книги из ГПНТБ / Кулоян, Л. Т. Тепло- и холодоснабжение в условиях теплого климата (на примере Армянской ССР)
.pdfмость, тем большим окажется значение а™,,- Наиболее важной величиной является (“ “эД*, определяемая по экономии рас
четных затрат и комплексно учитывающая влияние «всех свойств» топлива на эту величину.
Влияние вида топлива, как и ограниченности его ресурсов на выбор оптимального варианта энергоснабжения в опреде
ленной степени связано также с |
р е ж и м о м т о п л и в о пот- |
|
ре б л е н и я. Это положение |
относится в первую |
очередь к |
природному газу. Без учета этого обстоятельства |
можно ап |
|
риори утверждать, что экономичнее природный газ как высо кокачественное и дешевое топливо использовать в индивиду альных установках. Так как многие из них (отопительные ко тельные, бытовые потребители и т. д.) являются сезонными потребителями тепла, то для обеспечения возможно большого значения числа часов использования расчетной пропускной способности магистральных газопроводов (около 7000 ч) при
дется в неотопительный |
период избыток газа передать бу |
ф е р н ы м потребителям |
(в первую очередь крупным ТЭС), |
что снизит экономические показатели газификации. |
|
Неравномерность потребления газа сглаживается также сооружением газохранилищ. Снятие пиковой части тепловых нагрузок другим видом топлива и соответствующее сокраще ние «буферного потребления» газа пли уменьшение размеров газохранилища нецелесообразно, так как работа мелких топ ливосжигающих установок на двух видах топлива как по техническим, так и по экономическим соображениям не оправдывает себя. Наоборот, использование двух видов топли
ва—основного |
(газ) и резервного (мазут или уголь) |
для круп |
|
ных централизованных источников |
теплоснабжения |
(район |
|
ные котельные, |
ТЭЦ и т. д.) приводит к более эффективному |
||
использованию |
газа, к значительному сокращению сброса |
||
газа на КЭС и размеров газохранилища. |
|
||
В действительных условиях из-за ограниченности природ |
|||
ного газа часто основным топливом |
для крупных источников |
||
теплоснабжения оказывается мазут, а резервным—природный газ. Таким образом, вид топлива может оказать существенное влияние на режим его потребления, а последний в свою оче редь—на экономические показатели энергоснабжения. Строи тельство газохранилищ связано с большими капиталовложе ниями и поэтому существенное сокращение их размеров при использовании газа для централизованных источников тепло снабжения окажет благоприятное влияние на повышение эф фективности централизации теплоснабжения и теплофикации.
При использовании газового топлива выбор варианта теп лоснабжения должен быть тесно увязан с развитием газоснаб жения в данном районе. И вообще, для возможно правильно
142
го выбора оптимального варианта теплоснабжения необходи мо комплексно рассмотреть всю систему энергоснабжения: от добычи первичных ТЭР до использования конечных видов энергии. Такая система включает все взаимосвязанные элемен ты сложного теплоэнергетического хозяйства—топливоснаб жение (газоснабжение), водоснабжение, теплоснабжение, электроснабжение и т. д. Разрабатываемые сейчас методики энергетических расчетов стремятся именно к этой цели. Ши рокое внедрение ЭЦВМ окажет положительное влияние на эффективность использования в энергетике сложных ком плексных методов.
Г Л А В А |
VI |
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК НА ЭНЕРГОЭКОНОМИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОФИКАЦИИ
§ 2—11. Структура тепловых нагрузок и энергоснабжающая система
Вобщем случае централизованная система теплоснабже ния покрывает тепловые нагрузки, отличающиеся по величине, параметрам и характеру изменения в течение суток и года.
Впреследуемых нами целях тепловые нагрузки рассмат
риваемой системы достаточно разбить на две группы: а) т е х
н о л о г и ч е с к у ю , |
имеющую круглогодичный характер, теп |
лоноситель, как |
правило—пар; б) о т о п и т е л ь н о - б ы т о |
вую, включающую в свою очередь отопительно-вентиляцион ную нагрузку сезонного и нагрузку горячего водоснабжения круглогодичного характера, теплоноситель, как правило,—го рячая вода. Основными потребителями (абонентами) системы теплоснабжения являются промышленные предприятия со все ми перечисленными видами тепловых нагрузок и жилищнокоммунальный сектор с отопительно-бытовой нагрузкой.
Конфигурация суммарного годового графика промышлен ного теплопотребления в значительной степени зависит от ре жима работы отдельных предприятий. Очевидно, чем боль ше удельный вес промышленных предприятий с непрерывным технологическим циклом или с трехсменным режимом работы, тем более равномерным будет годовой график тепловых нагру
зок.
На промышленное теплопотребление определенное влия ние оказывает и отраслевая структура промышленности. Кро ме сменности, важное значение имеет и ц и к л и ч н ы й харак тер производства в некоторых отраслях промышленности. Для южных районов такой характер имеют в первую очередь пред приятия пищевой и других отраслей промышленности, тесно
143
связанные с с е з о н н о с т ь ю сельскохозяйственного произ водства.
При значительном удельном весе этих отраслей промыш ленности годовой график суммарной технологической нагруз ки района может заметно измениться. Часто увеличение теп ловых нагрузок в летне-осенний период, связанное с перера боткой сельскохозяйственного сырья, оказывает положитель ное влияние на равномерность теплопотребления в годовом раз резе. Наоборот, при теплоснабжении от собственной котель ной, очевидно, цикличность работы оказывает отрицательное влияние на работу энергетического хозяйства предприятий.
Рост сельскохозяйственного производства и особенно строительство холодильных установок приведут к постепенной ликвидации цикличного характера работы таких предприятий. В предприятиях с трехсменным режимом работы равномер ность годового графика теплопотребления нарушается также из-за ремонта технологического оборудования (особенно, ес ли годовой график этих работ имеет резко выраженный не равномерный характер).
Структура тепловых нагрузок промышленности прежде всего отражает ее отраслевую структуру, т. е. в конечном сче те зависит от характера предприятий района. Поэтому влия ние природно-климатических факторов на структуру тепловых нагрузок более или менее четко обнаруживается при одинако вой отраслевой структуре промышленности сравниваемых районов. Таким образом, теплый климат связан как с относи тельным увеличением доли технологической нагрузки, так и ростом неравномерности теплопотребления в годовом разрезе. С развитием горячего водоснабжения и летнего кондициони рования воздуха, т. е. по мере улучшения санитарно-гигиени ческих условий на производстве в течение всего года, влияние природно-климатических условий на структуру тепловых на грузок окажется слабым.
Для создания рациональной теплоснабжающей системы и выбора наиболее целесообразного источника теплоснабжения важное значение имеет структура тепловых нагрузок данного города или района, что в свою очередь зависит от уровня раз вития промышленности и ее отраслевой структуры, от характе ра населенного пункта и его размеров, от местных природноклиматических условий и т. д.
Создание ц е н т р а л и з о в а н н о й т е п л о с н а б ж а ю щ е й с и с т е м ы в первую очередь связано с определенной степенью концентрации теплопотребления и поэтому касается промышленных узлов и городов. Предприятия пищевой и час тично легкой промышленности строятся даже,в курортных го родах южных районов, т. е. фактически нет города и вообще крупного населеннного пункта без промышленности. В городах курортного типа, как и в некрупных городах со слабо развитой
144
промышленностью, в структуре тепловых нагрузок значитель ной является доля жилищно-коммунальных потребителей. Од нако из-за сравнительно низких значений абсолютных величин этих нагрузок, низкой теплоплотности и короткого отопитель ного периода масштабы централизованного теплоснабжения могут быть весьма ограничены. Очевидно, что теплофикация таких городов на базе собственных паротурбинных ТЭЦ явно нецелесообразна. Наоборот, в сравнительно крупных промыш ленных городах южных районов теплофикация (промрайона или всего города) во многих случаях оправдает себя. Таким образом, энергоснабжающая система на базе ТЭЦ смешанно го типа (ТЭЦ общего пользования), удовлетворяющая отопи тельно-вентиляционной, бытовой и технологической тепловым нагрузкам, является наиболее приемлемой для южных про мышленных городов.
Следует подчеркнуть, что целесообразность преимущест венного развития ТЭЦ общего пользования, т. е. со смешан ной тепловой наргузкой* сейчас уже не оспаривается даже для других районов страны [Л. 23, 56].
Известно, что для всего Советского Союза за 10 лег (1965—1975) их удельный вес в балансе централизованного теплоснабжения повысится на 5,7%, а удельный вес промыш ленных ТЭЦ, наоборот, за этот период сократиться на 6,9%. Из 970 млн. Гкал тепла, которое должно быть отпущено по требителям теплоэлектроцентралями в 1975 г., на долю про мышленных ТЭЦ приходится меньше чем 20% [Л. 23].
Как режимные, так и технико-экономические показатели работы такой ТЭЦ в значительной степени зависят от струк туры ее тепловых нагрузок, выражаемая долями технологиче ской нагрузки, нагрузки горячего водоснабжения и отопитель но-вентиляционной нагрузки в расчетной суммарной нагрузке ТЭЦ смешанного типа.
§ 2—12. Режимные показатели работы ТЭЦ со смешанной тепловой нагрузкой
Наиболее важным режимным показателем, влияющим на технико-экономическую эффективность теплофикации, являет ся расчетный коэффициент теплофикации
Qp |
(2-43) |
*Т9Ц= 7? ^ - • |
* Очень часто их называют также промышленно-отопительными тепло электроцентралями.
145
10— 917
К важным режимным показателям относится также чис ло часов использования расчетного отпуска тепла от турбоаг регатов
0 ™д
hT= |
(2 -4 4 ) |
Ж |
’ |
число часов использования максимума тепловой нагрузки ТЭЦ
(2—45)
годовой коэффициент теплофикации |
|
|
д г ° д |
|
(2—46) |
|
агод ~~ <ЭГ0Д |
В этих выражениях |
|
qp и Q™1 |
— соответственно расчетный (часовой) и го |
Q P T и Q™ |
довой отпуск тепла от турбоагрегатов; |
— соответственно расчетный и годовой от |
|
|
пуск тепла от всей ТЭЦ в целом. |
Эти показатели достаточно удовлетворительно характери зуют работу отопительных ТЭЦ. Считая годовой график тех нологической тепловой нагрузки постоянным, часто этими же показателями характеризируют также работу п р о м ы ш л е н н о - о т о п и т е л ь н о й Т Э Ц .
В действительности технологическое теплопотребление также в той или иной мере зависит от внешних климатических условий. Кроме этого, даже при постоянном годовом графике технологической нагрузки фактические значения режимных показателей ТЭЦ смешанного типа определенным образом за висят от структуры тепловых нагрузок [Л. 57].
График тепловых нагрузок по продолжительности для ТЭЦ смешанного типа представлен на рис. 2—16. Обозначим расчетные значения технологической тепловой нагрузки через Q£ex, а отопительно-бытовой нагрузки через Q pt . Остальные
обозначения указаны на рис. 2—16. Классификация тепловых нагрузок по виду теплоносителя предоставляет большие удоб ства для выбора типа теплофикационных турбоагрегатов.
Обозначим долю расчетной технологической нагрузки в
суммарной |
нагрузке через |
п и назовем |
ее коэффициентом |
б а з о в о й |
(технологической) нагрузки |
|
|
|
п = |
QтехР |
(2 -4 7 ; |
|
|
Qf |
|
146
где Q$ ■ фактическая, т. е. полная расчетная нагрузка
ТЭЦ смешанного типа (рис. 2—16). |
отопи |
Величину 1—п, которая показывает долю расчетной |
|
тельно-бытовой тепловой нагрузки, обозначим через х |
|
х = I — п = |
(2—48) |
Ф а к т и ч е с к и е значения перечисленных здесь, как и ана
логичных показателей работы ТЭЦ смешанного типа, обозна чим через индекс «ф».
Согласно рис. 2—16, фактическое значение коэффициента
теплофикации такой ТЭЦ будет равно |
|
|
|
Q£ -Ь Q тех |
(2 -49) |
ТЭ Ц |
Q S , + Q?ex |
|
|
|
|
Преобразуя последнее выражение с учетом предыдущих |
||
уравнений [Л. 57], получим |
|
|
атац = атЭ1' (1 ~ п) + патэц’ |
(2—50) |
|
147
где оф = ^225-----коэффициент теплофикации по технологиче- ^тех
ской (промышленной) нагрузке.
Таким образом, фактическое значение коэффициента теп лофикации ТЭЦ смешанного типа находится в линейной зави симости от структурных коэффициентов тепловых нагрузок.
При значении п, равном единице, |
т. е. при чисто промышлен |
ной базовой нагрузке, « фц = а"эц. |
|
Фактическое число часов использования |
максимума теп |
ловой нагрузки, согласно рис. 2—16, равно |
|
Q год Q г°д |
(2 -5 1 ) ' |
= _ от ' W j e x |
где ()™д, — годовая отопительно-бытовая и технологи
ческая нагрузки. Учитывая, что для чисто отопительной ТЭЦ
о т и, обозначая число часов использования технологи
|
Огод |
|
ческой нагрузки через hn ~тех , после ряда преобразований |
||
|
Q L |
|
получим |
|
|
= |
n (hn — h0) 4 * h0 = nhn -f- xh 0. |
(2—52) |
На величину |
положительное влияние оказывает число |
|
часов использования расчетной технологической |
нагрузки Ъ„. |
|
Даже при резко выраженном пиковом характере отопительной нагрузки число часов использования максимума тепловой на грузки промышленно-отопительной ТЭЦ может достигнуть значительной величины, если значения п и h n достаточно высо ки. Понятно, что чем больше величина hn , тем меньшим может быть значение п и наоборот.
Из последних уравнений следует, что
Ь0фhp
(2 -5 3 )
hn hp
Последние выражения можно использовать для нахождения величин п п х, когда ho и hn известны, a h* задано. Так, напри
мер, если h n == 7500 ч, a ho = 1000 или 2000ч (отопительная
148
нагрузка имеет ярко выраженный пиковый характер), то для достижения значения = 6000 ч доля технологической на
грузки должна достигнуть соответственно п = 0,77 и п = 0,72. Фактическое число часов использования расчетного отпус ка тепла от турбоагрегатов, согласно рис. 2—16 и уравнениям
(2—48), (2—49) и (2—52), равно
|
Q r , + Q ^ T |
|
nhn |
hTQTp |
|
|||
|
Q * - 2 Q n„K |
- |
аФц + |
4 aQ | ' |
|
|||
где SQnHK — |
расчетное значение суммарной пиковой тепло |
|||||||
|
вой нагрузки |
(по пару и горячей воде); |
||||||
Q™j).T и Q™T — соответственно годовые технологическая |
||||||||
|
|
и отопительно-бытовая нагрузки, покры |
||||||
|
|
ваемые |
|
от теплофикационных |
турбин. |
|||
После ряда, преобразований, получим |
|
|
||||||
h* = hT+ |
(ЪП— hT) П + |
n |
|
(2—54) |
||||
а«ц(1 — П) |
||||||||
Таким образом, |
и в данном случае, зная к о э ф ф и ц и е н т |
|||||||
б а з о в о й н а г р у з к и |
п, можно оценить ожидаемое значе |
|||||||
ние величины |
йф. Зависимость этой величины от п имеет кри |
|||||||
волинейный характер. При п |
= |
1, h Ф= hп . |
|
|||||
Если по значению |
п величина |
афэц |
уже определена, то |
|||||
значение h* можно найти по более упрощенной формуле. Обоз начив
—^— |
- ------ 7Z---- ^-r—j---- п— “ т > |
(2—55) |
«Тфец |
атэц(1 - п ) + п*т"эц |
|
получим |
|
|
|
Ьф = hr -f- (hn — hx) m. |
(2—56) |
Величина годового коэффициента теплофикации для ТЭЦ со смешанной тепловой нагрузкой будет равна:
|
|
ro,a |
\ |
О год |
аФ |
|
Qтех.т |
] | |
^ тех.т |
|
1 |
) ‘ |
Г)ГОЛ |
|
ГОД— ^год |
( |
ГОД |
||
|
от.т |
1 |
^ от .т |
На основании^—47; 2—52)
149
Огод |
|
nhn |
h„ (1 — л-) |
|
||
O |
— n (h„— h0) + h0 ”_ |
hf |
|
|||
OT.T |
|
|
|
о |
|
|
Для облегчения анализа введем новое обозначение |
|
|||||
|
|
h„ n |
|
h„ (1 — х) |
(2—58» |
|
|
6 “ |
“ Ь Г |
= |
ho |
||
|
|
|
||||
Пользуясь им, окончательно получим: |
|
|
||||
|
0 * д= 1 |
— (1 — «год) ( 1 - е ) . |
(2 |
59) |
||
На основании этик зависимостей построены номограммы, |
||||||
которые дают возможность |
при заданном |
коэффициенте |
ба |
|||
зовой тепловой нагрузки п, или |
к о э ф ф и ц и е н т е о то пи- |
|||||
т е л ь н о б ы т о в о й |
н а г р у з к и х, оценить фактические |
|||||
значения расчетного коэффициента теплофикации и основных
режимных параметров (рис. 2—17 и 2—18). |
|
фигури- |
|||
На этих графиках вместо величин |
h0, hT, h* и |
||||
руют безразмерные |
h0 |
hT |
h* |
hf |
|
величины.—> -:— |
’-г— и 5—>что дает воз- |
||||
г г |
h„ |
h„ |
h„ |
hn |
|
можность при любых заданных значениях hn определить влия ние коэффициента базовой нагрузки п (или коэффициента ото пительно-бытовой нагрузки х = 1— п) на режимные показа тели ТЭЦ со смешанной нагрузкой.
Попытаемся путем ряда упрощающих допущений найти связь установленной электрической мощности ТЭЦ смешанно готипа от режимных и структурных показателей.
Учитывая, что технологическая нагрузка в паре покрыва ется от промышленных отборов турбин типа ПТ или турбин с противодавлением типа Р, а отопительно-бытовая нагрузка покрывается от теплофикационных отборов турбин типа Т п ПТ, можно установленную теплофикационную электрическую мощность ТЭЦ, соответствующую внешнему теплопотреблению, выразить равенством
NcV = N? + Ny,
где Nt — электрическая мощность, соответствующая теплофи кационным, а
Ми — производственным отборам (турбин типа ПТ или Р). Номинальная электрическая мощность ТЭЦ окажется равной
NL = (Фк N? + N*), М В т , |
(2—60) |
150