Назад в библиотеку

О вентиляции подземных каналов систем теплоснабжения

Автор:Марченко А.В., Шарапов В.И.
Источник: Сборник научных трудов научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки», УлГТУ:2009

Аннотация

А.В. Марченко, В.И. Шарапов.О вентиляции подземных каналов систем теплоснабжения.Раскрывается проблема возникновения коррозии в трубопроводах теплоснабжения. Предложены мероприятия по ее устранению.

Общая постановка проблемы

Одной из основных причин, снижающих сроки службы трубопроводов систем теплоснабжения, является электрохимическая коррозия. Для протекания коррозионного процесса необходим контакт металлической поверхности трубопроводов с водой в присутствии кислорода воздуха. Для тепловых сетей наиболее характерны следующие виды коррозии: атмосферная - коррозия металла во влажной атмосфере тепловых каналов, почвенная - коррозия трубопроводов под слоем теплоизоляции, электрокоррозия - коррозия металлов вследствие воздействия блуждающих токов. Ввиду того, что большинство теплотрасс имеет канальную прокладку, то атмосферная и почвенная коррозии являются преобладающими. Это подтверждено результатами инженерной диагностики, проводимой на предприятиях «Мостеплоэнерго» в 1996 г.

Скорость коррозионных процессов при атмосферной и почвенной коррозии зависит от степени увлажнения поверхности металла, и определяется температурой и влажностью воздуха. Замеры температуры и влажности в тепловых камерах и каналах показали, что средний интервал температур находится в пределах 28 - 34°С, а относительной влажности 65 - 80%. Наихудшие условия наблюдаются в холодный период года во время таяния снегового покрова над теплотрассами. Влага при этом попадает в каналы тепловых сетей. На всех обследованных объектах величина влагосодержания теплоизоляции составила 20 - 30%, что увеличило теплопотери в 2 - 2,5 раза [1].

Непроветриваемая атмосфера в каналах тепловых систем приводит к тому, что в воздухе присутствуют газы, образующиеся от распада орга¬нических веществ, что еще больше увеличивает скорость коррозии. Намокание стен и перекрытий тепловых каналов может вызвать их разрушение. Состояние микроклимата в каналах оказывает влияние не только на скорость коррозии тепловых сетей, но и на величину их теплопотерь.

Одним из способов снижения температуры и влажности воздуха в подземных каналах систем теплоснабжения является их вентиляция. В соответствие со СНиП 41-01-2003 «Тепловые сети» в каналах теплотрасс необходимо предусматривать приточно-вытяжную вентиляцию. Вентиляция должна обеспечивать как в зимнее, так и летнее время температуру воздуха в каналах не выше 40°С, а на время производства ремонтных работ - не выше 33°С

В научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ авторами разработаны и запатентованы решения, позволяющие использовать для вентиляции каналов тепловых сетей дутьевые вентиляторы котлов тепловых электростанций или промышленно-отопительных котельных.

На рис. 1 представлена схема вентиляции подземных каналов систем теплоснабжения с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ [3, 4]. Она работает следующим образом. Атмосферный воздух с проезжей части городских улиц 1 через воздухозаборные окна 2 вентиляционных камер 3 забирается в подземный канал теплотрассы 4. Далее воздушные потоки способствуют интенсивному тепломассообмену и переносу теплоты и влаги по длине канала 4 и через всасывающий воздуховод 5 подаются дутьевым вентилятором 6 в котлоагрегат 7, где используются в качестве окислителя в процессах горения топлива. По мере вентилирования снижается влагосодержание и температура воздуха в каналах, что позволяет увеличить срок службы теплопроводов.

Рис. 1. Схема вентиляции каналов тепловых сетей дутьевыми вентиляторами котлов ТЭЦ

Рисунок 1 – Схема вентиляции каналов тепловых сетей дутьевыми вентиляторами котлов ТЭЦ:

1 - проезжая часть городских улиц; 2 - воздухозаборные окна; 3 - вентиляционные камеры; 4 - подземный канал теплотрассы; 5 - всасывающий воздуховод вентилятора; 6 - дутьевой вентилятор; 7 - котлоагрегат

При реализации решения, представленного на рис. 1, вентиляционные камеры используются в качестве приточных шахт, а дутьевые вентиляторы котлов - в качестве вытяжных вентиляторов. Таки образом, дос¬тигаются требования СНиП 41-01-2003 [2] к устройству приточно-вытяжной вентиляции в каналах систем теплоснабжения.

Применение разработанных решений позволит решить вопросы с вентиляцией каналов тепловых сетей, оздоровить воздушную среду в городах за счет удаления значительного количества воздуха и его термического обезвреживания в топках котлоагрегатов, а также регенерировать в топках котлов теплоту воздуха, полученную им от теплопроводов при транспортировке через каналы теплотрассы.

При оценке целесообразности использования дутьевых вентиляторов котлов для вентиляции каналов тепловых сетей необходимо выполнить аэродинамический расчет в следующей последовательности:

  1. Определяют потери давления в воздухозаборной камере Рвк, Па
    (1)

    где ξ1 и ξ2 - коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе воздухозаборной камеры; ρн - плотность наружного воздуха при температуре tн кг/м3; Vвк - скорость забора воздуха в камеру, м/с.

  2. Определяют потери давления в каналах тепловых сетей Ркан, Па
    (2)

    где X - коэффициент трения; l - длина участка канала до следующей воздухозаборной камеры, м; ρв - плотность воздуха в канале при температуре tкан, кг/м3; Vкан - скорость перемещаемого по каналу воздуха, м/с.

  3. Определяют потери давления в вытяжной шахте, Рвыт, Па, к которой подключены дутьевые вентиляторы котлов
    (3)

    где ξ3, ξ4 - коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе вытяжной шахты; Vвдв - скорость забора из шахты воздуха дутьевыми вентиляторами котлов, м/с.

    Испытания по определению коэффициентов местных сопротивлений на входе и выходе вентиляционных камер показывают, что ξ1 = 0,72, ξ2 = 1, ξ3 = 1, ξ4 = 0,92 [1]

  4. Общие потери давления в канале и в вентиляционных шахтах Р, Па, определяют по формуле
    (4)

Расход воздуха, необходимый для вентилирования каналов теплотрасс, L, м3/ч, определяют по формуле

(5)

где V - средняя скорость перемещения воздуха в канале и вентиляционных шахтах, м/с; F - площадь поперечного сечения канала, свободного для прохода воздуха, м2, равна

(6)

где Fк- площадь поперечного сечения канала, м2; Fm- площадь поперечного сечения канала, занятого теплопроводами и паропроводами, м2

Количество удаляемой из канала вместе с воздухом влаги ΔG, г/ч, можно определить по формуле

(7)

где dв, dн - влагосодержания воздуха в канале при температуре 1кан и наружного (поступающего в воздухозаборную камеру) воздуха при температуре 1н соответственно, г/м3.

Наиболее эффективно процессы снижения влажности в каналах будут происходить холодный период года вследствие того, что значение влагосодержания наружного воздуха очень мало. Так, в этот период года средняя температура воздуха для г. Ульяновска составляет -8,9 °С, влажность - 82% [5], что соответствует влагосодержанию 1,65 г/кг. При средней температуре в канале 30 °С и влажности 70 % влагосодержание составляет 19,2 г/кг. Таким образом, при вентилировании каналов тепловых сетей наружный воздух нагревается и насыщается влагой, осушая их поверхности.

После определения общих потерь давления в системе вентиляции подземных каналов теплотрасс необходимо найти дополнительную мощность дутьевых вентиляторов котлов Nдв, кВт, требуемую для преодоления аэродинамического сопротивления каналов и вентиляционных шахт. Она определяется по формуле

(8)

где ηв - эксплутационный КПД дутьевого вентилятора; ηпер - КПД передачи; ηп - КПД подшипников.

Найденную по формуле (8) дополнительную мощность нужно сравнить с имеющимся запасом мощности электродвигателей дутьевых вентиляторов котлоагрегатов. Как правило, запас мощности значителен. К примеру, запас мощности двигателя одного дутьевого вентилятора ВДН-26-ИУ котла ТГМ-96Б Ульяновской ТЭЦ-1 при работе на номинальной нагрузке составляет 30 кВт (каждый парогенератор ТГМ-96Б обслуживают два дутьевых вентилятора).

В ряде случаев расход вентиляционного воздуха, забираемый из каналов тепловых сетей, меньше расхода воздуха, необходимого для горения топлива в топках котлов. Для восполнения расхода воздуха до требуемого значения по условиям полного сжигания топлива, можно увеличить количество воздухозаборных камер. Но это мероприятие может привести к повышению значений теплопотерь от трубопроводов тепловых сетей. Поэтому в этом случае рекомендуется оставить у дутьевых вентиляторов воздуховоды забора атмосферного воздуха.

При утилизации в топках котлов ТЭЦ теплоты вентиляционного воздуха годовая экономия условного топлива составляет более 3000 т [6].Таким образом, реализация разработанных решений в системах теплоснабжения позволит снизить температуру и влажность воздуха в каналах тепловых сетей, снизить влагосодержание тепловой изоляции, а также снизить топливопотребление котлами ТЭЦ или производственных котельных.

Выводы

  • Разработаны технологии вентиляции подземных каналов систем теплоснабжения с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ или промышленно-отопительных котельных.
  • Вентиляция каналов тепловых сетей дутьевыми вентиляторами котлов позволяет улучшить условия эксплуатации теплопроводов, снизить активность коррозионных процессов трубопроводов, избавиться от капели на поверхностях каналов.
  • При подаче в котлоагрегаты вентиляционного воздуха, появляется возможность регенерировать в топках котлов теплоту воздуха, полученную им от теплопроводов. Вследствие этого снижается топливопотребление котлами теплогенерирующих установок.

    • Список использованной литературы

    1. Воронин С.М. К вопросу о вентиляции камер и каналов тепловых сетей // Новости теплоснабжения. 2001. № 8 (12). С. 19-24.
    2. СНиП 41-01-2003. Тепловые сети (взамен СНиП 2.04.07-86) - М.: Госстрой России. 2003. 67 с.
    3. Патент № 2175745 (RU) МПК7 F 24D 1/00. Способ работы системы теплоснабжения / В.И. Шарапов, В.М. Николаев, В.В. Курьянова - Бюллетень изобретений. 2001. № 31.
    4. Патент № 2297576 (RU) МПК7 F 23L 15/00. Теплогенерирующая установка / В.И. Шарапов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений. 2007. № 11. 5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология (взамен СНиП 2.01.01-82). - М.: Госстрой России. 2000. 66 с.
    6. Шарапов В.И., Марченко А.В. Оценка энергетической эффективности технологий утилизации автотранспортных выбросов в топках котлов тепловых электростанций // Теплоэнергетика и теплоснабжение: сб. науч. тр. науч.-исслед. лаб. «Теплоэнерэнергетические системы и установки» УлГТУ. Выпуск 5; Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ. 2008. С. 119-128. . 1999. № 4. С. 72-78.