтобы вода беспрепятственно возвращалась в нагревательный прибор. Одноконтурные котлы подключаются к рециркулярной линии сразу за насосом. Двухконтурные котлы чаще подключают к линии холодного водоснабжения.
Не следует путать рециркулярный насос с техникой для повышения давления. Рециркулярник не повышает, а компенсирует давление, которое создается сопротивлением трубопровода и запорной арматуры. Гидравлическая балансировка просто поддерживает оптимальную скорость потока теплоносителя, чтобы не допускать потери тепла ниже 50 ˚С.
При нормальной регуляции системы и правильном подборе модели насоса таймер на включение должен срабатывать не чаще, чем раз в 15-20 минут. Естественно, что трубопровод должен быть хорошо изолирован, чтобы минимизировать теплопотери.
1.1 Расчеты
Расход воды в системе для определения нужной модели аппарата высчитывается по формуле
QC= f/dt * 4200, где:
- QC – это расход воды, которая охлаждается, и измеряется в кубометрах в секунду;
- f – это показатель потерь тепла в системе циркуляции, который измеряется в кВт;
- dt – это водяное охлаждение в самой дальней точке водозабора, за которое принимают значение в 5˚С.
Расчет диаметра труб должен исходить из того, какой объем воды циркулирует в трубе от котла до крана. При объеме воды в 3 литра, в зависимости от диаметра трубы будет изменяться и расстояние ветки обратной циркуляции. Таблица соответствий выглядит следующим образом:
- при трубе 16 мм в диаметре- 27 метров;
- при трубе 20 мм в диаметре - 18 метров;
- при трубе 25 мм в диаметре - 12 метров;
- при трубе 32 мм в диаметре - 6,5 метров.
2 Модельный ряд
Рециркулярные напорные аппараты таких именитых производителей, как Grundfos, Wilo, Imp Pumps, Halm и многих других могут обеспечивать подачу горячего теплоносителя в радиаторы и теплые полы, краны и трубы по всему дому своевременно и в требуемом объеме. Рассмотрим некоторые популярные на рынке модели.
2.1 Grundfos UP 15-14 BА РМ
Это модель для промышленного и бытового использования, которая оптимизирует работу систем ГВС и отопления. Напорный аппарат мгновенно подает в краны горячую воду и минимизирует потери тепла при циркуляции в трубопроводах.
Укомплектована эта модель практически бесшумным ротором мокрого типа, и регулятором, который обеспечивает три режима работы в зависимости от требований и технических характеристик системы.
Режим постоянного цикла водоснабжения обеспечивает бесперебойную постоянную работу, режим контроля температур автоматически включает насос если температура теплоносителя понизилась ниже заданного уровня. И режим АutoАdapt контролирует состояние всей системы, подстраивая ее под изменение текущих запросов и параметров.
Подключается аппарат при помощи соединителей типа «американка» и дроссельных клапанов, работает в температурном диапазоне от +2 ˚С до +95 ˚С. Работает с горячей и холодной водой при напоре в 1 м/с, при давлении в 10 атмосфер.
Помимо серии UP, компания Grundfos поставляет на рынки напорную технику для отопления и систем ГВС марок ALPHA2, COMFORT, MAGNA/UPE, TP иTPE.
2.2
Это сдвоенная циркуляционно-рециркулярная техника, с ротором мокрого типа и фланцевыми соединениями. Электронно-коммутируемый электродвигатель с автоматическим регулятором мощности. Аппараты применяют для систем отопления и кондиционирования, в закрытых контурах охлаждения и промышленных циркуляционных системах.
Температурный диапазон носителя в системе от минус 10° C до +110° C и давление от 6 до 16 бар в зависимости от варианта стандартного или специального исполнения делают эту техник достаточно универсальной для использования в промышленном и частном секторе.
Кроме этой модели, компания Wilo может предоставить на выбор и другие модели, которые подходят для установки в системах ГВС и отопления. Это марки Wilo-Stratos PICO и Wilo-Stratos GIGA, Wilo-CronoTwin-DL-E и Wilo-CronoLine-IL-E, Wilo-CronoBloc-BL-E и Wilo-VeroLine-IP-E.
2.3 Насос рециркуляции ГВС Wilo Star-Z Nova: обзор, монтаж (видео)
2.4 IMP Pumps NMT
Предназначены для отопления, климатических установок и перекачки бытовой чистой бытовой воды. Аппараты NMT — это конвейерная конструкция с ротором мокрого типа, встроенной управляющей электроникой, стабилизаторами и аппаратурой связи. Выпускаются в одиночном и сдвоенном вариантах.
Различают также два вида подсоединения, от которого напрямую зависят остальные характеристики этой аппаратуры. Так при резьбовом подключении в 15-32 мм достигается максимальная производительность 2,6 — 4,5 кубических метра в час, при максимальной высоте подъема в 14 – 17 метров и давлении в 6-10 бар.
Мощность аппаратов колеблется в пределах 500 – 1600 Вт, а допустимая температура для нормальной работы от 5° C до 95° C. Класс изоляции –Н, и материал, из которого изготовлен корпус – чугун.
При фланцевом подключении в 40 — 100 мм все характеристики вырастают на несколько порядков. Максимальная производительность 27 – 78 кубических метра в час, при максимальной высоте подъема в 4,0 — 8,0 метров и давлении в 10 бар.
Мощность аппаратов колеблется в пределах 25 – 75 Вт, а допустимая температура для нормальной работы от — 10° C до +110° C. Класс изоляции – Н, и материал, из которого изготовлен корпус – чугун.
Помимо этой модели, техника для отопления и ГВС представлена такими моделями, как IMP Pumps NMTD, IMP Pumps EGHN, IMP Pumps GHN, IMP Pumps GHND, IMP Pumps GHNM и IMP Pumps SAN basic.
Рециркуляционные насосные установки используются в водогрейных котельных и в котельных смешанного типа (с паровыми и водогрейными котлами). Их назначение в поддержании температуры воды на входе в водогрейный котел не менее допустимой с учетом используемого топлива. С той целью рециркуляционный насос часть нагретой воды в котле подает снова на вход в котел, где она перемешивается с обратной водой из тепловой сети и увеличивает ее температуру до заданной величины. Иногда на производстве важно иметь катализатор Клауса, который можно купить только в специализированном магазине.
Температура воды на входе в котел зависит от вида топлива и содержания в нем серы. При сжигании углей и мазута образуются пары серы и ее соединений, которые легко конденсируются на экранных трубах котла, где их температура не превышает 100ºС, что приводит к интенсивной эрозии поверхности труб и утонению стенки. Использование природного и других энергетических газов в качестве топлива для котлов позволяет снизить минимальную температуру поверхности экранных труб до 60-70ºС, исключая эрозию их поверхностей.
Многообразие условий покрытия круглогодичных и пиковых тепловых нагрузок на территории нашей страны стало причиной проектирования водогрейных установок со значительными отличиями в тепловой схеме, что позволило более полно и эффективно обеспечивать теплом потребителей производственного, социального и жилищного сектора.
Вторым важным назначением рециркуляционных насосов является оперативное обеспечение регулирования тепловой нагрузки в соответствии с графиком и изменениями атмосферных условий. Эффективное регулирование тепловой нагрузки возможно только при сохранении заданного уровня надежности системы. Это, от части, является причиной проектирования водогрейных установок со значительными отличиями в тепловой схеме.
Тепловая схема котельной и схема включения рециркуляционного насоса жестко связаны с температурным графиком подачи тепла потребителям в разные сезоны года и необходимостью в большей или меньшей мере производить подпитку сетевой установки.
Наиболее распространенные схемы включения рециркуляционных насосов в тепловые схемы водогрейных котельных и котельных смешанного типа приведены ниже.
Наиболее простая схема включения рециркуляционных насосов используется в тех случаях когда температура воды в подающем трубопроводе – tП более 110ºС и теплоноситель используется для покрытия нагрузок на вентиляцию и отопление рисунке 1:
Рециркуляционный насос установлен на байпасе, соединяющем подводящий и отводящий трубопроводы водогрейного котла. В напорной части байпаса перед врезкой в подводящий трубопровод установлен регулятор подачи рециркуляционного насоса. Он выполнен в виде клапана с автоматическим приводом. Управление приводом клапана связано с температурой воды в обратном трубопроводе – tОБ. При уменьшении tОБ клапан частично поднимается и увеличивает производительность рециркуляционного насоса, что приводит к повышению температуры воды на входе в котел – tВК до расчетной величины. При повышении tОБ (для уменьшения тепловой нагрузки) клапан поднимается, увеличивая проходное сечение, снижая гидравлическое сопротивление байпаса, что приводит к увеличению производительности рециркуляционного насоса и увеличению температуры воды в подающем трубопроводе котла до расчетной величины.
Достоинствами этой схемы являются ее простота и надежность.
В водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива природного газа, при закрытой схеме теплоснабжения получила применение схема включения рециркуляционных насосов, приведенная на рисунке 2:
Из обратного трубопровода холодная вода поступает на вход сетевого насоса. Сюда же рециркуляционный насос подает воду из водогрейного котла, которая прежде проходит одну или две ступени подогрева сырой воды. Вода из циркуляционного контура при смешивании с водой из обратного трубопровода, увеличивает ее температуру до 70ºС. С этой температурой вода поступает через сетевой насос в водогрейный котел, а из котла подается в трубопровод прямого тока для покрытия нагрузок внешних потребителей тепла.
Сырая вода, подвергаясь последовательно: подогреву, механической и химической очистке, вторичному подогреву и деаэрации, – подается в аккумулирующие баки (на рис. 2 подогреватель второй ступени и аккумулирующие баки не показаны). По мере необходимости подпиточным насосом вода из аккумулирующих баков подается в трубопровод обратной воды тепловой сети для поддержания в ней расчетного давления.
В этой схеме производительность сетевого насоса должна приниматься несколько больше, чем расход воды в трубопроводе прямого тока, так как часть воды сетевой насос подает в контур рециркуляции. Производительность рециркуляционного насоса может быть меньше, чем сетевого насоса в 5-10 раз и более.
Регулирование производительности рециркуляционного насоса осуществляется регулятором подачи, который выполнен в виде клапана с автоматическим приводом. Управление приводом клапана связано с температурой воды в обратном трубопроводе. При увеличении температуры воды в обратном трубопроводе клапан частично прикрывается и уменьшает производительность рециркуляционного насоса, что приводит к снижению температуры воды на входе в котел до расчетной величины (70ºС). При уменьшении tОБ клапан поднимается, увеличивая проходное сечение, снижая гидравлическое сопротивление байпаса, что приводит к увеличению производительности рециркуляционного насоса и увеличению температуры воды в подающем трубопроводе сетевого насоса (котла) до расчетной величины.
Регулирование тепловой нагрузки для внешних потребителей в этой схеме возможно, как за счет изменения температуры воды на входе в котел, так и за счет незначительного изменения производительности сетевого насоса.
Несомненными достоинствами этой схемы являются ее простота, высокая экономичность и надежность.
В пиковых водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива мазутов, получила широкое применение схема включения рециркуляционных насосов, приведенная на рисунке 3:
Рециркуляционный насос, как и в схеме по рис. 3, установлен на байпасе, соединяющем подводящий и отводящий трубопроводы котла. В напорной части байпаса установлен регулятор подачи насоса, в виде клапана с автоматическим приводом.
Горячая вода с выхода котла с температурой 150ºС подается:
– на мазутное хозяйство;
– на подогрев подпиточной воды;
– на вход рециркуляционного насоса;
– в трубопровод прямого тока.
Тепловая нагрузка мазутного хозяйства изменяется как в течение суток, так и по сезонам года. Минимальные тепловые нагрузки отмечаются в летний сезон. Максимальные тепловые нагрузки мазутного хозяйства отмечаются в зимний сезон во время выгрузки мазута из цистерн в аккумулирующие баки. Зимние тепловые нагрузки мазутного хозяйства могут превышать летние нагрузки в 2-4 раза. По этой причине в северных регионах нашей страны для обеспечения теплом только мазутного хозяйства на водогрейных котельных устанавливают паровые котлы низкого давления. Это требует дополнительных площадей в котельном цехе и увеличивает капитальные затраты проекта. Увеличиваются и эксплуатационные затраты, что повышает стоимость 1Гкал отпускаемого тепла. Несомненным плюсом в этом случае является возможность увеличения тепловой нагрузки на внешнего потребителя. Охлажденная вода из теплообменников мазутного хозяйства подмешивается в трубопровод обратной воды внешних потребителей.
Тепловая нагрузка на подогрев подпиточной зависит от схемы теплоснабжения. При замкнутой схеме потери теплоносителя из-за неплотностей не должны превышать 1-2%. При разомкнутой схеме теплоснабжения потери теплоносителя в сети, а, следовательно, и отбор горячей воды из котла на подогрев подпиточной воды значительно увеличиваются. Охлажденная вода из подогревателей подпиточной воды подается в трубопровод прямого тока.
Производительность рециркуляционного насоса регулируется автоматическим клапаном с учетом температуры обратной воды из сети внешних потребителей тепловой энергии. При замкнутой схеме теплоснабжения влияние расхода греющей воды через подогреватели подпиточной воды на работу рециркуляционного насоса незначительное. Для разомкнутых схем теплоснабжения регулирование производительности рециркуляционного насоса производится в более широком диапазоне, что требует использования других приемов регулирования.
Сравнительно простая схема включения рециркуляционных насосов используется и в тех случаях когда tП < 100ºС, а теплоноситель используется только для покрытия нагрузок на вентиляцию и отопление рисунке 4:
Рециркуляционный насос установлен перед котлом и подает через него горячую воду в трубопровод прямого тока и в байпас. В прямом трубопроводе часть горячей воды смешивается с водой из обратного трубопровода и с температурой tП поступает потребителю. Другая часть горячей воды из котла по байпасу поступает на вход рециркуляционного насоса. Сюда же поступает часть обратной воды, которая прошла через сетевой насос с повышением давления до расчетного.
В пиковых водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива мазутов, для разомкнутой схемы теплоснабжения получила применение схема включения рециркуляционных насосов в рассечку между сетевым подогревателем и котлом рисунке 5:
Рециркуляционный насос подает воду в котел с температурой не менее 110ºС, откуда горячая вода с температурой 150ºС и более подается в мазутное хозяйство, в подогреватель подпиточной воды и на сетевой подогреватель. Холодная вода из мазутного хозяйства подается в трубопровод обратной воды, проходит сетевой подогреватель и поступает в сеть потребителям тепла. Вода из сетевого подогревателя с tП не менее 110ºС поступает на вход рециркуляционного насоса. Сырая вода предварительно перед химической очисткой подогревается до температуры 20 ºС, например, водоводяным подогревателем и водой из мазутного хозяйства. После ХВО подпиточная вода подогревается до 50-70 ºС и поступает в вакуумный деаэратор, а из него в аккумулирующие баки (на рис. 5 не показаны).
Аккумулирующие баки накапливают воду в периоды водоразбора меньше среднесуточного и отдают дополнительное количество деаэрированной воды в циркуляционный контур котла. Из этого же контура через мазутное хозяйство производится подпитка и тепловой сети. При необходимости подпитка тепловой сети может производиться насосом подпиточной воды через поперечную перемычку с клапаном перед сетевым подогревателем (на рис. 5 не показана). Установка аккумуляторных баков позволяет работать оборудованию установки горячего водоснабжения с постоянной среднесуточной нагрузкой, что является наиболее экономичным решением.
Всю аппаратуру котельной, предназначенную для подпитки тепловой сети следует рассчитывать на среднечасовой расход воды за сутки с максимальным водоразбором.
Регулирование тепловой нагрузки производится за счет изменения производительности рециркуляционного насоса. Для этого на подводящем трубопроводе установлен регулирующий клапан с автоматическим приводом. Управление клапаном производится с учетом температуры воды в обратном трубопроводе. При уменьшении температуры обратной воды клапан поднимается и увеличивает проходное сечение, что приводит к уменьшению сопротивления рециркуляционного контура, увеличению производительности рециркуляционного насоса и снижению тепловой нагрузки на сетевой подогреватель. При этом одновременно в котел подается меньше топлива и воздуха для понижения его рабочей мощности.
Система регулирования тепловой нагрузки выполняется так, что при любом изменении потребления тепла tВК остается не менее 110ºС.
Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Пользуясь данными, полученными от заказчика, и методикой, изложенной в § 5.1, приступают к составлению, затем и расчету схем, которые называются тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, поскольку максимальная теплопроизводительность чугунных котлов не превышает 1,0 - 1,5 Гкал/ч.
Так как рассмотрение тепловых схем удобнее вести на практических примерах, ниже приведены принципиальные и развернутые схемы котельных с водогрейными котлами. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, работающей на закрытую систему теплоснабжения, показана на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.
1 - котел водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химии чески очищенной воды; 9 - охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.
Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же подводится вода от подпиточных насосов 5, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. К насосам 1 и 2 подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой воды 7.
Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 3, перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов 2, минуя котлы, подают по линии перепуска в количестве G пер в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавка химически очищенной воды подогревается в теплообменниках 9, 8 11 деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из баков 6 забирает подпиточный насос 5 и подает в обратную линию.
Даже в мощных водогрейных котельных, работающих на закрытые системы теплоснабжения, можно обойтись одним деаэратором подпиточной воды с невысокой производительностью. Уменьшается также мощность подпиточных насосов, оборудование водоподготовительной установки и снижаются требования к качеству подпиточной воды по сравнению с котельными для открытых систем. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.
Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей будут одинаковы. Для обеспечения расчетной температуры воды на входе в тепловые сети к выходящей из котлов воде подмешивается сетевая вода из обратного трубопровода. Для этого между трубопроводами обратной и подающей линии, после сетевых насосов, монтируют линию перепуска.
Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы стальных водогрейных котлов, отличающимся от режима тепловых сетей. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем изменения температуры воды на выходе из котлов.
Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо, поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая:
- при работе на природном газе - не ниже 60°С;
- при работе на малосернистом мазуте - не ниже 70°С;
- при работе на высокосернистом мазуте - не ниже 110°С.
В связи с тем, что температура воды в обратных линиях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения предусматривают, как отмечено ранее, рециркуляцинонные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных котлоагрегатов.
Во многих случаях водяные тепловые сети рассчитываются для работы по так называемому отопительному температурному графику типа, показанного на рис. 2.9. Расчет показывает, что максимальный часовой расход воды, поступающей в тепловые сети от котлов, получается при режиме, соответствующем точке излома графика температур воды в сетях, т. е. при температуре наружного воздуха, которой соответствует на низшей температура воды в подающей линии. Эту температуру поддерживают постоянной даже при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха.
Исходя из изложенного, в расчет тепловой схемы котельной вводят пятый характерный режим, отвечающий точке излома графика температур воды в сетях. Такие графики строятся для каждого района с соответствующей последнему расчетной температурой наружного воздуха по типу показанного на рис. 2.9. С помощью подобного графика легко находятся необходимые температуры в подающей и обратной магистралях тепловых сетей и необходимые температуры воды на выходе из котлов. Подобные графики для определения температур воды в тепловых сетях для различных расчетных температур наружного воздуха - от -13°С до - 40°С разработаны Теплоэлектропроектом.
Температуры воды в подающей и в обратной магистралях,°С, тепловой сети могут быть определены по формулам:
где t вн - температура воздуха внутри отапливаемых помещений,°С; t H - расчетная температура наружного воздуха для отопления,°С; t′ H - изменяющаяся во времени температура наружного воздуха,°С;π′ i - температура воды в подающем трубопроводе при t н °С; π 2 - температура воды в обратном трубопроводе при t н °С;tн - температура воды в подающем трубопроводе при t′ н,°С; ∆т - расчетный перепад температур, ∆t = π 1 - π 2 ,°С; θ =π з -π 2 - расчетный перепад температур в местной системе,°С; π 3 = π 1 + aπ 2 / 1+ a - расчетная температура воды, поступающей в отопительный прибор, °С; π′ 2 - температура воды, идущей в обратный трубопровод от прибора при t" H ,°С; а - коэффициент смещения, равный отношению количества обратной воды, подсасываемой элеватором, к количеству сетевой воды.
Сложность расчетных формул (5.40) и (5.41) для определения температуры воды в тепловых сетях подтверждает целесообразность использования графиков типа показанного на рис. 2.9, построенного для района с расчетной температурой наружного воздуха - 26 °С. Из графика видно, что при температурах наружного воздуха 3°C и выше вплоть до конца отопительного сезона температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей постоянна и равна 70 °С.
Исходными данными для расчетов тепловых схем котельных со стальными водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, как указывалось выше, служат расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь в котельной, сетях и расхода теплоты на собственные нужды котельной.
Соотношение отопительно-вентиляционных нагрузок и нагрузок горячего водоснабжения уточняется в зависимости от местных условий работы потребителей. Практика эксплуатации отопительных котельных показывает, что среднечасовой за сутки расход теплоты на горячее водоснабжение составляет около 20 % полной теплопроизводительности котельной. Тепловые потери в наружных тепловых сетях рекомендуется принимать в размере до 3 % общего расхода теплоты. Максимальные часовые расчетные расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной с водогрейными котлами при закрытой системе теплоснабжения можно принять по рекомендации в размере до 3 % установленной теплопроизводительности всех котлов.
Суммарный часовой расход воды в подающей линии тепловых сетей на выходе из котельной определяется, исходя из температурного режима работы тепловых сетей, и, кроме того, зависит от утечки воды через не плотности. Утечка из тепловых сетей для закрытых систем теплоснабжения не должна превышать 0,25 % объема воды в трубах тепловых сетей.
Допускается ориентировочно принимать удельный объем воды в местных системах отопления зданий на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты для жилых районов 30 м 3 и для промышленных предприятий - 15 м 3 .
С учетом удельного объема воды в трубопроводах тепловых сетей и подогревательных установках общий объем воды в закрытой системе ориентировочно можно принимать равным для жилых районов 45 - 50 м 3 , для промышленных предприятий - 25 - 35 MS на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты.
Рис. 5.8. Развернутаые тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.
1 - котел водогрейный; 2 - насос рециркуляционный; 3 - насос сетевой; 4 - насос сетевой летний; 5 - насос сырой воды; 6 - насос конденсатный; 7 - бак конденсатный; 8 - подогреватель сырой воды; 9 - подогреватель химически очищенной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.
Иногда для предварительного определения количества утекающей из закрытой системы сетевой воды эту величину принимают в пределах до 2 % расхода воды в подающей линии. На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования котельной составляется полная развернутая тепловая схема. Для каждой технологической части котельной обычно составляются раздельные развернутые схемы, т. е. для оборудования собственно котельной, химводоочистки и мазутного хозяйства. Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ -ТС - 20 для закрытой системы теплоснабжения показана на рис. 5.8.
В верхней правой части этой схемы размещены водогрейные котлы 1, а в левой - деаэраторы 10 ниже котлов размещены рециркуляцинонные ниже сетевые насосы, под деаэраторами - теплообменники (подогреватели) 9, бак деаэрированной воды 7, подпилочные насосы 6, насосы сырой воды 5, дренажные баки и продувочный колодец. При выполнении развернутых тепловых схем котельных с водогрейными котлами применяют обще станционную или агрегатную схему компоновки оборудования (рис. 5.9).
Общестанционные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения характеризуется присоединением сетевых 2 и рециркуляционных 3 насосов, при котором вода из обратной линии тепловых сетей может поступать к любому из сетевых насосов 2 и 4, подключенных к магистральному трубопроводу, питающему водой все котлы котельной. Рециркуляцинонные насосы 3 подают горячую воду из общей линии за котлами также в общую линию, питающую водой все водогрейные котлы.
При агрегатной схеме компоновки оборудования котельной, изображенной на рис. 5.10, для каждого котла 1 устанавливаются сетевые 2 и рециркулярные насосы 3.
Рис 5.9 Общестанционная компоновка котлов сетевых и рециркуляционных насосов.1 - котел водогрейный, 2 - рециркуляционный, 3 - насос сетевой, 4 - насос сетевой летний.
Рис. 5-10. Агрегатная компоновка котлов КВ - ГМ - 100, сетевых и рециркуляционных насосов. 1 - насос водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный.
Вода из обратной магистрали поступает параллельно ко всем сетевым насосам , а нагнетательный трубопровод каждого насоса подключен только к одному из водонагревательных котлов. К рециркуляционному насосу горячая вода поступает из трубопроводом за каждым котлом до включения его в общую падающую магистраль и направляется в питательную линию того же котлоагрегата. При компоновке при агрегатной схеме предусматривается установка одного для всех водогрейных котлов. На рис.5.10 линии подпиточной и горячей воды к основным трубопроводам и теплообменником не показаны.
Агрегатный способ размещения оборудования особенно широко применяется в проектах водогрейных котельных с крупными котлами ПТВМ - 30М, КВ - ГМ 100. и др. Выбор обще станционного или агрегатного способа компоновки оборудования котельных с водогрейными котлами в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них из компоновки при агрегатной схеме является облегчение учета и регулирования расхода и параметра теплоносителя от каждого агрегата магистральных теплопроводов большого диаметра и упрощение ввода в эксплуатацию каждого агрегата.
Котельный завод Энергия-СПБ производит различные модели водогрейных котлов . Транспортирование котлов и другого котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.
