Источники и системы теплоснабжения. Тепловые сети и тепловые пункты

Е. Г. Авдюнин

ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ 

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ И ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

Учебник

Москва    Вологда
Инфра-Инженерия

2019

УДК 620.9:519.6
ББК 31.391:22.19

А18

Авдюнин, Е. Г.

А18  
Источники и системы теплоснабжения. Тепловые сети 

и тепловые пункты : учебник / Е. Г. Авдюнин. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. – 300 с. : ил., табл. 

ISBN 978-5-9729-0296-5

Рассмотрены системы теплоснабжения, предложен поря
док определения тепловых нагрузок и выбора систем теплоснабжения и их элементов. Исследована структура теплосетей 
и показана роль тепловых пунктов в системе, даны соответствующие формулы для расчётов.

Для студентов, обучающихся по специальностям 13.03.01 

и 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» при изучении 
курса «Системы теплоснабжения промышленных предприятий», в том числе при выполнении курсовых и дипломных проектов.

УДК 620.9:519.6
ББК 31.391:22.19

ISBN 978-5-9729-0296-5
Ó Авдюнин Е. Г., 2019
Ó Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
Ó Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................ 6

1. 
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ................................................................... 8

1.1.
РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ .................... 14

1.2.
ВИДЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ ..................................................... 16

1.3.
РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ НА СЕЗОННЫЕ НАГРУЗКИ.... 17

1.4.
РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ НА КРУГЛОГОДИЧНЫЕ 
НАГРУЗКИ........................................................................................................ 26

1.5.
СУММАРНОЕ КРУГЛОГОДИЧНОЕ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ ..... 33

1.6.
ГРАФИК ГОДОВОГО РАСХОДА ТЕПЛОТЫ....................................... 37

2. 
ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ЕГО ПАРАМЕТРОВ, 
СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И МЕТОДА 
РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ.............................39

2.1. 
ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ......................................................... 39

2.2. 
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ....................................... 41

2.3. 
ВЫБОР СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ........................................... 43

2.4. 
ВЫБОР МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ................................................... 45

2.5. 
ЦЕНТРАЛЬНОЕ КАЧЕСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ 
ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ .......................................................... 47

2.6. 
МЕСТНЫЙ КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ 
ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ................................................................. 52

2.7. 
РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ 
НА ВЕНТИЛЯЦИЮ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ ПОСЛЕ СИСТЕМ 
ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ КАЧЕСТВЕННОМ 
РЕГУЛИРОВАНИИ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ ................. 55

2.8. 
РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ 
НА ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ ПОДОГРЕВ ВОДЫ НА ГОРЯЧЕЕ 
ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУР ВОДЫ НА ВЫХОДЕ 
ИЗ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ КАЧЕСТВЕННОМ 
РЕГУЛИРОВАНИИ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ ................. 59

2.9. 
МЕСТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ 
СМЕШАННОЙ СХЕМЫ ПОДОГРЕВА ВОДЫ НА ГОРЯЧЕЕ 
ВОДОСНАБЖЕНИЕ....................................................................................... 63

2.10. 
ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ........... 72

2.11.
СУММАРНЫЙ РАСХОД СЕТЕВОЙ ВОДЫ В СИСТЕМАХ 
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ................................................................................... 74

2.12. 
СРЕДНЕВЗВЕШЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ В ОБРАТНОЙ 
ЛИНИИ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ ........................................................................ 75

3. 
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. 
ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА...........77

3.1. 
РАСЧЕТНЫЙ РАСХОД СЕТЕВОЙ ВОДЫ............................................. 79

3.2. 
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ 
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ................................................................................... 83

3.3. 
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ВОДЯНЫХ 
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.....................................................................................100

3.4. 
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОПРОВОДОВ ..........................106

3.5. 
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ........113

3.6. 
ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА ....................114

3.7. 
ВЫБОР НАСОСОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.............119

4. 
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ...................................................................124

4.1. 
НАЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ИЗОЛЯЦИИ..................124

4.2. 
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ, 
ИЗДЕЛИЯМ И МАТЕРИАЛАМ...............................................................125

4.3. 
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ........................................................126

4.4. 
РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ ПО НОРМИРОВАННОЙ 
УДЕЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО 
ПОТОКА.................................................................................................................131

4.5. 
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
ПО ЗАДАННОМУ СНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ, 
ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ В СЕТЯХ .........................................................136

4.6. 
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
ПО ЗАДАННОМУ КОЛИЧЕСТВУ КОНДЕНСАТА .........................138

4.7. 
РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛОВЫМИ СЕТЯМИ ............140

5. 
ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ..............................................................143

5.1. 
СОСТАВ ПРОЕКТА ТЕПЛОВОГО ПУНКТА......................................145

5.2. 
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ 
К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ..........................146

5.3. 
МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ПОВЫШЕННОГО РАСХОДА 
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ВЕСЕННЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД ГОДА ...153

5.4. 
РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ 
В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ..........................................................................164

5.5. 
ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ........................................187

6. 
ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ.................................................205

6.1. 
ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТЭЦ И ЕЕ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА...206

6.2. 
ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ КАК ЭЛЕМЕНТ ИСТОЧНИКА 
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................218

6.3.
КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ПАРОВЫХ ТУРБИН.....233

6.4.
ТУРБИНЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ.....246

7.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 
ТЕПЛОФИКАЦИИ.....................................................................257

7.1. 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ 
НА ПАРОТУРБИННЫХ ТЭЦ....................................................................259

7.2. 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА РАЗДЕЛЬНУЮ 
ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ .......271

7.3. 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА 
ПРИ ТЕПЛОФИКАЦИИ.............................................................................274

7.4.
ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ И ХАРАКТЕРНЫХ 
РЕЖИМОВ ИХ ЗАГРУЗКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.........................279

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................296

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..............................................298

ВВЕДЕНИЕ

Системы теплоснабжения имеют большое экономическое и со
циальное значение, обеспечивая нормальную жизнедеятельность 

населения. От надежной работы систем теплоснабжения зависит 

обеспечение комфортных условий труда и быта во всех жилых, обще
ственных и производственных зданиях с постоянным и периодиче
ским пребыванием людей. По своей значимости система теплоснаб
жения не уступает другим системам инженерного оборудования –

системам электроснабжения, топливоснабжения, водоснабжения, 

без которых невозможно нормальное функционирование ни про
мышленных предприятий, ни жилых районов. 

Каждая система централизованного теплоснабжения состоит 

из пяти элементов: источников теплоты, теплоприготовительных 

установок, тепловой сети и насосных станций, тепловых пунктов 

и местных систем – отопления, вентиляции, горячего водоснабжения 

и технологических потребителей теплоты. Чтобы обеспечить беспе
ребойную подачу теплоты, все указанные элементы должны работать 

в едином режиме, т. е. должно быть соответствие режима подачи теп
лоты от источника по тепловым сетям режиму, необходимому 

и наиболее желательному для потребителя.

Несмотря на наличие обширной литературы по отдельным эле
ментам системы теплоснабжения: источникам теплоты (ТЭЦ и котель
ным), тепловым сетям и системам теплопотребления − возникает 

необходимость обобщения этого материала в специальной учебной ли
тературе, которая позволит при разработке схем теплоснабжения про
мышленных предприятий и жилых районов рационально использо
вать ее, а также многочисленные нормативные и справочные матери
алы.

ГЛАВА 1. 

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Несмотря на большое разнообразие первичных энергоресурсов 

и форм вырабатываемой энергии, энергетика должна развиваться 

в сочетании с топливной базой, как единый топливно-энергетиче
ский комплекс.

Из всех форм производимой энергии, наиболее широкое распро
странение получили два вида: электрическая и тепловая, на выработку 

которых в России затрачивается, в настоящее время, свыше 50% всех 

используемых первичных топливно-энергетических ресурсов. 

В производстве и быту широко используется теплота низкого 

и среднего потенциала. На отопление, вентиляцию и горячее водо
снабжение жилых, общественных и промышленных зданий, а также 

на пароснабжение промышленных предприятий в городах, промыш
ленных и сельских районах. На выработку этой теплоты затрачива
ется около 30% [3,6] всех потребляемых топливно-энергетических 

ресурсов. 

Основным ресурсом для выработки тепловой и электрической 

энергии является в настоящее время органическое или ядерное топ
ливо. Для организации рационального энергоснабжения страны осо
бенно большое значение имеет теплофикация, являющаяся наиболее 

совершенным методом централизованного теплоснабжения из ос
новных путей снижения удельного расхода топлива на выработку 

электрической энергии.

Теплофикация – это централизованное теплоснабжение на базе 

комбинированной, т. е. совместной выработки теплоты и электриче
ской энергии. В комбинированной выработке заключается основное 

отличие теплофикации от раздельного метода теплоэнергоснабжения, 

когда электрическая энергия вырабатывается на конденсационных 

тепловых электрических станциях (КЭС), а теплота – в котельных.

Основной энергетический эффект теплофикации заключается 

в замене тепловой энергии, вырабатываемой при раздельном энерго
снабжении в котельных, отработавшей теплотой, отведенной и теп
лосилового цикла электростанции, благодаря чему ликвидируется 

бесполезный отвод теплоты в окружающую среду при превращении 

химической, а на АЭС – внутриядерной энергии топлива в электриче
скую энергию.

Развитие комбинированной выработки тепловой и электриче
ской энергии является одним из основных путей непрерывного повы
шения экономичности электроэнергетического производства России. 

Экономия условного топлива за счет комбинированной выработки 

электрической энергии составляет около 10% [3, 25] расхода топлива 

на выработку электроэнергии на всех тепловых станциях.

При теплофикации реализуется два основных принципа рацио
нального энергоснабжения:

o
комбинированное производство тепловой и электрической 

энергии, осуществляемое на ТЭЦ;

o
централизация теплоснабжения, т. е. подача теплоты от од
ного источника многочисленным тепловым потребителям.

Существо первого принципа заключается в следующем. Теп
лота рабочего тела (водяного пара или газа), имеющего повышенный 

потенциал (высокую температуру и давление), сначала используется 

для выработки электрической (механической) энергии в турбогене
раторах. Затем теплота отработавшего рабочего тела, имеющая более 

низкий потенциал, используется для централизованного теплоснаб
жения. При таком комбинированном использовании потенциала ра
бочего тела удельный расход теплоты на выработку электрической 

энергии получается значительно меньше, чем при раздельном полу
чении теплоты и электрической энергии (когда теплота первичного 

топлива, отработавшего в турбинах, отводится в окружающую среду 

и теряется бесполезно) [3, 9, 24].

Рис. 1.1. Тепловые циклы в энергетических установках

На рис. 1.1 в T-S диаграмме показаны идеальные циклы Карно –

конденсационный (а) и теплофикационный (б). Количество подве
денной теплоты в каждой из этих циклов одинаково и равно qn = TвDS. 

Количество полученной работы:

o
в конденсационном цикле

;

o
в теплофикационном цикле

,

где
Тв − температура подведенного теплоносителя в цикле, К; 

Тос –
температура окружающей среды, К; 

Тн –
температура отводимого теплоносителя в теплофикаци
онном цикле для теплоснабжения, К.

Количество отработавшей теплоты, полезно использованной 

для теплоснабжения:

o
в конденсационном цикле qтк = 0;

o
в теплофикационном цикле qтт = ТкDS.

Удельный расход теплоты на получение работы в идеальном 

цикле [3, 25]:

o
конденсационный 

;                         
(1.1)

S
)
T
T
(
l
ос
в

к
p
D
×
=

S
)
T
T
(
l
н
в

т
p
D
×
=

1
S
)
Т
Т
(

S
Т

l

q
q

ос
в

в

к
р

n
к
р
>
D
×

D
=
=

o
теплофикационный

.                    
(1.2)

Разница удельных расходов теплоты на получение работы 

в конденсационном и теплофикационном циклах

,                                    
(1.3)

показывает возможность экономии топлива при теплофикации 

по сравнению с раздельной выработкой тепловой и электрической 

энергии.

Второй принцип – централизация теплоснабжения не является 

особенностью теплофикации. Централизация может быть осуществ
лена при подаче теплоты не только от ТЭЦ, но и от других источников, 

например, крупных котельных или промышленных теплоутилизаци
онных установок.

Выбор рациональной степени централизации теплоснабжения, 

т. е. числа источников теплоснабжения для удовлетворения тепловой 

нагрузки района, зависит от ряда экономических и внешних условий. 

С повышением степени централизации, т. е. уменьшением числа ис
точников теплоснабжения, как правило, повышается экономичность 

выработки теплоты и снижаются начальные затраты и расходы 

по эксплуатации источников, но одновременно увеличиваются 

начальные затраты на сооружение тепловых сетей и эксплуатацион
ные расходы по транспорту теплоты.

1

S
)
Т
Т
(

S
Т

l

q
q
q

ос
в

в

к
р

т
т
n
т
р
>

D
×

D
=
=

т
р

к
р
q
q
q
=
D

При централизованном теплоснабжении от котельных без ком
бинированной выработки электрической энергии на базе теплового 

потребления, суммарный расход топлива на удовлетворение тепло
вой и электрической нагрузки получается больше, чем при теплофи
кации. Таким образом, теплофикация является наиболее рациональ
ным методом использования топливно-энергетических ресурсов.

Теплофикация базируется на районных теплоэлектроцентра
лях (ТЭЦ), от которых теплота отпускается как промышленным пред
приятиям, так и, расположенным поблизости городам и населенным 

пунктам. Для удовлетворения отопительно-вентиляционной и быто
вой нагрузки жилых и общественных зданий, а также промышленных 

предприятий используется главным образом горячая вода. Примене
ние воды в качестве теплоносителя позволяет использовать для теп
лоснабжения отработавший пар низкого давления, что повышает эф
фективность теплофикации, благодаря увеличению удельной выра
ботки электрической энергии на базе теплового потребления.

Тепловая экономичность ТЭЦ улучшается при повышении 

начальных параметров пара, снижении давления в отборах турбин, 

применение многоступенчатого подогрева сетевой воды, увеличении 

числа часов использования тепловой мощности отборов, ограничении 

доли конденсационной выработки электрической энергии на ТЭЦ. 

Улучшению экономических показателей ТЭЦ способствует их укрупне
ние, повышение единичной мощности котельных и турбоагрегатов, 

блочная компоновка оборудования, а также применение дешевых 

водогрейных котлов и паровых котлов низкого давления для покры
тия кратковременных пиков сезонной и технологической тепловой 

нагрузки и резервирования теплоснабжения.