способ регулирования распределения теплоносителя в системе теплоснабжения с использованием основного и дополнительного источников тепла и система для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регулирования распределения теплоносителя в системе теплоснабжения с использованием основного и дополнительного источников тепла, связанных между собой основным прямым и обратным трубопроводами переменного сечения с подключенными к нему потребителями, включающий поддержание в системе необходимого расхода тепла в зависимости от количества потребления и перераспределение расхода тепла в систему от одного и другого источника путем периодического и поочередного подключения (или отключения) части потребителей, ближайших к дополнительному источнику тепла и подключенных к основному трубопроводу, и соответственного отключения (или подключения) этих потребителей от основного источника тепла, отличающийся тем, что в системе на участке подключенных к дополнительному источнику тепла потребителей поддерживают требуемое давление в обратном трубопроводе за счет подпитки насосами из основного обратного трубопровода, подключенного к основному источнику тепла.

2. Система для регулирования распределения теплоносителя в системе теплоснабжения с использованием основного и дополнительного источников тепла, содержащая основной источник тепла центральную котельную и дополнительный - производственный котел-утилизатор, связанные между собой основным прямым и обратным трубопроводами переменного сечения, сеть потребителей, подключенных к основным трубопроводам, отличающаяся тем, что на основном трубопроводе в месте подключения части потребителей, ближайших к дополнительному источнику тепла, установлены секционные заглушки или вентили для подключения (или отключения) их к этому источнику и, соответственно, отключения (или подключения) от основного источника тепла, а на обратном трубопроводе к обеим сторонам секционных заглушек этой части потребителей подключены обводные трубопроводы, связанные с подпиточными насосами.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что для поддержания необходимого давления в обратном трубопроводе за подпиточными насосами установлены регуляторы давления.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что для предотвращения замерзания воды в прямом основном трубопроводе при закрытых секционных заглушках перед этими заглушками установлены байпасы в виде перемычек, связывающих прямой и обратный трубопроводы, снабженные заглушками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам теплоснабжения и может быть использовано при наличии дополнительного источника тепла.

Известны две разновидности схем тепловых сетей: радиальная или тупиковая [1] и кольцевая [2]

Кольцевая система обычно имеет магистральный трубопровод постоянного сечения, объединяющий две или более тепловых станций, в том числе и дополнительных источников тепла, например котлов-утилизаторов. К магистральному трубопроводу подключают распределительные сети переменного сечения, к которым присоединяют потребителей. Такая система удобна в эксплуатации, легко управляется в зависимости от сезонных колебаний объема потребления путем подключения или отключения дополнительных источников тепла, а также поочередного проведения ремонтных работ той или другой тепловой станции. Но она требует значительных капитальных затрат за счет наличия трубопровода постоянного сечения.

Тупиковые сети применяют для небольших систем и, как правило, не резервируют дополнительными источниками тепла.

Однако на практике в эксплуатационных системах иногда возникают такие ситуации, когда в конце одной из ветвей теплосети появляется дополнительный источник с постоянным отпуском тепла.

Задачей данного изобретения является рациональное использование этого источника тепла без капитальной переделки существующей тупиковой теплосети.

Известна существующая тупиковая система теплоснабжения, содержащая центральную котельную, параллельно связанную с дополнительным преобразователем тепла бойлерной, а также с котлом-утилизатором, установленным в конце одной из ветвей теплосети электротермическом цехе по производству кристаллического кремния. Центральная котельная связана с потребителями прямым и обратным трубопроводами переменного сечения диаметром 480 377 мм до цеха кристаллического кремния [3]

Известная система, принятая за прототип, позволяет уменьшить расход тепла центральной котельной за счет использования тепла котла-утилизатора в цехе кристаллического кремния. Тепло котла-утилизатора покрывает собственные потребности цеха в течение всего года.

Регулирование распределения теплоносителя известной системы теплоснабжения производится следующим образом. В зимнее время центральная котельная работает с полной нагрузкой, обеспечивая теплом всех потребителей, кроме цеха кремния, который снабжается теплом круглый год котлом-утилизатором. В летний период центральная котельная работает с меньшей нагрузкой в связи с уменьшением потребности потребителей.

В то же время, котел утилизатор работает с постоянной нагрузкой как зимой, так и летом. В летний период часть этого тепла он передает ближайшим к нему потребителям, которые в зимний период снабжались теплом центральной котельной.

Для осуществления указанного способа регулирования распределения теплоносителя существующая система теплоснабжения снабжена задвижками, установленными на основном прямом и обратном трубопроводах на входе в цех кремния, а также на входе той части дополнительных потребителей, которые снабжаются теплом от котла-утилизатора в переходные периоды.

Недостатком известного способа регулирования распределения теплоносителя является то, что в переходной период тепло котла-утилизатора передают лишь небольшой части ближайших к нему потребителей, хотя потенциальные возможности для удовлетворения большей части потребителей у него имеются. Это связано с тем, что диаметр основного трубопровода увеличивается от котла утилизатора в сторону центральной котельной. Поэтому давление в нем по мере удаления от котла утилизатора падает. Следовательно, существующий способ распределения теплоносителя и система для его осуществления недостаточно эффективно используют потенциальные возможности котла-утилизатора.

Эффективность существующего способа распределения теплоносителя и системы для его осуществления можно было бы повысить, заменив трубопровод переменного сечения на кольцевой постоянного сечения [2] но такая замена может потребовать значительных капитальных затрат, которые нескоро могут окупиться.

Целью данного способа распределения теплоносителя и системы для его осуществления является повышение эффективности использования постоянного дополнительного источника тепла котла утилизатора без замены существующих теплосетей переменного сечения.

Поставленная цель достигается тем, что регулирование распределения теплоносителя в системе теплоснабжения с использованием основного источника тепла и дополнительного, связанных между собой основным прямым и обратным трубопроводами переменного сечения с подключенными к нему потребителями, включающее поддержание в системе необходимого расхода тепла от одного и другого источника тепла путем периодического и поочередного подключения части потребителей ближайших к дополнительному источнику тепла и подключенных к основному трубопроводу, и соответственно отключения этих потребителей от основного источника тепла, выполняют тем, что в системе на участке подключаемых к дополнительному источнику тепла потребителей поддерживают требуемое давление в обратном трубопроводе за счет подпитки насосами из основного обратного трубопровода, подключенного к основному источнику тепла.

Сущность предложенного способа и системы для его осуществления заключается в том, что при наличии двух источников тепла основного и дополнительного, связанных между собой основным прямым и обратным трубопроводами переменного сечения, переключение части потребителей, подключенных к этому трубопроводу, на снабжение теплом от основного источника тепла на дополнительный связано с определенными трудностями. Эти трудности заключаются в том, что в трубопроводе переменного сечения, увеличивающемся по мере удаления от дополнительного источника тепла, падает давление.

Для поддержания этого давления на необходимом уровне теплоноситель из основного обратного трубопровода, подключенного к основному источнику тепла, подают насосом под напором необходимой величины в обратный трубопровод, подключенный в этот момент к дополнительному источнику тепла.

Таким образом теплоноситель, поступающий от дополнительного источника тепла, отдает тепло потребителю, а поддержание давления на этом участке выполняется за счет подпитки из основного магистрального трубопровода.

Такое выполнение обеспечивает экономное расходование топлива от основного источника тепла. Тогда как техническое решение по прототипу обеспечивает покрытие расхода тепла только для собственных нужд и небольшой части потребителей, ближайших к нему, а излишки тепла не находят рационального использования. Следовательно предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

Для сравнения предложения с другими известными решениями был проведен поиск по патентной и научно-технической литературе. Ни в одном из известных решений мы не обнаружили способа распределения теплоносителя, подобного предложенному.

Следовательно, данное предложение отвечает современному уровню техники.

На чертеже изображена схема теплоснабжения от двух источников тепла, на которой показан основной источник тепла центральная котельная 1, связанный прямым 2 и обратным 3 трубопроводами переменного сечения, уменьшающегося по мере удаления от центральной котельной, с дополнительным постоянным источником тепла котлом-утилизатором 4. От основного магистрального трубопровода прямого 2 и обратного 3 имеются отводы к потребителям 5 9. Котел-утилизатор 4 является частью технического оборудования, установленного в цехе, и связан с потребителями 10 и 11, установленными в цехе, прямым 12 и обратным 13 трубопроводами. Котел утилизатор 4 имеет собственные задвижки 14, 15 и задвижки 16, 17, связывающие его с магистральными трубопроводами 2 и 3.

Для подключения дополнительных потребителей 9 7 к котлу-утилизатору 4 система снабжена секционными задвижками 18 20 на прямом трубопроводе 2 и соответственно секционными задвижками 21 23 на обратном 3.

На обратном трубопроводе 3 в месте отделения дополнительных потребителей 9 7 установлены подпиточные насосы 24 26, подключенные обводными трубопроводами 27 29 к двум сторонам каждой задвижки 21 23.

Для поддержания требуемого давления в обратном трубопроводе 3 за подпиточными насосами 24 26 установлены регуляторы давления 30 32.

Для предотвращения замерзания воды в прямом трубопроводе 2 при закрытых секционированных задвижках 18 20 предусмотрены байпасы в виде перемычек 33 - 35, связывающих прямой 2 и обратный 3 трубопроводы перед этими задвижками. Перемычки 33 35 байпасов снабжены вентилями 36 38.

Пример 1. Котел утилизатор отключен задвижками 14, 15, например при загрузке печи или ремонте. В этом случае теплоснабжение потребителей 5 11 осуществляется от центральной котельной 1 по обычной известной схеме. При этом открывают секционные задвижки 18 23, насосы 24 26 не работают, а вентили 36 38 байпасов закрывают.

Пример 2. Зимний режим. Центральная котельная 1 работает с максимальной нагрузкой и снабжает теплом потребителей 5 9. Котел-утилизатор 4 работает в обычном технологическом режиме и снабжает теплом цеховых потребителей 10, 11.

Для выполнения теплоснабжения по этой схеме открывают задвижки 14, 15 и закрывают задвижки 16, 17.

Пример 3. Летний режим. В начале отопительного периода тепловая нагрузка на потребителей минимальная. Вырабатывая постоянное количество тепла, котел-утилизатор может обеспечить максимальное количество потребителей 7 9, а также 10, 11. Для этого задвижки 20 и 23 закрывают, задвижку 38 байпаса на перемычке 35 при необходимости открывают и включают насос 26.

Указанный режим обеспечивает минимальную экономичную нагрузку работы центральной котельной, которая снабжает теплом потребителей 5, 6, а всех остальных снабжает котел-утилизатор.

При таком режиме теплоноситель от котла утилизатора поступает, кроме потребителей 10, 11, к потребителям 9 7 по основному магистральному трубопроводу 2 и по обратному трубопроводу 3 возвращается к котлу-утилизатору 4. В основном трубопроводе на выходе из котла-утилизатора 4 обеспечивается максимальное давление теплоносителя 4,5 ати. На пути теплоносителя к дальнему потребителю 7 имеют место естественные потери давления за счет трения в трубопроводе. Потери давления в прямом трубопроводе составили, например, 2 ати и в обратном также 2 ати. Кроме того, располагаемый напор у последнего потребителя 7 составил 0,5 ати. Таким образом, суммарные потери давления составили 4,5 ати.

Для нормальной работы системы необходимо, чтобы напор в обратном трубопроводе был не менее 0,5 ати у самого высокого потребителя. Эту задачу выполняет подпиточный насос 26 и регулятор давления 32 путем перекачивания воды из обратного трубопровода 3 цикла центральной котельной 1 через обводной трубопровод 29 в обратный трубопровод 3 цикла котла-утилизатора 4.

Пример 4. Зимний режим. При понижении наружной температуры воздуха расход тепла на потребителей увеличивается. Поскольку котел-утилизатор вырабатывает постоянное количество тепла независимо от времени года, количество потребителей, подключенных к нему, следует уменьшить.

Эту операцию выполняют следующим образом.

Открывают секционные задвижки 20 и 23, а задвижки 19 и 22 закрывают, задвижку 38 закрывают, а задвижку 37 байпаса открывают, насос 26 отключают, а насос 25 включают.

Таким образом, потребитель 7 перешел от цикла котла-утилизатора в цикл центральной котельной. Естественно, расход тепла центральной котельной увеличился, а котел-утилизатор обеспечивает необходимым количеством тепла оставшихся в его цикле потребителей.

При дальнейшем понижении температуры наружного воздуха аналогичным образом отключают потребителя 8 и т.д.

Современное развитие техники позволяет автоматизировать описанный выше процесс перехода с одного режима работы на другой путем составления программы для каждого режима, заложенного в компьютер, и таким образом обеспечить оперативный перевод работы системы на любой из них.

Таким образом, предлагаемый способ распределения теплоносителя и система для его осуществления обеспечивают эффективное использование дополнительного источника тепла без замены существующих теплосетей переменного сечения и обеспечивают оперативный перевод с одного режима на другой.