Вибір та опис теплової схеми котельні
Тепловими схемами водогрійних котелень називають сукупність обладнання та пристроїв, трубопроводів, запірної та регулюючої арматури, що відображають технологічні процеси обробки та нагрівання води. Схеми виконують за допомогою умовних позначень відповідно до прийнятих стандартів. На теплових схемах показують основне та допоміжне обладнання, що поєднується лініями трубопроводів для транспортування теплоносіїв. Літерно-цифрові позначення трубопроводів при зображенні їх на схемі приймають за ГОСТ 21.205-93, ГОСТ 21.206-93 та за ГОСТ 21.606-95, вказують на полицях ліній-виносок або над лінією трубопроводу, або - в розривах ліній труб.
При розробці та розрахунку теплових схем котелень з водогрійними котлами необхідно враховувати особливість їх конструкції та експлуатації. Надійність та економічність водогрійних котлів залежить від сталості витрати води через них, який не повинен знижуватися, щодо встановленого заводом-виробником. Щоб уникнути низькотемпературної та сірчанокислотної корозії конвективних поверхонь нагрівання температура води на вході в котел при спалюванні палив, що не містять сірку, повинні бути не менше 60 о С, малосірчистих палив не менше 70 про С, та високосірчистих палив не менше 110 про С. Для підвищення температури води на вході в казан встановлюється рециркуляційний насос.
У котельнях з водогрійними казанами часто встановлюють вакуумні деаератори. Однак вони вимагають ретельного нагляду під час експлуатації, тому краще встановлювати деаератор атмосферного типу.
За завданням дана теплова схема котельні з водогрійними котлами та деаератором атмосферного типу (рис.1.1.) та теплова схема котельні з водогрійними котлами та вакуумним деаератором (рис.1.2.)
Водяна теплова мережа поділяється назакриту та відкриту. У закритій системі гаряча вода циркулює у тепловій мережі та з неї не відбирається. До споживача надходить водопровідна вода (зазвичай недеаерована), нагріта у водо-водяних теплообмінниках. Тому доводиться вживати заходів підвищення антикорозійної стійкості місцевих установок гарячого водопостачання. Крім того, до недоліків таких систем належать складність експлуатації обладнання гарячого водопостачання.
У відкритій системі вода, що циркулює в тепловій мережі, використовується як теплоносій і частково або повністю відбирається з мережі для гарячого водопостачання та технологічних цілей. Тому для компенсації витрат води на гаряче водопостачання доводиться ускладнювати обладнання водопідготовчих установок та підживлювальних пристроїв. Ускладнюється також санітарний контроль за системою теплопостачання та контроль її герметичності.
Рис. зображено принципову теплову схему котельні, що працює на закриту теплову мережу.
Теплову схему водогрійної котельні умовно можна поділити на дві частини. У першій (правій) частині схеми забезпечується подача мережної води через котел 1 та її нагрівання. Виконання температурного графіка теплової мережі здійснюється за рахунок підмішування зворотної мережної води в трубопроводі, що подає (прямий). Друга частина схеми (ліва) призначена для підготовки підживлювальної мережевої води. Підготовка полягає в хімічному знесолюванні вихідної сирої води у водопідготовчій установці 5, в її нагріванні до температури близької до температури кипіння в теплообмінних апаратах 9 і 8 і в термічній деаерації в деаераторі 10. Призначення деаерації (дегазації) - видалення з води корозійно2 та двоокису вуглецю СО2.
Вода із зворотної лінії трубопроводу тепловихмереж з невеликим напором (20 - 40 м вод. ст.) надходить до мережевих насосів 2. На всмоктування мережевого насоса підживлювальним насосом 6 подається підігріта вода, що компенсує витоку теплоносіїв у теплових мережах, а також витрата води на гаряче водопостачання при відкритій схемі тепло. До насосів подається гаряча мережева вода, теплота якої частково використана в теплообмінниках для підігріву хімічно очищеної 8 і сирої води 4.
Для забезпечення температури води перед котлами, заданої за умовами попередження корозії, трубопровід за мережевим насосом 2 подають необхідну кількість гарячої води, що вийшла з водогрійних котлів 1. Лінію, по якій подають гарячу воду, називають рециркуляційною. Вода подається рециркуляційним насосом 12 перекачує нагріту воду. При всіх режимах роботи теплової мережі, крім максимального зимового, частина води із зворотної лінії після мережевих насосів 2, минаючи котли, подають у кількості Gnep по лінії перепуску в магістраль, що подає. Тут зворотна вода, змішуючись з гарячою водою з котлів, забезпечує задану розрахункову температуру в магістралі теплових мереж, що подає. Додається в труби хімічно очищена вода підігрівається в теплообмінниках 8, 9, 11 і звільняється від розчинених газів в деаераторі 10. Для підживлення теплових мереж з бака 7 підживлювальний насос 6 подає воду зворотну лінію теплотраси. Недоліком закритих систем є деяке подорожчання обладнання абонентських вузлів гарячого водопостачання.
Для скорочення витрати води на рециркуляцію її температура на виході з котлів підтримується, як правило, вище за температуру води в лінії подачі теплових мереж. Тільки при розрахунковому максимально зимовому режимі температури води на виході з котлів і лінії лінії теплових мереж будуть однакові. Длязабезпечення необхідної розрахункової температури води в теплових мережах до води, що виходить з котлів, підмішується вода зі зворотного трубопроводу. Для цього між трубопроводом, що подає і зворотним, монтують лінію перепуску води.
Наявність підмішування та рециркуляції води призводить до режимів роботи сталевих водогрійних котлів, що відрізняються від режиму теплових мереж. Водогрійні котли надійно працюють лише за умови підтримки сталості кількості води, що проходить через них. Витрата води має підтримуватись у заданих межах незалежно від коливань теплових навантажень. Тому регулювання відпуску теплової енергії до мережі необхідно здійснювати шляхом зміни температури води на виході з котлів.
Для зменшення зовнішньої корозії труб водогрійних котлів необхідно підтримувати температуру води на вході в котли вище за температуру точки роси димових газів. Рекомендуються наступні мінімально допустимі температури води на вході в котли: під час роботи на природному газі - 60°С; при роботі на малосірчистому мазуті - 70 ° С; при роботі на високосірчистому мазуті – 110°С.
У зв'язку з тим, що температура води у зворотних лініях теплових мереж майже завжди нижча за 60°С, у теплових схемах водогрійних котелень передбачають рециркуляційні насоси та відповідні трубопроводи. Для визначення необхідної температури води за сталевими водогрійними котлами мають бути відомі режими роботи теплових мереж, які відрізняються від графіків або режимних карт котельних агрегатів.
У багатьох випадках водяні теплові мережі проектують для роботи за опалювальним температурним графіком, наведеним у [4]. Розрахунок показує, що максимальна витрата води, що надходить із котлів у теплові мережі, має місце при режимі, що відповідає точці зламу графіка температур мережної води.Такий режим здійснюють при температурі зовнішнього повітря, якій відповідає найнижча температура води в лінії подачі. Цю температуру підтримують постійною навіть за подальшого підвищення температури зовнішнього повітря.
Позначення до схеми:
В3 – водопровідна вода (сира);
В6 – хімочищена вода;
В30 – деаерована вода;
Т30 - підживлювальна вода тепломережі;
Т6 – охолоджена в теплообмінниках вода на підживлення тепломережі;
Т4 - котлова вода, що гріє, на рециркуляцію.