Способ регулирования режима работы теплового пункта при открытой системе теплоснабжения и устройство для его осуществления

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в открытых системах теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий при зависимой схеме присоединения к тепловой сети, либо для котельной с группой потребителей. Технический результат: повышение эффективности регулирования, благодаря поддержанию суммарного расхода теплоносителя в системе отопления постоянным, что приводит к обеспечению расчетного (при необходимости требуемого) теплопотребления объекта и к снижению расхода высокотемпературного теплоносителя до 20-30%. Способ регулирования режима работы теплового пункта при открытой системе теплоснабжения, оборудованной водо-водяным элеватором, и коммерческим узлом учета тепловой энергии, включающий подачу сетевой воды в систему отопления и горячего водоснабжения путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода через побудительно-смесительный насос. Причем изменяют и регулируют соотношение расходов сетевого и подмешиваемого теплоносителя приводом насоса центробежного типа, превышают напор подмешиваемого теплоносителя над условно-постоянным напором сетевой воды в подающем трубопроводе, поддерживают при этом расчетное теплопотребление объекта, при этом подмешиваемый теплоноситель отбирают из зоны потока в обратном трубопроводе с минимальным динамическим напором сетевой воды у стенки трубы, и подают в зону максимального динамического напора сетевой воды в подающем трубопроводе в центр трубы. Также описано устройство регулирования режима работы теплового пункта, используемое в вышеуказанном способе. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в открытых системах теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий при зависимой схеме присоединения к тепловой сети, либо для котельной с группой потребителей.

Системы водяного отопления присоединяют к тепловым сетям с подмешиванием на тепловых пунктах в следующих случаях:

1) с насосом на перемычке между подающим и обратным трубопроводами ввода - при недостаточном располагаемом напоре для работы элеватора и давлении в подающем трубопроводе, превышающем статическое давление данной отопительной системы не менее чем на 5-10 метров водяного столба, но не опасном для прочности этой системы;

2) с насосом на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки между подающим и обратным трубопроводами - при статическом давлении системы, равном или превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети или при необходимости увеличения располагаемого напора в отопительной системе;

3) с насосом на обратном трубопроводе от системы отопления до подмешивающей перемычки (по ходу обратной воды) - при давлении в обратном трубопроводе сети, превышающем допустимый предел для данной отопительной системы.

Напор, развиваемый подмешивающим насосом, должен на 1-2 метра водяного столба превышать расчетные потери напора в системе отопления (см. Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.60).

Во всех этих случаях, смесительный трубопровод должен обеспечить наименьшие потери напора для уменьшения потерь мощности на валу подмешивающего насоса (преимущественно центробежного типа).

Известен способ и устройство по патенту №2239751. Способ регулирования режима работы системы водяного отопления, включающий подачу сетевой воды в систему отопления из подающего трубопровода, путем покачивания теплоносителя циркуляционным насосом, отличающийся тем, что изменение соотношения расходов сетевого и подмешивающего теплоносителя осуществляют синхронно балансировочными клапанами, поддерживая суммарный расход теплоносителя постоянным. Устройство регулирования режима работы системы водяного отопления, содержащее циркуляционный насос на подающем трубопроводе после узла смешения, отличающееся тем, что перед узлом смешения и на смесительном трубопроводе, а также дополнительно на обратном трубопроводе установлены балансировочные клапаны; перед балансировочным клапаном на смесительном трубопроводе установлен обратный клапан; на подающем трубопроводе установлен фильтр очистки теплоносителя.

Недостатком данного способа и устройства является жесткое соотношение расходов сетевого и подмешиваемого теплоносителя, определенного синхронно балансировочными клапанами, при поддержании суммарного расхода постоянным. Перенастройка балансировочных клапанов при изменении режимов работы теплосети требует наличие квалифицированного персонала и применения инструментальных методов настройки системы регулирования. Так как циркуляционный насос прокачивает суммарный расход теплоносителя не только в системе отопления, но и через дроссельные устройства (балансировочные клапана), то это значительно увеличивает установочную и потребляемую насосом мощность. Попадание мелких механических примесей в теплофикационную воду из системы отопления приводит к износу посадочных мест в клапанах, что требует их ремонта и перенастройки.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, состоит в повышении экономичности, не понижая надежности системы путем регулирования расхода теплоносителя.

Поставленная задача решается тем, что способ регулирования работы системы теплоснабжения включает подачу сетевой воды в систему отопления и горячего водоснабжения после осуществления насосом подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода.

Изменение соотношения расходов сетевого и подмешиваемого теплоносителя осуществляют изменением частоты вращения насоса, т.е. превышают напор подмешиваемого теплоносителя над условно постоянным напором сетевой воды, который соответствует характеристике теплосети в месте присоединения теплового пункта (тепловой подстанции).

Реализация предложенного способа и устройства обеспечивает повышение эффективности регулирования тепловой нагрузки благодаря поддержанию расчетного теплопотребления объекта за счет существенного (до 30%) снижения расхода высокотемпературного теплоносителя исключительно гидравлическим путем без использования дросселирующих устройств.

Кроме этого, предложенный способ обеспечивает поддержание температуры горячей воды в водоразборном трубопроводе на уровне требований СНиП в большом диапазоне регулирования совмещенной тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения (практически до установления среднесуточной температуры наружного воздуха ниже - 15°С) также без дополнительных регулирующих устройств.

В период максимального водоразбора на хозяйственно-бытовые нужды потребителя, когда расход горячей воды превышает расход воды на отопление и велика вероятность снижения располагаемого напора до недостаточного значения, необходимого для устойчивой работы водо-водяного элеватора, работа насоса позволяет обеспечить гидравлическую устойчивость систем отопления и горячего водоснабжения.

Применение в данной схеме электронного оборудования не является препятствием для внедрения данного изобретения, так как при ее отказе система возвращается в исходное состояние без изменения гидравлической характеристики сети. Подбор насоса, осуществленный по техническим условиям присоединения теплового пункта (тепловой подстанции) к теплосети, позволяет использовать его также в ручном режиме эксплуатации. Ручной режим эксплуатации предусмотрен и для автономной работы системы теплоснабжения при аварии на распределительной (магистральной) теплосети.

Новым в предложенном способе является то, что изменяют соотношения расходов сетевого и подмешиваемого теплоносителя насосом с регулируемой частотой вращения, поддерживают расчетный циркуляционный расход в системе отопления постоянным, независимо от нагрузки горячего водоснабжения, сохраняют расчетное теплопотребление объекта и близкую к нормативному значению температуру горячей воды в водоразборном трубопроводе.

Для осуществления указанного способа на перемычке между подающим и обратным трубопроводом до водо-водяного элеватора монтируют смесительный трубопровод и устанавливают оборудованный регулируемым приводом побудительно-смесительный насос; смесительный трубопровод по входу врезают в обратный трубопровод, а по выходу - в подающий трубопровод.

Смесительный трубопровод оборудован пружинным обратным клапаном для отсечки высокотемпературной зоны сети при остановке насоса смешения.

Новым в предложенном способе является то, что отбор теплоносителя насосом осуществляют из зоны минимального динамического напора потока обратной сетевой воды, а подачу осуществляют в центр потока подающего трубопровода в зону максимального динамического напора (см. Фиг.2). Это позволяет минимизировать потери напора в смесительном трубопроводе и более эффективно использовать напорно-расходную характеристику насоса без оказания заметного влияния на характеристику теплосети.

Анализ научно-технической и патентной информации показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа и устройства с признаками известных технических решений.

Все известные способы и устройства регулирования тепловой нагрузки с использованием насоса на тепловом пункте включают в себя регулирующие или балансировочные клапаны, осуществляющие дросселирование потока, что приводит к снижению мощности насоса и перерасходу электроэнергии.

Предлагаемые технические решения имеют существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигаемый результат, а именно экономичность, доступность приобретения бесшумных насосов и частотных преобразователей, быстрая окупаемость (в пределах одного отопительного сезона) способа регулирования, который осуществляет законченный цикл компенсации тепловых потерь через заграждения отапливаемого здания при изменении температуры наружного воздуха, не дожидаясь изменений теплового режима работы теплосети.

Предлагаемое решение представлено на принципиальной схеме (Фиг.1). Устройство регулирования режима работы теплового пункта (тепловой подстанции) содержит подающий 1 и обратный 2 трубопровод сетевой воды, водоразборный 3 и циркуляционный 4 трубопровод системы горячего водоснабжения, между подающим и обратным трубопроводом монтируют смесительный трубопровод 5 с побудительно-смесительным насосом 6 и пружинным обратным клапаном 7. Для демонтажа насоса и обратного клапана установлены два шаровых крана 8.

Тепловой пункт (тепловая подстанция) преимущественно оборудован преобразователями расхода сетевой воды 10 на подающем и обратном трубопроводе, а также водомерами 11 на водоразборном и циркуляционном трубопроводе. На выходе циркуляционного трубопровода установлен обратный клапан 9 для исключения нерегистрируемого отбора теплоносителя и достоверных показаний потребленной тепловой энергии, считываемой тепловычислителем коммерческого узла учета.

Кроме того, тепловой пункт (тепловую подстанцию) в соответствии с нормативами оборудуют механическими фильтрами на подающем и обратном трубопроводах для надежной работы преобразователей расхода сетевой воды и насоса, а также термометрами и манометрами для обеспечения визуального контроля над параметрами теплоносителя.

Способ регулирования режима работы системы теплоснабжения осуществляют следующим образом.

В исходном состоянии водо-водяной элеватор системы отопления настроен на гашение избыточного напора, создаваемого сетевыми насосами теплосети в месте присоединения теплового пункта (тепловой подстанции), и на пропуск в систему отопления расчетного расхода теплоносителя, определенного по отопительной нагрузке.

Водо-водяной элеватор выполняет функцию регулятора давления и обеспечивает при постоянном коэффициенте подмеса гидравлический режим работы теплосети.

В открытых системах теплоснабжения компенсация недоотпуска теплоты обычно производят повышенным температурным графиком, учитывающим возможное изменение расхода теплоносителя в систему отопления при увеличении нагрузки системы горячего водоснабжения

В связи с тем, что в начале отопительного сезона температура сетевой воды в подающем трубопроводе для открытых систем теплоснабжения составляет 70-75°С, то сокращение высокотемпературного теплоносителя не приведет к снижению температуры горячей воды в водоразборном трубопроводе ниже санитарной нормы (55-60°С) даже в ручном режиме работы насоса. Однако эксплуатация насоса в ручном режиме связана с необходимостью наличия квалифицированного обслуживающего персонала.

В режиме авторегулирования обеспечивают поступление сигналов с тепловычислителя, датчиков температуры сетевой воды в подающем трубопроводе Т1, сетевой воды в обратном трубопроводе Т2, смешанной воды за элеватором Т3, горячей воды в водоразборном трубопроводе Т4 и наружного воздуха Т_н.в.

Регулируют частоту вращения побудительно-смесительного насоса и поддерживают гидравлические и тепловые параметры теплоносителя, обеспечивающие заданное значение теплопотребления при фактической температуре наружного воздуха.

Предлагаемое решение наиболее эффективным путем обеспечивает удовлетворение нагрузки горячего водоснабжения без дополнительного расхода сетевой воды по сравнению с расчетным расходом воды на отопление.

Система авторегулирования обеспечивает технологические защиты при отклонении любого из поступающих сигналов путем перехода в режим «ожидания», т.е. отсутствия подачи подмешиваемого теплоносителя, но при этом до вмешательства персонала сохраняет на входе смесительного трубопровода определенный «гидравлический запас» для устойчивой работы водо-водяного элеватора. Что, в свою очередь, обеспечит независимо от количества подаваемой воды из теплосети постоянный расход циркулирующей воды в системе отопления, обеспечивает правильное распределение ее по нагревательным приборам.

В период отсутствия водоразбора с поступлением из циркуляционного трубопровода с горячей водой недоиспользованной тепловой энергии система автоматически его доиспользует в системе отопления, не допуская перерасход высокотемпературного теплоносителя.

Использование насоса по данной схеме обеспечивает широкий диапазон регулирования, так как расход воды в системе отопления сохраняют практически неизменным при изменении расхода сетевой воды от расчетного до нуля.

Система авторегулирования позволит:

а) более эффективно использовать высокотемпературный теплоноситель и за счет этого получить реальное сокращение потребления тепловой энергии при «перетопах» магистральных (распределительных) сетей;

б) поддерживать необходимый гидравлический режим работы систем отопления и хозяйственно-бытового горячего водоснабжения;

в) своевременно и плавно регулировать коэффициент подмеса на тепловом вводе, учитывая характеристику местной системы, температуру наружного воздуха и расход теплоносителя на нужды горячего водоснабжения;

г) обеспечить нормативное значение температуры сетевой воды, возвращаемой в обратный трубопровод магистральной теплосети;

д) эффективно использовать теплоаккумулирующую способность отапливаемого здания при резких суточных колебаниях температуры наружного воздуха;

е) значительно уменьшить расход электроэнергии на транспортировку (перекачку) теплоносителя.

В целях обеспечения наименьших потерь напора в смесительном трубопроводе предложено устройство реализации способа регулирования (см. Фиг.2).

Применение данного устройства осуществляется следующим образом. Регулируемый привод побудительно-смесительного насоса поддерживает частоту вращения и обеспечивает заданное значение теплопотребления при фактической температуре наружного воздуха. При этом расход воды через смесительный трубопровод будет переменным, т.е. равным значению, соответствующему напорно-расходной характеристике при фактической частоте вращения насоса.

При малых расходах подмешиваемого теплоносителя напор, создаваемый насосом, находится в прямой зависимости от общего перепада давлений и его потери на обратном клапане, поэтому применяют обратный клапан пружинного типа, что дает здесь ощутимый эффект.

При максимальных расходах подмешиваемого теплоносителя напор, создаваемый насосом, находится в прямой зависимости от общего перепада давлений и его потерь уже в самом смесительном трубопроводе. Здесь ощутимый эффект дает способ, при котором отбирают подмешиваемый теплоноситель из потока с минимальным динамическим напором в обратном трубопроводе и подают его в поток максимального динамического напора в подающем трубопроводе.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа и устройства следующей совокупности условий:

1) средство, воплощающее заявленный способ и устройство, предназначено для использования в промышленности в области теплоэнергетики;

2) для заявленного способа и устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

3) система теплоснабжения, воплощающая заявленное изобретение, при его осуществлении способна обеспечить достижение искомого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ регулирования режима работы теплового пункта при открытой системе теплоснабжения, оборудованной водо-водяным элеватором и коммерческим узлом учета тепловой энергии, включающий подачу сетевой воды в систему отопления и горячего водоснабжения путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода через побудительно-смесительный насос, отличающийся тем, что изменяют и регулируют соотношение расходов сетевого и подмешиваемого теплоносителей приводом насоса центробежного типа, превышают напор подмешиваемого теплоносителя над условно-постоянным напором сетевой воды в подающем трубопроводе, поддерживают при этом расчетное теплопотребление объекта, при этом подмешиваемый теплоноситель отбирают из зоны потока в обратном трубопроводе с минимальным динамическим напором сетевой воды у стенки трубы и подают в зону максимального динамического напора сетевой воды в подающем трубопроводе в центр трубы.

2. Устройство регулирования режима работы теплового пункта, используемое в способе по п.1, содержащее подающий и обратный трубопроводы системы горячего водоснабжения со смонтированным между ними смесительным трубопроводом, на котором установлены побудительно-смесительный насос центробежного типа и водо-водяной элеватор в параллельной работе, причем на смесительном трубопроводе насос оборудован регулируемым приводом, который изменяет частоту вращения для осуществления подмешивания теплоносителя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что после насоса по ходу воды установлен пружинный обратный клапан.