Общие положения
Система централизованного теплоснабжения включает производство, транспортирование, распределение между потребителями и использование тепла. Современные системы централизованного теплоснабжения классифицируют: 1) по источнику теплоснабжения — теплофикация и районное теплоснабжение; 2) по теплоносителю — водяные и паровые; 3) по способу отпуска тепла потребителям — открытые и закрытые; 4) по числу параллельно идущих теплопроводов— однотрубные, двухтрубные и многотрубные. В настоящее время применяются в основном две системы централизованного теплоснабжения: 1) теплофикация, т. е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла, и электроэнергии; 2) централизованное теплоснабжение от районных и промышленно-отопительных котельных.
При теплофикации источником выработки электрической и тепловой энергии является теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). В настоящее время ТЭЦ удовлетворяют около 60% всего коммунального и промышленного теплопотребления нашей страны. Интенсивные темпы развития теплофикации в СССР обусловлены высокой народнохозяйственной эффективностью этой отрасли энергетики, ее положительным влиянием не только на экономику энергоснабжения, но и на организацию рационального энергоснабжения городов, способствуя их благоустройству и улучшению санитарного состояния. В СССР сооружено и работает свыше 1000 ТЭЦ, снабжающих теплом свыше 800 городов, промышленных районов и населенных пунктов. Тепловые мощности крупных ТЭЦ достигают 2300—3500 МВт (2000—3000 Гкал/ч). В связи с повышением требований к чистоте воздушного бассейна многие вновь сооружаемые ТЭЦ размещают на окраине и даже за пределами городов на расстоянии 10— 30 км.
Наряду с теплофикацией широкое развитие в городах и рабочих поселках получают системы централизованного теплоснабжения от мощных районных и промышленных котельных теплопроизводителностью свыше 100 МВт. Строительство районных котельных, оснащенных крупными высокоэкономичными котлами, позволяет ликвидировать маломощные, неэкономичные котельные — очаги загрязнений воздушного бассейна. Для нужд городского теплоснабжения районные котельные сооружают также в тех городах, где намечено строительство ТЭЦ, или же в тех районах города, которые должны быть охвачены магистральными тепловыми сетями от действующих ТЭЦ. Такое решение принимают в случаях, когда ввод в действие ТЭЦ или тепловых магистралей, питающихся от нее, значительно отстает по срокам от окончания строительства жилых массивов или кварталов — будущих потребителей ТЭЦ. В этих случаях, после включения в работу теплофикационной системы, районные котельные могут быть использованы для покрытия пиковых тепловых нагрузок. Размещение и мощность ТЭЦ или районных котельных определяют с учетом местных условий на основании сравнительного технико-экономического анализа.
Транспортирование тепловой энергии от ТЭЦ или котельных к потребителям (т. е. к жилым домам, общественным, административным зданиям, фабрикам, заводам и другим объектам) осуществляется по тепловым сетям. По видам теплового потребления сети делят на промышленные, коммунальные и смешанные. К промышленным относятся сети, несущие исключительно технологическую нагрузку; коммунальные — сети, по которым снабжаются жилые дома, административные и другие здания; смешанные—сет, предназначенные для снабжения теплом как предприятий, так и коммунальных зданий. К коммунальным потребителям тепла относятся местные системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а к промышленным потребителям — производственно-технологические системы.
В СССР в соответствии со СНиП II- 36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования» для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, как правило, в качестве теплоносителя применяют горячую воду, а для технологических нужд—пар. В некоторых случаях на технологические нужды промышленных предприятий в качестве теплоносителя также используют горячую воду. Вода как теплоноситель по сравнению с паром имеет ряд существенных преимуществ: позволяет легко изменять ее температуру в зависимости от температуры наружного воздуха (т. е. создаются удобства осуществления центрального качественного регулирования отпуска тепла); обладает значительной плотностью по сравнению с другими теплоносителями, что позволяет передавать на большие расстояния значительные количества тепла при небольшом объеме теплоносителя. Кроме того, водяные системы отопления и горячего водоснабжения очень просты при их монтаже и демонтаже. Основной недостаток воды как теплоносителя состоит в том, что на ее перекачку расходуется большое количество электроэнергии.
В целях повышения экономичности теплофикации необходимо совершенствовать технологические процессы промышленных предприятий в направлении максимального использования в качестве теплоносителя горячей воды, а не пара. В двухтрубных водяных тепловых сетях, как правило, теплоноситель имеет расчетную температуру в подающем трубопроводе 150°С. Проведенные во Всесоюзном теплотехническом институте им. Ф. Э. Дзержинского научно-исследовательские работы показали целесообразность повышения начальной температуры до 180—190°С. Для этого рекомендовано перейти на независимое присоединение систем отопления потребителей путем установки в центральных тепловых пунктах (ЦТП) отопительных водо- подогревателей и циркуляционных насосов, полностью сохраняя внутриквартальные сети с начальной температурой 150°С.
В Институте высоких температур АН СССР под руководством С.Ф. Копьева были проведены работы, показывающие целесообразность применения еще более высоких начальных температур 200—225°С и даже 250°С (при однотрубных тепловых сетях). Повышение температур теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке. Однако такие высокие температуры предполагают повышенные давления воды в тепловой сети, что требует применения труб, арматуры и другого оборудования из высококачественной стали.
Водяные системы теплоснабжения, в зависимости от способа присоединения систем горячего водоснабжения, применяются двух типов: закрытые и открытые. В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только в качестве греющей среды, т. е. как теплоноситель, но из сети не отбирается. В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения. В закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабжения присоединяются к тепловым сетям при помощи водоводяных подогревателей, а в открытых осуществляют непосредственное присоединение. Основные преимущества открытой системы: отсутствие необходимости в водо-водяных подогревателях, что значительно удешевляет абонентские теплоподогревательные установки и упрощает их эксплуатацию; повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения (так как для них отбирается из сети деаэрированная вода), а также возможность использования для транзитного транспорта тепла однотрубных систем. Основные недостатки открытых систем водяных тепловых сетей: необходимость их подпитки в больших и резко меняющихся по часам суток количествах, соответствующих разбору горячей воды из сети; усложнение и удорожание водоподштовки на ТЭЦ или котельной в связи с тем, что вся вода, поступающая на открытый водоразбор горячего водоснабжения, должна подвергаться обработке и деаэрации на теплоисточнике; усложнение эксплуатации из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, связанной с переменным расходом воды в обратной линии. Кроме того, разбираемая из сетей после ее прохождения через отопительные приборы горячая вода часто отличается от подпиточной по содержанию взвешенных веществ и запаху.
В настоящее время во вновь сооружаемых водяных тепловых сетях примерно в равной мере распространены обе системы, причем применению открытой системы отдается предпочтение в тех случаях, когда ТЭЦ может быть обеспечена достаточным количеством воды питьевого качества из городского водопровода, а закрытой системы — при составе водопроводной воды, исключающей необходимость в ее умягчении и деаэрации в абонентских теплоподготовительных установках. В остальных случаях выбор системы тепловых сетей обосновывается технико-экономическими расчетами.
В зависимости от количества параллельно проложенных труб для теплоснабжения системы делятся на однотрубные, двухтрубные и многотрубные. Для централизованного теплоснабжения городов и поселков наибольшее распространение получили двухтрубные системы, в которых тепловые сети состоят из двух трубопроводов — подающего и обратного. В этой системе сетевая вода циркулирует по замкнутому контуру от ТЭЦ или котельной по подающему трубопроводу к потребителям, откуда, отдав часть тепла, возвращается по обратному трубопроводу снова на ТЭЦ или в котельную. В двухтрубных открытых сетях такой возврат осуществляется частично, а в двухтрубных закрытых полностью, за исключением незначительной утечки теплоносителя через неплотности в сетях и в местных системах. Двухтрубные тепловые сети применяются при подаче теплоносителя одного потенциала.
В некоторых случаях при подаче тепла коммунальным потребителям и на технологические цели применяются трехтрубные системы, при которых две трубы используются в качестве подающих для транспортирования теплоносителя с разными тепловыми потенциалами, а одна — в качестве общей обратной. Например, по одной из подающих труб может подаваться вода для целей отопления и вентиляции, а по другой — для технологических нужд и горячего водоснабжения. В этом случае вода в первой подающей трубе может иметь переменную температуру в зависимости от температуры наружного воздуха, а во втором.постоянную. Такое разделение труб позволяет легче проводить центральное регулирование различных нагрузок. Кроме того, в летний период, когда отопительная нагрузка отключена, имеется возможность проведения ремонтных работ без отключения всей теплотрассы. Однако трехтрубные водяные сети дороже двухтрубных. Четырехтрубные водяные сети представляют собой сочетание двух двухтрубных сетей; одна пара служит для подачи тепла на отопление и вентиляцию, вторая — для подачи тепла тем же потребителям на горячее водоснабжение или на технологические нужды.
При закрытых системах теплоснабжения получили широкое распространение центральные тепловые пункты, в которых устанавливаютсяводяные подогреватели для систем горячего водоснабжения, а при независимых схемах присоединения и для отопления. От этих тепловых пунктов к зданиям отходят четырехтрубные сети: две трубы (подающая и обратная) для присоединения систем отопления и вентиляции и две (подающая и циркуляционная) для присоединения систем горячего водоснабжения.
Широкое распространение открытых систем создало условия для применения однотрубных тепловых сетей, при которых сетевая вода после систем отопления и вентиляции должна полностью использоваться для горячего водоснабжения. В противном случае неиспользованную горячую воду приходится сливать в канализацию, что нерентабельно. Более перспективным является применение однотрубной сети только для транзитного транспортирования тепла от источника тепла в районы теплового потребления при сохранении внутри районов двухтрубных систем. Однотрубные системы позволяют снизить расход металла, получить значительную экономию капитальных вложений и трудовых затрат на сооружение тепловых сетей, сократить эксплуатационные затраты и увеличить темпы их строительства.
Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.
