Стабилизация теплового и гидравлического режимов теплосетей

       Здравствуйте! Классические методы регулирования тепловых нагрузок [1] (качественный, количественный и смешанный) основаны на варьировании двух показателей теплоносителя, определяющих тепловой поток: массы и температуры. При этом упускается еще одна возможность регулирования: транспорт одного и того же количества теплоты может быть организован не одним, а несколькими раздельными потоками рабочего тела с той же его суммарной массой. Такой принцип организации транспорта теплоты с разными уровнями температурных потенциалов может быть положен в основу стабилизации режима работы теплосетей в целом.

      В настоящее время режим работы теплосетей, как правило, основан на качественном методе регулирования нагрузок [2]. Он выполняется одновременно по двум контурам циркуляции: внешнему – со стороны центрального теплового пункта (ЦТП) до индивидуальных теплопунктов (ИТП) и внутреннему – за ИТП в пределах объекта теплоснабжения (дома). При этом циркуляция сетевой воды в обоих контурах, как правило, постоянная, хотя во втором контуре она может также меняться.

      Качественное регулирование во внешнем контуре теплосети до ИТП имеет свои недостатки: затрудняет регулирование (по мере необходимости) тепловых нагрузок между объектами теплоснабжения; создает благоприятные условия для развития тепловой и коррозионной усталости металла труб и дальнейшего развития низкотемпературной коррозии, вследствие чего возрастают теплопотери за счет разрывов и утечек теплоносителя.

      Широкое распространение предизолированных (ПИ) труб в условиях качественного регулирования не решает проблемы в целом, так как они, способствуя снижению теплопотерь через теплоизоляцию сетей, не противостоят негативным последствиям тепловой усталости, приводящей к их разрушению.

      Предлагается отказаться от качественного регулирования тепловых нагрузок во внешнем контуре циркуляции теплосети до ИТП и возложить эти функции на внутренние контуры за ИТП по каждому объекту теплоснабжения в отдельности с сохранением качественного метода регулирования только в этих контурах. Циркуляцию и температуру сетевой воды во внешнем контуре системы теплоснабжения до ИТП необходимо поддерживать постоянными в течение всего отопительного периода. Не исключается возможность организации планомерного изменения температуры сетевой воды в течение отопительного периода (от начала до его конца) с целью снижения тепловой «аритмии» труб.

      Ожидаемый положительный эффект от реализации предложения состоит в следующем: исключаются условия, способствующие образованию тепловой и коррозионной усталости металла труб и остальных комплектующих составляющих теплосетей. Это снижает теплопотери за счет разрывов и утечек теплоносителя как доминирующего фактора; уменьшаются затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя за счет увеличения его температурного потенциала и соответствующего снижения массового расхода; стабильная температура и циркуляция теплоносителя способствуют повышению надежности работы вспомогательного оборудования теплосетей в целом и, в частности, ПИ — труб в бесканальных прокладках.

     Улучшаются условия для стабилизации режимов в системах автоматики; создаются благоприятные условия для стабильной загрузки ТЭЦ по тепловому графику в летнее время года; улучшаются условия для организации и выполнения ряда других мероприятий, направленных на повышение надежности и качества работы систем теплоснабжения в целом.

     Негативные последствия от реализации предложения ожидаются в виде повышения температуры уходящих газов на котлах, увеличения температурных напоров в теплосетях и массовых расходов теплоносителя. По мере освоения такого режима работы теплосетей эти ожидаемые недостатки компенсируются внедрением ряда адекватных мероприятий в установленном порядке.

      Например, известное увеличение теплопотерь через теплоизоляцию за счет повышенной (положим, до 110 – 120 оС ) температуры прямой сетевой воды компенсируется существенным снижением разрывов труб и адекватной величиной теплопотерь за счет утечек теплоносителя. Ожидаемая тенденция к повышению температуры уходящих газов на энергоисточниках (котлах) может быть нейтрализована путем применения каскадной схемы питания котлов ( КСП ), при которой высокотемпературный подогрев воды осуществляется за счет ее нагрева в экранах топки, а низкотемпературный – в конвективных поверхностях нагрева [2, 3]. Не исключается организация ряда других мероприятий в плане утилизации уходящих газов.

      Индивидуальное (качественное) регулирование тепловой нагрузки каждого объекта теплоснабжения (при условии постоянной температуры воды во внешнем контуре теплосети до ИТП) осуществляется путем организации каскадной схемы питания (КСП) этого контура в самом теплоузле (ИТП), как это показано на схеме в расчетной таблице № 1. Таблица № 1 представлена в файле формата Exel, который можно скачать ниже по тексту статьи.

       Принципиальная возможность организации и регулирования тепловых нагрузок при таком режиме теплоснабжения подтверждается исследованиями на математических моделях с помощью компьютера.

      Постоянная температура обратной сетевой воды обеспечивается путем рециркуляции «избыточной» массы прямой сетевой воды по третьему каналу, расположенному в общем теплопроводе. Он может быть выполнен отдельно в качестве второго, (обратного «горячеводного») трубопровода, либо располагаться внутри прямого трубопровода от ЦТП, образуя обратный кольцевой канал. В результате создаются условия для обеспечения стабильности циркуляции и температур сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах теплосети в целом.

      Прокладка третьего («сбросного») канала в действующих теплосетях требует дополнительных капитальных затрат. Обойтись без него можно путем организации КСП в ИТП каждого дома. Это позволит обеспечить режим внешней теплосети с постояными значениями циркуляции и температуры прямой сетевой воды. Температура обратной сетевой воды от каждого дома и в теплосети будет меняться в зависимости от тепловой нагрузки района.

     В таблице №1 и №2 в порядке примеров дан общий вид выходных табуляграмм двух разных программных средств, позволяющих определять рациональные варианты исследуемых режимов работы теплосетей на базе теплотехнических характеристик объектов теплоснабжения. Таблица № 2 представлена в файле формата Exel, который можно скачать ниже по тексту статьи.

      В обеих программах (таблица № 1 и № 2) предусмотрен вариант каскадной схемы питания внутреннего контура циркуляции объекта теплоснабжения. В таблице № 1 исследуется вариант стабилизации режима внешней теплосети с установкой третьего («сбросного») канала, а в таблице № 2 – без его установки.

Таблицы №1 и №2

       Исходные данные и результаты примерных расчетов выполнены при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне от -2,5 до -25 °С. В выходных табуляграммах зафиксированы показатели двух значений температур (-2,5 и -25 °С): режим 1 – при t нуNд = -25 °С и режим 2 – при t нуNд = -2,5 °С. На графиках (в табл.1а, 2а) представлены те же результаты анализа режимов работы теплосети (таблицы № 1 и № 2) по мере изменения температуры наружного воздуха в диапазоне от -2,5 до -25 °С. Графическое отображение результатов анализа представлено в файле формата Exel, который можно скачать по ссылке ниже:

Графическое отображение результатов анализа

В Ы В О Д Ы:

1. Организация каскадной схемы циркуляции воды во внутренних контурах объектов теплоснабжения позволяет осуществить:

качественное регулирование тепловой нагрузки во внутренних контурах объектов теплоснабжения;

режим работы внешнего контура теплосети с постоянными значениями циркуляции и температуры прямой воды.

2. Прокладка третьего «сбросного» канала для рециркуляции «избыточной» массы прямой сетевой воды предназначена для стабилизации теплового и гидравлического режимов системы теплоснабжения в целом, когда соблюдается также постоянство температуры обратной сетевой воды. Этот канал может представлять собой либо отдельный трубопровод, либо располагаться внутри прямого трубопровода, образуя кольцевой канал для протока «избыточной» массы прямой сетевой воды в обратном направлении.

Автор: Байрашевский Б.А., д.т.н., г.Минск. bair_1968@mail.ru.

Литература:

1. С о к о л о в Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М., 1982.

2. Б а й р а ш е в с к и й Б. А. // Весцi НАН Беларусi. Сер. Фiз. -тэхн. навук. № 4, 1984.

3. Б а й р а ш е в с к и й Б. А. // Электрические станции, 1990, № 6.


Один комментарий на «Стабилизация теплового и гидравлического режимов теплосетей»

  1. Алекс пишет:

    Статья сложная, но интересная.

    Ответить

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *