История системы водоснабжения

  Вся жизнедеятельность человека связана с использованием воды, потребность в которой все возрастает. Одной из основных задач водоснабжения является обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарно-гигиеническим требованиям.
  В современных условиях многочисленным потребителям необходима вода различного качества. Рост водопотребления привел во всем мире к ее количественному и качественному дефициту. Поэтому к решению задач водоснабжения требуется комплексный подход, предусматривающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование с учетом экологических аспектов и т. д.
  Первые сведения о применении воды для целей водоснабжения получены из археологических данных, обнаруженных в Месопотамии, Египте, Индии, Китае. Они указывают на то, что уже в глубокой древности человечество создавало системы водоснабжения, хотя и без достаточных на то знаний. Первые водопроводные системы были построены в Урарту (на территории современной Армении) в VIII-VII вв. до н.э. Дальнейшее развитие системы водоснабжения получили в период греко-римской цивилизации (от 100 лет до н.э. до конца II в. н.э.), когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения. Начало строительства централизованных городских систем водоснабжения относится к ХII-ХIII вв. Некоторые из них сохранились на территории бывшего СССР (Средняя Азия, Крым, Новгород и др.). Однако надо иметь в виду, что они являются лишь прообразом современных централизованных водопроводов.
  Обычным способом водоснабжения российских городов являлось получение воды из поверхностных источников, вблизи которых строились города, или из колодцев и прудов, выры-тыx в  местах с обильными подземными водами. При изыскании источников наряду с хозяйственными целями учитывалась потребность получения воды при обороне города. Первый самотечный водопровод был построен для Московского Кремля в 1492 г. Головным сооружением его служила Арсенальная (ранее Собакина) башня, где находился родник.
  В промышленных централизованных водопроводах XVIII в. впервые стали применяться специальные водозаборные и водо распределительные сооружения. Основоположниками водопроводного дела были знаменитый русский теплотехник И.И. Ползунов и один из первых гидротехников России к.д. Фролов. Вопросами водоснабжения горного дела занимался М.В. Ломоносов.
  В конце  XVIII в. началось строительство Мытищинского родникового водопровода для снабжения водой г. Москвы. В дальнейшем этот водопровод несколько раз реконструировался и окончательно был построен в 1858 г. по проекту А.И. Дельвига. Во второй половине XIX в. водопроводы были построены в Санкт-Петербурге, Казани, Новочеркасске, Ярославле и других городах. К концу XIX в. в России уже был накоплен большой опыт не только строительства, но и эксплуатации промышленных водопроводов.

{mospagebreak}
  Специфика климатических условий России диктовала необходимость поиска отечественных инженерных решений, отличных от подобных решений стран Европы. Благодаря этому вслед за водопроводами в средней полосе России появились надежные системы водоснабжения на Крайнем Севере, в Сибири и на Дальнем Востоке. 
  К 1917 г. в России лишь четвертая часть городов имела водопроводы. Среднее водопотребление составляло 18-24 л/чел в сутки, и лишь в Москве и Санкт-Петербурге оно было значительно выше. Большинство населения пользовалось водой из уличных водоразборных колонок и фонтанов. Восстановление народного хозяйства после Гражданской войны и последующая индустриализация страны вызвали бурный рост городов и поселков, а с ними и развитие водопроводного хозяйства. Мощность централизованного водоснабжения за счет расширения и нового строительства водопроводов к 1940 г. возросла более чем в 1О раз по сравнению с 1917 г. В этот период был разработан и принят ряд важнейших нормативных документов, направленных на улучшение санитарного состояния источников, установлены требования к зонам их санитарной охраны. После Великой Отечественной войны в 1946-1960 гг. водопроводы были восстановлены и построены в 580 городах и многих поселках.
  В городах России первые водопроводы обычно строились на базе подземных источников, что обусловливал ось стремлением к использованию доброкачественной воды и надежной защищенности ее от внешнего загрязнения. В процесс е дальнейшего развития городов и соответствующего роста водопотребления в большинстве случаев был осуществлен переход к поверхностным источникам, чему способствовало также внедрение более совершенных технологий очистки воды.
  На рубеже 60-70-х гг. ХХ в. вновь появилась тенденция к широкому использованию подземных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Это было вызвано как ухудшением качества воды в поверхностных источниках, так и расширением гидрогеологических исследований запасов подземных вод. Новым качественным результатом следует считать создание водопроводов с разнотипными источниками, более надежных как в техническом, так и в санитарно-эпидемиологическом отношении.
  В связи с загрязнением и истощением многих источников водоснабжения в настоящее время увеличение мощности водопроводов за счет нового строительства требует больших капитальных затрат. Поэтому особое внимание должно быть уделено оптимизации водопользования и сокращению потерь воды.
  Развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства городов и поселков, рост водопотребления, использование прибрежных водоохранных полос, распашка пойм, применение ядохимикатов и нарушение правил их хранения, отсутствие необходимого правовоro и экономического механизмов управления водными ресурсами' по бассейновому принципу и др. приводят  к резкому обострению экологической обстановки и ухудшению условий жизни населения.
  Решение проблем очистки природных и сточных вод заключается в разработке и широком внедрении в практику новых надежных, эффективных и высокоэкономичных технологических процессов, конструкций сооружений, установок и аппаратов. Широкое внедрение вычислительной техники позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности систем водоснабжения.

Отопление, котельные и отопительное оборудование

  Котельная установка служит для выработки пара с заданными параметрами для паровых двигателей (турбин, поршневых машин), а также для нужд производства или отопления. В зависимости от назначения котельные установки бывают энергетические (обслуживающие электрические станции), производственные, производственно-отопительные и отопительные. Назначение котельной установки обусловливает ее производительность и параметры вырабатываемого пара.
  Исходным рабочим телом для получения пара в котельной установке является вода, а исходным носителем энергии - топливо. Теплота, выделяющаяся при сжигании топлива, передается через металлические поверхности теплообменных аппаратов воде и пару. Основными составляющими процесса производства пара в котельных установках являются горение топлива, теплообмен между продуктами горения и рабочим телом и образование пара.
  Котельная установка состоит из котельных агрегатов и вспомогательных устройств.
К основным элементам оборудования котельной установки относятся:
паровой котел  - обогреваемый топочными газами закрытый теплообменный аппарат, служащий для получения насыщенного пара давлением более 1 МПа, используемого вне самого аппарата;
топка - топливосжигающее устройство, в котором происходит выделение теплоты в процессе горения топлива;
пароперегреватель  - обогреваемый топочными газами теплообменный аппарат, предназначенный для перегрева насыщенного пара;
экономайзер  - теплообменный аппарат для подогрева питательной воды (до ее поступления в котел) за счет использования теплоты продуктов сгорания;
воздухоподогреватель - теплообменный аппарат для подогрева воздуха (перед его поступлением в топочное устройство) за счет использования теплоты продуктов сгорания.
Совокупность перечисленных выше основных элементов оборудования представляет собой котельный агрегат (сокращенно котлоагрегат).
  К вспомогательным элементам оборудования котельной установки относятся:
тяговая установка, отсасывающая дымовые газы из газоходов котлоагрегатов и выбрасывающая их через дымовую трубу в атмосферу;
дутьевая установка, представляющая собой вентилятор, который нагнетает воздух по воздухопроводам в топку;
питательная установка, состоящая из питательных насосов и трубопроводов, предназначенных для питания котлоагрегатов водой;
водоподготовительная установка, предназначенная для химической очистки питательной воды;
паропроводы - стальные трубопроводы для транспортирования пара соответственно между элементами котлоагрегатов и от котлоагрегатов к потребителям; топливоподающее устройство (вагонетка) - для подачи топлива с топливного склада в котельную;
топливный бункер  (топливохранилище) - для образования некоторого запаса топлива в котельной;
золоудаляющее устройство - для удаления из котлоагрегатов золы и шлаков и транспортирования их из котельной на отвалы;
золоулавливающее устройство - аппараты для улавливания летучей золы из дымовых газов на выходе их из котлоагрегатов в целях борьбы с засорением окружающей среды частицами золы, вылетающими из дымовых труб.
Производительность котельной установки складывается из паропроизводительности отдельных котлов, входящих в ее состав.
  Паропроизводительность котла - это количество пара (в тоннах или килограммах), производимого котлом в единицу времени. Этот параметр обозначают буквой D и измеряют в т/ч, кг/ч или кг/с. Важной характеристикой котла является его поверхность нагрева F, измеряемая в квадратных метрах (м2).
  Поверхностью нагрева котла называют площадь всех поверхностей металлических стенок, омываемых с одной стороны горячими газами, а с другой, - рабочим телом (водой или пароводяной смесью). Поверхность нагрева обычно подсчитывают со стороны, обогреваемой газами.

{mospagebreak}
  Поверхность нагрева, получающая теплоту главным образом в результате излучения пламени или горящего слоя топлива, носит название радиационной. Радиационные поверхности нагрева, воспринимающие теплоту исключительно за счет излучения в топке, называют топочными экранами. Поверхность нагрева, которой теплота передается главным образом в результате соприкосновения с этой поверхностью горячих движущихся газов, носит название конвективной. 

  Водогрейные котлы устанавливают на ТЭЦ  для покрытия пиковых нагрузок в теплофикационных системах, а также в районных и заводских котельных в качестве основных источников теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Котлы представляют собой прямоточные агрегаты, подогревающие непосредственно воду, циркулирующую в тепловых сетях. В пиковом режиме осуществляется подогрев сетевой воды до температуры от 104 до 150 С, а в основном режиме ~ от 70 до 150 С.
  Для теплоснабжения отдельных коммунально-бытовых зданий или их группы выпускают чугунные секционные котлы, технические характеристики которых приведены в таблице.

Технические характеристики:

 Примечания: 1. В скобках указана условная площадь поверхности нагрева.

2. В числителе указана мощность котла при работе на угле, в знаменателе - на газе или мазуте.

{mospagebreak}  Максимальное рабочее давление в таких котлах - 0,6 МПа, температура воды до 115 С. Котлы работают на каменных углях и антрацитах. При оборудовании котлов соответствующими топливосжигающими устройствами могут использоваться природные газы и топочный мазут, тепловая мощность котлов в этих случаях возрастает.

Технические характеристики малометражных котлов:

 

		Тепловая
	поверхность	мощность, кВт,			Размеры, мм
Тип		при сжигании		Число					Масса,
	м2	жидкого	природного
		топлива	газа		Длина		Ширина	Высота
Стальной	0,87	116	116	-	580		780	370	100
КВ  (ТС)	1,06	14	14	-	675		850	410	130
	1,2	17,5	17,5	-	695		1070	420	175
Чугунный	l,67	19,8	19,8	4	265		450	1040	278
ЧМ-2	2,11	24,4	24,4	5	355		450	1040	322
	3,83	4б,4	4б,4	9	805		450	1045	497
	4,23	52,5	52,5	10	895		450	1040	539

  В системах отопления и горячего водоснабжения небольших зданий применяют малометражные стальные и чугунные водогрейные котлы (в таблице), рассчитанные на рабочее давление 0,2 МПа и температуру воды 90 С.