ТЭС и АЭС_1 / Лекция 14-15

Лекция 14-15

Системы отпуска тепла потребеителям

Промышленные предприятия являются круглогодовыми потребителями технологического пара и горячей воды и одновременно сезонными потребителями теплоты с горячей водой для отопления и вентиляции. Следует отметить преобладающую роль технологического пара в общем балансе теплоснабжения предприятий. Доля расхода теплоты на технологические нужды в общем балансе теплоснабжения составляет для нефтеперерабаты­вающей и нефтехимической промышленности 90—97, для текстильной 80—90, для резино­вой, кожевенно-обувной 70—80, для пищевой 70—80% и т. д. Частично такое соотношение объясняется использованием вторичной теп­лоты для целей отопления и горячего водо­снабжения.

График потребления технологического па­ра зависит от вида технологических процесcов, от их непрерывности. В настоящее время имеется большое число нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических комплексов, потребляющих устойчиво и непрерывно большие количества технологического пара.

Пароснабжение таких потребителей должно обеспечиваться с высокой надежностью, так как перерывы в подаче пара или даже снижения подачи влекут за собой большой материальный ущерб, нарушение технологического процесса и даже опасность возникновения пожаров.

Подобные крупные потребители технологического пара получают его от специальных ТЭЦ, которые называются промышленными ТЭЦ. Такие ТЭЦ имеют в своем составе турбины с противодавлением Р-50-130/15, Р-100-130/15, турбины с промышленным и отопительным отборами ПТ-60-130/13; ПТ-80-130/13; ПТ-135-130/13 и турбины только с отопительными отборами Т-100-130 и др. Подобные ТЭЦ в качестве топлива используют мазут, природный газ, уголь.

На рис. 1 представлена тепловая схема турбоустановки Р-100-130/15, от которой можно получать технологический пар с давлением 1,2—2,1 МПа. Турбина одноцилиндровая, имеет внутренний корпус с подводам пара в середине цилиндра. Поток пара движется к переднему уплотнению, затем меняет направление и движется к заднему уплотнению. Этим достигается компенсация осевых давлений.

Турбина имеет три отбора на регенеративный подогрев питательной воды в трех подогревателях высокого давления. Третий отбор берется из противодавления турбины и направляется в ПВД1 и Д. Дренажи ПВД сливаются каскадом вплоть до деаэратора. ПВД установлены в две нитки, всего шесть корпусов. Пар на уплотнения и на эжектор отсоса из концевых уплотнений отбирается из деаэратора. Отсасываемый из уплотнений пар конденсируется в холодильнике эжекторов (ХЭ) химически очищенной водой.

Сальниковый подогреватель, в который отводится пар от переднего и заднего уплотнения, охлаждается также химически очищенной водой. Потоки пара через штоки стопорных и регулирующих клапанов отводятся в деаэратор 0,6 МПа.

Рис. 1 Тепловая схема турбоустановки Р-100-130/15

Уже давно известна и находила применение схема с паропреобразовательной установкой, при которой конденсат отборного пара сохраняется на ТЭЦ, а потребителю отпускается вторичный пар, приготовленный в паропреобразователе .из химически очищенной воды. При этом вместо сложной схемы обессоливания достаточно значительна более простая схема — катионирования. На рис. 2 представлена установка с турбиной типа Р с паропреобразователем и паро-паровым перегревателем. Последний нужен для получения слегка перегретого пара, что сокращает потери теплоты при транспортировке пара.

Паропреобразователь конструктивно подобен испарителю. Питается паропреобразователь деаэрированной химически очищенной водой, которая предварительно подогревается в охладителе дренажа.

При заданном давлении пара у потребителя противодавление турбины должно быть равно

Здесь — падение давления в паропроводе к потребителю; — перепад давления между давлением греющего пара и давлением пара на выходе из паро-парового пароперегревателя:

Здесь — гидравлическое сопротивление пароперегревателя по стороне греющего пара; -- перепад давлений греющего и вторичного пара паропреобразователя, обусловленный температурным напором

где — температура насыщения греющего пара из противодавления турбины; — температура насыщения вторичного пара.

Задаваясь значением , можно определить и и потребное противодавление

Так, например, имеем=1,3 МПа. Принимаем =0,2 МПа; = 0,05 МПа; =12°С. По таблицам водяного пара находим = 0,4 МПа.

В результате имеем:

= 1,3+0,2+0,05+0,4=1,95 МПа.

Противодавление превышает давление пара у потребителя на величину -=1,95—1,3= =0,65 МПа.

По кривым рис. 2 для максимального расхода пара =760 т/ч повышение давления дает снижение мощности = 15 МВт.

Рис. 2. Схема турбины типа Р с паропреобразовательной установкой

Если же не учитывать , которое имеет место и в турбоустановке без паропреобразователя, т. е. считать, что повышение давления составляет = 0,4+ +0,05 = 0,45 МПа, то потеря мощности составит 11 МВт, или 11 %.

Таким образом, применение паропреобразовательной установки связано со значительным недоотпуском электроэнергии из-за повышения противодавления.

Для нормального функционирования человека как во время его трудовой деятельности, так и в домашних условиях должны обеспечиваться условия комфорта, которые регламентируются санитарно-гигиеническими нормами. К числу этих условий относятся отопление и вентиляция помещений и горячее водоснабжение, которые требуют подачи теплоты. Система подачи теплоты для указанных бытовых нужд называется системой теплоснабжения, которая включает источник теплоты, передающие теплоноситель трубопроводы и нагревательные приборы. Находят применение как централизованные, так и индивидуальные системы теплоснабжения.

Индивидуальные системы теплоснабжения используют современное оборудование и автоматику. При этом применяется централизованная доставка топлива (жидкое топливо доставляется автотранспортом и заправляет-

ся в установку, сжиженный газ доставляется в баллонах, природный газ подается по трубам).

Достоинством индивидуального теплоснабжения является отсутствие промежуточного звена для транспорта теплоносителя. Индивидуальное теплоснабжение, базирующееся нз твердом топливе, связано с сильным загрязнением окружающего воздуха, а также с высоким удельным расходам топлива из-за низкой экономичности индивидуальных топочных устройств.

Наиболее рациональный путь — это переход на централизованное теплоснабжение в городах и поселках.

В качестве источников теплоты при централизованном теплоснабжении используются районные теплоснабжающие станции (РТС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В перспективе — применение атомных станций теплоснабжения (ACT) и атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ).

Применение ТЭЦ в качестве источника теплоты для теплоснабжения называется теплофикацией (сюда относятся также и ТЭЦ с отпуском пара технологическим потребителям).

При выборе системы теплоснабжения для некоторого района теплопотребления прежде всего надо определить отопительную и вентиляционную нагрузки и нагрузку горячего водоснабжения.

Отпуск теплоты на отопление должен обеспечивать в помещении установленную санитарными нормами температуру tB, которая для жилых помещений равна +18 °С, для школ, детских садов, поликлиник и больниц +20 °С, для общественных зданий +16 °С.

В системах теплоснабжения в качестве теплоносителя в отечественной практике применяется вода, обладающая известными преимуществами по сравнению с паром. Так, при применении в качестве теплоносителя отборного пара из-за гидравлического сопротивления паровой сети необходимое давление в отборе возрастает и оказывается выше того, которое требуется для соответствующего подогрева сетевой воды, что снижает удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении в турбине.

При водяных системах нет внешних потерь конденсата, что облегчает проблему его восполнения на ТЭЦ.

Водяные системы более благоприятны в отношении регулирования.

На рис.3 приведена схема закрытой системы теплоснабжения. Движение воды в системе осуществляется с помощью сетевого насоса 1, установленного на ТЭЦ. Подогрев воды происходит в сетевых подогревателях 2 отборным паром и в пиковых водогрейных котлах 3, после чего сетевая вода поступает в. подающую линию 4, а далее — к абонентским установкам отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. На схеме рис3 показаны различные варианты подключения абонентов.

Схема I — присоединения к тепловой сети отопительной системы промышленного предприятия. На линии к абоненту установлен регулятор расхода 5, который получает команду по перепаду давления в специально установленной дроссельной шайбе 6.

Схема II — совместного присоединения отопительной системы и системы горячего водоснабжения. Имеется общий ввод сетевой воды, который затем разветвляется. Одно ответвление предназначено для отопительной системы, работающей с постоянным расходом воды, который поддерживается регуляторам расхода 5. Далее установлено смесительное устройство 7, функции которого обычно выполняет струйный насос — элеватор., Конструкция элеватора показана на рис. "8.5. Скорость воды увеличивается за счет давления перед соплом элеватора разогнанный поток воды из прямой линии инжектирует воду из обратной линии в приемную камеру 2. Далее горячая вода смешивается с охлажденной водой из обратной линии в камере смешения 3 и через диффузор 4, в котором частично восстанавливается давление воды, поступает в систему отопления. Это подмешивание охлаждающей воды нужно для поддержания в отопительных прибо-

Рис. 3. Схема закрытой системы теплоснабжения

pax температуры воды не выше 95 °С, что диктуется санитарно-гигиеническими соображениями.

В подающей линии максимальная температура сетевой воды обычно составляет 150, иногда 130 °С. После элеватора 7 вода поступает к отопительным приборам 8, из последних— собирается в обратную линию, подключенную к магистрали обратной воды 9, ведущей на ТЭЦ, и снова сетевым насосом подается в подающую линию. Перед сетевым насосом в обратную линию на ТЭЦ подается подпиточная вода, восполняющая утечки сетевой воды в тепловой сети или температурное изменение объема воды, заполняющей теплосеть. Расход подпиточной воды устанавливается регулирующим клапаном, получающим команду по импульсу от нейтральной точки, в которой поддерживается постоянное давление, что способствует ограничению возможных изменений давления в тепловой сети на ТЭЦ.

Рис. 4. Конструкция струйного насоса.

На рис. 5 - приведен график продолжительностей тепловых нагрузок для отопителной ТЭЦ.

К отопительной нагрузке добавляется постоянная в течение отопительного сезона нагрузка горячего водоснабжения в результате чего получается график продолжительностей тепловых нагрузок за отопительный сезон. Этот график имеет пиковый характер. Принято базовую часть графика покрывать паром отопительных отборов теплофикационных турбин, а пиковую часть — из пиковых источников теплоты. В качестве последних применяют пиковые водогрейные котлы.

Если по оси ординат отложить значение номинальной тепловой мощности теплофикационных отборов и провести горизонтальную линию до пересечения с кривой продолжительностей отопительных нагрузок, то эта линия разделит график тепловых нагрузок на базовую часть (количество теплоты, полученной от пиковых источников за отопительный сезон).

Отношение называется коэффициентом теплофикации и показывает долю номинального отопительного отбора от расчетной тепловой нагрузки.

Значениеможно подсчитать, используя формулу:

Рис. 5. График продолжительности тепловых нагрузок

На отопительных ТЭЦ, предназначенных «Для теплоснабжения городов, устанавливают теплофикационные турбины с двумя отопительными отборами, из которых верхний обычно является регулируемым. На рис6 представлена схема турбины Т-100-130 с сетевой подогревательной установкой. Турбоуста-новка Т-100-130 обеспечивает двухступенчатый подогрев сетевой воды паром из двух теплофикационных отборов. Двухступенчатый подогрев сетевой воды увеличивает удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении, что окупает удорожание турбины из-за устройства двух отборов. Регулирующими органами являются две поворотные диафрагмы, установленные в ЦНД. В настоящее время турбинные заводы переходят от регулирования давления в теплофикационном отборе (в верхнем) к регулированию отпуска теплоты путем поддержания заданной температуры или разности температур сетевой воды.

При увеличении тепловой нагрузки тепло-фикационных отборов растет расход пара в турбину и сокращается пропуск пара в ЦНД путем перекрытия окон в регулирующих диафрагмах. При номинальном расходе пара на

Рис. 6. Схема турбины Т-100-130

турбину и минимальном (вентиляционном) пропуске пара в ЦНД при полностью закрытых диафрагмах достигается номинальная тепловая нагрузка теплофикационных отборов.

Режимы при закрытых поворотных диафрагмах являются режимами работы по тепловому графику, так как при этих режимах электрическая мощность однозначно определяется тепловой нагрузкой теплофикационных отборов.

В турбоустановке Т-100-130 предусмотрена возможность утилизации теплоты вентилирующего ЦНД- пара путем конденсации его сетевой водой, пропускаемой через специальный теплофикационный пучок в конденсаторе турбины. При этом осуществляется трехступенчатый подогрев сетевой воды при ухудшенном вакууме в конденсаторе. Этот режим протекает без потерь теплоты в конденсаторе. Однако для других теплофикационных турбин с более высокими лопатками последней ступени или при наличии промежуточного перегрева пара этот режим исключается по соображениям надежности ЦНД. Вентиляция ЦНД в других турбинах Уральского турбомоторного завода (ТМЗ) Т-250-240, Т-175-130 осуществляется охлажденным паром верхнего теплофикационного отбора, который подается в реси-верную трубу после установленной на ней специальной задвижки. Турбоустановка Т-100-130 может работать в режимах конденсационном или теплофикационных с одно-, двух- и трех-ступенчатым подогревом. Для анализа режимов и их расчета турбину условно разбивают на отсеки: часть высокого давления (ЧВД) — от первой регулирующей ступени до камеры верхнего теплофикационного отбора; промежуточный отсек — ступени между двумя теплофикационными отборами; цилиндр низкого давления (ЦНД).