ЭЛЕКТРОКОТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОАККУМУЛЯЦИОННАЯ
THERMAL STORAGE ELECTRIC BOILER HOUSE

Изобретение относится к электрическим котельным децентрализованного теплоснабжения преимущественно объектов сельской местности, в частности к электрокотельным, использующим непиковую электроэнергию, с прерывистой работой электрокотлов и аккумулированием теплоты в баках-аккумуляторах в виде нагретой воды.
Известна электродная теплоаккумуляционная котельная, включающая электродные котлы, баки-аккумуляторы, циркуляционные и сетевые насосы, предвключенный скоростной водонагреватель, обеспечивающий нагрузку горячего водоснабжения объекта, устройства подмешивания горячей воды и обратного теплоносителя, запорную арматуру, противонакипные магнитные устройства и средства автоматического управления. При этом котельная включает три контура. В первом контуре циркуляционные насосы забирают теплоноситель с нижней зоны баков-аккумуляторов, прокачивают его через котлы и подают в верхнюю зону баков при температуре 95°С, для поддержания которой в первом контуре введено устройство подмешивания горячей воды. Во втором контуре теплоноситель, идущий на теплоснабжение объекта и имеющий постоянную температуру 95°С, забирается из верхней зоны баков-аккумуляторов, проходит греющий контур предвключенного скоростного водонагревателя и сетевыми насосами подается на питание отопительно-вентиляционной нагрузки объекта, где охлаждается и после возвращения в котельную поступает в нижнюю зону баков-аккумуляторов. Для соблюдения температурного графика регулирования отпуска тепла на отопительно-вентиляционную нагрузку во втором контуре котельной предусмотрено устройство подмешивания обратного теплоносителя. Третий контур котельной образован для водопроводной воды, проходящей через нагреваемый контур предвключенного скоростного водонагревателя и подаваемой на теплоснабжаемый объект для потребления (Рекомендации по проектированию и эксплуатации электродных теплоаккумуляционных котельных напряжением 0,4 кВ. Лит. НИИ механизации и электрификации с/хозяйства. Вильнюс, 1988, с.3-14).
Недостатками известной котельной являются:
- во-первых, постоянная температура на выходе из котлов (95°С), предопределяющая наличие подмешивающих устройств соответственно горячей воды и обратного теплоносителя, усложняющая контроль за зарядом и разрядом баков-аккумуляторов, не обуславливающая рациональные объемы последних;
- во-вторых, нерациональное использование циркуляционных насосов для заряда баков-аккумуляторов в первом контуре, производительность которых выше производительности сетевых насосов, работающих во втором контуре, так как при прерывистом режиме работы электрокотлов и циркуляционных насосов, при суммарной продолжительности их работы в сутки, составляющей, например, 18 часов, создаваемый циркуляционными насосами зарядный расход в 4 раза ниже их производительности;
- в-третьих, необходимость гашения излишнего напора в первом контуре в связи с тем, что гидравлическое сопротивление второго контура выше;
- в-четвертых, отсутствие регулирования сетевых и циркуляционных насосов по расходу, снижающее эффективность и работоспособность котельной;
- в-пятых, отсутствие устройства, информирующего о степени заряда-разряда баков;
- в-шестых, наличие одноступенчатой предвключенной схемы подключения горячего водоснабжения, усложняющей соблюдение температурного графика во втором контуре котельной при неравномерном потреблении горячей воды и обуславливающей проведение дополнительных монтажных операций для обеспечения горячего водоснабжения в летний период.
Известна типовая аккумуляционная электрокотельная, принятая в качестве прототипа. Типовая электрокотельная включает электродные котлы, баки-аккумуляторы отопительно-вентиляционной нагрузки, бак-аккумулятор нагрузки горячего водоснабжения, сетевые, циркуляционные и повысительно-циркуляционные насосы, скоростной водонагреватель, обеспечивающий нагрузку горячего водоснабжения объекта, запорную арматуру, противонакипные магнитные устройства и средства автоматического управления (Типовой проект 903-1-251.87 «Электрокотельная автоматизированная теплоаккумуляционная с шестью электроводонагревателями ЭПЗ-100 И3», Белагропроект, 1987 г., прототип).
Первый контур известной котельной, работая в режиме заряда, питает баки-аккумуляторы отопительно-вентиляционной нагрузки и обеспечивает отопительно-вентиляционную нагрузку объекта. При этом работают котлы и циркуляционные насосы. Сетевые насосы забирают теплоноситель из трубопровода, соединяющего выходы электродных котлов с верхней частью баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки, и подают в сеть необходимый сетевой объем, обеспечивая отопительно-вентиляционную нагрузку. Вместе с тем, циркуляционные насосы подают теплоноситель в верхнюю зону баков-аккумуляторов по тому же трубопроводу, подключенному к верхней части баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки, в объеме, необходимом для их заряда. Обратный теплоноситель возвращается из сети в котельную, к нему подмешивается теплоноситель с нижней зоны баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки для обеспечения циркуляционного расхода.
В режиме разряда электродные котлы и циркуляционные насосы не работают. Второй контур котельной работает за счет теплоносителя, запасенного в баках-аккумуляторах отопительно-вентиляционной нагрузки в необходимом объеме. Теплоноситель сетевыми насосами забирается из верхней зоны баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки и по отводящему трубопроводу подается в сеть на питание отопительно-вентиляционной нагрузки. Обратный теплоноситель при этом возвращается в нижнюю зону баков-аккумуляторов.
Для обеспечения горячего водоснабжения нагрев водопроводной воды осуществляется в скоростном водонагревателе, греющий контур которого питается от электродных котлов и находится под напором циркуляционных насосов. Это третий контур котельной, включающий также бак-аккумулятор нагрузки горячего водоснабжения, объем которого равен суточному потреблению горячей воды, и повысительно-циркуляционные насосы.
Котельная работает при поддержании постоянной температуры теплоносителя на выходе из электродных котлов 95°С. В первом контуре установлена дроссельная шайба для гашения излишнего напора.
Недостатками прототипа являются:
- постоянная температура на выходе из котлов (95°С), усложняющая контроль за зарядом и разрядом баков-аккумуляторов и не обуславливающая рациональные объемы последних;
- нерациональное использование циркуляционных насосов как для заряда баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки в связи с незначительным по величине зарядным расходом, создаваемым ими, по сравнению с их производительностью, так и для работы в третьем контуре в летний период, когда отключаются баки-аккумуляторы отопительно-вентиляционной нагрузки, а один из электродных котлов и циркуляционные насосы работают для обеспечения горячего водоснабжения, так как насосы работают вне рабочей части характеристики в связи с уменьшением их потребной производительности;
- необходимость гашения излишнего напора в первом контуре из-за разницы в гидравлическом сопротивлении в контурах котельной и сети отопительно-вентиляционной нагрузки;
- отсутствие регулирования сетевых и циркуляционных насосов по расходу, снижающее эффективность и работоспособность котельной;
- отсутствие устройства, информирующего о степени заряда-разряда баков отопительно-вентиляционной нагрузки,
- работа электродных котлов и циркуляционных насосов в летнее время для обеспечения нагрузки горячего водоснабжения, усложняющая проведение полного комплекса ремонтно-профилактических мероприятий оборудования котельной, обеспечивающего отопительно-вентиляционную нагрузку, проводимых в летний период.
Задачей изобретения является повышение технологической надежности и информативности теплоаккумуляционных электрокотельных и снижение трудоемкости их эксплуатации.
Для решения поставленной задачи в теплоаккумуляционной электрокотельной, включающей электрокотлы, подключенные к ним баки-аккумуляторы отопительно-вентиляционной нагрузки с возможностью работы по замкнутому циклу, бак-аккумулятор горячего водоснабжения, повысительно-циркуляционные и сетевые насосы, водонагреватель горячей воды, запорную арматуру, противонакипные магнитные устройства и средства автоматического регулирования, образующие контуры отопительно-вентиляционной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения, согласно изобретению контур отопительно-вентиляционной нагрузки и контур нагрузки горячего водоснабжения выполнены раздельно, контур отопительно-вентиляционной нагрузки снабжен трехходовым переключающим устройством, вход которого подключен к сетевому трубопроводу обратного теплоносителя, один из выходов подключен к электрокотлам, другой выход подключен к нижней зоне баков-аккумуляторов, а сетевой трубопровод обратного теплоносителя соединен с нижней зоной баков-аккумуляторов дополнительной линией, снабженной зарядными насосами.
Согласно изобретению сетевые и зарядные насосы контура отопительно-вентиляционной нагрузки оснащены регуляторами расхода с индикацией мгновенного расхода.
Баки-аккумуляторы контура отопительно-вентиляционной нагрузки оснащены вертикальными гирляндами датчиков температуры теплоносителя с выводом информации о профиле температур по вертикали баков на индикатор степени их заряда-разряда.
Водонагреватель горячей воды установлен в баке-аккумуляторе горячего водоснабжения.
Согласно изобретению в качестве водонагревателя горячей воды использован атмосферный электрокотел неэлектродного типа, герметично встроенный в нижней части бака-аккумулятора горячего водоснабжения.
Введение в контур отопительно-вентиляционной нагрузки трехходового переключающего устройства и зарядных насосов позволило отказаться от использования высокопроизводительных циркуляционных насосов в этом контуре.
Оснащение сетевых и зарядных насосов регуляторами расхода повышает эффективность и обеспечивает работоспособность котельной при оптимальных объемах баков-аккумуляторов, рабочих производительностях насосов, связанных с режимом работы котлов, определяемым энергоснабжающей организацией.
Оснащение баков-аккумуляторов отопительно-вентиляционной нагрузки средствами автоматического контроля с выводом информации о профиле температур по вертикали баков способствует повышению информативности о степени их заряда-разряда.
Разделение контуров отопительно-вентиляционной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения упрощает эксплуатацию и ремонт котельной.
Для пояснения сущности изобретения представлена блок-схема теплоаккумуляционной котельной, в частности на фиг.1 приведена схема контура отопительно-вентиляционной нагрузки (ОВН); на фиг.2 - схема контура нагрузки горячего водоснабжения (НГВС).
Электрокотельная теплоаккумуляционная включает два отдельно смонтированных контура: контур отопительно-вентиляционной нагрузки (ОВН), фиг.1, и контур нагрузки горячего водоснабжения (НГВС), фиг.2.
Контур ОВН содержит электрокотлы 1, баки-аккумуляторы ОВН 2, сетевые насосы 3, регулятор расхода сетевых насосов с индикацией мгновенного расхода 4, зарядные насосы 5, регулятор расхода зарядных насосов с индикацией мгновенного расхода 6, трехходовое переключающее устройство 7, запорную арматуру, противонакипные магнитные устройства и средства автоматического регулирования (условно не обозначены). Баки-аккумуляторы ОВН 2 в верхней и нижней части подключены к электрокотлам 1 посредством трубопроводов соответственно 8 и 9. От трубопровода 8 отходит трубопровод 10, идущий в сеть ОВН. В трубопроводе 9 установлено трехходовое переключающее устройство 7, к входу которого подведен трубопровод 11, идущий из сети ОВН. Последний также соединен с трубопроводом 9 дополнительным трубопроводом 12, в котором установлены зарядные насосы 5 и регулятор расхода зарядных насосов с индикацией мгновенного расхода 6. Баки-аккумуляторы 2 оснащены вертикальными гирляндами 13 датчиков температуры теплоносителя с выводом информации о профиле температур по вертикали баков на индикатор степени их заряда-разряда.
Контур НГВС содержит бак-аккумулятор НГВС 14, объем которого соответствует суточному расходу горячей воды объектом, повысительно-циркуляционные насосы НГВС 15, атмосферный электрокотел неэлектродного типа 16 с расширительным сосудом 17, герметично встроенный в нижнюю часть бака-аккумулятора НГВС 14. К последнему подведены сетевые трубопроводы 18, 19, идущие соответственно в сеть и из сети НГВС, в первом из которых установлены повысительно-циркуляционные насосы 15, а ко второму подключен водопровод (условно не показан).
c
Электрокотельная работает следующим образом. В контуре обеспечения ОВН сетевые насосы 3 работают круглосуточно, забирают нагретый теплоноситель из трубопровода 8 и по трубопроводу 10 подают его в тепловую сеть для покрытия ОВН подключенных в сети объектов. Обратный (охлажденный) теплоноситель поступает по трубопроводу 11 в электрокотельную, подается на вход трехходового переключающего устройства 7 и по трубопроводу 9 поступает в электрокотлы 1 (в режиме заряда баков) или в нижнюю зону баков-аккумуляторов ОВН (в режиме разряда баков). В этом контуре расход теплоносителя постоянный (G), а требуемая его величина обеспечивается регулятором расхода с индикацией мгновенного расхода 4. Этот регулятор обеспечивает, в том числе, требуемую величину расхода при включении резервного сетевого насоса вместо рабочего, так как характеристики насосов одинакового типотерминала не совсем идентичны.
з
c
з
c
з
c
Зарядные насосы 5 и электрокотлы 1 работают прерывисто по графику энергосберегающей организации. В соответствии с режимом их работы трехходовое переключающее устройство 7 направляет поток обратного теплоносителя либо в элетрокотлы 1 (в режиме заряда), либо в нижнюю зону баков-аккумуляторов 2 (в режиме разряда). В режиме заряда после переключения трехходового переключающего устройства 7 включаются зарядные насосы 5, которыми теплоноситель забирается из нижней зоны баков-аккумуляторов 2 и по трубопроводу 12 подается на вход трехходового переключающего устройства 7. Требуемая величина зарядного расхода (G) обеспечивается регулятором 6. После включения зарядных насосов 3 включаются электрокотлы 1. Из электрокотлов нагретый до температуры, требуемой графиком регулирования отпуска тепла, теплоноситель поступает по трубопроводу 8, забирается сетевыми насосами 3 и по трубопроводу 10 подается в сеть ОВН в количестве (G) и, вместе с тем, частично подается в верхнюю зону баков-аккумуляторов 2 на их заряд в количестве (G). Таким образом, количество теплоносителя, поступающего в верхнюю зону баков-аккумуляторов 2, равно количеству теплоносителя, откачиваемого из нижней зоны баков-аккумуляторов 2. В результате этого объем воды в баках-аккумуляторах не меняется, а лишь условная плоскость раздела нагретого и охлажденного теплоносителя (а-а) постепенно понижается. Происходит заряд баков-аккумуляторов 2 нагретым теплоносителем, который заканчивается при снижении плоскости раздела (а-а) до уровня ввода теплоносителя в нижнюю зону баков-аккумуляторов 2. Трехходовое переключающее устройство 7 в режиме заряда пропускает для подачи в электрокотлы 1 обратный теплоноситель из сети в количестве (G) и охлажденный теплоноситель из баков-аккумуляторов 2 в количестве (G), что обеспечивается совместной работой сетевых 3 и зарядных 5 насосов, а также регуляторов расхода 4 и 6. При отключении электрокотлов 1 и зарядных насосов 5 происходит переключение трехходового переключающего устройства 7 для направления обратного теплоносителя из сети в нижнюю зону баков-аккумуляторов 2 и обеспечения при этом работы котельной в режиме разряда баков-аккумуляторов ОВН. В этом режиме работающие круглосуточно сетевые насосы 3 забирают нагретый теплоноситель с верхней зоны баков-аккумуляторов 2 и по трубопроводу 10 подают его в сеть. Из сети по трубопроводу 11 обратный теплоноситель подается на вход трехходового переключающего устройства 7 и направляется по трубопроводу 9 в нижнюю зону баков-аккумуляторов 2. Расходы по этим линиям равны и составляют сетевой расход (G). Уровень теплоносителя в баках-аккумуляторах 2 не меняется, а плоскость раздела (а-а) постепенно поднимается вверх. Баки-аккумуляторы 2 разряжаются. Разряд баков завершается при достижении плоскости раздела (а-а) уровня ввода нагретого теплоносителя в верхнюю зону баков-аккумуляторов 2 по трубопроводу 8. Направление движения теплоносителя условно обозначено стрелками и соответствует режиму заряда при верхнем расположении стрелок по отношению к линиям трубопроводов 8, 9 и режиму разряда при нижнем расположении стрелок (фиг.1).
В контуре обеспечения НГВС горячая вода, нагретая в баке-аккумуляторе НГВС 14 за время работы атмосферного электрокотла неэлектродного типа 16, забирается повысительно-циркуляционными насосами НГВС 15 и по линии 18 подается в сеть на потребление. Циркуляционный теплоноситель возвращается в бак-аккумулятор 14 по линии 19. Подпитка бака-аккумулятора 14 осуществляется из водопровода по уровню воды в баке-аккумуляторе. Режимы работы электрокотлов 1 ОВН и электрокотла неэлектродного типа 16, встроенного в нижнюю часть бака-аккумулятора НГВС 14, синхронизированы. Оптимальный объем бака-аккумулятора 14 должен обеспечивать суточный расход горячей воды на объекте, а мощность и поверхность нагрева (корпуса) электрокотла 16 должны определяться из условия нагрева суточного расхода горячей воды за время работы электрокотлов в сутки.
Преимуществом заявляемой теплоаккумуляционной электрокотельной по сравнению с известными решениями является то, что повышаются ее технологическая надежность, информативность и упрощается эксплуатация. Под технологической надежностью понимается надежность выдачи определенной мощности в сеть при заданном графике работы электрокотлов. Она обеспечивается за счет согласованной, сбалансированной работы всех элементов котельной: электрокотлов, сетевых и зарядных насосов с регуляторами расходов, баков-аккумуляторов и за счет оптимизации назначения и четкости выполнения функций каждого из этих элементов. Вместе с тем, это достигается доступными простыми средствами, что является подтверждением промышленной применимости.
Электрокотельная с предлагаемой схемой смонтирована, запущена и работает в с.Абан Абанского района Красноярского края в 2007 г. Она обеспечивает теплоснабжение школы.