Научная статья на тему 'К ВОПРОСУ О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПЕРЕХОДА ОТ КАЧЕСТВЕННОГО К КОЛИЧЕСТВЕННОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ ОТПУСКА ТЕПЛА В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ'

К ВОПРОСУ О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПЕРЕХОДА ОТ КАЧЕСТВЕННОГО К КОЛИЧЕСТВЕННОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ ОТПУСКА ТЕПЛА В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
33
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ / СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ / ТЕМПЕРАТУРА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ / РАСХОД ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ / КОТЕЛЬНАЯ / ТЕПЛОВАЯ СЕТЬ / НАСОС / ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД / ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ / ЭКОНОМИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Королев Р. А., Улазовский С. В., Кичиков Э. С., Карапузов В. И.

Обосновывается возможность и целесообразность перехода от качественного регулирования отпуска тепла на количественное в централизованных системах теплоснабжения для существующей сети от районной котельной №1364 г. Волгограда. Рассматриваются основные достоинства и недостатки каждого метода регулирования отпуска тепла к потребителям. Описываются основные формулы для определения тепловых нагрузок от требуемых в зависимости от наружной температуры воздуха, поверочного гидравлического расчета существующей сети от котельной №1364 г. Волгограда, определения внутренних гидравлических характеристик сопротивления тепловой сети и определения требуемого гидравлического режима у потребителей микрорайона №1364 в зависимости от изменения расхода теплоносителя из-за регулирования частоты вращения рабочего колеса насоса. В итоге, реализация перехода с качественного на количественный метод регулирования отпуска тепла возможна без серьезных гидравлических вмешательств.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TO THE QUESTION OF THE EXPEDIENCY OF THE TRANSITION FROM QUALITATIVE TO QUANTITATIVE REGULATION OF HEAT SUPPLY IN HEAT SUPPLY SYSTEMS

The possibility and expediency of switching from qualitative regulation of heat supply to quantitative in centralized heat supply systems for the existing network from the district boiler house No. 1364 of Volgograd is substantiated. The main advantages and disadvantages of each method of regulating heat supply to consumers are considered. The basic formulas for determining the thermal loads required depending on the outside air temperature, the hydraulic calibration calculation of the existing network from boiler house No. 1364 are described. Volgograd, determination of the internal hydraulic characteristics of the resistance of the heat network and determination of the required hydraulic regime for consumers of the microdistrict No. 1364, depending on the change in coolant flow due to the regulation of the speed of rotation of the pump impeller. As a result, the implementation of the transition from a qualitative to a quantitative method of regulating heat release is possible without serious hydraulic interventions.

Текст научной работы на тему «К ВОПРОСУ О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПЕРЕХОДА ОТ КАЧЕСТВЕННОГО К КОЛИЧЕСТВЕННОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ ОТПУСКА ТЕПЛА В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ»

К вопросу о целесообразности перехода от качественного к количественному регулированию отпуска тепла в системах

теплоснабжения

С.В. Улазовский, Р. А. Королев, Э. С. Киников, В. И. Карапузов Волгоградский государственный технический университет

Аннотация: Обосновывается возможность и целесообразность перехода от качественного регулирования отпуска тепла на количественное в централизованных системах теплоснабжения.

Ключевые слова: теплоснабжение, способы регулирования, температура теплоносителя, расход теплоносителя, котельная, тепловая сеть, насос, частотно-регулируемый привод, гидравлические режимы, экономия тепловой энергии.

Исторически сложилось, что самым распространённым методом регулирования отпуска тепла в водяных тепловых сетях в нашей стране, является качественное регулирование. Этот способ представляет собой изменения отпуска тепла путем регулирования температуры теплоносителя при постоянном его расходе. Основным достоинством качественного регулирования является постоянный гидравлический режим и минимальное количество средств регулирования в тепловой сети, что значительно удешевляет ее [1].

К недостатком такого регулирования можно отнести: большие затраты топлива на источнике для подогрева воды; необходимость установки большого количества компенсирующих устройств от температурного расширения трубопровода вследствие изменения температуры теплоносителя, что сильно повышает металлоемкость сети и приводит к увеличению гидравлического сопротивления; переменные тепловые режимы работы оборудования на источнике; работу насоса по максимальному расходу, что приводит к большему потреблению двигателем электроэнергии на перекачку теплоносителя; при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха снижается качество теплоснабжения, что приводит к колебанию внутреннего воздуха;

большое транспортное запаздывание системы, что не позволяет в полной мере использовать местное и индивидуальное регулирование для обеспечения комфортных условия в помещениях зданий и экономии расхода тепла [2,3].

В настоящее время, когда имеется в большом количестве оборудование, что позволяет поддерживать постоянный гидравлический режим у потребителей при изменении расхода теплоносителя, появляется возможность использовать количественный метод регулирования. Этот метод представляет собой изменения отпуска тепла путем регулирования расхода воды в сети. Использование данного способа в тепловых сетях, позволяет: снизить температуру теплоносителя, использовать меньшее количества топлива на источнике для подогрева теплоносителя; обеспечить работу оборудования на источнике с постоянным температурными режимами; снизить количество или вовсе отказаться от установки компенсирующих устройств; обеспечить малую инерционность тепловой сети, т.к. система теплоснабжение быстрее реагирует на изменения расхода, чем изменение температуры теплоносителя, что очень важно для автоматического регулирования современных тепловых систем.

Плавное изменение расхода теплоносителя в широких диапазонах осуществляется путем установки специальных контроллеров, что позволяет реализовать частотно-регулируемый привод насоса в тепловых сетях[4].

Для существующей тепловой сети от районной котельной микрорайона №1364 г. Волгограда, были выполнены расчеты в четыре этапа: пересчет тепловых нагрузок по потребителей при различных температурах наружного воздуха, поверочный гидравлический расчет; расчет внутренних сопротивлении системы; определения гидравлического режима.

На основание данных по тепловым нагрузкам потребителей микрорайона №1364 предоставляемый ООО «Концессия теплоснабжения» г.

и

Волгограда, определяем тепловые нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха [5]:

'-в

где Q0 — тепловая нагрузка потребителя на систему отопления в рабочем режиме, кВт; — температура внутреннего воздуха в помещении, °С; ¿н, ^ — следовательно, температура наружного воздуха расчетная и фактическая, °С.

Расходы воды в тепловой сети определяется по формуле [5]:

3,6 ■ (?0

со=~71-гт>т/ч (2)

с(*т - О

где с — теплоемкость воды, кДж/(кг ■ °С); — температура воды в подающем трубопроводе, °С; — температура воды в обратном трубопроводе, °С.

По найденным расходам воды от тепловых нагрузок производится поверочный гидравлический расчет. Скорость движения теплоносителя не должна превышать 3,5 м/с.

По известным диаметрам трубопроводов тепловой сети, определяем фактические удельные потери давления на участках и скорость потока теплоносителя [5]:

Дл = 0,0894 ■ кэ0'25 ■ в2/а5'25 ■ р, Па/м (3)

V = 4 ■ в/{а2 ■ р ■ тт), м/с (4)

где й — внутренний диаметр трубопровода, м.

По известной фактической удельной потери давления, определяем потери давления на трения по формуле [5]:

Р = Дл ■ I ■ (1 + а), Па (5)

где а — коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях, принимается в зависимости от условного диаметра по [5].

Для сети от районной котельной выполняется расчет характеристик внутренних сопротивлении системы.

и

Расчет базируется на основных уравнениях гидродинамики. В тепловых сетях, как правило, имеет место квадратичная зависимость падения давления АР (Па) от расхода [5]:

АР = 5К2, Па (6)

где S - характеристика сопротивления, представляющая собой падение

л

давления при единице расхода теплоносителя, Па/(т/ч) ; V - расход теплоносителя, т/ч [5].

АР

5 = — ,Па/(т/ч)2 (7)

На последовательных участках характеристика сопротивления равна сумме сопротивления на этих участках и определяется по формуле [5]. 5 = 51 +52 + 53, Па/ (т/ч)2 (8)

На параллельных участках, где потери давления равны (АР = APt = АР2 = А Р3) определяется величина, которая представляет собой гидравлический показатель, называемый проводимостью, равен расходу воды при перепаде давления в 1 Па [5].

Villi а = — = — = —+ — + —,(т/ч)/Па (9) л/ЛР л/5 V^ V^

На основе известных сопротивлений последовательных и параллельных участков определяется характеристика сопротивления всей тепловой сети вместе с ее ответвлениями.

При расчете перераспределение потока теплоносителя в сети, было выявлено расхождение расхода воды от требуемых значении на ±5% при использовании количественного регулирования отпуска тепла. Установка балансировочных клапанов в узловых точках позволит компенсировать излишки или нехватку тепла потребителя.

По расчетам потерь давления в сети при максимальном, среднем и минимальном расходах при количественном регулировании построены пьезометрические графики для тепловой сети от районной котельной №1364

г. Волгограда, определен гидравлический режим потребителей и подобран сетевой насос с частотно-регулируемым приводом.

По располагаемому напору на выходе из котельной, был подобран насос КЯМ 100-80-315/299-8а-К01-4-УХЛ3ЛЛ8Л, рассчитаны его внутренние характеристики, и построен график гидравлических режимов под разные частоты вращения рабочего колеса насоса рис. 1.

Н, м

42 38

вв

I _ОА__

Рис.1 - Гидравлические режимы системы при разной частоте вращения. где А - точка пересечения кривой 1 и кривой 2, показывающая гидравлический режим при частоте вращения рабочего колеса при температуре наружного воздуха в рабочем режиме —2 2 °С; В - точка пересечения кривой 1 и кривой 3, при п2 = 1 0 1 1 о б /м, ^ = — 1 0 °С; С - точка пересечения кривой 1 и кривой 4, при п2 = 3 5 2 о б / м, ^ = + 8 °С; Яоа, Нов, НоС - условные напоры насоса при расходе О = 0 зависимости от частоты вращения пх, п2, п 3 , м; На, Нв, НС - потери напора в тепловой сети в точках А, В, С, м.; Оа, Ов, ОС - расход воды в тепловой сети в точках А, В, С, т/ч.

При изменении частоты вращения центробежного насоса изменяется его характеристика: объемный расход, напор и требуемая мощность насоса связаны следующей зависимостью с частотой вращения [5,6]:

и

Щ

Щ ^

N

N

N.

Ж ™

где С1,Н1,Ы1 — подача, напор и мощность при частоте вращения НI, Ы — те же показатели при частоте вращения щ.

Кривые характеристики тепловой сети и внутренние характеристики насоса имеют квадратичную зависимость и определяются по формулам [5]:

нА = 5сса2, (11)

— — 50С2.

где я0 — условное внутреннее сопротивления насоса; бс — гидравлическое сопротивления всей тепловой сети включая ее ответвления; Н0 — условный напор насоса при расходе О = 0.

Тогда как, для определения гидравлических режим в других точках с А на В, то определяется из (10) частота вращения насоса для гидравлического режима в точке В. Потом определяются кривые сети и насоса по данному гидравлическому режиму по формуле [5,6]:

2

Щ

2

Щ 2

нов =:гт(яо )< (13)

Нв = 5ссв', (14)

Аналогично определяется гидравлический режим в точке С по отношению частоты вращению колеса с А на С.

В итоге, можно сказать, что реализация перехода с качественного на количественный метод регулирования отпуска тепла в существующей системе теплоснабжения возможна без серьезных гидравлических вмешательств [7,8]. Так как, частотный способ регулирования является самым перспективным и широко используемых способов регулирования частоты вращения рабочего колеса [9,10]. Потому-что, позволяет не только регулировать отпуск тепла путем изменения расхода теплоносителя под постоянной температурой, а также экономить электроэнергию потребляемым

самим насосом, но при этом поддерживать требуемый гидравлический режим у потребителя. Помимо этого, за счет снижения максимальной температуры теплоносителя, реализуются все преимущества современных предизолированных трубопроводов в пенополиуретановой изоляции.

Литература

1. Горбунова Т.Г., Ванькова Ю.В., Политова Т.О. Расчет и оценка показателей надежности при проектировании тепловых сетей // Инженерный вестник Дона, 2014, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2014/2228.

2. Шарапов В.И., Орлов М.Е., Ротов П.В. Технологии обеспечения пиковой мощности систем теплоснабжения URL: ro steplo. ru/Tech_stat/stat_shablon. php? id=3890

3. Тихомиров С.А., А.И. Василенко. Проблемы перехода на закрытые системы теплоснабжения // Инженерный вестник Дона, 2014, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2318.

4. Шарапов В.И., Ротов П.В. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения. URL: rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php? id=2574

5. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети - 7-е изд, стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.

6. Щекин Р. В. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга 1. Отопление и теплоснабжение. и др. - 4-е изд. Киев: Будивельник, 1976. -416 с.

7. Масандилов Л. Б., Москаленко В. В. Регулирование частоты асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 98 с., ил. (Б-ка электромонтера; Вып. 469).

8. Культяев С.Г., Левин А.С. Регулирование отпуска теплоты в период осенне-весенних перетопов //Ресурсоэнергоэффективные технологии в

строительном комплексе региона. 2012. №2. С. 140-144. - URL:

elibrary.ru/item.asp?id=22487870

9. Andrews D. et al. Background Report on EU-27 District Heating and Cooling Potentials, Barriers, Best Practice and Measures of Promotion. Joint Research Centre of Scientific and Policy Reports, 2012. URL: researchgate.net/publication/319931174

10. Wang Hai, Wang Haiying, Zhu Tong. A new hydraulic regulation method on district heating system with distributed variable-speed pumps. Energy Conversion and Management, 2017. no. 147, pp. 174-189. URL: researchgate.net/publication/317246618

References

1. Gorbunova T.G., Vankova Yu.V., Politova T.O. Inzhenernyj vestnik

Dona, 2014, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2014/2228.

2. SHarapov V.I., Orlov M.E., Rotov P.V. URL: ro steplo .ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3890

3. Tixomirov S.A., Vasilenko A.I., Inzhenernyj vestnik Dona, 2014, №1.

URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2318.

4. SHarapov V.I., Rotov P.V. Teplofikaciya i teplovy'e seti [Load regulation of heat supply systems]. URL: rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2574

5. Sokolov E.YA. Teplofikaciya i teplovy'e seti [Heat supply and heat networks] 7-e izd, stereot. M.: Izdatel'stvo MEI, 2001. 472 p.

6. SHCHekin R. V. Spravochnik po teplosnabzheniyu i ventilyacii [Handbook of heat supply and ventilation. Book 1. Heating and heat supply. and etc]. 4-e izd. Kiev: Budivel'nik, 1976. 416 p.

7. Masandilov L. B., Moskalenko V. V. Regulirovanie chastoty' asinxronnyx dvigatelej [Frequency control of asynchronous motors] 2nd ed.,

M Инженерный вестник Дона, №6 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2023/8478

revised. and additional.] M.: Energiya, 1978. p. 98. (B-ka elektromontera; Vyp. 469)

8. Kul'tyaev S.G., Levin A.S. Resursoenergoeffektivnue tehnologii v stroitelnom komplekse regiona. 2012. №2. pp. 140-144. URL: elibrary.ru/item.asp?id=22487870

9. Andrews D. et al. Joint Research Centre of Scientific and Policy Reports, 2012. URL: researchgate.net/publication/319931174

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10.Wang Hai, Wang Haiying, Zhu Tong. Energy Conversion and Management, 2017. no. 147, pp. 174-189. URL: researchgate.net/publication/317246618

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.