СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ КОТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
HYDRAULIC SYSTEM CONTROL SYSTEM OF BOILER SYSTEM OF HEAT SUPPLY

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения.
Известны схемы теплоснабжения в двухтрубном и четырехтрубном вариантах. В схеме теплоснабжения в двухтрубном варианте открытого типа источник тепловой энергии (котельная) соединен с объектами потребления тепла и горячего водоснабжения (ГВС) двумя трубопроводами, которые называются тепловой сетью (ТС). По одному трубопроводу подается теплоноситель (нагретая вода) к объекту теплопотребления с определенными параметрами по температуре и давлению - это прямая (подающая) ветвь ТС, по другому трубопроводу (обратная ветвь) происходит возврат теплоносителя, отдавшего часть тепловой энергии потребителю через отопительные приборы (радиаторы). Кроме того, часть объема теплоносителя (горячей воды) на нужды ГВС потребитель забирает из тепловой сети, и если не восполнить этот забранный объем, то получится завоздушивание контура циркуляции воды в тепловой сети. Для восполнения объема слитой воды из тепловой сети, на нужды ГВС потребителям, производится постоянная подпитка ТС с помощью подпиточного насоса, который забирает необходимое количество воды из специального резервуара и подает ее в обратную ветвь ТС.
Примером такой системы является система управления гидравлическим режимом работы котельной, реализующая способ работы системы теплоснабжения по патенту RU 2204088 С1, опубл. 10.05.2003, содержащая прямой и обратный трубопроводы, резервный бак, соединенный через подпиточный насос с обратным трубопроводом, первый датчик расхода, электрически соединенный с регулятором, при этом обратный трубопровод соединен через сетевой насос с, теплоподготовительной установкой (водогрейным котлом), соединенной с прямым трубопроводом. Такая система является ближайшей к предложенной.
Для создания циркуляции теплоносителя в тепловой сети в котельной устанавливаются сетевые насосы. Эти насосы забирают воду из обратной ветви ТС, прокачивают ее через водогрейный котел и подают нагретую воду в прямую ветвь ТС к потребителям. В зависимости от протяженности ТС и высотности зданий подбираются сетевые насосы с необходимыми характеристиками по напору, расходу и мощности. Подпиточные насосы побираются в зависимости также от высотности зданий и максимального расхода ГВС. Для автоматического поддержания параметров давления в прямой ветви установлен блок управления подпиточным насосом, в состав которого входит датчик расхода (или датчик давления), установленный перед заборным патрубком сетевого насоса, и задатчик рабочих параметров подпиточного насоса. Скорость движения теплоносителя в данной системе регулирования величина постоянная (разница давлений между прямой и обратной ветвью ТС не меняется) и зависит только от напора установленного сетевого насоса. Производить регулировку путем изменения перепада давления в ТС непосредственно в процессе работы не представляется возможным.
Система теплоснабжения с открытым водозабором (двухтрубная) при такой системе регулирования нормально работает, когда температура окружающей среды постоянна и находится в диапазоне достаточно низких температур (температура теплоносителя на отопительных приборах требуется выше минимального значения температуры для ГВС, т.е. 60°С). Подобранный по параметрам сетевой насос в этом диапазоне температур создает определенную скорость циркуляции, необходимую для равномерного нагревания отопительных приборов (радиаторов). В том случае, когда температура окружающей среды такова, что для поддержания нормальной температуры внутри помещения, необходимо снижать температуру теплоносителя ниже 60°С, либо уменьшать скорость циркуляции теплоносителя (при этом уменьшается теплоотдача отопительных приборов-радиаторов). Температуру теплоносителя снижать ниже 60°С запрещено санитарными нормами, так как в данном случае теплоносителем является горячая вода системы ГВС, а скорость циркуляции теплоносителя уменьшить с помощью управления невозможно, как описано выше, в результате чего возникает «перетоп» на объектах теплопотребления. При работе открытой схемы теплоснабжения в целом при таких режимах расход энергоресурсов (газ, электроэнергия) источника теплоснабжения (котельной) неоправданно завышен, кроме того, создаются дискомфортные условия на объектах теплопотребления.
Система теплоснабжения с открытым водозабором (двухтрубная) в летний период работает следующим образом. Отопление потребителей от ТС полностью отключено, и котельная подает потребителям через ТС только ГВС. Циркуляция теплоносителя требуется минимальная. В связи с этим на летний период в котельной требуется произвести сложные переключения, с введением дополнительного оборудования, потребляющего дополнительную электроэнергию.
Технической проблемой, решаемой новой системой управления гидравлическими режимами котельной, является создание возможности управления изменением и стабильным поддержанием скорости движения теплоносителя за пределами котельной в трубопроводах тепловой сети и на системах отопительных приборов объектов теплопотребления.
Техническая проблема решается системой управления гидравлическим режимом работы котельной системы теплоснабжения, содержащей датчик параметра потока теплоносителя, установленный на обратном трубопроводе системы теплоснабжения и электрически соединенный с первым блоком управления, соединенным с двигателем подпиточного насоса, в которой согласно изобретению датчик параметра потока теплоносителя представляет собой первый датчик давления, на подающем трубопроводе установлен второй датчик давления, электрически соединенный со вторым блоком управления, который соединен с двигателем, по меньшей мере, одного сетевого насоса, и каждый блок управления соединен с соответствующим задатчиком давления.
Технический результат, достигаемый предложенной системой, заключается в обеспечении возможности независимой регулировки параметров в подающем и обратном трубопроводах. В предложенной системе это стало возможным в результате установки раздельного управления гидравлическими напорами подпиточного и сетевого насосов с использованием в блоках управления этими насосами частотных преобразователей, причем датчики давления, управляющие работой подпиточного и сетевого насосов, установлены за пределами котельной непосредственно на магистральных трубопроводах тепловой сети прямой и обратной ветви. Датчик давления, установленный на магистральном трубопроводе прямой ветви, подает информацию на блок управления сетевого насоса, а датчик давления, установленный на обратной ветви, - на блок управления подпиточного насоса.
На чертеже представлена схема предложенной системы.
Котельная 1 системы теплоснабжения содержит подающий трубопровод 2 (прямая ветвь), обратный трубопровод 3 (обратная ветвь), резервный бак 4, соединенный через подпиточный насос 5 с обратным трубопроводом 3. Обратный трубопровод 3 соединен через, по меньшей мере, один сетевой насос 6 с, по меньшей мере, одним генератором тепла, соединенным с подающим трубопроводом 2. На схеме показаны два сетевых насоса 6 и, соответственно, два генератора тепла - водогрейные котлы 7. На линии, соединяющей обратный трубопровод 3 и водогрейные котлы 7, установлен теплообменник 8, через который подается вода в резервный бак 4, перед которым установлен фильтр 9 химводоочистки (ХВО). На обратном трубопроводе установлен фильтр 10 грубой очистки (фильтр-грязевик).
Система управления гидравлическими режимами котельной выполнена следующим образом.
На входе в тепловую сеть (на чертеже не показана) на обратном трубопроводе 3 установлен первый датчик 11 давления, а на подающем трубопроводе 2 установлен второй датчик 12 давления. Первый датчик 11 давления электрически соединен с первым блоком 13 управления, который соединен с двигателем подпиточного насоса 5. Второй датчик 12 давления электрически соединен со вторым блоком 14 управления, который соединен с двигателем каждого сетевого насоса 6. Каждый блок управления 13 и 14 соединен с соответствующим задатчиком давления 15 и 16.
Система работает следующим образом.
Подпиточный насос 5 включается и управляется через электронный блок 13 управления, в состав которого входит преобразователь частоты промышленного переменного тока с частотой 50 Гц. Принцип работы этого блока 13 заключается в том, что по определенному алгоритму (сигналу сравнения задатчика 15 давления и первого датчика 11 давления) на выходе из блока 13 управления изменяется частота промышленного переменного тока частотой 50 Гц (может как увеличиваться, так и уменьшаться). Электродвигатель подпиточного насоса 5 подключен к электропитанию промышленной сети переменного тока через блок 13 управления, поэтому при изменении частоты питающего электродвигатель переменного тока соответственно изменяется скорость вращения вала как электродвигателя, так и насоса 5. При увеличении скорости вращения вала насоса 5 гидравлический напор его увеличивается, при уменьшении скорости вращения - уменьшается.
Заполнение водой гидросистемы котельной 1, трубопроводов тепловой сети, отопительных приборов объектов теплопотребления (на чертеже не показаны) производится подпиточным насосом 5. На задатчике 15 давления блока 13 управления устанавливают требуемое значение давления теплоносителя в гидросистеме тепловой сети. Информационный сигнал о реальном давлении в тепловой сети снимается с первого датчика 11 давления, установленного за пределами котельной 1 на обратном трубопроводе 3 тепловой сети. При включении подпиточного насоса 5 в работу электродвигатель насосного агрегата развивает максимальные обороты и быстро заполняет тепловую сеть водой. По мере заполнения сети водой начинает повышаться давление теплоносителя, о чем датчик 11 давления подает сигнал на блок 13 управления, и электродвигатель подпиточного насоса 5 уменьшает обороты, соответственно уменьшается и гидравлический напор насоса 5. При достижении значения давления именно в гидросистеме тепловой сети (в месте установки датчика 11 давления, при этом исключается влияние состояния засора фильтра-грязевика 9 на задание необходимых параметров давления теплоносителя за пределами котельной непосредственно в трубопроводах тепловой сети) заданному значению давления на задатчике 15 давления блока 13 управления на подпиточном насосе 5 устанавливается гидравлический режим, требуемый для поддержания заданного давления (происходит только компенсация утечек из тепловой сети на нужды горячего водоснабжения).
После полного заполнения водой всей гидросистемы тепловой сети с определенным давлением теплоносителя включается насосный агрегат сетевого насоса 6 (в случае двух насосов 6 - каждого насоса), управление которого производится так же, как и у подпиточного насоса 5, через второй блок 14 управления, в состав которой входит преобразователь частоты промышленного переменного тока с частотой 50 Гц. Принцип работы второго блока 14 управления аналогичен принципу работы первого блока 13 управления. Второй датчик 12 давления, установленный на подающем трубопроводе 1 - прямой ветви тепловой сети за пределами котельной 1, выдает информационный сигнал о реальном давлении теплоносителя в данной точке. Насосный агрегат (сетевой насос 6), включенный в работу, отрабатывает задачу поднятия значения давления теплоносителя в точке установки датчика 12 давления, поставленную на задатчике 16 давления, вне зависимости от давления на входном патрубке сетевого насоса 6, так как с помощью блока 14 управления по определенному сигналу сравнения от датчика 12 давления и задатчика 16 изменяется скорость вращения вала приводного электродвигателя сетевого насоса 6, изменяя гидравлический напор насоса 6.
После включения в работу подпиточного насоса 5 с заданными параметрами давления в точке установки первого датчика 11 давления на обратном трубопроводе 3 и обратной ветви тепловой сети устанавливается и поддерживается именно это давление теплоносителя, а включение в работу сетевого насоса 6 создает циркуляцию теплоносителя в тепловой сети, причем скорость циркуляции зависит от разницы давлений в прямой и обратной ветви тепловой сети. Устанавливая задатчиком 16 на блоке 14 управления различные параметры давления теплоносителя в подающем трубопроводе 2 и прямой ветви теплосети, тем самым меняют разность давлений (перепад давления) в прямой и обратной ветви тепловой сети.
При работе котельной с такой регулировкой гидравлических режимов движения теплоносителя в тепловой сети можно замедлять или ускорять циркуляцию, изменяя с помощью задатчиков 15 и 16 параметры давления независимо друг от друга как в прямой, так и в обратной ветви тепловой сети, выбирая наиболее оптимальный режим работы всей схемы теплоснабжения в данный период ее работы.