11.6. СовместнаЯ работа нескольких
истоЧников тепловой энергии
Пиковые водогрейные котлы сооружают на ТЭЦ и в районах потребления тепла. Пиковые водогрейные котлы ТЭЦ (ПКТ) и пиковые котельные района (ПКР) могут быть использованы и в качестве основных источников тепла задолго до сооружения ТЭЦ.
Принципиальная схема включения ТЭЦ и пиковых котельных показана на рис. 11.20. На ТЭЦ сетевая вода последовательно подогревается в теплофикационных подогревателях за счет отборов пара из турбин, затем в пиковых водогрейных котлах станции за счет сжигания топлива. Пиковая водогрейная котельная района ПКР подключается к магистральным тепловым сетям непосредственно в зоне расположения потребителей тепла. В результате подключения ПКР потребители тепла разделяются на две группы: неавтономные Н, расположенные между ТЭЦ и ПКР, и автономные А, расположенные за местом подключения ПКР.
В неавтономной зоне потребители получают тепло из магистральных тепловых сетей при тепловых и гидравлических режимах, на которые рассчитаны теплофикационные установки ТЭЦ и ПКТ. Если температурный график сетевой воды в магистральных трубопроводах не соответствует режиму потребления тепла группы неавтономных районов или отдельным районам, то на ответвлениях к распределительным сетям этих районов устанавливаются подмешивающие насосные подстанции ПНПВ.
Потребители автономной зоны могут получать тепло из магистральных тепловых сетей или от собственной пиковой водогрейной котельной района ПКР. При теплоснабжении от собственной ПКР гидравлический режим в распределительных сетях создается работой насосной подстанции НПНА. При теплоснабжении автономной зоны из магистральных тепловых сетей от ТЭЦ ПНПА могут включаться в работу в случае, если режим потребления тепла не соответствует графику температуры воды, поступающей от ТЭЦ.
Тепловая нагрузка районов распределяется между двумя источниками тепла следующим образом (рис.11.21). летняя тепловая нагрузка горячего водоснабжения и подключаемая с началом отопительного сезона (tн = +8°С) отопительно-вентиляционная нагрузка до момента включения пиковых котельных при температуре наружного воздуха tнa покрывается целиком за счет теплофикационных отборов пара турбин. При температуре наружного воздуха ниже tнa , когда расчетная тепловая мощность отборов турбин полностью используется, подключаются в работу ПКТ. При температуре наружного воздуха tнw расчетная тепловая мощность ТЭЦ исчерпывается:
,
(11.51)
где Q'от - расчетная тепловая мощность регулируемых отборов турбин; Q'пт - расчетная тепловая мощность ПКТ.
В дальнейшем недостающее тепло начинает восполняться включением ПКТ, а при расчетной температуре воздуха для проектирования отопления используется вся тепловая мощность ТЭЦ и ПКР:
Q'р = Q'т+ Q'пр= Q'от+ Q'п = Q'от + Q'пт = Q'пр, (11.52)
где Q'р - расчетная тепловая нагрузка района; Q'пр - расчетная тепловая мощность ПКР; Q'п - суммарная пиковая мощность ПКТ и ПКР.
Рис. 11.20. Схема включения ТЭЦ и пиковых котельных:
ТП - теплофикационный подогреватель;
ПКТ - пиковая котельная ТЭЦ; ПКР - пиковая котельная района; СН - сетевой насос;
ПН - подпиточный насос; РП - регулятор подпитки; ПНПН, ПНПА - подмешивающая насосная подстанция неавтономной (Н) и автономной (А) зон
Отношение расчетной тепловой нагрузки отборов турбин к расчетной тепловой нагрузке района называется коэффициентом теплофикации района:
aр = Q'от / Q'р . (11.53)
Отношение расчетной тепловой мощности ПКТ к суммарной пиковой мощности называется пиковым коэффициентом ТЭЦ:
wт = Q'пт / Q'п . (11.54)
Отношение расчетной тепловой мощности ПКР к суммарной пиковой мощности называется пиковым коэффициентом района:
wр = Q'пр / Q'п . (11.55)
Сумма пиковых коэффициентов wт + wр = 1. Доли тепловой нагрузки, удовлетворяемые от ТЭЦ и ПКР, составляют:
;
(11.56)
jр = Q'пр /Q'р = 1 - jт , (11.57)
где aт - коэффициент теплофикации ТЭЦ, определяемый по формуле
aт = Q'от /Q'т (11.58)
До момента включения ПКР производят центральное качественное регулирование, обеспечивающее во всех зонах постоянные расходы сетевой воды. С подключением ПКР центральное качественное регулирование сменяется на количественное.
Это объясняется тем, что при наружных температурах до tнw нагрев сетевой воды распределяется между подогревателями и ПКТ. При температурах ниже tнw дальнейшее повышение температуры сетевой воды в падающем трубопроводе возможно лишь при постоянном уменьшении расхода воды с ТЭЦ на величину DGА. В противном случае график центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке или суммарной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение будет нарушен из-за нагрева сетевой воды на величину Dt (см. рис. 11.21). Для восстановления заданного режима нагрева воды потребовалось бы увеличение мощности теплофикационных отборов пара и теплопроизводительности ПКТ. Уменьшающийся расход сетевой воды позволяет увеличить нагрев ее до установленных графиком регулирования значений при тех же расчетных теплопроизводительностях ТП и ПКТ.
Снижение расхода воды с ТЭЦ отразится лишь на гидравлическом режиме распределительных сетей автономной зоны. Поэтому для восстановления там расчетного гидравлического режима должна включаться ПНПА на подмешивание необходимого количества воды из обратного трубопровода распределительных сетей. Расход воды насосов подстанции принимается равным величине уменьшения подачи воды с ТЭЦ.
При отсутствии автономной зоны потребителей расход сетевой воды с ТЭЦ может оставаться постоянным, но тогда недогрев сетевой воды на величину Dt должен восполняться догревом в ПКР.
Централизованное теплоснабжение на базе крупных районных водогрейных котельных представляет собой наиболее удачное разрешение современной проблемы отставания строительства источников тепла от роста тепл4овых нагрузок. Объясняется это тем, что стоимость районных водогрейных котельных и сроки их возведения в несколько раз меньше стоимости и сроков строительства ТЭЦ.
Рис. 11.21. Графики температур, распределения расходов тепла и сетевой воды между источниками тепла при совместной работе ТЭЦ и пиковых котельных:
- - - - изменения температур сетевой воды после теплофикационных подогревателей 1 и пиковых котлов ТЭЦ 2, которые они имели бы при постоянном расходе теплоносителя
Одновременно снижаются затраты и сроки прокладки более коротких тепловых сетей от районных котельных. Поэтому опережающее строительство дешевых водогрейных котельных большой производительности дает значительный выигрыш в очередности капиталовложений и сокращает сроки централизованного теплоснабжения в тех районах, где ввод в действие ТЭЦ отстает от времени ввода тепловых потребителей.