АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ Российский патент 1995 года по МПК F24D19/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначается для использования в закрытых централизованных системах отопления и горячего водоснабжения городов.

Целью изобретения является более полное использование теплоносителя путем одновременного снижения его расхода и температуры на выходе из теплового пункта.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого автоматизированного теплового пункта.

Автоматизированный тепловой пункт содержит подающий 1 и обратный 2 трубопроводы тепловой сети, подающий 3 и обратный 4 трубопроводы системы отопления. На подающем трубопроводе 1 тепловой сети установлены регулятор 5 расхода теплоносителя на отопление и смесительное устройство 6 системы отопления 7. К регулятору 5 подключен датчик 12 температуры наружного воздуха и датчик 15 температуры теплоносителя в подающем 3 трубопроводе системы отопления. Подающий трубопровод 1 соединен с обратным трубопроводом 4 двумя перемычками 8 и 9. На перемычке 8 установлены насос смещения 10 и регулятор 11, к которому подключен датчик 12 температуры наружного воздуха и датчик 13 температуры теплоносителя в обратном трубопроводе 4 системы отопления. Перемычка 9 подключена к смесительному устройству 6.

Система централизованного горячего водоснабжения содержит трубопровод 16 холодной воды, предварительную 17, первую 18, вторую 19 ступени водоподогревателя, выходной 24 трубопровод горячей воды. Входной трубопровод 20 теплоносителя второй 19 ступени водоподогревателя через регулятор 21 подключен к подающему трубопроводу 1. К регулятору 21 подключен датчик 22 температуры горячей воды в трубопроводе 24. Выходной трубопровод 25 теплоносителя второй ступени водоподогревателя подключен через задвижку 27 к подающему 1 трубопроводу тепловой сети, а через трехходовой кран 23 одновременно к перемычке 9 и к входному трубопроводу теплоносителя предварительной 17 ступени водоподогревателя. К трехходовому крану 23 подключены датчик 13 температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления и датчик 14 температуры теплоносителя в трубопроводе 25 после второй ступени водоподогревателя.

Кроме того, автоматизированный тепловой пункт содержит запорную арматуру 26-37.

Автоматизированный тепловой пункт работает следующим образом.

В теплое время отопительного сезона открыты задвижки 26-30, 32, 34, 36, 37 и закрыты задвижки 31, 33, 35. Работает насос смешения 10. Отключен трехходовой кран.

Один поток теплоносителя из подающего трубопровода 1 тепловой сети по трубопроводу 20 через регулятор 21 поступает во вторую ступень 19 водоподогревателя и после задвижки 27 смешивается с вторым потоком теплоносителя, прошедшего через регулятор 5. Таким образом, смешанный теплоноситель направляется в смесительное устройство 6 системы отопления 7. Расход теплоносителя из тепловой сети на вторую ступень подогревателя и систему отопления автоматически регулируется регуляторами 21 и 5 по сигналам датчиков 22, 12 и 15. Теплоноситель с обратного трубопровода 4 системы отопления по перемычке 9 за счет эжекции смесительного устройства смешивается с теплоносителем, поступившим в сопло этого устройства, и направляется в подающий трубопровод 3 системы отопления. При недостатке объема смешанного потока теплоносителя в подающем трубопроводе 1 тепловой сети после регулятора 5 для обеспечения нормальной работы смесительного устройства и поддержания заданной температуры теплоносителя в обратном трубопроводе 4 системы отопления включается насос смешения 10. Производительность насоса смещения регулируется регулятором 11 по сигналам датчиков 12 и 13. Теплоноситель с обратного трубопровода 4 системы отопления последовательно проходит первую 18 и предварительную 17 ступени водоподогревателя системы горячего водоснабжения и поступает в обратный 2 трубопровод тепловой сети. Холодная водопроводная вода по трубопроводу 16 проходит предварительную, первую и вторую ступени водоподогревателя и поступает в трубопровод 24 горячего водоснабжения.

В период отопительного сезона, когда температура наружного воздуха опускается ниже -5^оС, работа автоматизированного теплового пункта осуществляется следующим образом. Открыты задвижки 26, 28-30, 32, 33, 35-37, закрыты задвижки 27, 31, 34, отключен насос смещения 10, включен в работу трехходовой кран 23.

Теплоноситель из подающего трубопровода 1 тепловой сети поступает через регулятор 5 в смесительное устройство 6 и подающий трубопровод 3 системы отопления. Расход теплоносителя регулируется регулятором 5 по сигналам датчиков 12 и 15.

Теплоноситель из подающего трубопровода 1 также поступает по трубопроводу 20 через регулятор 21 во вторую ступень 19 водоподогревателя и далее направляется по трубопроводу 25 через трехходовой кран во вторую перемычку 9 или в предварительную ступень 17 водоподогревателя в зависимости от температуры теплоносителя в трубопроводах 25 и 4. Если температура теплоносителя в трубопроводе 25 выше, чем в обратном трубопроводе 4 системы отопления, то по сигналам датчиков 13 и 14 температуры автоматически срабатывает система управления тепловым пунктом и трехходовой кран 23 перекрывает поток теплоносителя в предварительную ступень 17 водоподогревателя и направляет его во вторую перемычку 9.

Объем теплоносителя, поступающего из второй ступени 19 водоподогревателя в перемычку 9, замещает такой же объем теплоносителя с обратного трубопровода 4 системы отопления.

Теплоноситель из второй ступени 19 водоподогревателя по трубопроводу 25 через трехходовой кран 23 поступает в предварительную ступень 17 водоподогревателя при условии, если температура теплоносителя в трубопроводе 25 ниже, чем в обратном трубопроводе 4 системы отопления.

Холодная водопроводная вода по трубопроводу 16 проходит последовательно через предварительную ступень 17 водоподогревателя и нагревается за счет энергии теплоносителя, вышедшего из второй ступени 19 водоподогревателя, через первую ступень 18 водоподогревателя и нагревается энергией теплоносителя из обратного трубопровода 4 системы отопления, через вторую ступень 19 водоподогреватели нагревается для необходимой температуры теплоносителем из трубопровода 1 тепловой сети, далее вода поступает в трубопровод 24 системы горячего водоснабжения. Теплоноситель из обратного трубопровода 4 системы отопления проходит первую ступень 18 водоподогревателя и поступает в обратный трубопровод 2 тепловой сети, а часть его поступает во вторую перемычку 9 для смешивания в смесительном устройстве 6.

В летний период, когда отопление зданий отключено, работа автоматизированного теплового пункта осуществляется следующим образом. Открыты задвижки 26, 30, 32, 34, 36, 37, закрыты задвижки 27-29, 31, 33, 35. Отключен насос смешения 10. Трехходовой кран 23 установлен в такое положение, когда поток теплоносителя направлен во вторую перемычку 9.

Теплоноситель с тепловой сети поступает по трубопроводу 20 через регулятор 21 во вторую ступень 19 водоподогревателя по трубопроводу 25, через трехходовой кран 23 во вторую перемычку 9, через обратный трубопровод 4 системы отопления, через первую 18, предварительную 17 ступени водоподогревателя и возвращается в обратный трубопровод 2 тепловой сети.

Холодная вода по трубопроводу 16 последовательно проходит предварительную 17, первую 18 и вторую 19 ступени водоподогревателя и поступает в трубопровод 24 системы горячего водоснабжения.

Расход теплоносителя из тепловой сети регулируется регулятором 21 по сигналам датчика 22 температуры горячей воды в трубопроводе 24.

Аналогом изобретения является известный автоматизированный групповой тепловой пункт [1] , подсоединенный к тепловой сети по зависимой схеме. Подающий трубопровод тепловой сети подключен двумя перемычками к обратному трубопроводу системы отопления, на первой перемычке, врезанной в подающий трубопровод тепловой сети до элеватора, установлен насос смешения. Подогреватель горячего водоснабжения включен по двухступенчатой последовательной схеме.

Данное техническое решение использования тепла на отопление и горячее водоснабжение не позволяет рационально использовать тепло теплоносителя, прошедшего вторую ступень подогревателя.

В холодный период отопительного сезона, когда температура наружного воздуха снижается ниже -5^оС, теплоноситель, прошедший через вторую ступень подогревателя, вновь возвращается в подающий трубопровод тепловой сети до входа в сопло элеватора, тем самым снижая первоначальную температуру теплоносителя, поступающего с ТЭЦ, и увеличивая его расход, что противоречит цели более полного использования энергии теплоносителя при снижении его расхода и температуры на выходе из теплового пункта.

Аналогом изобретения является также известный тепловой пункт [2], где первая тепловая ступень включена греющей стороной в перемычку между подающим трубопроводом тепловой сети и обратным трубопроводом системы отопления, а нагреваемой между дополнительной и второй ступенями подогревателя. В перемычку включен смесительный насос. Дополнительная ступень подогревателя греющей стороной подключена к подающему трубопроводу системы отопления.

Данное техническое решение обеспечивает хорошую работу системы отопления и горячего водоснабжения только в теплый период отопительного сезона, когда поток теплоносителя, вышедшего из второй ступени подогревателя, направляется в подающий трубопровод тепловой сети и через смесительное устройство в подающий трубопровод системы отопления, а дополнительная и первая ступени подогревателя обеспечивают более глубокое снижение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления.

В холодный период отопительного сезона при снижении температуры наружного воздуха ниже -5^оС указанный тепловой пункт с дополнительной ступенью подогревателя имеет следующие существенные недостатки в использовании энергии теплоносителя:
снижается температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети перед смесительным устройством теплоносителем, прошедшим через вторую ступень подогревателя;
первоначальный нагрев холодной водопроводной воды в дополнительной ступени подогревателя высокотемпературным теплоносителем из подающего трубопровода системы отопления неэкономичен и противоречит цели снижения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе тепловой сети, а не в подающем трубопроводе системы отопления;
понижение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления на выходе из дополнительной ступени в зимний период времени усложняет поддержание теплового режима в отапливаемых зданиях;
возможен вариант нагрева теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления в первой ступени подогревателя горячей воды, нагретой в дополнительной ступени подогревателя;
в первой ступени подогревателя происходит понижение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления, поступающего в смесительное устройство, что противоречит поставленной цели;
не используется дополнительная ступень подогревателя в летний период.

Наиболее близким к изобретению по конструктивному решению и достигаемой цели является автоматизированный тепловой пункт, где подвод теплоносителя, прошедшего через вторую ступень подогревателя, осуществляется в перемычку, соединяющую подающую и обратный трубопроводы системы отопления с находящимся на ней насосом смешения и регулятором расхода [3].

Здесь успешно решена задача по сокращению расхода теплоносителя в тепловой сети и снижению его температуры на выходе из теплового пункта только в переходной период отопительного сезона.

В холодный период при снижении температуры наружного воздуха ниже -5^оС указанный автоматизированный тепловой пункт с установленным на перемычке насосом смешения имеет следующие существенные недостатки в использовании энергии теплоносителя:
снижается температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети перед смесителем за счет низкой температуры теплоносителя, прошедшего через вторую ступень подогревателя;
подвод теплоносителя из второй ступени подогревателя в перемычку перед насосом смешения нецелесообразен, так как при дальнейшем перекачивании этого теплоносителя в систему отопления насосом приводит к необоснованным дополнительным затратам электроэнергии.

Целью изобретения является более полное использование энергии теплоносителя при одновременном снижении его расхода и температуры на выходе из теплового пункта.

Указанная цель достигается тем, что вторая ступень подогревателя системы горячего водоснабжения выходным трубопроводом теплоносителя подключена через трехходовой кран к второй перемычке и предварительной ступени подогревателя, а трехходовой кран имеет два датчика температуры, установленные на выходном трубопроводе теплоносителя второй ступени и обратном трубопроводе системы отопления.

Это позволяет направлять теплоноситель, вышедший из второй ступени подогревателя, в предварительную ступень, когда его температура ниже температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления, или во вторую перемычку, когда его температура выше температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления. Введение в предлагаемый автоматизированный тепловой пункт предварительной ступени подогревателя позволяет в холодный период отопительного сезона, когда температура наружного воздуха ниже -5^оС, дополнительно использовать энергию теплоносителя из второй ступени подогревателя, температура которого ниже, чем температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления, что соответствует поставленной цели более полного использования энергии теплоносителя при одновременном снижении его расхода и температуры на выходе из теплового пункта. Следует отметить, что в случае использования в системе горячего водоснабжения воды из поверхностных источников, температура которых в зимний период составляет 0,2... 1^оС (характерно для районов Сибири и Дальнего Востока), актуальность использования предварительной ступени возрастает по сравнению с вариантом использования воды из подземных источников с температурой 5...8^оС.

Техническое решение отвода теплоносителя из второй ступени подогревателя в перемычку между подающим трубопроводом тепловой сети и обратным трубопроводом системы отопления через трехходовой кран, регулируемый датчиками температуры, во всасывающий трубопровод элеватора (вторую перемычку) учитывает случай, когда его температура выше температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления. Теплоноситель, поступивший из второй тепловой ступени в указанную перемычку, вытесняет равный ему объем теплоносителя с обратного трубопровода системы отопления, таким образом повышая температуру теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления.

При низких отрицательных температурах наружного воздуха в тепловых пунктах с постоянным расходом теплоносителя на теплоснабжение и горячее водоснабжение в случае уменьшения или временного прекращения использования потребителем горячей воды (ночное время суток и т.п.) применение изобретения позволяет более полно использовать энергию теплоносителя в системе отопления. Последнее обеспечивает снижение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления на 6...8^оС.

Возврат теплоносителя с более низкой температурой на централизованные источники теплоснабжения (ТЭЦ, ГРЭС, районные котельные и т.п.) позволяет более эффективно использовать тепловые мощности последних при одновременном снижении требуемого расхода теплоносителя на 15...20%.

Использование: в теплоэнергетике, в закрытых централизованных системах отопления и горячего водоснабжения. Сущность изобретения: тепловой пункт содержит подающий 1 и обратный 2 трубопроводы тепловой сети, подающий 3 и обратный 4 трубопроводы системы отопления, смесительное устройство 6, при этом подающий 1 и обратный 2 трубопроводы соединены двумя перемычками 8 и 9, первая из которых подключена до смесителя и снабжена насосом смещения 10 и регулятором 11, а вторая подключена к устройству 6. Тепловой пункт содержит также предварительную 17, первую 18 и вторую 19 ступени водоподогревателя, трубопроводы 16 и 24 холодной и горячей воды, трехходовой кран 23. Изобретение позволяет полнее использовать энергию теплоносителя при одновременном снижении его расхода и температуры на выходе из теплового пункта за счет подключения к выходному патрубку теплоносителя второй ступени водоподогревателя через регулируемый трехходовой кран второй перемычки 9 и предварительной ступени 17 водоподогревателя. Трехходовый кран регулируется двумя датчиками температуры 13 и 14, установленными на выходном трубопроводе теплоносителя второй ступени водоподогревателя и обратном трубопроводе системы отопления. 1 ил.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ системы отопления и горячего водоснабжения, содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным на нем регулятором и соединенный с обратным трубопроводом системы отопления первой перемычкой, снабженной насосом смешения и регулятором, имеющим датчик температуры наружного воздуха, первую и вторую тепловые ступени подогревателя системы горячего водоснабжения с входными и выходными трубопроводами теплоносителя, отличающийся тем, что он имеет установленный на подающем трубопроводе смеситель и вторую перемычку, подключенную к последнему, предварительную тепловую ступень подогревателя и трехходовой кран, причем вторая тепловая ступень подогревателя системы горячего водоснабжения выходным трубопроводом теплосистемы подключена через трехходовой кран к второй перемычке и предварительной ступени подогревателя, трехходовой кран имеет два датчика температуры, установленные на выходном трубопроводе теплоносителя второй тепловой ступени подогревателя и обратном трубопроводе системы отопления.