Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения

Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Пользуясь данными, полученными от заказчика, и методикой, изложенной в § 5.1, приступают к составлению, затем и расчету схем, которые называются тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, поскольку максимальная теплопроизводительность чугунных котлов не превышает 1,0 - 1,5 Гкал/ч.

Так как рассмотрение тепловых схем удобнее вести на практических примерах, ниже приведены принципиальные и развернутые схемы котельных с водогрейными котлами. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, работающей на закрытую систему теплоснабжения, показана на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.

1 - котел водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химии чески очищенной воды; 9 - охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.

Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же подводится вода от подпиточных насосов 5, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. К насосам 1 и 2 подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой воды 7.

Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 3, перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов 2, минуя котлы, подают по линии перепуска в количестве G пер в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавка химически очищенной воды подогревается в теплообменниках 9, 8 11 деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из баков 6 забирает подпиточный насос 5 и подает в обратную линию.

Даже в мощных водогрейных котельных, работающих на закрытые системы теплоснабжения, можно обойтись одним деаэратором подпиточной воды с невысокой производительностью. Уменьшается также мощность подпиточных насосов, оборудование водоподготовительной установки и снижаются требования к качеству подпиточной воды по сравнению с котельными для открытых систем. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.

Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей будут одинаковы. Для обеспечения расчетной температуры воды на входе в тепловые сети к выходящей из котлов воде подмешивается сетевая вода из обратного трубопровода. Для этого между трубопроводами обратной и подающей линии, после сетевых насосов, монтируют линию перепуска.

Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы стальных водогрейных котлов, отличающимся от режима тепловых сетей. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем изменения температуры воды на выходе из котлов.

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо, поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая:

при работе на природном газе - не ниже 60°С; при работе на малосернистом мазуте - не ниже 70°С; при работе на высокосернистом мазуте - не ниже 110°С.

В связи с тем, что температура воды в обратных линиях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения предусматривают, как отмечено ранее, рециркуляцинонные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных котлоагрегатов.

Во многих случаях водяные тепловые сети рассчитываются для работы по так называемому отопительному температурному графику типа, показанного на рис. 2.9. Расчет показывает, что максимальный часовой расход воды, поступающей в тепловые сети от котлов, получается при режиме, соответствующем точке излома графика температур воды в сетях, т. е. при температуре наружного воздуха, которой соответствует на низшей температура воды в подающей линии. Эту температуру поддерживают постоянной даже при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха.

Исходя из изложенного, в расчет тепловой схемы котельной вводят пятый характерный режим, отвечающий точке излома графика температур воды в сетях. Такие графики строятся для каждого района с соответствующей последнему расчетной температурой наружного воздуха по типу показанного на рис. 2.9. С помощью подобного графика легко находятся необходимые температуры в подающей и обратной магистралях тепловых сетей и необходимые температуры воды на выходе из котлов. Подобные графики для определения температур воды в тепловых сетях для различных расчетных температур наружного воздуха - от -13°С до - 40°С разработаны Теплоэлектропроектом.

Температуры воды в подающей и в обратной магистралях,°С, тепловой сети могут быть определены по формулам:

где t вн - температура воздуха внутри отапливаемых помещений,°С; t H - расчетная температура наружного воздуха для отопления,°С; t? H - изменяющаяся во времени температура наружного воздуха,°С;p? i - температура воды в подающем трубопроводе при t н °С; p 2 - температура воды в обратном трубопроводе при t н °С;tн - температура воды в подающем трубопроводе при t? н,°С; ?т - расчетный перепад температур, ?t = p 1 - p 2 ,°С; th =p з -p 2 - расчетный перепад температур в местной системе,°С; p 3 = p 1 + ap 2 / 1+ a - расчетная температура воды, поступающей в отопительный прибор, °С; p? 2 - температура воды, идущей в обратный трубопровод от прибора при t" H ,°С; а - коэффициент смещения, равный отношению количества обратной воды, подсасываемой элеватором, к количеству сетевой воды.

Сложность расчетных формул (5.40) и (5.41) для определения температуры воды в тепловых сетях подтверждает целесообразность использования графиков типа показанного на рис. 2.9, построенного для района с расчетной температурой наружного воздуха - 26 °С. Из графика видно, что при температурах наружного воздуха 3°C и выше вплоть до конца отопительного сезона температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей постоянна и равна 70 °С.

Исходными данными для расчетов тепловых схем котельных со стальными водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, как указывалось выше, служат расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь в котельной, сетях и расхода теплоты на собственные нужды котельной.

Соотношение отопительно-вентиляционных нагрузок и нагрузок горячего водоснабжения уточняется в зависимости от местных условий работы потребителей. Практика эксплуатации отопительных котельных показывает, что среднечасовой за сутки расход теплоты на горячее водоснабжение составляет около 20 % полной теплопроизводительности котельной. Тепловые потери в наружных тепловых сетях рекомендуется принимать в размере до 3 % общего расхода теплоты. Максимальные часовые расчетные расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной с водогрейными котлами при закрытой системе теплоснабжения можно принять по рекомендации в размере до 3 % установленной теплопроизводительности всех котлов.

Суммарный часовой расход воды в подающей линии тепловых сетей на выходе из котельной определяется, исходя из температурного режима работы тепловых сетей, и, кроме того, зависит от утечки воды через не плотности. Утечка из тепловых сетей для закрытых систем теплоснабжения не должна превышать 0,25 % объема воды в трубах тепловых сетей.

Допускается ориентировочно принимать удельный объем воды в местных системах отопления зданий на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты для жилых районов 30 м 3 и для промышленных предприятий - 15 м 3 .

С учетом удельного объема воды в трубопроводах тепловых сетей и подогревательных установках общий объем воды в закрытой системе ориентировочно можно принимать равным для жилых районов 45 - 50 м 3 , для промышленных предприятий - 25 - 35 MS на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты.

Рис. 5.8. Развернутаые тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.

1 - котел водогрейный; 2 - насос рециркуляционный; 3 - насос сетевой; 4 - насос сетевой летний; 5 - насос сырой воды; 6 - насос конденсатный; 7 - бак конденсатный; 8 - подогреватель сырой воды; 9 - подогреватель химически очищенной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.

Иногда для предварительного определения количества утекающей из закрытой системы сетевой воды эту величину принимают в пределах до 2 % расхода воды в подающей линии. На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования котельной составляется полная развернутая тепловая схема. Для каждой технологической части котельной обычно составляются раздельные развернутые схемы, т. е. для оборудования собственно котельной, химводоочистки и мазутного хозяйства. Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ -ТС - 20 для закрытой системы теплоснабжения показана на рис. 5.8.

В верхней правой части этой схемы размещены водогрейные котлы 1, а в левой - деаэраторы 10 ниже котлов размещены рециркуляцинонные ниже сетевые насосы, под деаэраторами - теплообменники (подогреватели) 9, бак деаэрированной воды 7, подпилочные насосы 6, насосы сырой воды 5, дренажные баки и продувочный колодец. При выполнении развернутых тепловых схем котельных с водогрейными котлами применяют обще станционную или агрегатную схему компоновки оборудования (рис. 5.9).

Общестанционные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения характеризуется присоединением сетевых 2 и рециркуляционных 3 насосов, при котором вода из обратной линии тепловых сетей может поступать к любому из сетевых насосов 2 и 4, подключенных к магистральному трубопроводу, питающему водой все котлы котельной. Рециркуляцинонные насосы 3 подают горячую воду из общей линии за котлами также в общую линию, питающую водой все водогрейные котлы.

При агрегатной схеме компоновки оборудования котельной, изображенной на рис. 5.10, для каждого котла 1 устанавливаются сетевые 2 и рециркулярные насосы 3.

Рис 5.9 Общестанционная компоновка котлов сетевых и рециркуляционных насосов.1 - котел водогрейный, 2 - рециркуляционный, 3 - насос сетевой, 4 - насос сетевой летний.

Рис. 5-10. Агрегатная компоновка котлов КВ - ГМ - 100, сетевых и рециркуляционных насосов. 1 - насос водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный.

Вода из обратной магистрали поступает параллельно ко всем сетевым насосам, а нагнетательный трубопровод каждого насоса подключен только к одному из водонагревательных котлов. К рециркуляционному насосу горячая вода поступает из трубопроводом за каждым котлом до включения его в общую падающую магистраль и направляется в питательную линию того же котлоагрегата. При компоновке при агрегатной схеме предусматривается установка одного для всех водогрейных котлов. На рис.5.10 линии подпиточной и горячей воды к основным трубопроводам и теплообменником не показаны.

Агрегатный способ размещения оборудования особенно широко применяется в проектах водогрейных котельных с крупными котлами ПТВМ - 30М, КВ - ГМ 100. и др. Выбор обще станционного или агрегатного способа компоновки оборудования котельных с водогрейными котлами в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них из компоновки при агрегатной схеме является облегчение учета и регулирования расхода и параметра теплоносителя от каждого агрегата магистральных теплопроводов большого диаметра и упрощение ввода в эксплуатацию каждого агрегата.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

К.т.н. Л. А. Репин, директор, Д.Н. Тарасов, инженер, А.В. Макеева, инженер, ЗАО «Южно-русская энергетическая компания», г. Краснодар

Опыт последних лет эксплуатации российских систем теплоснабжения в зимних условиях показывает, что нередки случаи нарушения электроснабжения источников тепла. При этом прекращение подачи электроэнергии в котельные может привести к серьезным последствиям как в самой котельной (остановка вентиляторов, дымососов, выход из строя автоматики и защиты), так и вне ее (замерзание теплотрасс, систем отопления зданий и т.п.).

Одним из известных и в то же время эффективных решений этой проблемы, для относительно крупных паровых котельных, является использование турбогенераторных установок, работающих на избыточном давлении пара, т.е. организация когенерации на базе внешнего теплового потребления . Это позволяет не только увеличить эффективность использования топлива и улучшить экономические показатели источника тепла, но и, обеспечив его электроснабжение от собственного электрогенератора, повысить надежность работы системы теплоснабжения.

Применительно к коммунальной теплоэнергетике такое решение представляется нереальным, поскольку подавляющее большинство котельных являются водогрейными. В этом случае для повышения надежности практикуется установка на тепловом источнике дизель-генераторов, которые в случае аварии в системе электроснабжения могут обеспечить собственные нужды котельной. Однако это требует существенных

затрат, а коэффициент использования установленного оборудования приближается к нулю.

В данной статье предлагается другое решение этой проблемы. Суть его состоит в организации собственного производства электрической энергии в водогрейной котельной на базе осуществления цикла Ренкина, используя в качестве рабочего тела низкокипящее вещество, которое в дальнейшем будем называть «агент» .

Схемы электростанций с использованием низкокипящих рабочих тел достаточно известны и применяются, в основном, на геотермальных месторождениях с целью утилизации теплоты сбросных вод . Однако основным их недостатком является низкий термический КПД цикла, что связано с необходимостью отвода теплоты конденсации агента в окружающую среду. В водогрейных котельных и в паровых котельных малой мощности (где другие варианты когенерации нецелесообразны) теплоту конденсации можно использовать для предварительного подогрева сырой воды, поступающей на ХВО или идущей в подогреватели ГВС в случае, если они установлены на источнике теплоснабжения. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной с интегрированной установкой по производству электроэнергии представлена на рис. 1.

Часть теплоносителя на выходе из водогрейного котла I отбирается и, последовательно проходя через испаритель II и подогреватель агента III, обеспечивает получение его в виде пара с параметрами, достаточными для использования в качестве рабочего тела в тепловом двигателе IV, соединенным с электрогенератором.

После завершения процесса расширения отработанный пар поступает в теплообменник-конденсатор V, где теплота конденсации утилизируется потоком холодной воды, идущей в установку ХВО или, как показано на рисунке, через дополнительный подогреватель VI и бак-аккумулятор VII в систему подачи воды на нужды ГВС.

Для практической реализации предлагаемой схемы необходимо рассмотреть несколько моментов.

1. Подобрать низкокипящее вещество (агент), которое по своим термодинамическим характеристикам вписывалось бы в режим работы и параметры котельной.

2. Определить оптимальные параметры режима работы теплосиловой установки и тепло-обменного оборудования.

3. Провести количественную оценку величины максимальной электрической мощности, которую можно получить для конкретных условий рассматриваемой котельной.

При выборе рабочего тела было проведено расчетное исследование цикла Ренкина для следующих агентов: R134, R600a, R113, R114, R600. В результате было установлено, что наибольшая эффективность цикла для его реализации в условиях водогрейной котельной достигается при использовании хладона R600.

Для выбранного таким образом рабочего тела был проведен анализ влияния на вырабатываемую мощность температуры перегрева пара (рис. 2а), давления пара на входе Pн (рис. 2б) и выходе Pк (рис. 2в) двигателя.

Из приведенных графиков следует, что рассматриваемые характеристики практически не зависят от температуры перегрева рабочего тела и улучшаются с возрастанием Pн и уменьшением Pк. В то же время увязка параметров когенерационной установки с режимом работы источника тепла показывает, что увеличение Pн ограничивается необходимостью обеспечить достаточную разность температур в испарителе между испаряющимся рабочим телом и греющим теплоносителем, т.к. температура последнего определяется режимом работы водогрейного котла.

Конечное давление Pк должно выбираться в зависимости от температуры конденсации агента, которая в свою очередь определяется температурным уровнем тепловоспринимающей среды (холодной воды) и необходимым температурным напором в конденсаторе.

Для конкретных расчетов предлагаемой схемы была выбрана котельная с тремя котлами ТВГ-8 с подключенной тепловой нагрузкой по отоплению 14,1 МВт и по горячему водоснабжению 5,6 МВт (зимний режим). В котельной имеется бойлерная установка, обеспечивающая подогрев горячей воды на нужды ГВС. Расчетная температура сетевой воды на выходе из котлов 130 ОC. Суммарная потребляемая мощность - до 230 кВт в отопительный период и до 105 кВт летом.

Значения параметров и расходов теплоносителей в узловых точках схемы, полученные в результате расчетов, приведены в таблице.

Электрическая мощность ЭГК в отопительный период составила 370 кВт, в летний 222 кВт.

При проведении расчетов расход рабочего тепла определялся, исходя из возможности по-

тока холодной воды обеспечить полную конденсацию агента. Различие в получаемой мощности в зимний и летний периоды работы источника тепла связано с уменьшением количества агента, которое может быть сконденсировано, из-за увеличения температуры холодной воды, поступающей в конденсатор (+15 ОC).

Выводы

1. Существует реальная возможность повысить энергоэффективность водогрейных котельных путем организации производства электроэнергии в установках, использующих низко-кипящее рабочее тело.

2. Величина электрической мощности, которая может быть получена при осуществлении когенерации, существенно превышает собственные нужды котельной, что гарантирует ее автономное электроснабжение. При этом отказ от покупной и реализация избыточной электроэнергии должны существенно улучшить экономические показатели источника тепла.

3. Несмотря на невысокие значения КПД цикла, в схеме практически отсутствуют потери подведенной теплоты (кроме потерь в окружаю-

щую среду), что позволяет говорить о высокой энергетической и экономической эффективности предлагаемого решения.

Литература

1. Репин Л.А., Чернин Р.А. Возможности производства электрической энергии в паровых котельных низкого давления //Промышленная энергетика. 1994. №6. С.37-39.

2. Патент 32861 (RU). Тепловая схема водогрейной котельной/Л.А. Репин, А.Л. Репин//2006.

3. Комбинированная геотермальная электростанция с бинарным циклом мощностью 6,5 МВт// Российские энергоэффективные технологии. 2002. № 1.

Перспективы модернизации отечественного парка паровых и водогрейных котлов.

В Украине преимущественно эксплуатируется парк паровых и водогрейных котлов серий ДКВР, ДЕ, Е, ТВГ, КВГМ, ПТВМ и т.д., обеспечивающих тепловой энергией как производственную сферу, так и жилищно-комунальное хозяйство Украины. Уровень оборудования и автоматики не отвечает действующим нормам по использованию топлива, электроэнергии и экологическим показателям. А тут можно прочитать статьи про малоэтажное строительство на строительном портале. Эту проблему можно решить двумя путями: Полной заменой котлов на новые, современные; Модернизацией существующего парка котлов. Первый путь требует от владельцев теплогенерирующих установок больших капитальных вложений, что на сегодняшний день под силу только некоторым крупным успешно работающим предприятиям. Для других предприятий более реальным является второй путь - модернизация своих теплогенерирующих установок путем замены газогорелочных устройств на импортные аналоги или применение автоматики для котлов на базе импортных комплектующих с использованием штатных горелок или новых горелок серии ГМУ. Импортные горелки фирм "Weishopt", "Ecoflame" установлены на котлах Монастырищенского завода Е2,5-0,9 и Ивано-Франковского завода ВК-22. Эксплуатация этих котлов показала удовлетворительную работу всего оборудования. Примером использования штатной горелки ГМГ-4 на паровом котле ДКВР 6,5/13 является Чижевская бумажная фабрика (ЧПФ). Впервые в практике эксплуатации котлов серии ДКВР газовая горелка ГМГ-4 была переведена в режим полного автоматического розжига и регулирования нагрузки парового котла без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Автоматическое регулирование нагрузки по давлению пара в барабане котла позволяет удерживать давление пара на заданном значении ±0,1 кгс/см2 при значительных изменениях расхода пара (до 70% со стороны потребителя). В случае прекращения потребления пара автоматика котла останавливает горелку до момента следующей потребности в паре. Такой режим работы котла с переменной паровой нагрузкой позволяет значительно экономить топливо. Отказ от традиционных методов дроссельного регулирования таких параметров, как уровень воды в верхнем барабане, разрежение в топке котла, давление воздуха перед горелкой и переход на принципиально новый способ регулирования вышеуказанных параметров путем изменения числа оборотов электродвигателей вспомогательного оборудования с помощью частотных преобразователей позволило значительно уменьшить затраты электроэнергии на производство пара. Потребленная электродвигателями вспомогательного оборудования электроэнергия на одну тонну произведенного пара до реконструкции составляла 7,96 квт/т, а после реконструкции составляет 1,98 кВт/т. Таким образом, за срок годичной эксплуатации котла на Чижевской бумажной фабрике, который составляет 8000 часов, экономия электроэнергии достигла 253000 кВт. Средневзвешенный коэффициент полезного действия котла ДКВР 6,5/13 после реконструкции составил 90-90,5% вместо 87,5%. Для современных гидравлических схем водогрейных котельных решена проблема применения погодозависимого регулятора регулирующего температуру теплоносителя в подающей магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха при сохранении условия для прямоточных водогрейных котлов tВХ>=70°С. Проблема решена при помощи применения регулируемой гидравлической стрелки. Использование погодозависимого регулятора позволяет экономить топливо до 30%. В настоящее время на все типоразмеры отечественных котлов разработаны схемы по реконструкции с использованием выше перечисленных технологий. Сроки окупаемости затраченных средств на модернизацию паровых или водогрейных котлов составляют 1,0 ?2,0 года в зависимости от времени эксплуатации в течение года.

Что такое рециркуляция? Какие плюсы и минусы данной системы? Как организовать правильное и комфортное водоснабжение дома? На эти и другие вопросы ответит статья нашего сайта, посвященная функционалу бойлеров – системе рециркуляции воды

Для комфортного пользования горячей водой, при проектировании современных систем, принято использовать накопительные водонагреватели. Они дают возможность всегда иметь необходимый запас горячей воды для нужд жильцов. Как правильно рассчитать необходимый объем водонагревателя описано в статье нашего блога.

Бойлер косвенного нагрева.
Крайне выгодно использовать для нагрева горячей воды бойлер косвенного нагрева, который дает экономические и конструктивные преимущества по сравнению с обычным электрическим водонагревателем. В бойлер косвенного нагрева, помимо стандартного электрического ТЭНа встроен теплообменник (или несколько теплообменников), по которому можно пустить теплоноситель из альтернативной системы (отопительного котла, солнечного коллектора, теплового насоса и пр.). Это, в первую очередь, дает экономические преимущества нагрева горячей воды. В период отопительного сезона, бойлер будет отлично нагреваться от системы отопления дома, не включая электрический ТЭН. А при использовании бойлера с солнечным коллектором, вообще можно получить бесплатную систему нагрева воды от солнца круглый год.

Что такое рециркуляция.

Некоторые бойлеры косвенного нагрева оснащены дополнительным патрубком рециркуляции, который можно использовать в системе горячего водоснабжения для создания дополнительного комфорта. При закладке труб горячей воды к смесителю, необходимо заложить еще одну, обратную трубу для рециркуляции воды. Таким образом, по трубам горячего водоснабжения будет всегда циркулировать горячая вода и при открытии крана, моментально, водой можно пользоваться.

Рециркуляция, по сути, это движение горячей воды по замкнутому трубному кольцу, с возможностью ее отбора из этого кольца.

Где стоит закладывать рециркуляцию воды из бойлера.
В первую очередь, рециркуляция применяется в местах, где точка водоразбора находится на большом удалении от бойлера – нагревателя. Пока вы не пользуетесь горячей водой, она в трубах остывает и, после открытия крана, необходимо спускать охладившуюся воду какой-то промежуток времени. Рециркуляция полностью решает данную проблему. Если нет желания все время спускать воду из крана, то следует выбрать систему с рециркуляцией горячей воды. Подобная система имеет трубопроводы подачи и обратки, но система очень удобная и комфортная.
Дополнительно, на систему рециркуляции горячей воды можно подключить водяной полотенцесушитель. В данном случае, полотенцесушитель будет теплым круглый год, т.к. запитан будет не от отопления, а от горячего водоснабжения дома

Недостатки системы рециркуляции.
Основной недостаток системы рециркуляции – сложность монтажа из-за необходимости прокладки дополнительной трубы. Данные работы можно выполнить только при строительстве дома или капитальном ремонте.
Кроме этого, для работы системы рециркуляции понадобится циркуляционный насос и дополнительные материалы для обвязки. Для движения воды от бойлера по трубам и в обратную сторону применяют циркуляционный насос ГВС, запрещается применять насос для отопительной системы. Насос постоянно подключен к сети и расходует мало электроэнергии, примерно 25-80 Ватт в час (в зависимости от модели и производительности насоса).

Стоит отметить, что при работе рециркуляции горячей воды, стоимость нагрева воды увеличится, ведь она будет постоянно циркулировать, отдавая тепло стенам, полотенцесушителю и пр. и воду придётся греть чаще, чем в обычном бойлере замкнутого цикла нагрева. За комфорт приходится платить. Для достижения максимального уровня экономии энергии обратная линия, как и линия подачи воды, должны быть хорошо теплоизолированы для уменьшения потерь тепла, иначе вместо системы водоснабжения можно получить дополнительную систему обогрева стен с постоянно работающим циркуляционным насосом.
Не следует пренебрегать и установкой дополнительной группы безопасности – установить расширительный бак, а заодно и автоматический воздухоотводчик, чтобы исключить попадание воздуха в насос. При желании, можно установить также и предохранительный клапан, для защиты водонагревателя от избыточного давления, вызванного расширением воды при нагреве. При достижении критического давления предохранительный клапан выпустит «лишнюю» воду. Но в большинстве случаев достаточно установить лишь расширительный бак. Он компенсирует давление в системе горячего водоснабжения, отбирая излишки воды, тем самым уменьшая давление при нагреве. Давление воздуха в расширительном баке не должно превышать давление предохранительного клапана, иначе действие расширительного бака бесполезны. А минимальное давление воздуха должно быть не ниже минимального давления в системе водоснабжения.

Рециркуляционные насосные установки используются в водогрейных котельных и в котельных смешанного типа (с паровыми и водогрейными котлами). Их назначение в поддержании температуры воды на входе в водогрейный котел не менее допустимой с учетом используемого топлива. С той целью рециркуляционный насос часть нагретой воды в котле подает снова на вход в котел, где она перемешивается с обратной водой из тепловой сети и увеличивает ее температуру до заданной величины. Иногда на производстве важно иметь катализатор Клауса, который можно купить только в специализированном магазине.

Температура воды на входе в котел зависит от вида топлива и содержания в нем серы. При сжигании углей и мазута образуются пары серы и ее соединений, которые легко конденсируются на экранных трубах котла, где их температура не превышает 100?С, что приводит к интенсивной эрозии поверхности труб и утонению стенки. Использование природного и других энергетических газов в качестве топлива для котлов позволяет снизить минимальную температуру поверхности экранных труб до 60-70?С, исключая эрозию их поверхностей.

Многообразие условий покрытия круглогодичных и пиковых тепловых нагрузок на территории нашей страны стало причиной проектирования водогрейных установок со значительными отличиями в тепловой схеме, что позволило более полно и эффективно обеспечивать теплом потребителей производственного, социального и жилищного сектора.

Вторым важным назначением рециркуляционных насосов является оперативное обеспечение регулирования тепловой нагрузки в соответствии с графиком и изменениями атмосферных условий. Эффективное регулирование тепловой нагрузки возможно только при сохранении заданного уровня надежности системы. Это, от части, является причиной проектирования водогрейных установок со значительными отличиями в тепловой схеме.

Тепловая схема котельной и схема включения рециркуляционного насоса жестко связаны с температурным графиком подачи тепла потребителям в разные сезоны года и необходимостью в большей или меньшей мере производить подпитку сетевой установки.

Наиболее распространенные схемы включения рециркуляционных насосов в тепловые схемы водогрейных котельных и котельных смешанного типа приведены ниже.

Наиболее простая схема включения рециркуляционных насосов используется в тех случаях когда температура воды в подающем трубопроводе – tП более 110?С и теплоноситель используется для покрытия нагрузок на вентиляцию и отопление рисунке 1:

Рециркуляционный насос установлен на байпасе, соединяющем подводящий и отводящий трубопроводы водогрейного котла. В напорной части байпаса перед врезкой в подводящий трубопровод установлен регулятор подачи рециркуляционного насоса. Он выполнен в виде клапана с автоматическим приводом. Управление приводом клапана связано с температурой воды в обратном трубопроводе – tОБ. При уменьшении tОБ клапан частично поднимается и увеличивает производительность рециркуляционного насоса, что приводит к повышению температуры воды на входе в котел – tВК до расчетной величины. При повышении tОБ (для уменьшения тепловой нагрузки) клапан поднимается, увеличивая проходное сечение, снижая гидравлическое сопротивление байпаса, что приводит к увеличению производительности рециркуляционного насоса и увеличению температуры воды в подающем трубопроводе котла до расчетной величины.

Достоинствами этой схемы являются ее простота и надежность.

В водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива природного газа, при закрытой схеме теплоснабжения получила применение схема включения рециркуляционных насосов, приведенная на рисунке 2:

Из обратного трубопровода холодная вода поступает на вход сетевого насоса. Сюда же рециркуляционный насос подает воду из водогрейного котла, которая прежде проходит одну или две ступени подогрева сырой воды. Вода из циркуляционного контура при смешивании с водой из обратного трубопровода, увеличивает ее температуру до 70?С. С этой температурой вода поступает через сетевой насос в водогрейный котел, а из котла подается в трубопровод прямого тока для покрытия нагрузок внешних потребителей тепла.

Сырая вода, подвергаясь последовательно: подогреву, механической и химической очистке, вторичному подогреву и деаэрации, – подается в аккумулирующие баки (на рис. 2 подогреватель второй ступени и аккумулирующие баки не показаны). По мере необходимости подпиточным насосом вода из аккумулирующих баков подается в трубопровод обратной воды тепловой сети для поддержания в ней расчетного давления.

В этой схеме производительность сетевого насоса должна приниматься несколько больше, чем расход воды в трубопроводе прямого тока, так как часть воды сетевой насос подает в контур рециркуляции. Производительность рециркуляционного насоса может быть меньше, чем сетевого насоса в 5-10 раз и более.

Регулирование производительности рециркуляционного насоса осуществляется регулятором подачи, который выполнен в виде клапана с автоматическим приводом. Управление приводом клапана связано с температурой воды в обратном трубопроводе. При увеличении температуры воды в обратном трубопроводе клапан частично прикрывается и уменьшает производительность рециркуляционного насоса, что приводит к снижению температуры воды на входе в котел до расчетной величины (70?С). При уменьшении tОБ клапан поднимается, увеличивая проходное сечение, снижая гидравлическое сопротивление байпаса, что приводит к увеличению производительности рециркуляционного насоса и увеличению температуры воды в подающем трубопроводе сетевого насоса (котла) до расчетной величины.

Регулирование тепловой нагрузки для внешних потребителей в этой схеме возможно, как за счет изменения температуры воды на входе в котел, так и за счет незначительного изменения производительности сетевого насоса.

Несомненными достоинствами этой схемы являются ее простота, высокая экономичность и надежность.

В пиковых водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива мазутов, получила широкое применение схема включения рециркуляционных насосов, приведенная на рисунке 3:

Рециркуляционный насос, как и в схеме по рис. 3, установлен на байпасе, соединяющем подводящий и отводящий трубопроводы котла. В напорной части байпаса установлен регулятор подачи насоса, в виде клапана с автоматическим приводом.

Горячая вода с выхода котла с температурой 150?С подается:
– на мазутное хозяйство;
– на подогрев подпиточной воды;
– на вход рециркуляционного насоса;
– в трубопровод прямого тока.

Тепловая нагрузка мазутного хозяйства изменяется как в течение суток, так и по сезонам года. Минимальные тепловые нагрузки отмечаются в летний сезон. Максимальные тепловые нагрузки мазутного хозяйства отмечаются в зимний сезон во время выгрузки мазута из цистерн в аккумулирующие баки. Зимние тепловые нагрузки мазутного хозяйства могут превышать летние нагрузки в 2-4 раза. По этой причине в северных регионах нашей страны для обеспечения теплом только мазутного хозяйства на водогрейных котельных устанавливают паровые котлы низкого давления. Это требует дополнительных площадей в котельном цехе и увеличивает капитальные затраты проекта. Увеличиваются и эксплуатационные затраты, что повышает стоимость 1Гкал отпускаемого тепла. Несомненным плюсом в этом случае является возможность увеличения тепловой нагрузки на внешнего потребителя. Охлажденная вода из теплообменников мазутного хозяйства подмешивается в трубопровод обратной воды внешних потребителей.

Тепловая нагрузка на подогрев подпиточной зависит от схемы теплоснабжения. При замкнутой схеме потери теплоносителя из-за неплотностей не должны превышать 1-2%. При разомкнутой схеме теплоснабжения потери теплоносителя в сети, а, следовательно, и отбор горячей воды из котла на подогрев подпиточной воды значительно увеличиваются. Охлажденная вода из подогревателей подпиточной воды подается в трубопровод прямого тока.

Производительность рециркуляционного насоса регулируется автоматическим клапаном с учетом температуры обратной воды из сети внешних потребителей тепловой энергии. При замкнутой схеме теплоснабжения влияние расхода греющей воды через подогреватели подпиточной воды на работу рециркуляционного насоса незначительное. Для разомкнутых схем теплоснабжения регулирование производительности рециркуляционного насоса производится в более широком диапазоне, что требует использования других приемов регулирования.

Сравнительно простая схема включения рециркуляционных насосов используется и в тех случаях когда tП < 100?С, а теплоноситель используется только для покрытия нагрузок на вентиляцию и отопление рисунке 4:

Рециркуляционный насос установлен перед котлом и подает через него горячую воду в трубопровод прямого тока и в байпас. В прямом трубопроводе часть горячей воды смешивается с водой из обратного трубопровода и с температурой tП поступает потребителю. Другая часть горячей воды из котла по байпасу поступает на вход рециркуляционного насоса. Сюда же поступает часть обратной воды, которая прошла через сетевой насос с повышением давления до расчетного.

В пиковых водогрейных котельных, расположенных в непосредственной близости от потребителей тепла, при использовании в качестве топлива мазутов, для разомкнутой схемы теплоснабжения получила применение схема включения рециркуляционных насосов в рассечку между сетевым подогревателем и котлом рисунке 5:

Рециркуляционный насос подает воду в котел с температурой не менее 110?С, откуда горячая вода с температурой 150?С и более подается в мазутное хозяйство, в подогреватель подпиточной воды и на сетевой подогреватель. Холодная вода из мазутного хозяйства подается в трубопровод обратной воды, проходит сетевой подогреватель и поступает в сеть потребителям тепла. Вода из сетевого подогревателя с tП не менее 110?С поступает на вход рециркуляционного насоса. Сырая вода предварительно перед химической очисткой подогревается до температуры 20 ?С, например, водоводяным подогревателем и водой из мазутного хозяйства. После ХВО подпиточная вода подогревается до 50-70 ?С и поступает в вакуумный деаэратор, а из него в аккумулирующие баки (на рис. 5 не показаны).

Аккумулирующие баки накапливают воду в периоды водоразбора меньше среднесуточного и отдают дополнительное количество деаэрированной воды в циркуляционный контур котла. Из этого же контура через мазутное хозяйство производится подпитка и тепловой сети. При необходимости подпитка тепловой сети может производиться насосом подпиточной воды через поперечную перемычку с клапаном перед сетевым подогревателем (на рис. 5 не показана). Установка аккумуляторных баков позволяет работать оборудованию установки горячего водоснабжения с постоянной среднесуточной нагрузкой, что является наиболее экономичным решением.

Всю аппаратуру котельной, предназначенную для подпитки тепловой сети следует рассчитывать на среднечасовой расход воды за сутки с максимальным водоразбором.

Регулирование тепловой нагрузки производится за счет изменения производительности рециркуляционного насоса. Для этого на подводящем трубопроводе установлен регулирующий клапан с автоматическим приводом. Управление клапаном производится с учетом температуры воды в обратном трубопроводе. При уменьшении температуры обратной воды клапан поднимается и увеличивает проходное сечение, что приводит к уменьшению сопротивления рециркуляционного контура, увеличению производительности рециркуляционного насоса и снижению тепловой нагрузки на сетевой подогреватель. При этом одновременно в котел подается меньше топлива и воздуха для понижения его рабочей мощности.

Система регулирования тепловой нагрузки выполняется так, что при любом изменении потребления тепла tВК остается не менее 110?С.

В систему горячего водоснабжения частного дома входят: нагреватель для воды, трубопровод, имеющий запорную арматуру и смесители, а так же зачастую насос для рециркуляции горячей воды. Нагреватели воды отличаются по мощности, устройству, источнику питания. Наиболее практичными являются газовые нагреватели воды, причем и емкостные, и проточные. Также имеются нагреватели воды косвенного нагрева, то есть те, которые функционируют благодаря теплу, какое отдает котел отопительный или электрический.

Чтобы обеспечить наличие горячей воды в кране в частном доме существует несколько возможностей.

Есть возможность выбрать проточный, либо накопительный нагреватель воды, который будет работать от отопительного котла, либо автономно от него. Можно выбрать газовый водонагреватель, либо тот, который работает на электричестве, также можно выбрать варианты на твердом топливе.

Проточный водонагреватель, работающий на газу, принято называть газовой колонкой.

Установка системы водоснабжения горячей воды в частном доме либо коттедже, прежде всего, предполагает установку водонагревателя.

Монтаж системы горячего водоснабжения с использованием двухконтурного газового котла

В случае, когда число водоразборных точек частного дома не велико, и предполагается одновременное использование исключительно умывальников, тогда лучше всего выбрать двухконтурный котел с проточным нагревом воды. Подобные котлы способны производить горячей воды до двадцати литров в минуту. Именно этот вариант самый простой и экономичный.

Для того чтобы смонтировать данную систему горячего водоснабжения, довольно сделать подвод трубы с холодной водой и на выходе из котла уже можно будет получать горячую воду. Необходимо учитывать то, что за определенное время горячая вода будет остывать в трубопроводе и поэтому, для того, чтобы с крана полилась горячая вода, надо будет ждать какое-то время.

Монтаж системы с использованием двухконтурного котла со встроенным бойлером

По сравнению с вариантом, описанным ранее, этот тип ГВС дает возможность получить намного лучший по стабильности нагрев и он на порядок удобнее для получения горячей воды.

Этот вариант дает возможность постоянно иметь в резерве от сорока до шестидесяти литров горячей воды. Но данная система, кроме преимуществ имеет и свои минусы:

• Крупные габариты и вес.
• Большие затраты топливных ресурсов для того, чтобы поддержать стабильную температуру воды в бойлере.
• Большая цена.

Подобные системы используются довольно не часто.

Рециркуляция через бойлер косвенного нагрева

Одноконтурный котел с внешним бойлером косвенного нагрева – это наиболее оптимальный вариант организации рециркуляции, который достаточно часто используют в условиях довольно интенсивного потребления горячей воды. В такой связке и используют обычно рециркуляцию горячей воды

Такая система дает возможность одновременного использования двух или большего числа душевых, ванной, джакузи. В собственных домах обычно устанавливают бойлер косвенного нагрева, имеющий объем от ста до тысячи литров.

В подобной системе нагрев воды происходит благодаря прохождению через бойлер, бак большого размера, имеющий трубчатую спираль. По спирали бойлер проходит циркуляция теплоносителя отопительной системы, которая таким образом и производит нагревание воды в бойлере. В данной системе, в отличие от вариантов проточного или накопительного водонагревателя, отопительный котел функционирует круглогодично.

У большинства бойлеров косвенного нагрева бак сделан из эмалированной стали. А отдельные модели премиум класса имеют внутренний бак материал, которого – нержавеющая сталь.

Рециркуляция системы горячего водоснабжения ГВС.

Рециркуляция горячей воды устроена следующим образом:

Горячая вода из накопительного бака, бойлера, идет по внутреннему трубопроводу к кранам наряду с холодной водой. И даже учитывая то, что трубы горячей воды обязательно имеют теплоизоляцию, через восемь, десять часов, если ею не пользоваться, вода в трубах охлаждается.

При условии же, что кран от бойлера находится на большем расстоянии, например на верхнем этаже, то для того, чтобы полилась горячая вода, ее нужно спускать около пяти минут.

Если нет желания все время спускать воду из крана, то следует выбрать систему с рециркуляцией горячей воды. Подобная система имеет трубопроводы подачи и обратки, но система очень удобная и комфортная.

Циркуляция горячей воды в бойлере

Для движения воды от бойлера по трубам и в обратную сторону применяют циркуляционный насос ГВС, запрещается применять насос для отопительной системы. Насос постоянно подключен к сети и расходует мало электроэнергии, примерно сто Ватт в час.

Работа насоса не оказывает никакого влияния на то, с какой скоростью вытекает из крана вода. Он только обеспечивает ее движение от бойлера и обратно.

В системе с рециркуляцией ГВС, последовательно в цепь трубопровода присоединяют полотенцесушитель. Такое подключение обеспечивает нагрев полотенцесушителя, даже когда отключена система отопления в помещении, но система ГВС включена.

Определенные модели бойлеров укомплектованы электронагревательным тэном. Это очень удобно в случае, когда отключен газ или проводится профилактика котла, поскольку тогда этот бойлер способен функционировать как накопительный электронагреватель воды.

Трубопровод, подающий холодную санитарную воду в бойлерную систему, должен подсоединяться через группу безопасности, которая должна быть оснащена:

• Отсекающим краном.
• Обратным клапаном.
• Предохранительным клапаном.
• Расширительным баком системы горячего водоснабжения, при этом он должен иметь необходимый объем.

В том случае, если летом нет надобности в нагревании полетенцесушителя, то следует произвести отключение циркуляционного насоса от электрической сети, а также перекрыть шаровый кран на циркуляционном трубопроводе. Монтируя систему горячего водоснабжения, нужно иметь ввиду, что все сантехнические приборы, потребляющие горячую воду, должны быть подсоединены к ветке подачи горячего водоснабжения, при этом полотенцесушитель и циркуляционный насос монтируются на трубопроводе обратки. Если систему не смонтировать, таким образом, то при пользовании горячей водой, будет нагреваться полотенцесушитель и воздух в комнате, где он расположен.

Система с циркуляцией горячей воды и бойлером является наиболее удобной и комфортной для пользователей, но при этом она на порядок больше стоит, чем простая система.

Вопрос №19.Автоматизация водогрейных котельных установок

Водогрейные котлы отличаются от паровых наличием водяного контура вместо водо-парового. Это не требует ряда локальных систем регулирования – уровня воды в барабане, температуры пара через пароохладители, продувки котла. С другой стороны появляются новые контуры регулирования в водяном тракте.

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы при работе на природном газе равна 60 С. Для обеспечения этого необходимо подавать некоторое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов, снова на вход в котел для смешения с водой из обратного трубопровода и подпиточной водой. Линию, по которой перекачивают нагретую воду с выхода котла на его вход, так же, как и специальный насос, называют рециркуляционными (рис. 26).

С помощью регулировочного клапана в линии рециркуляции регулируется температура входной воды в котел. Во первых, это происходит на период разогрева котла. В это время t вых <60 0 C, tвх<<60 0 C. Для уменьшения коррозии труб котлов требуется уменьшить время разогрева полным открытием линии рециркуляции, не включая сетевые насосы до момента t вых =60C,. После чего следует включить сетевые насосы, а линию рециркуляции постепенно закрывать, обеспечивая t вх =60 0 C. При t обр > 60 0 C линия рециркуляции становится не нужна – регулировочный клапан закрыт. В осенне-весенний период, когда t обр < 60 0 C. линия рециркуляции становится нужна и в установившемся режиме работы,

Для обеспечения расчетной температуры воды в прямом трубопроводе тепловой сети при качественном регулировании подмешивается сетевая вода из обратного трубопровода. Часть воды из обратной линии, минуя котлы, подают по линии перепуска через регулировочный клапан в подающую магистраль, где она, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в прямом трубопроводе.

Наличие линий рециркуляции и перепуска воды приводит к специфичным режимам работы водогрейных котлов. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. С другой стороны, при качественном регулировании теплопотребления в стационарном режиме требуется постоянство расхода теплоносителя в тепловой сети, постоянство разницы давлений в прямом и обратном трубопроводах у потребителя для реализации проектных гидравлических настроек теплопотребления. Ручная настройка операторами вышеперечисленных контуров регулирования с помощью обычных задвижек без средств автоматизации, регуляторов не приводят к экономически оправданным результатам.

В водяных котельных, предназначенных для получения горячей воды (не более 150 °С) роль питательных насосов для подачи воды в котел выполняют сетевые насосы. Подпиточные насосы обеспечивают компенсацию невозврата сетевой воды.

В системах отопления все более распространяются водогрейные блочные котельные. Для осуществления безнакипного режима работы устанавливают дозаторы (добавки для умягчения воды). Применение закрытой системы горячего водоснабжения резко уменьшает потребное количество деаэрированной воды. Тепловые схемы котельных для закрытых систем теплоснабжения проще, чем для открытых не только конструктивно. В них уменьшается мощность оборудования химводоподготовки и ниже требования к качеству подпиточной воды.