В открытых системах теплоснабжения подготовленная в котельной вода не только служит теплоносителем, но и поступает на нужды горячего водоснабжения. Разбор воды производится непосредственно из трубопроводов тепловой сети без промежуточных подогревателей. Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения отличаются от таковой для закрытой в основном производительностью водоподготовки для подпитки тепловых сетей. Количество подпиточной воды в этом случае определяется потерями воды в сетях, в котельной и расходом воды для нужд горячего водоснабжения. Для представления о количестве воды для закрытых и открытых систем теплоснабжения ниже приведены расходы по данным типовых проектов котельных. Так, например, расчетный максимальный часовой расход воды для подпитки тепловых сетей в котельных теплопроизводительностью 150 Гкал/ч для закрытой системы теплоснабжения составляет 45 м3/ч, для открытой - 670 м3/ч.
Рис. 5.11. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения.
Вариант схемы без установки бака и насосов деаэрированной воды.1- котел водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос циркуляционный; 4 - насос летний сетевой; 5 - насос рециркуляционный; 6 - насос подпиточный; 7 - насос сырой воды; 8 - насос для подачи воды к эжектору; 9 - деаэратор; 10 - охладитель выпара; 11 - эжектор; 12 - бак рабочей воды; 13 - бак - аккумулятор; 14 - подогреватель сырой воды; 15 - подогреватель химически очищенной воды.
Так как расходы воды при открытой системе неравномерны по времени, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности оборудования водоподготовки предусматривают установку баков - аккумуляторов для деаэрированной сетевой воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается к сетевым насосам. Кроме того, во избежание остывания воды в сетях в часы минимума потребления в летний период необходимо прокачивать около 10 % максимального расхода, что связано с увеличением расхода электроэнергии.
Качество подготовки воды для подпитки открытой системы теплоснабжения должно быть значительно выше качества воды для подпитки закрытой системы, так как к воде для горячего водоснабжения предъявляются такие же требования, как и к питьевой водопроводной воде. Появление крупных баков-аккумуляторов для деаэрированной воды усложняет тепловые схемы водогрейных котельных. Поскольку зарядка и разрядка этих баков может быть осуществлена различными путями, разработано несколько вариантов тепловых схем с включением в них деаэраторов и баков аккумуляторов.
На рис. 5.11 показаны принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения.
Система с водогрейными котлами 1, элементы которой не отличаются от изображенной на рис. 5.7, за исключением бака - аккумулятора 13 и системы, создающей вакуум в деаэраторе, состоит из водоструйного эжектора 11, бака «рабочей» воды 12 н насоса 8, подающего воду к эжектору. Из деаэратора 9 вода поступает самотеком в баки - аккумулятора 13, а оттуда откачивается подпиточными насосами 6 и подается во всасывающий коллектор сетевых насосов 2. Такая схема включения оборудования для котельных малой производительности, менее 20 Гкал/ч, в эксплуатации оказалась недостаточно надежной, так как затруднено поддержание заданного уровня воды в деаэраторе 9 и баках 13, без чего нормальная работа деаэраторов невозможна.
Трудность поддержания постоянного уровня в деаэраторе объясняется колебаниями уровня в баке - аккумуляторе 13 и различным гидравлическим сопротивлением трубопроводов. Возможен и другой вариант тепловой схемы, при котором вода из деаэраторных баков поступает самотеком в бак деаэрированной воды, далее к перекачивающим насосам, которые подают воду в баки - аккумуляторы. Из баков - аккумуляторов вода забирается подпиточными насосами и подается в тепловые сети. Такая схема обеспечивает надежную работу деаэраторов, но требует установки двух групп насосов - перекачивающих и подпиточных, что удорожает, котельную установку.
Гипрокоммунэнерго [26] разработаныа другие Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения. Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения, показанные на рис. 5.12, включают в себя группу из трех подпиточных насосов 6, которая используется одновременно как для подпитки тепловых сетей, так и для зарядки баков - аккумуляторов 13 подпиточной воды. В ночное время, когда разбор воды из сетей незначителен, подпиточный насос 6 падает воду из деаэраторных баков в баки - аккумуляторы 13 и на подпитку тепловых сетей, куда идет небольшая часть этой воды. При росте разбора воды из сетей включается в работу второй подпиточный насос 6, который забирает воду из баков - аккумуляторов и подает ее во всасывающую магистраль сетевых насосов 2; третий подпиточный насос в этой схеме является резервным.
Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для открытых систем теплоснабжения имеют и недостатки, касающиеся в основном производительности и напора подпиточных насосов. При прокачке воды из деаэраторного бака в бак - аккумулятор требуется почти постоянная производительность насоса 6 и сравнительно небольшой напор, лежащий в пределах 15 - 20 м вод. ст. В тепловых сетях с открытой системой горячего водоснабжения расход подпиточной воды изменяется в течение суток значительно, напор колеблется в пределах от 30 до 60 м вод. ст., вследствие этого мощность и расход энергии на насосы различны.
Рис. 5.12. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлам для открытой системы теплоснабжения.
Вариант схемы без установки насосов деаэрированной воды. Экспликация оборудования - см. рис. 5.11.
При выборе этой или иной схемы включения насосов для подпитки тепловых сетей необходимо сопоставить технико-экономические показатели нескольких схем, в которых должны быть учтены расходы электроэнергии на привод насосов при разных режимах работы.
Приведенные на рис. 5.11 и 5.12 принципиальные тепловые схемы котельных установок для открытых систем теплоснабжения показывают, что общий порядок включения оборудования и организации потоков теплоносителя изменяются незначительно по сравнению с рассмотренными схемами закрытых систем теплоснабжения.
Вода в подогревателе химически очищенной воды нагревается от 20 - 30° С до 55 - 70° С и подается в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум (около 0,3 кгс/см2) в установке поддерживается за счет отсасывания из колонки паровоздушной смеси водоструйными эжекторами или водокольцевыми насосами типа РМК. Вода для эжекторов циркулирует по замкнутому контуру: бак «рабочей» воды 12, насос 8, эжектор 11 обратно в бак совместно с конденсатом паровоздушной смеси из деаэратора подпиточной воды. Напор воды, эжектирующей смесь, поддерживается в пределах 40 - 50 м вод. ст.
Паровоздушная смесь также охлаждается перед эжекторами в охладителе выпара 10. Бак деаэрированной воды, как правило, должен размещаться ка нулевой отметке котельной, а колонка вакуумного деаэратора устанавливается на отметке, обеспечивающей давление в баке деаэрированной воды, равное атмосферному. Практически установку колонки деаэратора обычно принимают на высоте 7,5 - 8,0 м от пола котельной.
Вода из обратной линии тепловых сетей с температурой в пределах от 35°С до 70°С поступает совместно с подпиточной водой во всасывающий коллектор сетевых насосов 2, нагнетается последними в водогрейные котлы 1 или через линию перепуска и регулятор расхода идет в подающую магистраль тепловых сетей.
Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ - ГМ - 10 для открытой системы теплоснабжения показана на рис. 5.13. Основные направления потоков теплоносителя рассмотрены выше при описании принципиальной тепловой схемы. Выбор оборудования для деаэрации и перекачки воды является главной задачей при разработке подобных развернутых тепловых схем котельных. Для открытых систем горячего водоснабжения вторым по значению элементом тепловой схемы, после водогрейного котла, является деаэрационная установка с баками-аккумуляторами. Из-за больших расходов воды применяют, как правило, вакуумный способ деаэрации.
Производительность деаэрационной установки выбирают так, чтобы обеспечить надежное удаление газов из подпиточной воды, как в зимние, так и в летние периоды работы установки.
Суммарная емкость баков - аккумуляторов для подпиточной воды принимается в 6 - 8 раз большей среднечасового за сутки расхода воды на бытовое горячее водоснабжение. Принятая емкость баков - аккумуляторов должна обеспечить подпитку тепловых сетей водой в часы максимального водоразбора. Устанавливают обычно не менее двух металлических баков, внутренняя поверхность которых защищается антикоррозийным покрытием, а наружная - тепловой изоляцией. Количество, единичная производительность и развиваемые напоры насосов должны соответствовать требованиям регулирования работы тепловых сетей при экономном расходовании электроэнергии на их привод. Такие условия иногда диктуют необходимость использования в тепловых схемах котельных увеличенного количества насосов - сетевых (зимних и летних), перекачивающих, рециркуляционных и подпиточных (также зимних и летних).
В летнее время, когда отсутствуют тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию, уменьшаются расходы воды и одновременно понижается температура и напор подаваемой воды.
Рис. 5.13. Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ - ГМ - 10.
1 - котел водогрейный; 2 - насос сырой воды; 3 - насос сетевой; 4 - насос летний сетевой;5 - насос рециркуляционный; 6 - насос подпиточный; 7 - насос летний подпиточный; 8 - насос циркуляционный; 9 - насос деаэрированной воды; 10 - насос рабочей воды; 11 - бак - аккумулятор; 12 - подогреватель сырой воды; 13 - подогреватель химически очищенной воды; 14 - бак деаэрированной воды; 15 - деаэратор; 16 - охладитель выпара; 17- эжектор; 18 - бак рабочей воды.
Чтобы обеспечить надежную работу водогрейных котлов и системы трубопроводов в котельной в расчетном температурном режиме (т. е. постоянство температуры воды на выходе из котла 150°С, особенно при работе на высокосернистом топливе), необходимо поддерживать в системе минимальный напор не ниже 80 м вод. ст.
В единичных случаях предлагается применять так называемую двухконтурную систему потока теплоносителя.
В приведенной на рис. 5.13 развернутой тепловой схеме котельной при работе по летнему режиму подогретая в котлах вода циркулирует по внутреннему контуру: котлы 1 - подогреватель химически очищенной воды 13 - подогреватель сырой воды 12 - циркуляционные насосы 8 - водогрейные котлы 1. При таком включении только незначительное количество горячей воды нужно подавать в колонку вакуумного деаэратора.
Второй контур циркуляционной сетевой воды на схеме может быть представлен следующим образом: вода из водопровода идет в насос сырой воды 2, в подогреватель сырой воды 12, затем на водоподготовительную установку, далее в подогреватель химически очищенной воды 13 и в колонку вакуумного деаэратора 15. Отсюда вода самотеком поступает в бак деаэрированной воды 14 и далее - к перекачивающему насосу 9, который воду с температурой 70°С подает в баки - аккумуляторы 11.
Летние сетевые насосы 4 из баков - аккумуляторов 11 нагнетают воду в подающую магистраль тепловых сетей и к потребителю горячей воды. Только небольшая часть воды из второго контура идет на подпитку внутреннего первого контура. Вода из тепловых сетей при отсутствии расхода теплоты на отопление и вентиляцию направляется в баки - аккумуляторы. Расход воды в таких случаях условно принимается равным 10% расхода воды на горячее водоснабжение.
Перевод котельной с лешего на отопительный режим работы производится путем соответствующих изменений направления потоков теплоносителя с помощью запорной арматуры, установленной на трубопроводах. К основным преимуществам открытых систем теплоснабжения можно отнести удешевление водоподготовки горячего водоснабжения за счет централизации ее в котельных вместо многих тепловых пунктов по району, снижение стоимости тепловых сетей за счет уменьшения количества циркулирующей в них воды, удешевление абонентских вводов из-за отсутствия там водяных подогревателей и циркуляционных насосов.
Одновременно следует отметить и ряд недостатков открытых систем теплоснабжения: повышение требования к качеству сетевой воды, которое должно соответствовать качеству питьевой воды; при резком изменении расхода воды иногда наблюдаются гидравлические удары, особенно при подаче воды только на горячее водоснабжение.
При выборе системы теплоснабжения нужно учитывать, по меньшей мере, три особенности исходной воды, используемой для подпитки: склонность к низкотемпературному накипи образованию; коррозионную активность; склонность к сульфидному загрязнению.
При этом рекомендуется производить выбор систем теплоснабжения в два этапа:
По результатам анализа технико - экономических показателей в отношении надежности, преимуществ и недостатков той и другой системы в эксплуатации, а также исходя из реальной возможности получения качественной воды для подпитки тепловых сетей и сопоставления удельных капиталовложений на сооружение всего комплекса теплоснабжения - котельная и тепловые сети можно сделать выбор открытой или закрытой системы теплоснабжения.