Повышение технико – экономической эффективности работы тепломеханического оборудования теплосетей в условиях ТЭЦ

Эпизодические отключения электроэнергии требуют  прогнозированного обеспечения  поведения системы местных систем и разработки мер защиты от пагубных последствий. С этой целью на подмешивающей  перемычке устанавливают обратный клапан, предотвращающий попадание  теплоносителя из подающего в  обратный трубопровод теплосети. Кроме  того, учитывают пропуск теплоносителя  через обесточенный насос. Пропускаемый расход зависит от этого перепада и от сопротивления системы отопления. Двухтрубные системы отопления, имея бoльшее гидравлическое сопротивление, чем однотрубные, надежнее в таких ситуациях. Они пропускают меньший расход теплоносителя. Ориентировочно – 10...20 % от расчетного значения, но и этого может оказаться чрезмерно много для температурного удлинения трубопроводов, деструкции уплотнительных материалов и т. п. при значительном превышении температуры теплоносителя в теплосети над расчетной температурой теплоносителя в системе отопления. Поэтому общим требованием является необходимость предусмотрения защиты местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя, например, применением регулятора теплового потока, закрывающегося при пропадании электричества.

Полное  отсечение системы отопления  современных зданий, имеющих большую  тепловую инерцию, не приводит к ее замораживанию в течение нескольких дней. Более незащищенными являются системы отопления малоинерционных  и неутепленных зданий. Поэтому, несмотря на запрещающие требования, иногда делают обводной трубопровод вокруг насоса с установкой обратного клапана. Воздействие перепада давления, развиваемого насосом, держит клапан в закрытом состоянии. При обесточенном насосе под противоположно направленной (относительно насоса) разностью давления в трубопроводах теплосети открывается обратный клапан и попадает теплоноситель в систему отопления.

Особого подхода в обеспечении работоспособности  требуют инженерные системы высотных зданий и зданий, расположенных на возвышенности. Ранее применяли  схему с насосом на подающем трубопроводеи наделяли его при необходимости повысительной функцией. Сегодня преимущественным способом является независимое подключение абонента, гидравлически отсоединяющее систему отопления от теплосети и минимизирующее аварийные ситуации. Вариантом абонентского ввода является комбинированное подключение системы отопления к теплосети. Его применяют при зонировании системы отопления высотного здания. Нижнюю зону подключают по зависимой схеме со смешиванием, а верхнюю – по независимой. Вариантом комбинированного подключения является применение независимого подключения всех зон системы отопления высотного жилого здания и зависимого подключения встроенного или пристроенного гаража.

Независимое присоединение системы отопления  применяют для создания местного теплогидравлического режима при tг < Т1. Гидравлическое разделение теплосети от системы отопления осуществляют поверхностным теплообменником. Принимают такое решение при превышении давления в теплосети над допустимым давлением для системы отопления либо наоборот – когда статическое давление системы превышает допустимый предел для теплосети. Кроме того, в обосновании выбора независимого присоединения все чаще становятся эксплуатационные требования работоспособности современных систем отопления.

Условия эксплуатации насосов, поквартирных расходомеров, автоматических регуляторов теплогидравлических параметров теплоносителя, терморегуляторов, штампованных стальных радиаторов... в большинстве своем требуют применения качественного теплоносителя. Например, без твердых примесей, без спуска воды из системы в теплый период года... Обеспечить такие условия возможно лишь при независимом под ключении к теплосети. Преимуществом независимого подключения является также тот факт, что система отопления в значительно меньшей мере подвержена влиянию изменения гидравлического режима теплосети со временем и меньше сама влияет на теплосеть. Независимое подключение способствует уменьшению объема теплоносителя в теплосети, а значит снижению затрат на водоподготовку. Особо важным является уменьшение инерционности теплосети, что в итоге приводит к улучшению качества предоставляемой услуги по отоплению зданий за счет своевременного реагирования центрального качественного регулирования на изменение погодных условий. Поэтому независимое подключение является предпочтительным и перспективным техническим решением

Взаимное  расположение насоса и теплообменника не имеет особого значения. Современные  насосы способны эффективно работать как на подающем, так и на обратном трубопроводе. Однако у каждого размещения есть незначительные преимущества, которыми, как правило, пренебрегают. Насос  на обратном трубопроводе имеет несколько  больший кавитационный запас и лучший теплоотвод от двигателя с мокрым ротором. В тоже время он перекачивает теплоноситель с большей плотностью, увеличивая потребляемую мощность на валу двигателя и, соответственно, энергопотребление по сравнению с насосом на подающем трубопроводе.

Кроме схем с одним теплообменником для  системы отопления, применяют схемы  и с двумя теплообменниками. Два  параллельно включенных теплообменника  устанавливают на абонентских вводах зданий, не допускающих перерывов  в подаче теплоты. Каждый теплообменник  рассчитывают на 100 % теплопотерь здания.

Два параллельно  включенных теплообменника применяют  также при независимом подключении  системы отопления с пофасадным регулированием. Эта схема целесообразна для базовой либо дежурной системы отопления без терморегуляторов на отопительных приборах. Например, для системы отопления общественного здания, совместно работающей на нагрев воздуха с системой кондиционирования. В этом случае тепловым комфортом управляют терморегуляторы на фанкойлах. При этом уменьшаются колебания давления теплоносителя в системе кондиционирования, и улучшаются ее регулировочные характеристики. Для пофасадных схем с теплообменниками применяют также схемы с одним циркуляционным насосом на обе фасадные ветви. Однако такое решение не обеспечивает в полной мере эффективного регулирования, т. к. при одном насосе смешиваются теплоносители из обратных трубопроводов разных фасадов, создавая потребность в корректировке параметров каждой фасадной ветви.

 

 

3.2.4.1. Устройство и принцип  действия элеватора

 

     Элеватор предназначен  для снижения температуры воды, поступающей из тепловой сети  в местную систему, до необходимой  температуры.

Элеватор состоит из сопла, камеры всасывания, камеры смешения и диффузора. Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения U_p, т.е. отношение расхода подмешиваемой (обратной от системы отопления) воды к расходу горячей воды, поступающей из тепловой сети:

                                            ,                                                      (29)

 где  G_с – расчетный расход сетевой воды, т/час;  

G_от – расчетный расход воды в местной системе отопления, т/час.

 

Значение U_p также определяется из уравнения теплового баланса элеваторного ввода, которое может быть выражено через температуры смешиваемой воды:

               ,                                                      (30)

где  Т₁ – температура горячей воды в подающем трубопроводе тепловой сети ⁰С;

Т₂ – температура обратной воды местной системы ⁰С; 

Т₃–температура смешанной воды, поступающей в местную систему.

 

Для создания расчетного коэффициента смешивания разность напоров в подающем и обратном трубопроводах (располагаемый  напор Н_рас) перед элеватором должно быть не менее

 

                                            Н_рас=1,4h(1+U_p)²м,                                              (31)

 

где h – величина расчетных гидравлических потерь в местной системе отопления, м.

 

     От качества изготовления  элеватора зависит надежность  его работы. Элеватор выбирают  в зависимости от диаметра  камеры смешивания, который равен 

                                            .                                            (32)

     При выборе номера  элеватора по расчетному диаметру  камеры смешивания следует брать  стандартный элеватор с ближайшим  меньшим диаметром камеры смешивания, так как завышенный диаметр камеры снижает КПД элеватора. Диаметр выходного сечения сопла элеватора определяют по формуле

                   ,                                        (33)

где H_г – напор, дросселируемой в сопле элеватора, м.

 

     Элеватор работает по принципу  инжектора. Сетевая вода из  подающей трубы, проходя по  соплу приобретает при выходе  из него значительную скорость, при этом давление снижается  до величины более низкой чем  в патрубке (приемной камеры) подмешиваемой  обратной воды.

      Обратная вода подсасывается  выходящей из сопла струей  рабочей воды и смешивается  в камере смешивания, где скорость  смешиваемой воды выравнивается.  В диффузоре, вследствие постепенного  увеличения его сечения, скорость  смешанного потока падает, давление  растет до величины необходимой  для преодоления сопротивления  отопительной системы. 

       Для обеспечения нормальной работы  элеватора сопло должно быть  установлено строго по оси  диффузора, так как нарушение  соосности уменьшает коэффициент смешения.

 

       3.2.4 О давлении в подающем трубопроводе

     

      При условии соблюдения расчётного  объёма циркуляции и подпитки  теплосети КТС ТЭЦ – 3 сможет  поддерживать давление в подающем  трубопроводе давление 14 кгс/см². В работе будут задействованы 6 сетевых насосов с полной загрузкой. Один СЭН в резерве. При увеличении расчётного объёма циркуляции и подпитки теплосети давление в подающем трубопроводе будет снижаться пропорционально увеличению объёмам сетевой и подпиточной воды.

           

         Выводы:

При написании  данной главы выполнено следующее:

1. Изложены методы  анализа гидравлического и температурного режимов тепловых сетей;
2. Изучены существующие гидравлический и температурный режимы тепловых сетей, обслуживаемых КарТЭЦ – 3;
3. Выполнен расчет температурного графика тепловых сетей ТЭЦ – 3,  с учетом  ГВС,  откуда установлено, что: фактически выполняемый Карагандинской ТЭЦ-3 температурный график обеспечивает комфортную температуру в помещениях только до температуры наружного воздуха -13⁰С, при дальнейшем похолодании данный график не обеспечивает требуемым теплом потребителей подключенных к ТЭЦ-3. Для качественного теплоснобжения необходимо увеличивать располагаемую тепловую мощность станции для обеспечения температурного графика 150/70⁰С без срезок;
4. Повышение технико – экономических показателей теплосети, по пропускной способности теплообменников и по располагаемому напору в трубопроводах очередей на выходе их с Карагандинской ТЭЦ - 3, может быть обеспечено мероприятиями по вводу в строй: восьми не действующих на данный момент (из 14) сетевых подогревателей ПСВ - 500 – 14 – 23; ремонту бойлеров ПСВ – 315 -3 – 23, ПСВ – 500 -3 – 23; возможна реконструкция бойлеров путем их замены на пластинчатые теплообменники модели ПС, в расчете на  тепловые нагрузки теплосетей при расчетном оптимальном температурном графике;
5. При работе котлов № 1, 2, 3, 4, 5, 6 (котел № 7 находится в не рабочем состоянии) производится пара – 2170 т/ч или 1262 Гкал/ч; перемена в котлах т.е. замена к/а № 5 на 7 увеличения паровой нагрузки не приносит в связи с тем (2210т/ч, 1281 Гкал/ч), что к/а 6 и 7 должны работать на ТГ № 5, а паропровод не рассчитан на пропуск 740 т/ч пара до ТГ № 4 и поэтому котлы  запирают друг друга и нагрузки снижаются до 355 ÷ 360т/ч

   

 

4 Технико – экономическая эффективность и охрана труда

 

   4.1 Экономическая эффективность  предлагаемых мероприятий

 

     Качественная оценка экономической эффективности мероприятий по повышению теплотехнических параметров теплофикационного оборудования теплосетей может быть сделана на примере реконструкции бойлеров (сетевых подогревателей) путем их замены на пластинчатые теплообменники, в расчете на тепловые нагрузки ТЭЦ - 3.

     В  таблице 14 приведены  параметры и технические характеристики  различных  пластинчатых теплообменников,  на основании чего, зная стоимость  материала (нержавеющая сталь)  из которого изготовлены данные  установки, можно рассчитать  стоимость  пластинчатой установки  и сравнить со стоимостью бойлерного  аппарата.

      На данный момент времени, по  сведениям из сети  Internet, стоимость нержавеющей стали составляет в тенге . Вычисляя  площадь отдельной пластины по ее габаритам

 

              ,

 

а затем, зная толщину пластины, ее объем

 

                                                        ,

 

по плотности  нержавеющей стали,                                                    , определим массу отдельной пластины

и по максимальному  количеству пластин в теплообменнике вычисли массу пластинчатой системы

          

,

 

откуда нетрудно найти стоимость  пластинчатой части  установки 

 

.

 

Результаты  расчетов отображены в таблице 13. Поскольку  основная часть пластинчатого теплообменника изготовлена из нержавеющей  стали  и аппарат имеет, примерно, форму  прямоугольного параллелепипеда, по приведенным  из  таблицы 13  габаритам установки                                                 , можно найти ее массу (вместе с пластинчатой системой) по формуле ,а затем примерную стоимость исходного материала установки (по данным сайта http://www.uznai.su/)

 

                                               .

 

Для модели установки пластинчатого теплообменного аппарата типа  СВ-76 с расчетной  площадью поверхности теплообмена  , в комплект которого, согласно таблице 17, должно входить 75 пластин, общей стоимостью

 

    ,