Улучшение теплового и гидравлического режима системы теплоснабжения п. Победа г. Хабаровска

При теплоснабжении пос. Победа г. Хабаровска от котельных №3,22,28, квартальной котельной по улице Ясная в отопительный период 1999-2000 выявлено множество проблем, связанных с тепловым и гидравлическим режимом системы.

Анализ работы системы теплоснабжения от котельной №3 показал: увеличение расхода теплоносителя в два раза по отношению к расчетному; увеличение подпитки - в полтора раза; отсутствие значимых перепадов давления на концевых участках трассы; перепад температур между подающим о обратным трубопроводом при этом составил не более 5°С.

На данный момент к котельной №3 подключены 16 абонентов с переменной этажностью – от 2-х до 9-и. Котельная оборудована котлами типа «Универсал 6». В качестве топлива используется уголь Райчихинского месторождения. Подпитка котельной осуществляется от холодного водопровода. Химобработка воды отсутствует. Котельная работает в температурном графике 95-70 °С. Общая тепловая нагрузка на отопление составляет 2,7101 Гкал/час. ГВС отсутствует. Схема подключения абонентов безэлеваторная, через ограничительную диафрагму.

Учитывая неудовлетворительную работу данной системы теплоснабжения Хабаровскими тепловыми сетями (ХТС) решено переподключить абонентов котельных №3,22,28, квартальной котельной по улице Ясная к врезке тепловой сети от ЦТК 337/03. Общая тепловая нагрузка которых составляет 35,52 Гкал/час с учетом перспективного подключения равного 4,91 Гкал/час. Общая весовая нагрузка составляет при этом 645,9 т/час, без перспективной нагрузки 558 т/час. Давление в подающем и обратном трубопроводе ЦТК соответственно равны Р₁=82м и Р₂=35 м. Расчетные параметры теплоносителя – воды 125-70 °С. Присоединение систем теплопотребления абонентов квартальной котельной и частично котельной №22 элеваторное.

Для абонентов котельных №3,22,28 предусмотрено независимое подключение через бойлерную установку, установленную в помещении котельной №3.

При анализе проекта теплоснабжения абонентов от бойлерной котельной №3, выявлены неточности в гидравлических расчетах. Поэтому необходимо провести уточненные гидравлические расчеты, выбрать схемы подключения систем отопления и горячего водоснабжения в ЦТП, рассчитать и подобрать оборудование ЦТП, произвести расчет дроссельных устройств для вводов абонентов котельных №3,22,28.

1. Перевод системы теплоснабжения от котельных № 3,22, 28 и квартальной котельной п. Победа на централизованное теплоснабжение от ТЭЦ-3

1.1 Сбор и уточнение тепловых нагрузок

Расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для абонентов квартальной котельной, расположенной по улице Ясной, котельных №22, №28, №3 Краснофлотского района, подключаемых к врезке тепловой сети идущей от ЦТК 337/03 – приняты по данным Хабаровских тепловых сетей и представлены в таблице А.1 приложения А. Суммарная нагрузка на отопление Q_о=27,21 Гкал/ч (31,7 МВт), на вентиляцию Q_v=0,172 Гкал/ч (0,2 МВт), горячее водоснабжение (максимальная) Q_hmax=8,351 Гкал/ч (9,72 МВт). Общая нагрузка составила Q=35,739 Гкал/ч (41,6 МВт).

Расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для абонентов котельных №22, №28, №3 подключаемых к бойлерной установке, расположенной в котельной №3 Краснофлотского района приняты по данным Хабаровских тепловых сетей и представлены в таблице А.2 приложения А. Суммарная нагрузка на отопление Q_о=5,90 Гкал/ч (6,86 МВт), на вентиляцию Q_v=0 Гкал/ч (0 МВт), горячее водоснабжение (максимальная) Q_hmax=1,4 Гкал/ч (1,64 МВт). Общая нагрузка составила Q=7,306 Гкал/ч (8,5 МВт).

1.2 Графики теплового потребления

Графики теплового потребления необходимы для решения ряда вопросов централизованного теплоснабжения: выбора оборудования источника тепла, выбора режима загрузки и ремонта этого оборудования и т.д. (4).

Сезонные графики расхода тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение представляют собой графическую зависимость часовых расходов тепла от температуры наружного воздуха. Для систем отопления и вентиляции такая зависимость является линейной и может быть показана в виде прямых наклонных линий. Расход тепла на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха и считается постоянным.

1.2.1 Построение годового графика по суткам

Расход тепла при любой текущей температуре наружного воздуха на отопление определяется по формуле (1):

                                                                       (1.1)

где t_в – температура внутреннего воздуха, °С;

t_н – текущая температура наружного воздуха, °С;

t_о – расчетная температура наружного воздуха, °С.

Расход тепла на вентиляцию определяется по формуле (1):

                                                                       (1.2)

Расход тепла на горячее водоснабжение определяется по формуле (1):

                                                                     (1.3)

где b - коэффициент изменения расхода воды в летнее время.

Результаты расчетов по формулам (1.1-1.3) сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Данные для построения сезонных графиков расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха

Построенный график приведен на Рис. 1.1.

Для построения графика теплового потребления в зависимости от продолжительности стояния наружных температур составлена таблица 1.2 (3).

Таблица 1.2 – Данные для построения сезонных графиков расхода тепла в зависимости от продолжительности стояния температур

Построенный график представлен на рис. 1.2.

1.2.2 Построение годового графика по месяцам

Для построения годового графика потребления тела по месяцам необходимы среднемесячные температуры наружного воздуха (2). Температуры приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Среднемесячные температуры наружного воздуха

Расчет среднемесячного теплопотребления произведен по формулам (1.1-1.3) и сведен в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 – Данные для построения графика теплового потребления по месяцам

Рис 1.1 - График теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха

Рис 1.2 - График теплопотребления в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха

Рис. 1.3 – График теплового потребления по месяцам

1.3 Графики регулирования температуры сетевой воды

Центральным называется регулирование отпуска теплоты от теплоисточника в его тепловые сети. Центральным регулированием определяется график изменения температур, а иногда и расходов воды в подающих трубопроводах тепловых сетей (6).

В данном дипломном проекте способом регулирования отпуска теплоты является качественное регулирование путем изменения температуры воды в подающих трубопроводах системы при ее постоянном расходе (температура сетевой воды меняется в зависимости от температуры наружного воздуха ).

При таком способе регулирования максимальные (расчетные) температуры воды в трубопроводах системы отопления достигаются при расчетной температуре наружного воздуха . При понижении  снижается температура воды в подающем трубопроводе (6).

Качественное регулирование обеспечивает устойчивость гидравлических режимов отдельных нагревательных приборов системы при переменных тепловых нагрузках.

При присоединении к двухтрубным магистральным сетям систем отопления и горячего водоснабжения сохранение в них центрального качественного регулирования в течении всего отопительного периода оказывается невозможным, поскольку температуры воды в подающих трубопроводах таких сетей должны поддерживаться не ниже необходимых для обеспечения заданных температур воды перед водоразборными приборами (не менее 65¸75 °С).

Для соблюдения теплового баланса среднесуточные температуры воды в подающем трубопроводе сети должны приниматься большими, чем по отопительному графику. Величина этого превышения определяется температурой воды в обратном трубопроводе системы отопления и следующим коэффициентом:

                                                                                   (1.4)

При данном значении коэффициента принимается центральное качественное регулирование по нагрузке отопления.

При таком способе регулирования, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления температуру воды в подающей t_1,0 и обратной t_2,0 магистралях, а также после элеватора t_3,0 в течении отопительного периода определяют по следующим выражениям:

t_1,0 = t_i + Dt (( t_i - t_н)/ (t_i - t_o ))^0.8 + (Dt - 0.5q )( t_i - t_н) /( t_i - t_o )             (1.5)

t_2,0 = t_i + Dt (( t_i - t_н) / (t_i - t_o ))^0.8 - 0.5q ( t_i - t_н)/(t_i - t_o )                      (1.6)

t_3.0 = t_i + Dt (( t_i - t_н )/ (t_i - t_o ))^0.8 + 0.5q ( t_i - t_н)/(t_i - t_o )                      (1.7)

где t_i - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая для жилых районов 18 °С

t_н - температура наружного воздуха, °С

Dt - расчетный температурный напор нагревательного прибора, °С , определяемый по формуле

                                                         ( 1.8)

где t₃ и t₂ температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловой сети при t_o; для жилых районов, как правило, t₃ = 95 °С ; t₂ = 70 °С. ;t - расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети t =t₁-t₂ ; q - расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления

q=t₃-t₂                                                                                     (1.9)

Задаваясь различными значениям и температур наружного воздуха t_н ( обычно t_н = +8; 0; - 10; t_v; t_o), определяют t_1,0 ; t_2,0 ; t_3,0 и строят отопительный график температур воды (Приложение Б). Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающей магистрали t_1,0 не может быть ниже 60 °С в открытых системах теплоснабжения, и 70 °С в закрытых системах теплоснабжения. Для этого отопительный график спрямляется на уровне указанных температур и становится отопительно-бытовым.

Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графиков температур воды - t_н', делит отопительный период на два диапазона с различными режимами регулирования:

в диапазоне I с интервалом температур наружного воздуха от +8 °С до t_н' осуществляется групповое или местное регулирование, задачей которого является недопущение " перегрева " систем отопления и бесполезных потерь теплоты;

в диапазонах II и III с интервалом температур наружного воздуха от t_н' до t_o осуществляется центральное качественное регулирование.

1.4 Определение расчетных расходов теплоносителя

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

,                                                                  (1.10)

б) на вентиляцию

,                                                             (1.11)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

средний

 ,                                                                (1.12)

Максимальный

,                                                                (1.13)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

средний, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

,                                     (1.14)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

 ,                                            (1.15)

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

                                                     (1.16)

Коэффициент K₃, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, принят в размере 1,2 для закрытой системы теплоснабжения с общей нагрузкой менее 100 МВт.

Результаты расчетов по формулам (1.10-1.18) приведены в приложении В.

1.5 Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей

Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. По результатам гидравлических расчетов разрабатывают гидравлические режимы систем теплоснабжения, подбирают сетевые и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов.

При движении теплоносителя по трубам полные потери давления DР складываются из потерь давления на трение DР_л и потерь давления в местных сопротивлениях DР_м :

DР = DР_л + DР_м                                                                         (1.19)

Потери давления на трение DР_л определяют по формуле:

DР_л = R * L                                                                             (1.20)

где R - удельные потери давления, Па / м2, определяемые по формуле:

                                                                            (1.21)

где l - коэффициент гидравлического трения; d - внутренний диаметр трубопровода, м; r - плотность теплоносителя, кг / м³; w - скорость движения теплоносителя, м/c; L - длина трубопровода, м.

Потери давления в местных сопротивлениях DР_м определяют по формуле:

                                                                      (1.22)

где åx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления в местных сопротивлениях могут быть также определены по следующей формуле:

DР_м = R L_э                                                                                (1.23)

где L_э - эквивалентная длина местных сопротивлений, которую определяют по формуле.

                                                                        (1.24)

Для проведения гидравлического расчета составлена расчетная схема (Рис1.5)

Гидравлический расчет выполнен по таблицам (6) и приводится в приложении В.

Потери давления теплосети от ЦТК 337/03 до квартальной котельной, расположенной по улице Ясной составили 44,14 м в. ст. (при располагаемом напоре на врезке 47 м в. ст.). Общая протяженность теплосети составила 2723 м. Располагаемое давление перед квартальной котельной составило 2,86 м. в. ст.

Потери давления теплосети от квартальной котельной до Руднева 33 составили 23,42 м в. ст. (при располагаемом напоре 30 м. в. ст.). Общая протяженность теплосети составила 1397 м. Располагаемое давление у последнего потребителя составило 6,58 м в. ст.

Потери давления на реконструируемом участке теплосети (Руднева 33-45) при замене диаметров трубопроводов на d_у=150 мм составили 2,35 м. в. ст.

1.6 Разработка гидравлических режимов

Для изучения режима давлений в тепловых сетях и местных системах зданий широко используются пьезометрические графики.

При подключении к существующей тепловой сети исходными данными для построения пьезометрических графиков являются:

перепад давлений в точке подключения;

потери напора в рассматриваемом участке (по данным гидравлического расчета);

профиль теплосети, с указанием отметок трассы.

Для пьезометра теплосети от врезки ЦТК 337/03 до котельной №3 (пьезометр №1):

Р₁= 82 м, Р₂= 35 м, общие потери напора по данным гидравлического расчета DР= 44,14 м.

Для пьезометра теплосети от котельной №3 до Руднева33 (пьезометр №2):

Р₁= 60 м, Р₂= 30 м, общие потери напора по данным гидравлического расчета DР= 23,42 м на существующее положение и DР= 17,65 м при реконструкции концевых участков.

Последовательность построения:

Наносится продольный профиль теплотрассы с соответствующим горизонтальным и вертикальным масштабом (пьезометр №1 – М_г 1:5000, М_в 1:500; пьезометр №2 – М_г 1:2000, М_в 1:500).

Проставляются абсолютные отметки трассы

Наносятся перепады давлений в точках подключения

По данным гидравлического расчета наносятся линии потерь давления в обратном и подающем трубопроводах

Наносится линия статического давления (давление при статическом режиме не должно превышать 60 м - для систем с чугунными отопительными приборами; должно превышать самого высокого потребителя на 5 м – из условий заполнения системы; должно быть в высшей точке трассы не менее 15 м - из условий невскипания воды в подающем трубопроводе)

Для пьезометра №1 статическое давление в абсолютной отметке Р_s= 120 м, для пьезометра №2 Р_s= 100 м.

При анализе построенных пьезометрических графиков обнаружено, что располагаемый напор в конце трассы (пьезометр №1) составляет 2,86 м. Такой напор явно недостаточен для нормальной работы ЦТП в котельной №3. Решения по гидравлическому режиму ЦТП рассмотрены отдельно во второй главе дипломного проекта.

При анализе пьезометра №2, для увеличения гидравлической устойчивости было решено увеличить располагаемый напор на концевых участках трассы путем увеличения диаметров трубопроводов до d_у=150 мм (реконструкция по Руднева 45-33). Проведен повторный гидравлический расчет с учетом замены трубопроводов. Результаты расчета представлены на пьезометре №2 (синим цветом). Располагаемый напор у последнего потребителя составил 12,35 м.

1.7 Расчет дроссельных устройств

При присоединении потребителей к тепловой сети по зависимой безэлеваторной схеме необходимо рассчитать диаметры дроссельных диафрагм, гасящих остаточное давление.

Диаметр отверстий дроссельных диафрагм, d, мм, определяется по формуле (18):

                                                                                         (1.25)

где G – расход сетевой воды, т/ч;

H – напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м

Расчет по формуле (1.25) сведен в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 – Расчет дроссельных диафрагм