1. Общие сведения о системах

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

В систему централизованного теплоснабжения входят:

- источники – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) и котельная;

- тепловые сети (трубопроводные связи), по которым осуществляется транспорт пара или горячей воды;

- теплоприемники потребителей промышленных предприятий и жилищно-коммунального сектора. Жилищно-коммунальные потребители используют теплоту на отопление, вентиляцию, кондиционирование и хозяйственно-бытовые нужды, а производственные – еще и на технологию.

В децентрализованных системах теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или расположены так близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников производится без тепловых сетей. К таким системам относятся поквартирное отопление и индивидуальное отопление зданий.

В структуре источников теплоснабжения котельными отпускается потребителям приблизительно 45 % теплоты, теплоэлектроцентралями (ТЭЦ) - 43 % теплоты, а остальное количество теплоты – местными источниками теплоснабжения.

Для снабжения промышленных предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора теплотой используются водяной пар низкого давления и перегретая вода температурой 130°, 150° и реже 180 °С. Пар низкого давления (0,3¸1,5 МПа) берут из паровых котлов или из отборов паровых турбин, в которых срабатывается пар высокого давления (9 или 13 МПа) до низкого давления и вырабатывается при этом электроэнергия. Горячую воду получают путем подогрева исходной воды до нужной температуры паром низкого давления в пароводяных подогревателях или непосредственно в водогрейных котлах.

Одновременное получение пара низкого давления и электроэнергии паровыми турбогенераторами с промежуточными отборами пара называют комбинированным способом получения тепловой и электрической энергии, а теплоснабжение на базе таких турбогенераторов – теплофикацией.

Раздельный способ получения тепловой и электрической энергии предусматривает снабжение потребителей паром низкого давления и горячей водой от котельной, а электроэнергией - от тепловых, гидравлических или атомных электростанций.

Комбинированный способ получения тепловой и электрической энергии, осуществляемый с помощью конденсационных турбин с промежуточными отборами пара или турбин с противодавлением, обладает существенным преимуществом по сравнению с раздельным способом выработки теплоты и электроэнергии. Этот способ позволяет использовать почти всю теплоту пара, поступающего в турбину, и сократить потерю теплоты с охлаждающей водой до минимального количества. Поэтому КПД современных ТЭЦ достигает примерно 65 %, в то время как тепловых конденсационных электростанций (КЭС) – 40 %.

Сооружение крупных источников централизованного теплоснабжения–ТЭЦ и центральных котельных - дает большие выгоды по линии капитальных затрат и эксплуатационных расходов. В то же время максимальный экономически оправданный радиус транспортировки пара составляет 8-10 км, а горячей воды 15-20 км. Ограниченный радиус подачи пара от ТЭЦ заставляет располагать ее непосредственно на площадке промпредприятия, вблизи города или жилого поселка. В этом случае ограничение мощности ТЭЦ диктуется условиями топливоснабжения, водоснабжения и санитарными требованиями по защите воздушного бассейна жилых районов от загрязнений продуктами сгорания топлива (NO₂, SO₂, зола). Вследствие этого на ТЭЦ нельзя использовать низкосортные топлива с большим содержанием золы и серы.

В холодные зимние месяцы пар низкого давления из теплофикационных отборов турбин не обеспечивает температурный график тепловых сетей, поэтому горячую воду после пароводяных подогревателей дополнительно нагревают в пиковых водогрейных котлах.

В условиях проводимых экономических реформ анализ существующих эффективных технологий комбинированного производства тепловой и электрической энергии позволяет выдвинуть следующие основные направления развития теплофикации:

- строительство и техническое переоснащение ТЭЦ теплофикационными турбинами большой мощности для производства тепловой и электрической энергии в крупных городах;

- техническое перевооружение ТЭЦ парогазовыми установками (ПГУ) с КПД 52…60 %;

- техническое перевооружение паровыми котлоагрегатами с установкой паровых турбин малой (до 10 МВт) и средней (до 30 МВт) мощности на паропроводах между котлоагрегатами и потребителем на отдельных предприятиях, в поселках и малых городах, т.е. создание автономных источников тепловой и электрической энергии (мини- ТЭЦ);

- cоздание мини-ТЭЦ с газотурбинными и газопоршневыми электрогенераторами (когенерация);

- использование вторичных энергетических ресурсов предприятий для получения тепловой и электрической энергии в утилизационных котельных, теплонасосных установках (ТНУ) и ТЭЦ.

Основными достоинствами «малой» энергетики являются:

- небольшие сроки строительства и окупаемости ТЭЦ на базе блочно-модульного исполнения;

- меньшие потери при транспортировке тепловой и электрической энергии ввиду расположения ТЭЦ в непосредственной близости от потребителя;

- большая маневренность при покрытии тепловых и электрических нагрузок.

Основными задачами работы и эксплуатации котельных и ТЭЦ являются:

- выполнение графиков выработки тепловой и электрической энергии, покрытие текущих и максимальных нагрузок;

- обеспечение надежной работы оборудования и бесперебойного теплоэлектроснабжения потребителей;

- улучшение технико-экономических показателей;

- снижение себестоимости производства энергии путем уменьшения удельного расхода топлива и сокращения потерь топлива, пара, электроэнергии, воды и материалов.

Техническая эксплуатация котельного и турбинного оборудования, тепловых сетей базируется на научных достижениях и передовом опыте эксплуатации, обобщенных в ряде официальных документов (правил).

Система оперативного управления данным объектом представляет собой комплекс технических средств управления оборудованием, сбора, обработки и представления информации, при помощи которой персонал управляет объектом и всеми режимами его работы, обеспечивая ведение теплоэнергетического процесса с заданными технико-экономическими показателями.

По виду теплоносителей системы делятся на паровые и водяные. В паровых системах используется пар, вырабатываемый на ТЭЦ и в котельных. С ТЭЦ транспортируются следующие виды пара: из теплофикационных отборов турбин с регулируемым диапазоном давления (0,05¸0,25) МПа; из промышленных отборов с номинальным давлением до 1,5 МПа и пар противодавленческих турбин с номинальным давлением до 3,1 МПа со своими определенными диапазонами регулирования давления. В котельных вырабатывается пар, насыщенный или перегретый до температуры 250°С, реже до 440°С, с давлением до 4 МПа.

В водяных системах применяется горячая вода температурой до 100 °С, перегретая вода – 100-200 °С. Вода температурой свыше 150 °С используется только технологическими потребителями для горячего водоснабжения, температура воды по СНиП должна быть не выше 65 °С.

В зависимости от количества трубопроводов (линий), используемых для теплоснабжения потребителей, системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные. От правильного выбора системы теплопроводов зависит, в частности, состав и производительность теплогенерирующего оборудования, а следовательно, и эффективность использования топлива.

Наиболее простой для дальнего транспорта воды или пара является однотрубная бессливная система теплоснабжения. Она применяется в том случае, когда теплоноситель полностью используется у потребителя. Двухтрубные водяные системы применяются в тех случаях, когда все потребители могут быть удовлетворены теплоносителем одного потенциала. Соединение двухтрубной системы теплоснабжения на нужды отопления и вентиляции с однотрубной системой горячего водоснабжения ГВС (открытая схема ГВС) приводит к трехтрубной системе теплоснабжения. Трехтрубная водяная система применяется также при теплоснабжении промышленных предприятий, имеющих технологическую тепловую нагрузку и закрытую схему ГВС, там же применяются и многотрубные системы.

В открытых системах теплоснабжения циркулирующая в трубопроводах тепловой сети сетевая вода используется не только в качестве теплоносителя, а частично отбирается потребителем из тепловой сети для горячего водоснабжения и технологических целей. В то время как в закрытых системах теплоснабжения сетевая вода используется только в качестве теплоносителя, нагретая в теплообменных аппаратах холодная водопроводная вода- для горячего водоснабжения. После чего нагретая вода по внутреннему водопроводу подается к водоразборным и отопительным приборам жилых, общественных и промышленных зданий.

Минимальные энергетические затраты (топливо, электроэнергия) на выработку и транспорт теплоты могут быть достигнуты при правильном выборе метода изменения количества теплоты, подаваемой различным потребителям в соответствии с графиками их теплопотребления. В зависимости от места, где осуществляется регулирование, последнее бывает трех видов: центральное, местное (групповое) и индивидуальное. Центральное регулирование тепловой нагрузки осуществляется у источника теплоснабжения, т.е. на ТЭЦ и в котельной. Групповое и индивидуальное регулирование производится у потребителей теплоты и является дополнительным к центральному регулированию. Групповое регулирование осуществляется на центральных или местных тепловых пунктах (ЦТП, МТП) промышленных предприятий или узлах присоединения местных систем, а индивидуальное – на теплопотребляющих приборах.

При центральном регулировании имеют место меньшие энергозатраты и эксплуатационные расходы по сравнению с другими видами регулирования. Этот вид регулирования может осуществляться только при однородной нагрузке у всех абонентов. Однако из-за транспортного запаздывания теплоносителя, обусловленного значительными расстояниями, абоненты будут находиться в неодинаковых условиях. Поэтому для обеспечения высокого качества теплоснабжения разнородных потребителей, имеющих разные режимные теплопотребления (отопление, вентиляция, кондиционирование, ГВС, технология), необходимо применять комбинированное регулирование, сочетающее в себе рациональные сочетания трех видов: центрального, группового и индивидуального.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите основные элементы системы централизованного теплоснабжения.

2. Поясните отличие систем централизованного и децентрализованного теплоснабжения.

3. В чем заключается комбинированный способ получения тепловой и электрической энергии?

4. Перечислите основные направления развития теплофикации.

5. Назовите основные достоинства мини - ТЭЦ.

6. Обозначьте задачи работы и эксплуатации котельных и ТЭЦ.

7. Назовите преимущества и недостатки теплоносителей в виде водяного пара и горячей воды.

8. В каких случаях применяются одно-, двух- и многотрубные водяные системы?

9. Поясните, как осуществляется центральное, местное (групповое) и индивидуальное регулирование тепловой нагрузки.