ВЫБОР ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ЕГО ПАРАМЕТРОВ
Для упрощения приготовления теплоносителя в источнике тепла централизованного теплоснабжения и снижения затрат на трубопроводы в тепловых сетях желательно применять один-единственный теплоноситель. Такой теплоноситель должен был бы быть универсальным и соответствовать решаемым экономическим и техническим задачам. Однако на практике различного характера потребители тепла предъявляют к теплоносителю и его параметрам весьма различные требования.
Так, например, для жилых домов, нуждающихся только в отоплении и горячем водоснабжении, в качестве оптимального и в условиях Советского Союза единственного теплоносителя подходит горячая вода. Для общественных и производственных зданий, нуждающихся в отоплении, вентиляции, кондиционировании воздуха и горячем водоснабжении, горячая вода также подходит в качестве единственного и оптимального теплоносителя.
Иначе решается вопрос для промышленных предприятий, нуждающихся в технологическом паре. Нередко на производстве требуется пар различных параметров. В таких случаях необходимо сделать технико-экономический выбор между одним общим теплоносителем — па пом с самыми высокими из требующихся на производстве параметров, или системой нескольких теплоносителей.
Выбор теплоносителя для каждого отдельного потребителя тепла или для группы потребителей производится следующим образом:
1. Проверяется, какой теплоноситель установлен или рекомендован к применению действующими санитарными нормами для данного потребителя тепла.
2. Проверяется, какие теплоносители в данном случае допускаются к применению действующими противопожарными нормами и правилами.
3. Устанавливаются требования, предъявляемые основным технологическим процессом производства к теплоносителю и его параметрам.
4. Проверяется экономическая целесообразность применения намеченного теплоносителя.
Применение в качестве теплоносителя горячей воды при централизованном теплоснабжении в принципе экономичнее применения пара.
В системах централизованного теплоснабжения выбор теплоносителя, как правило, следует производить в соответствии со СНиП II-36-73 и действующими санитарными и противопожарными нормами. При этом необходимо учитывать следующее;
1. Для подачи тепла в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха предпочтение отдается горячей воде, при которой поступление тепла поддается центральному качественному регулированию.
2. При работе водяных систем в помещениях отсутствуют специфический запах горячей пыли и неприятные металлические шумы, свойственные работе паровых систем при движении пароконденсатной смеси по трубопроводам. Таким образом, водяные системы улучшают санитарно-гигиенические условия и способствуют созданию в помещениях более здоровой и комфортной обстановки.
3. Возможный радиус действия водяной системы (30—60 км от источника тепла до потребителя) значительно возможный радиус действия паровой системы (до 6—15 км). Благодаря этому важному преимуществу теплоснабжение при теплоносителе — горячей воде может осуществляться от источника тепла, расположенного далеко от потребителей, даже за чертой города.
4. При теплоносителе — воде отпадает трудная задача по сбору и возврату конденсата в источник тепла. Станция перекачки конденсата с конденсатными баками требует у потребителей тепла довольно больших помещений. Возврат конденсата связан с явлением вторичного парообразования. Для использования тепла вторичного пара устанавливают специальные пароводяные подогреватели, улавливающие тепло пароконденсатной смеси. При отсутствии этой или другой возможности тепло вторичного пара теряется. Количество собираемого конденсата в местной системе парового отопления не превышает 90%. Сравнительно трудно обеспечить чистоту конденсата, возвращаемого из технологической аппаратуры промышленных предприятий. От воздействия воздуха металл труб и оборудования окисляется (корродирует) и окрашивает конденсат в красный цвет. Конденсат, образующийся в подогревателях мазута, смазочных масел, растворов красителей весьма часто в источник тепла не возвращается, так как .в случае выхода из строя нагревательных трубок подогревателя одного потребителя тепла весь конденсат, собранный в источнике тепла со всего района, может стать непригодным для использования, что создаст затруднения в. питании котлов.
5. Преимуществу пара в случаях, когда потребители тепла нуждаются в теплоносителе, обладающем постоянными параметрами — давлением или температурой. Неизменность какого-либо из этих параметров теплоносителя весьма важна для многих технологических процессов.
6. Пар обладает также ценным свойством содержать в единице массы значительно больше тепла, чем горячая вода. Так, например, 1 т пара с параметрами р= =0,5 МПа и /=150°С может отдать потребителю примерно в 6 раз больше тепла, чем 1 т горячей воды при той же температуре.
При рассмотрении действующих в СССР технических норм, правил и практических рекомендаций в отношении выбора теплоносителя для любого потребителя тепла видно, что в настоящее время в подавляющем числе случаев предпочтение отдается горячей воде. Пар в качестве теплоносителя выступает в основном в тех случаях, когда горячая вода своими параметрами или техническими особенностями не соответствует требованиям потребителя.
При выборе пара в качестве единого теплоносителя всегда следует рассмотреть, не возникнет ли в будущем возможность подключения объекта к системе теплоснабжения от ТЭЦ. В этом случае отопление, вентиляция и горячее водоснабжение обязательно должны осуществляться на теплоносителе — горячей воде, чтобы сохранить для ТЭЦ тепловые нагрузки, обеспечивающие наиболее экономичный теплофикационный режим работы электростанции.
В итоге даже на промышленных предприятиях, в обязательном порядке нуждающихся в технологическом паре, обычно отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и горячее водоснабжение обеспечивают второй системой теплоснабжения, работающей на горячей воде.
За рубежом в настоящее время пар как теплоноситель используется довольно широко. Действующие в США, ФРГ и некоторых других государствах нормы разрешают применение пара даже для отопления жилых домов. К примеру, в ФРГ в 1965 г. из 115 действующих в стране систем централизованного теплоснабжения 50 работали на теплоносителе — горячей воде и 65 на паре [26]. За последние годы, однако, в зарубежных странах также замечается тенденция к преимущественному применению в качестве теплоносителя горячей воды.
В любом случае при выборе теплоносителя являются факторы экономического характера (при обеспечении должного качества теплоснабжения). Число теплоносителей не имеет существенного, ни тем более решающего значения. На практике известны случаи успешной работы теплоснабжения предприятий, использующих более пяти различных теплоносителей — горячей воды и пара, централизованно приготовляемых в источнике тепла.
Ниже приводятся параметры, применяемые в настоящее время для снабжения горячей воды и пара.
Вскипание горячей воды начинается при следующих давлениях:
Однако местные системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения и технологий, оборудованные радиаторами, калориферами и подогревателями с допустимым рабочим давлением р= =0,6 МПа не могут принять из теплового пункта теплоноситель с давлением, превышающим это значение. Устранение этого противоречия может быть разрешено следующими двумя основными способами:
1) путем применения теплоиспользующих приборов и установок (радиаторов, калориферов, подогревателей и др.), способных выдержать рабочее давление теплоносителя р=1,6--2,0 МПа (//«S 160--200 м вод. ст.). Применение теплоносителя с повышенными параметрами в тепловых сетях и в местных системах приводит к повышению требований к используемым материалам, трубам, арматуре, аппаратуре для обеспечения безопасности эксплуатации. Повышаются также требования к уровню технической подготовки обслуживающего персонала;
2) путем подключения потребителей тепла к системе централизованного теплоснабжения по независимой схеме через специально сооружаемые центральные тепловые пункты (ЦТП). В этом случае получается двухконтурная схема теплоснабжения, при которой на участке от источника тепла до ЦТП циркулирует теплоноситель с повышенными параметрами, а за ЦТП сохраняются допускаемые для местных систем более низкие параметры. Такие ЦТП требуют установки местных сетевых, а иногда и подпиточных насосов, потребляющих электрическую энергию и требующих наличия обслуживающего персонала.
В настоящее время в Советском Союзе широко распространено и надежно освоено применение теплоносителя— горячей воды с параметрами 150-70°С. В дальнейшем намечается возможность применения воды с параметрами tf=180-s-70°C и /=200--70°С для систем теплоснабжения с большими радиусами действия.
Параметры водяного пара. Вырабатываемый паровыми котлами или получаемый от ТЭЦ пар бывает насыщенным или перегретым. Потребителям в основном-необходим сухой насыщенный пар, так как, поступая в нагревательные приборы, он немедленно начинает конденсироваться, смачивает поверхность нагрева и таким образом увеличивает коэффициент теплопередачи в нагревательном приборе.
Напротив, перегретый пар не смачивает поверхности нагрева нагревательных приборов. Поэтому теплопередача от перегретого пара к нагревательному прибору будет менее интенсивна.
Применение перегретого пара на производстве не всегда допускается, так как он может оказаться причиной брака продукции из-за высоких температур перегрева. Это наблюдается в целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, при производстве лизина и т. п. Однако в редких случаях для работы в промышленности требуется именно перегретый пар.
При движении пара по паропроводам некоторый перегрев его всегда желателен. При потере тепла по пути транспортирования пара небольшой его перегрев задерживает образование конденсата. Опыт показывает, что весьма выгодным является подача потребителям слегка перегретого (на 5—20°С) пара.
В настоящее время потребители тепла применяют пар со следующими параметрами:
1) р—0,3 МПа, 134-4-140°С. Такой пар применяется при отоплении, вентиляции, горячем водоснабжении, в технологических процессах промышленности, например бумагоделательными машинами старого типа и т.п.;
2) р=0,4-2,0 МПа, 144-5-440°С. Пар этих параметров применяется для технологических процессов в пищевой промышленности, а также при производстве искусственного волокна, строительных материалов, древесноволокнистых плит и т. п.
Кроме упомянутых на практике используются и другие параметры пара. Потребители пара предъявляют весьма различные требования к устойчивости в поддержании постоянных параметров (давления и температуры) пара.
При выборе теплоносителя следует иметь в виду, что параметры пара изменяются при прохождении его по наружным сетям большой протяженности. В среднем давление пара падает на 0,1 МПа/км, а температура соответственно на 5—20°С/км. Давление в трубопроводах горячей воды падает ориентировочно на 0,8 МПа/км (суммируя падение давления в подающем и обратном трубопроводах), в то время как температура воды практически мало меняется (до 1°С на 3 км длины сети).
Практика централизации теплоснабжения .показала, что каждый город, поселок городского типа, совхозный и колхозный центр нуждается в нескольких теплоносителях с различными параметрами.
Теплоносители приготовляются либо централизованно в районных источниках тепла по одноконтурной схеме, либо децентрализованно в тепловых пунктах потребителей тепла по двухконтурной схеме.
В целях специализации производства и централизации основных процессов теплоснабжения целесообразно приготовлять в районных источниках тепла теплоносители, в которых нуждается значительная часть потребителей.
Шираке 3. Э. Теплоснабжение: пер. с латыш. — М.: Энергия, 1979.
