集中供热系统

供热工程 HEATINGENGINEERING 7集中供热系统 教学目标 知识目标 1 掌握集中供热系统热媒特点 热媒参数的确定方法 2 掌握集中供热系统的组成 系统形式 特点 3 了解其它热源系统的基本原理 特点 4 掌握热水 蒸汽供热系统与供热管网的连接方式 适用场合 5 了解凝结水回收系统的分类 系统形式及适用场合 能力目标 1 能够进行集中供热系统热媒种类及参数的选择 2 会进行热水 蒸汽采暖热用户与供热管网的连接方式的确定 目录 1集中供热系统方案的确定 2集中供热系统的形式 3集中供热系统热负荷 1 2 3 1集中供热系统方案的确定 集中供热是以集中热源所产生的热水或蒸汽作为热媒 通过热网向一个城镇或较大区域的生产 供暖 通风 空调和生活热水等热用户供热的方式 具有热负荷多 热源规模大 热效率高 节约燃料和劳动力 占地面积少等优点 集中供热系统是由热源 热网和热用户三部分组成的 分类 1 根据热媒不同 热水供热系统和蒸汽供热系统 2 根据供热管道的不同 单管制 双管制和多管制的供热系统 3 根据热源不同 热电厂供热系统 区域锅炉房供热系统 利用工业余热的供热系统 以核能 太阳能 地热能等作为热源的供热系统 1 1集中供热系统概述 其它热源供热系统1 工业余热工业余热是指工业生产过程的产品和排放物料所含的热或设备的散热 工业余热的利用 根据余热的载能体不同 可分为气态余热利用 液态余热利用和固态余热利用几种类型 工业余热大多具有以下几个特点 1 大多数生产工艺过程的余热 它的数量和参数直接受生产工艺影响 波动较大 而且与外部的热负荷无直接关系 2 大多数工业余热的载能体 如可燃气体 高温烟汽 乏汽 工业产品的物理热等 都属于高温和非洁净的载能体 1集中供热系统方案的确定 1集中供热系统方案的确定 2 核能供热系统核能是指核裂变产生的能量 以这种能量为热源的城市集中供热称为核能供热 核能供热目前有核热电站供热和低温供热堆供热两种方式 目前我国推荐的堆型主要有两种 自然循环微沸腾式低温核供热堆 池式低温核供热堆3 地热水供热地热能具有蕴藏量丰富 相比于火力及核能发电要安全 污染较少 地热能电站的全年利用率高 节省矿物燃料等优点 地热通常是指陆地地表以下5000m深度内的热能 目前开采和利用最多的是地热水 作为供热的热源 地热水具有如下一些特点 1 在不同条件下 地热水的参数 温度 压力等 及成份会有很大的差别 2 地热水的参数与热负荷无关 3 一次性利用 1集中供热系统方案的确定 多热源联合供热系统主要的组合方式 1 热电厂与区域锅炉房联合供热 2 几个热电厂联合供热 多热源联合供热的热水供热系统优点由于热源数目增多 整个系统的供热安全率得到保证 个别热源锅炉出现事故 不致影响整个系统的供热能力 合理地安排热效率高的锅炉先投入运行 还可以提高整个供热系统的热能利用率 配置相应的热网系统图式 可以提高整个系统的供热后备能力 1集中供热系统方案的确定 基本原则 有效利用并节约能源 投资少 见效快 运行经济 符合环保要求 符合国家各项政策法规 适应当地经济发展要求等 热源形式 发展规划能源政策环保政策 1 2方案确定的基本原则及热源形式确定 集中供热系统热媒主要有热水和蒸汽两种 其供热参数及运行方式是由热电厂 热网 热用户的条件 特性和要求所决定的 1供热介质比较热水的主要优点 1 热水介质热能效率高 没有凝结水和蒸汽泄漏 以及二次蒸汽的热损失 因而热能利用率比蒸汽供热系统好 实践证明 一般可节约燃料20 一40 2 调节方便 可以根据室外空气温度进行热水温度调节 质调节 以达到节能 保证室内采暖温度 满足卫生要求的目的 3 热水采暖系统的蓄热能力高 热稳定性好 由于系统中水量多 水的比热大 因此在水力工况和热力工况短时间失调时 也不会引起供暖状况的很大波动 4 输送距离长 一般可达5 lOkm 甚至达到15 20km 5 热损失小 1 3热媒种类及参数的确定 1集中供热系统方案的确定 蒸汽的主要优点 1 可以满足多种热用户的需要 特别是生产工艺用热 适用面广 2 蒸汽介质的输送靠自身压力 不用循环泵 不用耗电 输送凝结水所耗的电能较供热管网输送网路循环水所耗的电能少得多 3 蒸汽的密度小 使用和输送过程中不用考虑静压 用户的连接方式简单 运行也较方便 4 使用蒸汽介质 热用户的散热器或热交换器中 因温度和传热系数都比水高 所以散热设备的面积可减小 设备投资费用降低 1集中供热系统方案的确定 2供热介质的选择对热电厂供热系统 可以利用低位热能的热用户 如采暖 通风 热水供应等 应首先考虑以热水作为热媒 对于生产工艺的热用户 通常以蒸汽作为热媒 对民用建筑物 采暖 通风 空调及生活热水供热的城市热网宜采用热水作为其供热介质 对既有生产工艺 又有采暖 通风等热负荷的城市热网供热介质的确定原则为 1 当生产工艺为主要热负荷 采暖用热量不大 并且采暖时间又不长时 应采用蒸汽作为供热介质 2 当以水为供热介质能够满足生产工艺需要 包括在用户处转换为蒸汽 且技术经济合理时 宜采用热水作为供热介质 3 当采暖 通风等热负荷为主要热负荷 生产工艺又必须采用蒸汽供热 经技术经济比较认为合理时 可采用热水和蒸汽两种供热介质 1集中供热系统方案的确定 3供热热媒参数的选择热水热力网最佳设计供 回水温度 应结合具体工程条件 考虑热源 管网 用户内系统等方面的因素 进行技术经济比较 当不具备确定最佳供 回水温度的技术经济比较条件时 热水供 回水温度可按以下原则确定 1 以热电厂为热源时 设计供水温度可取用110 150 回水温度可取70 80 或更低一些 2 以区域热水锅炉房为热源 当供热规模较小时 通常采用的供 回水温度为95 70 或80 60 的水温 当供热规模较大时 经过技术经济比较可采用110 70 130 70 150 80 等高温水作为供热介质 1集中供热系统方案的确定 1区域锅炉房供热系统城镇集中供应热能的热源 效率低于热电厂的热能利用效率 但区域锅炉房中使用燃煤锅炉的热效率也能达到80 以上 比分散的小型锅炉房的热效率 50 60 高得多 区域热水锅炉房供热系统 其组成如图7 1所示 2 1按热源形式分类 图7 1区域热水锅炉房供热系统示意图 1 热水锅炉 2 循环水泵 3 除污器 4 压力调节阀 5 补给水泵 6 补充水处理装置 7 采暖散热器 8 生活热水加热器 9 水龙头 2集中供热系统的形式 2集中供热系统的形式 热水锅炉房在区域锅炉房内装设热水锅炉及其附属设备 直接制备热水的集中供热系统 近年来在国内有较大的发展 它多用于城市区域或街区的供暖 或用于工矿企业中供暖通风热负荷较大的场合 热水锅炉房的集中供热系统定压方式 主要有下列几种方式 1 采用高架水箱定压 2 采用补给水泵定压 3 采用气体定压 4 采用蒸汽定压 区域蒸汽锅炉房供热系统 其组成如图7 2所示 图7 2区域蒸汽锅炉房集中供热系统示意图 a 室内采暖系统 b 通风系统 c 热水供应系统 d 生产工艺用热系统1 蒸汽锅炉 2 蒸汽干管 3 疏永器 4 凝水干管 5 凝结水箱 6 锅炉给水泵 2集中供热系统的形式 蒸汽锅炉房1 向集中供热系统的所有热用户供应蒸汽的型式 2 在蒸汽锅炉房内同时制备蒸汽和热水热媒的型式 通常蒸汽供应生产工艺用热 热水作为热媒 供应供暖 通风等热用户 根据在蒸汽锅炉房集中制备热水的方式不同 有 1 采用集中热交换站的型式 2 采用蒸汽喷射装置的型式 3 采用淋水式换热器的型式 2集中供热系统的形式 2集中供热系统的形式 2热电厂供热系统热电厂是联合生产电能和热能的发电厂 在热电厂中高温高压蒸汽首先在汽轮机中膨胀作功 转化为汽轮机基轴上的机械能 再由发电机转变化成电能 汽轮机中的乏汽供给热用户 然后在用户处放出汽化潜热 凝结水由凝结水泵送回锅炉 避免了蒸汽直接进入凝汽器而引起的热量损失 提高了热能利用率 根据热电厂供热汽轮机的不同 可分为背压式汽轮机 排气压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机 和抽汽式汽轮机 从汽轮机中间抽汽对外供热的汽轮机称为抽汽式汽轮机 等 2集中供热系统的形式 图7 4抽汽式热电厂供热系统示意图 2集中供热系统的形式 1热水供热系统根据热网循环水是否被直接取出 可分为闭式系统和开式系统 闭式热网只供应用户所需热量 水作为供热介质不被取出 我们可认为系统的流量是不变的 但实际上热媒通过阀门 水泵轴承 补偿器 套筒或膨胀节 以及其它不严密处时 总会向外部泄漏少量循环水 使系统循环水流量减少 在正常情况下 系统的泄漏水量一般不超过系统总容水量的1 泄漏的水靠补水装置来补充 闭式双管 由一条供水管和一条回水管组成 热水供热系统是我国目前应用最广泛的一种供热系统形式 图7 6所示为双管闭式热水供热系统示意图 2集中供热系统的形式 2 2按热媒种类分类 图7 6双管闭式热水供热系统示意图a 无混合装置的直接连接 b 设水喷射器的直接连接 c 设混合水泵的直接连接 d 供暖热用户与热网的间接连接 e 通风热用户与热网的连接 f 无储水箱的连接方式 g 装设上部储水箱的连接方式 h 装置容积式换热器的连接方式 i 装设下部储水箱的连接方式l 热源的加热装置 2 网路循环水泵 3 补给水泵 4 补给水压力调节器 5 散热器 6 水喷射器 7 混合水泵 8 表面式水 水换热器 9 采暖热用户系统的循环水泵 10 膨胀水箱 11 空气加热器 12 温度调节器 13 水 水换热器 14 储水箱 15 容积式换热器 16 下部储水箱 17 热水供应系统的循环水泵 18 热水供应系统的循环管路 2集中供热系统的形式 1 直接连接直接连接是用户系统直接连接于热水网路上 无混合装置的直接连接 图7 6a 装水喷射器的直接连接 图7 6b 设混合水泵的直接连接 图7 6c 2 间接连接间接连接方式是在采暖系统热用户入口处或在热力站处设置表面式水 水换热器 用户系统与热水网路被表面式水 水换热器隔离 形成两个独立的系统 用户与管网水力工况不发生直接联系的连接方式称为间接连接 如图7 6d 间接连接系统的工作方式是 热网供水管的热水进入设置在建筑物用户引入口或热力站的表面式水 水换热器内 采暖系统热用户的循环水也进入表面式水 水换热器 二者通过换热器的表面进行热量交换 冷却后的热网回水返回热网回水管去 被加热的采暖系统热用户的循环水由热用户系统的循环水泵驱动循环流动 间接联接需设热交换器与热用户的循环水泵等设备 造价比上述直接连接高得多 循环水泵需经常维护 并消耗电能 运行费用增加 2集中供热系统的形式 3 通风系统热用户与热网的连接通风系统中加热空气的设备的承压能力较高 对热媒参数也无严格限制 因此用户通风系统与热水供热管网的连接 通常采用简单的直接连接 如图7 6e所示 4 热水供应热用户与热网的连接无储水箱的连接方式 图7 6f 装设上部储水箱的连接方式 图7 6g 装设容积式换热器的连接方式 图7 6h 装设下部储水箱的连接方式 图7 6i 2集中供热系统的形式 2集中供热系统的形式 开式热水供热系统在开式系统中 热网的循环水部分地或全部地从热网中取出 直接用于生产或热水供应热用户中 开式热水供热系统的热水供应热用户与网路的连接 有下列几种形式 1 无储水箱的连接方式2 装设上水箱的连接方式3 与上水混合的连接方式 2集中供热系统的形式 闭式与开式系统的优缺点1 闭式热水供热系统的网路补水量少 在运行中 闭式热水供热系统容易监测网路系统的严密程度 2 在闭式热水供热系统中 网路循环水通过表面式热交换器将城市上水加热 热水供应用水的水质与城市上水水质相同且稳定 3 在闭式热水供热系统中 在热力站或用户入口处 需安装表面式热交换器 热力站或用户引入口处设备增多 投资增加 运行管理也较复杂 4 在利用低位热能方面 开式系统比闭式系统要好些 在我国 由于热水供应热负荷很小 城市供热系统主要是并联闭式热水供热系统 开式热水供应系统没有得到应用 2集中供热系统的形式 2蒸汽供热系统蒸汽供热系统 广泛的应用于工业厂房或工业区域 它主要承担向生产工艺热用户供热 同时也向热水供应 通风和供暖热用户供热 蒸汽供热管网与热用户的连接方式有直接连接和间接连接两大类 蒸汽热力网的蒸汽管道 可采用单管式 同一蒸汽压力参数 双管式 两种蒸汽压力参数 或多管式 不同蒸汽压力参数 凝结水可采用回收或不回收的方式进行 当各用户之间所需蒸汽参数相差不大 或季节性负荷占总负荷比例不大时 一般都采用一根蒸汽管道供汽 这样最经济 也比较可靠 采用的比较普遍 当用户间所需蒸汽参数相差较大 或季节性负荷较大时 可以采用双管或多管 2集中供热系统的形式 图7 8为蒸汽供热系统示意图 锅炉产生的高压蒸汽进入蒸汽管网 经热用户放热后产生凝水 经凝结水管网返回热源处的总凝结水箱 经锅炉给水泵加压进入锅炉重新加热变成蒸汽 图7 8a为生产工艺热用户与蒸汽网路连接方式示意图 图7 8b为蒸汽采暖用户系统与蒸汽网路的连接方式示意图 图7 8c是热水采暖用户系统与蒸汽供热系统采用蒸汽 水换热器的连接图 图7 8d是采用蒸汽喷射装置的直接连接方式 图7 8e是通风系统与蒸汽网路系统采用直接连接方式 热水供应系统与蒸汽网路的连接方式 见图7 8f 图7 8g 图7 8h 2集中供热系统的形式 2集中供热系统的形式 图8 4蒸汽供热系统示意图 2集中供热系统的形式 蒸汽在用热设备内放热凝结后 经疏水器 凝结水管道返回热源的管路系统及其设备组成的整个系统 称为凝结水回收系统 按驱使凝水流动的动力不同 可分为重力回水 余压回水和机械回水等 凝结水依靠自身重力 利用凝水位能差或管线坡度 流回锅炉房的 称为重力回水系统 凝结水依靠疏水器的剩余压力返回锅炉房的 称为余压回水系统 当凝结水先流入用户 或凝结水泵分站 凝结水箱 再通过水泵加压返回锅炉房总凝结水箱的 称为加压回水 或机械回水 系统 2集中供热系统的形式 凝结水回收系统与大气相通的 为开式凝结水回收系统 凝结水回收系统不与大气相通的 为闭式凝结水回收系统 按凝水的流动方式不同 凝结水回收系统可分为单相流和两相流两大类 单相流又可分为满管流和非满管流两种 满管流是指凝水靠水泵动力或位能差 充满整个管道截面 呈有压流动的流动形式 非满管流是指凝水并不充满整个管道断面 靠管路坡度流动的流动方式 2集中供热系统的形式 1 非满管流的凝结水回收系统 低压自流式系统 工厂内各车间的低压蒸汽采暖的凝结水经疏水器或不经过疏水器 依靠重力 通过坡向凝结水箱的凝结水管自流返回凝结水箱 如图8 5所示 低压自流式凝结水回收系统只适用于供热面积小 地形坡向凝结水箱的场合 锅炉房应位于全厂的最低处 共应用范围受到很大限制 图8 5低压自流式凝结水回收系统 2集中供热系统的形式 2 两相流的凝结水回收系统 余压回水系统 工厂内各用汽点的高压蒸汽凝结水 通过疏水器后直接进入室外凝结水管网 依靠疏水器后的背压将凝水送回开式凝结水箱 由凝结水泵将凝水送回管网 如图8 6所示 图8 6余压回水系统 2集中供热系统的形式 3 闭式余压凝结水回收系统工厂内各用气点的高压蒸汽凝结水 通过疏水器后直接进入室外凝结水管网 依靠疏水器后的背压将凝水送回闭式凝结水箱 从凝结水箱分离出来大量的二次汽和漏汽 通过换热器 加热锅炉房的软化水或上水 用于热水供应或生产工艺用水 如图8 7所示 图8 7闭式余压凝结水回收系统1 车间用热设备 2 疏水器 3 余压凝水管 4 闭式凝结水箱 5 安全水封 6 凝结水泵 7 二次汽管道 8 利用二次汽的换热器 9 压力调节器 2集中供热系统的形式 3 重力式满管流凝结水回水系统工厂中各车间用汽设备排出的凝结水 首先集中到一个承压的高位水箱 或二次蒸发箱 在箱中排出二次蒸汽后 纯凝水直接流入室外凝水管网 靠着高位水箱 或二次蒸发箱 与锅炉房或凝结水分站的凝结水箱7顶部回形管之间的水位差 凝水充满整个凝水管道流回凝结水箱 由于室外凝水管网不含二次蒸汽 选择的凝水管径可小些 3集中供热系统的热负荷 集中供热系统的热用户有供暖 通风 热水供应 空气调节 生产工艺等用热系统 这些用热系统热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的最重要依据 用热系统的热负荷 按其性质可分为两大类 1 季节性热负荷 供暖 通风 空调2 常年性热负荷 生产 生活用热 3集中供热系统的热负荷 1 体积热指标法各类建筑物的供暖体积热指标qv 可通过对许多建筑物进行理论计算或对许多实测数据进行统计归纳整理得出 可见有关设计手册或当地设计单位历年积累的资料数据 Qn qvVw tn twn 10 32 面积热指标法Qn qfF 10 33 城市规划指标法 对一个城市新区供热规划设计 各类型的建筑面积尚未具体落实 3 1供暖设计热负荷 3集