Лекции по «Общая энергетика»

Курс «Общая энергетика» является дисциплиной общепрофессионального цикла. Мы будем изучать технологию производства электрической и тепловой энергии на электрических станциях различного типа (тепловых, атомных, газовых и парогазовых).

Данный курс базируется на таких дисциплинах, как «Теоретические основы теплотехники», «Гидравлика и насосы», «Химия», «Физика» и другие.

С ростом городов, посёлков требуется потребление всё больше и больше электрической и тепловой энергии. Как Вы знаете, источниками электрической и тепловой энергии являются электрические станции, преобразующие различные виды первичной энергии, заключённой в природных энергетических ресурсах. К ним прежде всего относится органическое топливо ― твёрдое (уголь, торф, сланцы), жидкое (нефть) и газообразное (природный газ).

В настоящее время используется энергия рек, атомная энергия, в гораздо меньших масштабах используется ветровая, солнечная энергия, тепло геотермальных источников, энергия приливов и отливов и т.д. Однако подавляющая часть электрической и тепловой энергии получается от ископаемого топлива. Более 75% производимой во всём мире электроэнергии приходится на долю тепловых электрических станций, использующих органическое топливо ― уголь, нефть, природный газ.

Электрическая, а за последние 40 лет тепловая энергия, являются основными по потреблению промышленностью и бытовыми потребителями.

По производству электроэнергии Российская Федерация занимает первое место в мире. На её территории построены тепловые электростанции с такими мощными энергетическими блоками, как энергоблоки 300, 500, 800, 1200 МВт, проектируется энергоблок единичной мощностью 1500 МВт. В Приморском крае установлен и вырабатывает электроэнергию энергоблок мощностью 200 МВт. Он установлен на Приморской ГРЭС.

Россия экспортирует электроэнергию в другие страны: Китай, Монголию, Литву, Болгарию, Грузию и т.д. К сожалению с распадом СССР потребление электроэнергии и тепла несколько уменьшилось. Это связано с закрытием многих промышленных предприятий, но постепенно экономика нашей страны улучшается, и наблюдается некоторый рост потребления тепловой и электрической энергии.

22 декабря по указанию В.И.Ленина Государственной комиссией по электрификации России был принят «План электрификации России», он называется ГОЭЛРО. С тех пор все энергетики нашей страны ежегодно отмечают праздник «День энергетика» 22 декабря. Вы поступили в Дальневосточный энергетический техникум, поэтому День энергетика теперь ― и ваш праздник.

Основными путями технического прогресса в энергетике являются:

1. Увеличение мощности электростанций, а также увеличение мощности устанавливаемых основных и вспомогательных агрегатов. К ним относятся: парогенераторы, турбины, электрогенераторы, трансформаторы, различного типа подогреватели воды и пара, конденсаторы и т.д.

2. Объединение электростанций различного типа в крупные энергетические системы.

3. Повышение коэффициентов полезного действия (сокращённо КПД) основного и вспомогательного оборудования.

4. Механизация и автоматизация всех основных и вспомогательных процессов.

5. В гидроэнергетике должны сооружаться в основном мощные гидротурбины.

Повышение КПД основного и вспомогательного оборудования достигается за счёт усовершенствования машин и механизмов, а также за счёт повышения давления и температуры пара за котлом.

Исторические условия возникновения и развития энергетической техники

Так как под энергией понимают способность тел совершать работу, то физической основой энергетической техники является движение, переходящее из одной формы в другую.

Под энергетической техникой понимают совокупность средств производства, преобразования, передачи и распределения между потребителями различных форм энергии.

Фундаментальной теоретической основой энергетической техники является закон сохранения и превращения энергии.

В период первобытно-общинного строя единственным источником энергии являлись мускульные усилия человека. Освоение огня затем дало человеку источник тепловой энергии. Это было величайшим завоеванием человечества.

Лишь на поздних стадиях, уже на подступах к веку металла, начинается использование прирученных и одомашненных животных: слонов, лошадей, верблюдов, волов.

Биоэнергетика ― энергетика мускульных усилий господствовала многие тысячелетия. Она сохраняла свои позиции и в эпоху рабовладельческого общества, в котором труд раба ценился не выше, чем работа животных. Лишь когда концентрация мускульных усилий не в состоянии была решить техническую задачу (подъём больших тяжестей на высоту), стали применять изобретения древних механиков: блок, рычаг, наклонную плоскость и т.д.

Применение в рабовладельческий период (например, в I веке до нашей эры в Александрии) водяных колёс для орошения земель, а затем применение ветродвигателей (ветровые мельницы), не вызвало ещё сколько-нибудь серьёзных изменений в общем уровне энергетической техники.

Только в ХI веке, в эпоху феодального средневековья, в Европе начинают распространяться водяные и ветряные мельницы. Водяное колесо дало мощный толчок развитию металлургии, так как, во-первых, удалось повысить температуру в доменных печах, мехи которых приводились в движение от водяного колеса; во-вторых, расширились возможности откачки воды из шахт с помощью насосов, которые также приводились в движение от водяных колёс. Начиная с ХIII века, водяное колесо становится устройством, характеризующим технический уровень энергетической техники вплоть до промышленного переворота в конце ХVIII столетия.

Капиталистический способ производства вызвал к жизни новую энергетическую технику, основой которой стала паровая машина. Изобретение универсального парового двигателя явилось вторым этапом промышленного переворота ХVIII века. На смену ранней гидроэнергетике пришла теплоэнергетика.

Развитие энергетической техники протекало во взаимосвязи с развитием машин и характеризовалось непрерывным нарастанием единичных мощностей энергетических установок. В ХVIII веке в Англии была введена Уаттом единица измерения мощности «лошадиная сила», которая отражала реальные возможности одного из самых распространённых биологических «двигателей» прошлого ― конного привода. Единица мощности была определена исходя из работы, совершённой насосом, приводившимся в действие конной тягой, который откачивал воду из шахты в течение рабочего дня. Лучшие водяные и ветряные колёса средневековья достигали мощности 40÷60 лошадиных сил (1 л.с. = 0,736 кВт).

Электрификация ― это стержень современной энергетической техники. Тепловая энергия играет огромную роль в развитии энергетической техники. В энергетическом балансе тепловая энергия составляет огромную долю (97,6%) всей энергии, получаемой человеком от природы при сжигании различных видов топлива. Сюда же можно отнести часть тепловой энергии, которая получается в атомных реакторах.

Итак, качественные ступени развития энергетики можно представить в следующем виде:

1. Биоэнергетика ― использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека и животных.

2. Механическая энергетика ― использование механической энергии потоков воды и воздуха.

3. Теплоэнергетика ― использование в качестве источника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

4. Современная комплексная энергетика ― преимущественное использование в качестве первичной энергии тепловой и гидравлической, а в качестве вторичной ― электрической энергии.

5. Атомная энергетика ― использование энергии ядерных реакций.

6. Термоядерная энергетика ― использование реакции синтеза лёгких ядер с образованием более тяжёлых.

7. Использование нетрадиционных видов энергии: солнечной, приливов и отливов, МГД-генераторов и т.д.

Энергетические ресурсы и топливно-энергетический баланс.

Энергетические ресурсы ― это различное ископаемое топливо: твёрдое (уголь, торф, горючие сланцы), жидкое (нефть, мазут), газообразное (природный газ, доменный газ), водные ресурсы (реки), а также нетрадиционные виды энергии: солнечная, ветровая, геотермальная и т.д.). Ископаемое топливо является невозобновляемыми ресурсами, а такие виды энергии, как солнечная, ветровая, а также энергия рек являются возобновляемыми ресурсами.

Топливно-энергетический баланс ― это обобщающая характеристика объёмов добычи, переработки, транспорта, преобразования и распределения первичных, переработанных и преобразованных видов топлива и энергии, начиная от стадии добычи топливно-энергетических ресурсов и кончая стадией подачи всех видов топлив и энергии к энергопотребляющим установкам. Все эти этапы анализируются и прогнозируются.

Задачей составления и анализа отчётных топливно-энергетических балансов в первую очередь является получение ясной и исчерпывающей характеристики состояния топливно-энергетического хозяйства.

Анализ топливно-энергетического баланса позволяет выявить потери топливно-энергетических ресурсов, связанные с добычей топлива, а также распределением тепловой и электрической энергий в виде пара и горячей воды. Например, потери при использовании природных ресурсов составляет около 60%, остальное приходится на энергопотребляющие установки, использующие подведённое тепло, электроэнергию и топливо.

Таким образом, позволяя широко использовать природные энергетические ресурсы, широко механизировать и автоматизировать производство, электрификация непрерывно увеличивает производительность труда в энергетике.

Постепенно невозобновляемые природные ресурсы себя исчерпывают, поэтому инженеры и учёные всех развитых стран, в том числе и России, ищут новые неисчерпаемые энергетические ресурсы. На Камчатке, например, работают несколько геотермальных электростанций, в Крыму работает электростанция на солнечной энергии и таких примеров можно привести множество.

Тепловые электрические станции

Типы электрических станций

Классификация электрических станций

Электрическая электростанция предназначена для выработки электрической и тепловой энергий для снабжения ею промышленного, сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства, транспорта и т.д. Тепловые электростанции (сокращённо ТЭС), предназначенные только для призводства электроэнергии, называются конденсационными (сокращённо КЭС). Эти электростанции, работающие на органическом топливе (угле, мазуте, газе), обычно стоятся вблизи мест добычи топлива. Например, Приморская ГРЭС ― вблизи от Лучегорского угольного разреза, Хоронорская ГРЭС в Читинской области ― вблизи Хоронорского месторождения углей, Нерюнгринская ГРЭС ― вблизи Нерюнгринского месторождения углей и т.д. ГРЭС расшифровывается как Государственная районная электрическая станция.

Электростанции, предназначенные для выработки электроэнергии, отпуска пара и горячей воды потребителям, называются теплоэлектроцентралями (сокращённо ТЭЦ). Выработка электроэнергии и тепла с паром и горячей водой называется комбинированной выработкой энергии. Обычно ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла: промышленных предприятий или для снабжения теплом и горячей водой жилых массивов, городов, посёлков и т.п.

На атомных электростанциях (сокращённо АЭС), также как и на электростанциях, работающих на органическом топливе (угле, мазуте или газе), осуществляется процесс превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит в том, что на атомных электростанциях используется энергия, выделяющаяся при распаде ядер тяжёлых элементов (урана, плутония и других), применяющихся в качестве топлива, а на тепловых электростанциях ― при сгорании органического топлива. Тепловые схемы АЭС разнообразны, хотя её паротурбинная часть остаётся практически такой же, как и на обычной электростанции.

Электростанции, использующие энергию воды, называются гидроэлектростанциями (сокращённо ГЭС).

Электростанции местного значения располагаются в непосредственной близости от потребителя и снабжают энергией только близлежащий район или город. Тепловые электростанции местного значения работают на местном или привозном топливе в зависимости от места их расположения по отношению к топливным базам. Например, Анадырская ТЭЦ является станцией местного значения, она снабжает электро- и теплоэнергией узкий район ― г. Анадырь и близлежащие населённые пункты, и работает на местном угле. Камчатские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 снабжают электроэнергией г. Петропавловск-Камчатский, г. Елизово и другие жилые поселения и теплом г. Петропавловск-Камчатский. В качестве топлива используется привозной мазут, который поставляется морским путём.

Как правило, почти все электростанции (атомные, тепловые, ГЭС и другие) объединяются в энергосистемы.

Совместная работа ТЭС, а также включение их в энергосистемы с ГЭС даёт следующие большие преимущества:

1. Возможность наиболее рационального использования энергетических ресурсов путём соответствующего распределения электрических нагрузок ЭС. Причём основную нагрузку всей системы несут районные станции, которые являются базисными и работающие на местных топливах. Местные ЭС, работающие обычно на привозном топливе, вырабатывают меньшее количество электроэнергии, принимая на себя только колебания нагрузки, и называются пиковыми электростанциями.

2. Уменьшение резервной мощности, т.к. резерв может быть общим для всей системы и сосредоточен на одной или двух электростанциях. Поэтому отпадает необходимость в резервных агрегатах на каждой станции. Это удешевляет стоимость строительства электростанции и себестоимость производства тепло- и электроэнергии.

3. Повышение надёжности тепло- и электроэнергии вследствие больших маневренных возможностей в таких энергосистемах. Имеется возможность проведения ремонтов основного и вспомогательного оборудования на какой-либо электростанции.

При выборе строительной площадки для ТЭС необходимо учитывать ряд требований:

―как можно ближе к месторождению топлива;

―недалеко от теплопотребителей;

―наличие водных источников требуемого расхода воды.

Следует заметить, что АЭС могут строиться вблизи крупных промышленных потребителей электрической энергии, и это выгодно отличает эти электростанции от работающих на органическом топливе, расположение которых напрямую зависит от отдаленности топливного месторождения, которое влияет на затраты транспортировки. Атомные электростанции могут быть конденсационными (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). В последние годы в некоторых странах большое внимание уделяют комбинированным атомным установкам для опреснения морских и солончаковых вод. Вполне очевидно, что такие станции будут строиться в местах, где ощущается недостаток пресной воды.

Основными направлениями развития энергетики РФ являются:

― строительство мощных электростанций, объединяемых в энергосистемы для крупных промышленных районов;

― широкое внедрение теплофикации;

― широкое использование местного топлива и гидроэнергии.

Местное значение могут иметь электростанции, использующие энергию ветра—ветровые электростанции, мощность их обычно мала, несколько МВт; электростанции солнечного излучения (5 МВт в Крыму), приливов и отливов мощностью несколько сотен МВт; энергию подземных горячих источников—геотермальные электростанции. Такие станции работают на Камчатке (Паужетская ГеоЭС, Мутновская ГеоЭС).

Электростанции в отдельных районах объединяются линиями электропередачи высокого напряжения (сокращённо ВЛ) в районные энергосистемы, эти системы между собой ― в объединённые энергосистемы (ОЭС), которые входят в единую энергетическую систему (ЕЭС). В состав энергосистемы входят электростанции, подстанции с повышающими и понижающими трансформаторами, линии электропередач.

К тепловым электростанциям местного значения относятся:

― отопительные, снабжающие теплом и электроэнергией промышленные предприятия города и удовлетворяющие коммунальные и бытовые нужды населения; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «Т»;

― промышленно-отопительные, снабжающие теплом и электроэнергией промышленные предприятия города и удовлетворяющие коммунальные и бытовые нужды населения; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «Т», «ПТ», «Р»;

― промышленные, снабжающие паром и теплом промышленные предприятия; на таких ТЭС установлены турбоагрегаты типа «П», «Р».

Местные станции, расположенные в районах, охваченных энергосистемами, присоединяются обычно к этим системам. Энергетические системы имеют централизованное диспетчерское управление, распределяющее суммарную электрическую нагрузку между отдельными электростанциями. Таким образом, формируется суточный график электрической нагрузки каждой электростанции, который определяется суточным графиком потребления электроэнергии для энергосистемы. Мощность электростанции должна быть равна потребляемой мощности плюс мощность собственных нужд электростанции. Нарушения этого равенства могут привести к непрерывным колебаниям частоты тока в энергосистеме (50 Гц).

Транспорт электро- и теплоэнергии связан с дополнительными потерями в линиях электропередачи, в тепловых сетях, например, при передачи электроэнергии потребителям по электрическим сетям достигает 8¸9%.

Рассмотрим, какие же требования предъявляются к тепловым электростанциям.

1. Если станция работает изолированно, вне энергосистемы, то она должна иметь мощность, достаточную для покрытия тепловых и электрических нагрузок присоединённых к ней потребителей. При этом должна иметься возможность расширения станции, то есть увеличения её мощности с установкой новых дополнительных турбоустановок и котлов без нарушения её нормальной работы. Если электростанция работает в энергосистеме, то мощность её и возможность расширения устанавливаются, исходя из потребностей всей системы в целом.

2. Тепловая электростанция должна работать безаварийно, для чего она должна иметь надёжное оборудование, резерв в оборудовании, достаточный для производства ремонта и ревизий, а также обслуживающий персонал необходимой квалификации.

3. Надёжность снабжения потребителей электрической и тепловой энергией в необходимом количестве и требуемого качества является обязательным требованием, которое прежде всех других должно предъявляться к любой электростанции. А качество продукции электростанций ― это определённое напряжение и частота электрического тока, давление и температура пара и горячей воды для потребителей.

Тепловая электростанция должна иметь высокую тепловую экономичность, то есть малый расход топлива на единицу отпускаемой тепловой (ГКАЛ) и электрической энергии (КВт) и вместе с тем вырабатывать её с возможно меньшей себестоимостью. Об экономичной работе станции говорит величина, называемая удельным расходом топлива, то есть отношением расхода топлива в граммах на величину вырабатываемой тепловой и электрической энергии. С другой стороны, общая сумма расходов по эксплуатации тем меньше, чем дешевле топливо и чем выше КПД станции.

5. Расход электрической и тепловой энергии на собственные нужды станции должен быть минимальным.

Таким образом, электростанция должна проектироваться для работы на дешёвом топливе, по возможности на местном, а не на привозном, а оборудование станции должны работать с высоким КПД.

Контрольные вопросы.

1. Какие электростанции называются конденсационными?

2. Какие преимущества даёт объединение электростанций в энергосистемы?

3. Какие электростанции называются теплоэлектроцентралями?

4. Какие ТЭС относятся к электростанциям местного значения?

5. Какие электростанции обычно располагаются вблизи месторождения топлива и гидроресурсов?

6. Какие электростанции обычно располагаются вблизи от потребителей тепло- и электроэнергии?

7. Какие требования должны быть учтены при выборе строительной площадки для ТЭС?

Основные элементы паровых электростанций

Всякая паровая электростанция состоит из следующих основных элементов:

1. Котельный цех, в котором установлены котлы и вспомогательные элементы котлоагрегата (дымососы, дутьевые вентиляторы, насосы различного назначения и др.). В зависимости от местных условий вспомогательное оборудование может быть установлено в других помещениях.

2. Турбинный цех, где установлены паровые турбины, генератор, различные теплообменные подогреватели, насосы (сетевые , циркуляционные, конденсатные, питательные и др. на некоторых электростанциях котельный и турбинный цеха имеют общую администрацию, и называются котлотурбинным цехом.

3. Топливно-транспортный цех, состоящий из сооружений топливоснабжения (вагоноопрокидыватель, топливный склад, местные железнодорожные пути и др.), топливоподачи (ленточные транспортёры, бункеры угля и пыли), угле- и пылеразмолочные устройства (мельницы) и другое вспомогательное оборудование.

4. Цех тепловой автоматики и измерений (ЦТАИ), обслуживающий все приборы, предохранительные устройства, осуществляет поверку приборов и т.д.

5. Электроцех обслуживает электрогенераторы, трансформаторы, распределительные устройства, в том числе и собственных нужд, электрические кабели, связь и т.д.

6. Химический цех, в котором установлены Na- и Н-катионитовые фильтры, различного назначения насосы, обессоливающая установка. В составе химцеха имеется химическая лаборатория, где проводят анализы топлива, воды и т.д.

7. Различные служебные и бытовые помещения (мастерские, лаборатории, кладовые, душевые, административные помещения и другие).

1.1.3. Суточные графики потребления энергии

Потребляемая мощность, как тепловая, так и электрическая, изменяется в течение суток в зависимости от характера потребителей. Основную нагрузку даёт промышленное потребление энергии, транспорт, бытовые нужды.

Общая нагрузка электростанции состоит из нагрузок потребителей и расхода тепло- и электроэнергии на собственные нужды, а также на покрытие потерь в тепловых и электрических сетях. Изменение потребной электрической нагрузки и потребного расхода тепла по часам суток выражается диаграммами, которые называются суточными графиками нагрузок; на этих графиках по оси абсцисс откладывается время от 0 до 24 часов, по оси ординат ― потребление мощности в МВт (или кВт), или тепла в Гкал/час (или ккал/час). График электрической нагрузки базисной районной электростанции выглядит примерно, как на рис.1.

КВт

0 4 8 12 16 20 24 Часы суток

Рис.1.

Бытовое потребление тепла (отопление, горячее водоснабжение и вентиляция) имеет значительно отличающиеся суточные графики в зависимости от времени года. Летом потребление тепла для отопления и вентиляции практически отсутствует. Суточные графики потребления не остаются постоянными в течение года, а изменяются в большей или меньшей степени в зависимости от рода потребителей. Промышленные потребители практически имеют почти постоянный суточный график потребления электроэнергии в течение всего года.

Как правило, все тепловые электрические станции работают по заданному диспетчерской службой электрическому и тепловому графикам. Диспетчерская служба в случае необходимости вносит определённые изменения в эти графики.

Технологическая схема ТЭС

Тепловая схема ТЭС

Принципиальная тепловая схема электростанции (сокращённо ПТС) определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии в электрическую. Схема включает в себя основное и вспомогательное оборудование, участвующее в осуществлении этого процесса, и входящее в состав пароводяного тракта электростанции. На чертеже, изображающим принципиальную тепловую схему, показывается теплоэнергетическое оборудование вместе с линиями (трубопроводами) пара, воды, конденсата и других теплоносителей, связывающими это оборудование в единую систему. Принципиальная тепловая схема изображается как одноагрегатная и однолинейная схема, одинаковое оборудование изображается на схеме условно 1 раз.

Тепловая схема современной электростанции определяется как типами основного оборудования (котельные агрегаты с естественной циркуляцией или прямоточные, турбоагрегаты конденсационные с нерегулируемым отборами пара, теплофикационные с нерегулируемыми и регулируемыми отборами пара, с противодавлением); способом отпуска тепла потребителям (горячей водой, паром непосредственно из отборов или противодавления турбин, через паропреобразователи, паром из регулируемых отборов, от котельного агрегата через редукционно-охладительную установку, сокращённо РОУ); системой регенеративного подогрева питательной воды, сильно зависящей от схемы отпуска тепла и способа приготовления добавочной воды.

Рассмотрим работу тепловой электрической станции (рис.2).

В топке парогенератора (2) сжигается поступающее через горелки (1) топливо. Образующиеся при сжигании топлива газы высокой температуры движутся вдоль кипятильных трубок (3) парогенератора, в нижнюю часть которых поступает вода из барабана (4) парогенератора. Вода подаётся питательным насосом (16) в барабан, из которого котловая вода, перемешанная с питательной, направляется по опускным трубам (на рисунке не показаны) в кипятильные трубы. Проходя по кипятильным трубкам снизу вверх, вода частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь поступает в верхнюю часть барабана (4), где пар отделяется от воды и затем направляется в пароперегреватель (5), где температура пара повышается до 500÷5500С и более. Перегрев пара происходит за счёт теплоты дымовых газов, покидающих топку парогенератора. Пар из пароперегревателя по паропроводам (7) поступает в паровую турбину (6), приводя её во вращение с частотой, необходимой для электрогенератора тока (11).

После турбины пар поступает в конденсатор (12). По трубкам циркуляционным насосом (13) прокачивается охлаждающая вода. В конденсаторе пар конденсируется, и его конденсат откачивается конденсатным насосом (14) в питательный бак (15), то есть в деаэратор для удаления из питательной воды агрессивных газов. Деаэрированная питательная вода подаётся питательным насосом в парогенератор, и этот цикл повторяется.

Деаэрированной водой называется вода, из которой удалены кислород и углекислота. Удаление этих компонентов производится в специальном теплообменнике ― деаэраторе.

Рис.2 Упрощённая схема тепловой электростанции:

1―горелки; 2―парогенератор; 3―кипятильные трубки; 4―барабан; 5―пароперегреватель; 6―паровая турбина; 7―паропроводы; 8―паровпуск; 9―рабочие колёса турбины; 10―вал турбины; 11―генератор; 12―конденсатор; 13―циркуляционный насос; 14―конденсатный насос; 15―питательный бак; 16―питательный насос.

Тепловые нагрузки ТЭЦ

Тепловая энергия требуется для технологических нужд промышленности, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха, для горячего водоснабжения (ГВС). Для производственных целей обычно требуется перегретый пар, температура которого на 15÷200С выше температуры насыщения, так как при транспортировке к потребителю часть пара конденсируется и соответственно при этом происходит потеря теплоты. На отопление, вентиляцию от ТЭЦ вода поступает при температуре 95÷1800С, в зависимости от расчётного температурного графика.

Таким образом, централизованная система теплоснабжения включает в себя:

теплоисточник (ТЭЦ или котельная), трубопроводы для транспортирования тепла (пара или воды) и установки теплопотребителей, использующие теплоту для промышленных или бытовых нужд.

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ в качестве источника теплоты называется теплофикацией. Тепловая нагрузка электростанции, определяемая расходом теплоты на производственные процессы и бытовые нужды (горячее водоснабжение), практически не зависит от температуры наружного воздуха.

Однако летом эта нагрузка несколько меньше, чем зимой. Ведь летом отопления нет. В то же время промышленная и бытовая тепловые нагрузки резко изменяются в течение суток. Кроме того, среднесуточная нагрузка электростанции при использовании теплоты на бытовые нужды в конце недели, в предпраздничные и праздничные дни значительно выше, чем в другие рабочие дни недели.

При небольших изменениях температуры наружного воздуха отопительная и вентиляционная нагрузки жилых помещений в течение суток сохраняются практически постоянными. В тех же условиях отопительная нагрузка общественных зданий и промышленных предприятий может в течение суток заметно изменяться, в нерабочие дни недели ― значительно понижаться. Вентиляционная нагрузка в нерабочее время вообще выключается. Такое изменение расхода теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий и промышленных предприятий приводит к экономии топлива, расходуемого на эти цели.

Рассмотрим суточный график тепловой нагрузки на рис.3 ( ― зима, ―лето).

Отопительная тепловая нагрузка, расход тепла на вентиляцию и кондиционирование воздуха зависят от температуры наружного воздуха и имеют сезонный характер.

Расход теплоты на отопление и вентиляцию ― наибольший зимой и полностью отсутствует в летние месяцы. На кондиционирование воздуха теплота расходуется только летом, поэтому расширение сферы применения кондиционированного воздуха приведёт к повышению эффективности теплофикации.

На кондиционирование воздуха теплота расходуется

Q, только летом, поэтому расширение сферы применения

ГДж/ч кондиционированного воздуха приведёт к повышению

эффективности теплофикации.

ТЭЦ отпускает тепло на отопление по расчётным

графикам в зависимости от температуры наружного

воздуха. Существуют такие расчётные температурные

0 6 12 18 24 ч графики: 95/700С, 130/700С, 150/700С, 180/700С.

Рис. 3. Первая цифра означает температуру прямой сетевой воды, идущей к потребителю на отопление, вторая цифра ― температуру обратной сетевой воды, идущей от потребителя на ТЭЦ. Использование температурного графика от расчётной температуры наружного воздуха на отопление. Температурный график 180/700С используется редко и в основном на Крайнем Севере, где очень холодно. Например, Владивостокская ТЭЦ-1 работает по температурному графику 150/700С при расчётной температуре наружного воздуха –240С, а ВТЭЦ-2 ― по графику 130/700С и в настоящее время является отопительной котельной на мазуте.

Централизованный отпуск тепла ТЭЦ и частично другими источниками (котельными) на отопление, вентиляцию и бытовые нужды составляет около трети всего теплового потребления.

Максимальный расход тепла на отопление соответствует расчётной температуре наружного воздуха tрн, которая принимается равной средней температуре наиболее холодных пятилеток из восьми наиболее холодных зим на пятидесятилетний период.

Температура наружного воздуха зависит от климатических условий местности и в течение года изменяется в широких пределах. Отопительно-вентиляционная нагрузка отключается от потребителей при температуре наружного воздуха +8÷100С, что соответствует продолжительности отопительного сезона около 5000 ч/год при общей продолжительности года 8760 часов.

Приведем несколько примеров продолжительности отопительного сезона некоторых городов при расчётной температуре наружного воздуха для отопления:

г. Анадырь (-400С) 7400 часов г. Благовещенск (-340С) 5088 часов

г. Владивосток (-240С) 4824 часа г. Москва (-260С) 4920 часов

Промышленные предприятия являются круглогодовыми потребителями технологического пара и горячей воды и одновременно сезонными потребителями теплоты с горячей водой для отопления и вентиляции. Пароснабжение таких потребителей должно обеспечиваться с высокой надёжностью, так как перерывы в подаче пара или даже снижение подачи влекут за собой большой материальный ущерб из-за нарушения технологического процесса.

Контрольные вопросы.

1. Из каких основных элементов состоит паровая электростанция?

2. Какая вода называется деаэрированной?

3. Что включает в себя централизованная система теплоснабжения?

4. Что называется теплофикацией?

Отопление и горячее водоснабжение (ГВС)

Как мы уже знаем, отопление действует в холодное время года, и начало отопительного сезона определяется снижением среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +8÷100С в течение трёх суток подряд. И наоборот, окончание отопительного сезона определяется той же температурой +8÷100С, но принимается во внимание повышение наружной температуры воздуха.

Согласно санитарно-гигиеническим нормам температура внутри жилых помещений tв должна поддерживаться на уровне +18÷200С, В школах, детских садах, поликлиниках и больницах ― +200С, в административных зданиях ― +180С, в кинотеатрах ― +140С, в магазинах ― +150С, в учебных институтах и техникумах ― +160С и т.д.

Через отопительные приборы потребителей необходимо передавать столько теплоты, сколько теряет здание с тепловыми потерями QТП, которые зависят от кубатуры здания по наружному обмеру, и от разности внутренней и наружной температур. Отопительные характеристики зданий определяются по материалам типовых серий зданий, применённых для застройки данного района.

Потребление теплоты на горячее водоснабжение (сокращённо ГВС) является круглогодичным, однако средняя нагрузка летом снижается относительно зимней на 15÷25%. График нагрузки ГВС в течение суток подобен суточному графику потребления электроэнергии, который мы рассматривали в прошлом году. Суточные графики нагрузки ГВС различны для рабочих и выходных дней недели. Особенно высокий вечерний пик. Эта нагрузка наблюдается в субботу.

Среднесуточный расход тепла на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, предприятий коммунального обслуживания определяется по нормам расхода горячей воды.

Норма потребления горячей воды принимается по СНиПу (Строительные Нормы и Правила ― руководящие документы). Например: жилые дома с ваннами, душами, умывальниками и т.д. на одного жителя ―100 л/сутки:

общежития с общими душевыми ― 130 л/сутки;