Источники тепла систем теплоснабжения

Источником тепла называется комплекс оборудования и устройств, с помощью которых осуществляется преобразование природных и искусственных видов энергии в тепловую энергию с требуемыми для потребителей параметрами.

В России и во всем мире в настоящее время наиболее широко при­меняются источники тепла, использующие органические топлива — твердое, жидкое и газообразное. Основными источниками тепла явля­ются тепловые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие ком­бинированным способом электрическую энергию и тепло, и котельные, вырабатывающие тепло.

При комбинированном способе производства электроэнергии и теп­ла на ТЭЦ расходуется меньше топлива по сравнению с раздельным способом: выработкой электроэнергии на конденсационных электри­ческих станциях (КЭС) и тепла в котельных. Однако при этом необ­ходимы большие капитальные затраты на источник тепла и тепловые сети, поэтому по технико-экономическим соображениям тепловые ТЭЦ применяются обычно при тепловых нагрузках 500—800 МВт и выше, а котельные — при меньших нагрузках.

В зависимости от вида рабочего тела, используемого в цикле стан­ции, ТЭЦ бывают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые. Преимущественное распространение в настоящее время имеют паро-турбинные ТЭЦ, которые обладают высокими технико-экономическими показателями.

Современные паротурбинные ТЭЦ различают по следующим приз­накам:

1) по назначению (видам покрываемых нагрузок)—районные (коммунальные, промышленно-коммунальные), снабжающие теплом и электроэнергией потребителей всего района, и промышленные (заводские);

2) по начальным параметрам пара перед турбиной — низкого (до 4 МПа), среднего (4—6 МПа), высокого (9—13 МПа) и сверхкритического (24 МПа) давления.

Основными типами турбин на паротурбинных ТЭЦ являются:

теплофикационные (тип Т), выполняемые с конденсатором и регулируемыми отборами пара для покрытия жилищно-коммунальных нагрузок;

промышленно-теплофикационные (тип ПТ), выполняемые с кон­денсатором и регулируемыми отборами пара для покрытия промыт- , ленных и жилищно-коммунальных нагрузок;

противодавленческие (тип Р), не имеющие конденсатора; весь отработавший пар после турбины направляется потребителям тепла. .

Турбины типа Т и ПТ являются универсальными, так как за счет перепуска части или всего количества пара в конденсатор могут вырабатывать электрическую энергию независимо от тепловой нагрузки отборов. Турбины типа Р вырабатывают электроэнергию только ком­бинированным методом, поэтому они используются для покрытия постоянных тепловых нагрузок, как правило, технологических нагрузок промышленных предприятий.

На рис. 3.1 показана принципиальная тепловая схема коммуналь­ной ТЭЦ с турбинами Т-100-130.

Перегретый пар из парогенератора 1 с параметрами 13 МПа, 565°С поступает в турбину 2, где происходит расширение пара и последовательное преобразование его энергии сначала в кинетическую энергию на лопатках турбины, затем в механическую на валу и, на­конец, в электрическую в генераторе 3.

Часть отработавшего в турбине пара с давлением 0,03—0,25 МПа идет через регулируемые теплофикационные отборы на подогрев се­тевой воды для теплоснабжения. Остальная часть пара расширяется в части низкого давления турбины до давления 0,004—0,006 МПа и поступает в конденсатор 4, где отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется.

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема коммунальной ТЭЦ с турбиной Т-100-130

1 — парогенератор; 2 — турбогенератор; 3 — электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 — теплофикационный пучок в конденсаторе; 6 и 7 — подогреватели сетевой воды нижней и верхней ступени; 8 — сетевой насос; 9 — пиковый водогрейный котел; 10 — рециркуляционный насос; 11 — регулятор подпитки; 12 — охладитель конденсата; 13 и 14 — конденсатные насосы; 15 и 16 — эжекторный и сальниковый подогреватели; 17—20 — регенеративные подогреватели низкого давления; 21 — станционный деаэратор; 22—24 — регенеративные подогреватели высокого давления; 25 — питательный насос; 26 — конденсатный насос подогревателей низкого давления; 27 — аппараты химводоочистки; 28 — насосы химводоочистки; 29 — испарительная установка; 30 — подпиточный насос станции; 31— деаэратор подпитки сетевой воды; 32 — подпиточный насос; ЧВД, ЧСД и ЧНД — части соот­ветственно высокого, среднего и низкого давления турбогенератора

Образующийся конденсат подается с помощью конденсатных насосов 14 в деаэратор 21. В деаэратор поступает также подпиточная вода после химводоочистки 27 для восполнения утечек пара и конденсата из цикла станции и иногда конденсат после тепло­фикационных подогревателей.

В деаэраторе из питательной воды, поступающей в парогенератор с помощью питательных насосов 25, удаляются вызывающие коррозию газы ( ). Удаление газов из воды производят, как правило, в термических деаэраторах путем продувки их паром различных дав­лений (от давления атмосферного до давления (0,6—0,7 МПа).

Для повышения КПД ТЭЦ в схеме предусматривается ступенча­тый регенеративный подогрев питательной воды, в результате которо­го происходит выработка части электрической энергии на внутреннем тепловом потреблении. Для этого у турбины имеется ряд нерегули­руемых отборов пара различного давления, используемых для подо­грева воды в последовательно расположенных (обычно поверхност­ных) подогревателях 17—20 и 22—24, а также в деаэраторе 21. По­догреватели 17—20, расположенные по ходу движения питательной воды до деаэратора, называют подогревателями низкого давления (ПНД), так как они работают при низком давлении, создаваемом конденсатным насосом 14. Подогреватели 22—24, расположенные после деаэратора, называют подогревателями высокого давления (ПВД), так как они работают при высоком давлении, создаваемом питательным насосом 25. Слив конденсата из подогревателей проис­ходит, как правило, в предыдущие подогреватели вследствие разности давлений между отборами пара (каскадный слив) и затем из ПВД в деаэратор, из нижнего ПНД конденсат подается насосом 26 в пита­тельную линию. В схеме регенеративного подогрева воды перед ПНД устанавливаются обычно эжекторный подогреватель 15 для охлажде­ния пара, выходящего из эжектора, который создает пониженное дав­ление (вакуум) в конденсаторе турбины (0,004—0,006 МПа), и саль­никовый подогреватель 16 для охлаждения выпаров из уплотнений турбин. Конденсат после этих подогревателей направляется в кон­денсатор.

Подготовка теплоносителя с требуемыми для подачи в тепловую сеть параметрами производится на ТЭЦ по схемам, включающим раз­личное теплофикационное оборудование и приборы для автоматиче­ского регулирования, контроля и учета тепла.

При отпуске с ТЭЦ горячей воды для систем теплоснабжения при­меняют схемы, обеспечивающие ступенчатый подогрев сетевой воды паром из различных отборов турбины, начиная с наиболее низкого по температурному потенциалу и переходя по мере нагрева воды к более высоким. В результате достигается увеличение выработки электро­энергии на тепловом потреблении и повышается энергетическая эф­фективность ТЭЦ.

Подогрев сетевой воды осуществляется обычно в четырех последо­вательно соединенных подогревателях: охладителе конденсата 12, двух основных пароводяных поверхностных теплообменниках 6 и 7, обогреваемых паром из нижнего и верхнего теплофикационных отбо­ров турбины с давлениями 0,03—0,2 и 0,06—0,25 МПа, и пикового водогрейного котла 9. Конденсат греющего пара верхнего отбора из основного подогревателя 7 сливается каскадно в подогреватель 6, а затем в охладитель конденсата 12. Из охладителя конденсат самоте­ком или с помощью насоса 13 отводится в смеситель на основной линии конденсата турбины, в станционный деаэратор или конденсатор.

Основные подогреватели покрывают базисную, а пиковые котлы — пиковую часть тепловой нагрузки. Охладители конденсата покрывают весьма небольшую часть базисной нагрузки, так как предназначаются только для понижения температуры конденсата до 90—95°С для обеспечения устойчивой работы конденсатного насоса. Кроме того, в конденсаторе турбины Т-100-130 имеется встроенный теплофикацион­ный пучок 5, в котором можно подогревать подпиточную воду до 30—35°С или обратную сетевую воду в зимнее время, когда в кон­денсатор идет только охлаждающий часть низкого давления турбины вентиляционный расход пара. При этом в конденсаторе устанавли­вается повышенное давление (вследствие уменьшения расхода и дав­ления пара перед отсасывающим эжектором).

Вода в тепловую сеть, как правило, подается двумя группами се­тевых насосов 8 для создания большей располагаемой разности давлений в тепловой сети. Сетевые насосы первого подъема устанав­ливаются на обратной линии тепловой сети, перед подогревателями. Максимальное давление воды за ними определяется допустимым из условия прочности давлением для поверхностных теплообменников (~1 МПа), минимальное — из условия предотвращения вскипания подогретой воды перед насосами второго подъема. Сетевые насосы второго подъема устанавливаются после поверхностных теплообмен­ников, а максимальное давление за ними определяется допустимыми давлениями воды в пиковом водогрейном котле и трубопроводах тепловой сети (~2 МПа).

У каждого из подогревателей в схеме предусматриваются пере­мычки для перепуска воды, которые можно использовать для регули­рования температуры воды за ними. Кроме того, для пикового водо­грейного котла предусматривается рециркуляционная линия с насосом 10 для частичного перепуска горячей воды на вход котлов для нор­мальной их работы.

Подпитка воды в тепловую сеть производится химически очищен­ной деаэрированной водой, подаваемой подпиточным насосом 32 через регулятор подпитки 11 на всасывание сетевого насоса 8. Деаэрация подпиточной воды производится в отдельном деаэраторе 31.

В городах для теплоснабжения применяются крупные районные котельные с тепловой нагрузкой 116—812 МВт (100—700 Гкал/ч),. квартальные и групповые с нагрузкой 17,4—116 МВт (15— 100 Гкал/ч), а также мелкие и местные котельные с нагрузкой до 17,4 МВт (до 15 Гкал/ч).

Крупные котельные характеризуются меньшими удельными капи­тальными затратами и более эффективным использованием топлива, поэтому в настоящее время стремятся строить в основном крупные районные котельные, отпускающие тепло одновременно для жилищно-коммунального сектора (ЖКС) и для промышленных объектов.

Квартальные, групповые, мелкие и местные котельные, используемые как в секторе промышленности, так и в ЖКС, сооружаются в основном вследствие разновременности и поэтапности строительства различных объектов.

Для теплоснабжения сельских и небольших рабочих поселков на­ходят применение поселковые котельные мощностью до 12 МВт и де­централизованные домовые (местные) и, поквартирные источники тепла. Поселковые котельные обычно снабжают теплом по централи­зованным системам центральную часть поселков, состоящую из много­квартирных секционных и общественных зданий, и производственные зоны, децентрализованные источники тепла — расположенные на пе­риферии малоквартирные и отдельно стоящие здания.

В зависимости от вида теплоносителя котельные подразделяются; на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

Водогрейные котельные оборудуются стальными или чугунными водогрейными котлами, вырабатывающими горячую воду, и предназначены для обеспечения в основном жилищно-коммунальных тепловых нагрузок: отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

В современных крупных системах теплоснабжения применяются стальные водогрейные котлы, рассчитанные на давление до 2,2 МПа (22 кгс/см²) и температуру нагрева воды до 180°С. Чугунные и неко­торые типы стальных водогрейных котлов (например, из стального листа), рассчитанные на давление до 0,6 МПа (6 кгс/см²) и темпера­туру нагрева воды до 95—115°С, применяются в индивидуальных домовых котельных и для мелких систем теплоснабжения, например в сельских поселках.

Принципиальная схема котельной со стальными водогрейными котлами при двухтрубной тепловой сети показана на рис. 3.2.

В водогрейных котлах 1 в результате сжигания топлива произво­дится подогрев воды до требуемой для теплоснабжения температуры (например, 150°С). Часть нагретой в котлах воды с помощью рецир­куляционных насосов 2 подается в обратную линию перед котлами. Рециркуляция необходима для подогрева воды на входе в стальные котлы до температур выше температур точки росы, значения которых зависят от вида топлива, а также для поддержания постоянного рас­хода воды через котлы. При температурах воды на входе в стальные котлы ниже температур точки росы происходят конденсация водяных паров из газов, образование отложений и сернистая коррозия поверх­ностей нагрева, а при снижении расхода воды более чем на 20% — неравномерное распределение воды в греющих трубках котла, при­водящее к вскипанию воды и локальным пережогам трубок. Для ус­транения коррозии минимальная температура воды на входе прини­мается: при сжигании газа —примерно 70°С, при сжигании мазута —80°С.

Основная часть нагретой в котлах воды поступает в подающую магистраль теплосети. Для снижения температуры воды в подающей магистрали в соответствии с применяемым качественным методом ре­гулирования тепловой нагрузки производится подмешивание холодной воды из обратной магистрали по перемычке 4. Количество подмеши­ваемой воды регулируется клапаном 5 в зависимости от величины тепловой нагрузки (например, по температуре наружного воздуха).

Циркуляция воды в теплосети производится сетевым насосом 6, на всасывание которого с помощью подпиточного насоса 8 подается подпиточная вода после химводоочистки 7.

В мелких системах теплоснабжения при использовании однотипных стальных или чугунных водогрейных котлов находит применение схе­ма, показанная на рис. 3.3. Особенностью ее является то, что подача воды на отопление и горячее водоснабжение производится раздельно по четырехтрубной системе. Для подогрева воды на горячее водоснаб­жение применяется теплообменник, греющая вода для которого от­бирается из подающей магистрали через регулятор температуры типа РТ, поддерживающий постоянной температуру подаваемой на горячее водоснабжение воды (60—65СС). При этом расчетная температура подаваемой на отопление воды может составлять от 95—115°С для чугунных котлов до 150—180°С для стальных.

Паровые котельные оборудуются только паровыми котлами и при­меняются в основном для выработки пара на технологические нужды, а в отдельных случаях при отсутствии водогрейных котлов требуемых типоразмеров и небольших жилищно-коммунальных нагрузках — для выработки горячей воды для систем теплоснабжения.

Рис. 3.2. Принципиальная схема котельной со стальными водогрейными котлами при двухтрубной тепловой сети

I — котлы; 2 — рециркуляционный насос; 3 — ре­гулирующий клапан; 4 — перемычка из обратной линии в подающую; 5 — регулирующий клапан; 6 — сетевой насос; 7 — аппараты химводоочистки

Рис. 3.3. Прин­ципиальная схема котельной c водо­грейными котлами при четырехтрубной системе теп­лоснабжения

1 — котлы; 2 — регу­лятор температуры; 3 — теплообменник;4 — перемычка из обратной линии в подающую; 5 — регулирующий клапан; 6 — сетевой насос; 7 — аппараты химводоочистки; 8 — подпиточный насос; 9 — регулятор подпитки; 10 —циркуляционный насос