Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Централизованное теплоснабжение предприятий, поселений и городских округов. Курсовое и дипломное проектирование. Учебное пособие
.pdf
31
3. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
3.1. Основные элементы систем теплоснабжения
Централизованная система теплоснабжения состоит из следующих
основных элементов: источника тепловой энергии; тепловых сетей;
абонентских вводов и местных теплопотребляющих систем зданий и
сооружений.
Системы теплоснабжения различаются по устройствам и назначениям
элементов в зависимости от используемого теплоносителя (вода или пар).
Классифицируют системы теплоснабжения не только по виду теплоносителя,
но и по другим признакам: источнику теплоты; организации движения
теплоносителя; способу подачи воды на горячее водоснабжение; количеству
трубопроводов тепловых сетей; способу обеспечения потребителей тепловой
энергией и др. В качестве источников теплоты в основном служат
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или крупные котельные, от которых по тепловым
сетям тепловая энергия транспортируется к абонентским вводам
теплопотребляющих систем зданий.
3.2. Источники теплоснабжения и их выбор
Источниками тепловой энергии в централизованных системах
теплоснабжения служат ТЭЦ, производящие одновременно и электроэнергию,
и теплоту (теплофикационное теплоснабжение), крупные коммунальные либо
производственные котельные, именуемые иногда районными
производственными тепловыми станциями (централизованное теплоснабжение)
и небольшие котельные установки, снабжающие теплотой отдельные здания
или группы зданий.
За счет теплофикации обеспечиваются потребности в электрической и
тепловой энергии и таким образом, достигается существенная экономия
топлива по сравнению с раздельной выработкой этих энергоресурсов.
32
Ранее считалось, что для условий России сооружение ТЭЦ экономически
'
Q
'' ср.н
o в г тех
Q
''
Q Q Q Q
'
Q
отб
''
отб
QQ
'
отб
'
QQ
оправдано в случае, если к ним присоединяется расчетная тепловая нагрузка,
превышающая, как правило, величину
=700…900 МВт (600…800 Гкал/ч).
При значительно меньших нагрузках эффективнее становится применение
котельных 4, 8. Однако в последние 5-10 лет с успехом развиваются и
функционируют не только когенерационные, но и тригенерационные
источники теплоты, мощностью в 5 МВт (4,29 Мкал/ч), производящие
электрическую, тепловую энергию и холод.
В паротурбинных ТЭЦ энергия пара высоких параметров, отработав в
турбине, используется для получения теплоты на коммунально-бытовые нужды
(отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение) или для технологических
процессов. Оборудование ТЭЦ более сложное, поэтому капитальные затраты на
сооружение ТЭЦ, как правило, больше, чем на сооружение отдельно котельных
и конденсационных тепловых электрических станций (ТЭС). В связи с этим
выбор источников теплоэнергоснабжения должен выполняться на основе
технико-экономического сравнения нескольких возможных вариантов по
величине приведенных затрат 4, 8. В случае выбора в качестве источника
теплоты в системе теплоснабжения теплоэлектроцентрали, тип, мощность и
число турбин ТЭЦ подбирают по величине расчетной тепловой нагрузки
.
Однако, как видно из годового графика (рис.1), высокие коммунальнобытовые тепловые нагрузки, близкие к расчетным, необходимо подавать
потребителям только в течение короткого периода года (в наиболее холодное
время). Поэтому мощность отбора пара из турбин
меньше, чем максимальная тепловая нагрузка, т.е.
тепловую нагрузку (
), используемую только в наиболее холодное время
целесообразно выбирать
. Недостающую
отопительного периода, выгодно покрывать за счет более дешевых источников – пиковых водогрейных котлов. В связи с этим при проектировании ТЭЦ
используется понятие коэффициента теплофикации.
33
Коэффициентом теплофикации по нагрузке
ò
'
отб
т
'
Q
Q
'
отб
''
пик
QQQ
т
т.опт
ср
т.опт
т.опт
ср
т.опт
т
т.опт
год
т
год
отб
Q
год
Q
год
год
отб
год
т
Q
Q
год
т
т
год
т
называется доля расчетной
суммарной тепловой нагрузки, покрываемая из отборов пара турбин:
, (29)
Величина нагрузки, покрываемая за счет пиковых источников,
определяется в этом случае по формуле
Оптимальные значения коэффициента теплофикации
. (30)
зависят от
режима теплопотребления, стоимости топлива и других факторов. Как показали
технико-экономические расчеты и практика 4,8, оптимальный коэффициент
теплофикации для коммунально-бытовой нагрузки находится в следующих
пределах:
– для Европейской части и Урала
– для Сибири
= 0,35–0,67 (
= 0,4–0,7 (
= 0,50).
= 0,55);
Для технологической нагрузки, являющейся, как правило, довольно
равномерной, оптимальные значения
Годовым коэффициентом теплофикации
количества теплоты, получаемой в течение года из отборов турбин
к общему количеству теплоты, получаемой системой
Графически годовой коэффициент теплофикации
существенно выше
называется отношение
(ГДж),
= 0,85–1,0.
, (ГДж),
.
может быть
определен как отношение заштрихованной части площади кривой годового
графика (рис.1) к общей площади.
Как показывают расчеты [8], при указанных выше оптимальных
значениях коэффициента теплофикации по нагрузке
=0,50–0,56 доля
годового отпуска теплоты из отборов получается довольно высокой
(
=0,85–0,95), что и обеспечивает высокую экономичность работы
теплофикационной системы с пиковыми котлами.
34
Для выбора состава турбогенераторов вначале нужно задаваться
ср
т.опт
'
отб
Q
'
п.отб
D
o вг
' ' '
Q ,Q ,Q
'
отб
Q
'
п.отб
D
'
Q
'
1
'
2
'
G
ср.н
o вг
' ' '
G G G G
'
п.отб
D
'п'
п
,tР
средними оптимальными значениями
тепловую нагрузку отборов пара из турбин
отборов
. По полученным расходам теплоты и пара подбирается несколько
, по ним определять необходимую
и необходимый расход пара из
вариантов типов и число турбин. Выбор оптимального типа и числа агрегатов
для их установки на источнике определяют на основе технико-экономических
расчетов.
Для покрытия коммунально-бытовой нагрузки (
) рекомендуется
использовать теплофикационные турбины типа Т, а при наличии еще и
нагрузки по пару – турбины типа ПТ 4, 8.
Для водяной системы теплоснабжения по тепловой нагрузке и расходу
пара из отборов турбин
и
выбираются также пароводяные
подогреватели сетевой воды (СП). Исходными данными для выбора турбин и
сетевых подогревателей являются:
суммарная расчетная тепловая нагрузка коммунально-бытовых
потребителей
;
расчетная температура воды в подающей линии водяных сетей (обычно
=150 °С) и в обратной –
расчетный суммарный расход сетевой воды
= 70 °С;
, определяемый как сумма
расчетных расходов по нагрузкам отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения
;
расчетный расход пара из отборов турбин на нагрев теплофикационной
воды
(с учетом теплопотерь) и необходимые параметры пара
Для подбора оборудования источника теплоты используется следующая
.
методика:
теплофикационной воды с учетом теплопотерь:
1. Определяется расчетная тепловая нагрузка ТЭЦ для нагрева сетевой
35
'
пот
ср.н
Г
'
в
'
o
'
пот
''
ТЭЦ
QQQQQQQ
,
'
пот
Q
ср
т.опт
'
ТЭЦ
ср
т.опт
'
отб
QQ
'
отб
'
ТЭЦ
'
пк
QQQ
'
2
'
1
ср
т.опт
'
2
'
сп1
ср
т.опт
''
12
150 , 70CC
C 114)70150(55,070
'
сп
п
t
п
'
сп1
'
п
tt
'
п
t
'
отб
P
п
h
'
отб
P
конд
h
где
– потери теплоты в системе теплоснабжения.
2. Выбирается оптимальное значение коэффициента теплофикации для
коммунально-бытовой нагрузки:
.
3. Определяется необходимая тепловая мощность теплофикационных
отборов пара турбин:
,
и мощность пиковых котлов:
.
4. Строится годовой график продолжительности тепловых нагрузок. На
этом графике показываются базовая и пиковая части тепловой нагрузки
покрываемой ТЭЦ. По графику находят температуру наружного воздуха, при
которой включаются в работу пиковые котлы, а также число часов работы
пикового источника теплоты в течение отопительного периода.
5. Определяется необходимая максимальная температура нагрева
теплофикационной воды в сетевых подогревателях для принятого
температурного графика:
, °С,
при
=0,55,
; тогда
.
6. Определяется необходимая температура насыщенного пара в
теплофикационных отборах турбин.
Температуру пара на входе в сетевой подогреватель принимают выше
температуры нагреваемой воды ориентировочно
=4–10 °С, тогда
температура пара определяется по формуле
.
7. По таблицам насыщенного пара и воды для данной
расчетное давление пара в отборе
сетевом подогревателе (вода на линии насыщения при
находится
, энтальпия
и энтальпия конденсата в
) –
.
36
8. Определяется суммарный расчетный расход пара в теплофикационных
кондп
'
отб
отб
hh
Q
D
'
отб
P
'
п.отб
D
пт
P
пт
D
'
п.отб
D
отборах:
.
9. Для полученных параметров пара теплофикационных отборов
и параметров пара на технологические нужды
,
по 1,8,10
выбирается тип и число турбин так, чтобы номинальные параметры этих
турбин были близки к расчетным.
Тип и число сетевых подогревателей выбираются также по величине
теплофикационного отбора пара
и по расчетному расходу сетевой воды
1,8,10.
Далее после выбора турбин и сетевых подогревателей выполняется
расчет тепловой схемы ТЭЦ по методике, изложенной в литературе 8.
В случае выбора котельной установки в качестве источника теплоты
электроснабжение предприятий и районов должно осуществляться от
электростанций (ГРЭС, ГЭС и т.д.).
,
Паровые котельные используются в основном для обеспечения паром
технологических потребителей предприятий 8, 17. Отпуск теплоты системам
отопления, вентиляции и горячего водоснабжения предприятий производится
за счет нагрева воды в пароводяных подогревателях.
Пароводогрейные котельные, оборудованные как паровыми, так и
водогрейными котлами, используются для отпуска пара предприятиям и
сетевой воды для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения
предприятиям и прилегающим жилым районам.
Водогрейные котельные применяются обычно для теплоснабжения
жилых районов. Центральные водогрейные котельные, для которых мазут
является основным или резервным топливом, должны в своем составе иметь и
паровые котлы небольшой мощности для обеспечения паром мазутного
хозяйства и для собственных нужд. Основные типы паровых и водогрейных
котлов приведены в 8,9, 17.
37
Число и производительность котлов выбирают по расчетной тепловой
'
Q
'
пот
Q
'
сн
Q
''
пот.вк
05,0...03,0
QQ
''
сн.вк
05,0...03,0
QQ
''
пот.пк
10,0...05,0
QQ
''
сн.пк
15,0...10,0
QQ
min.хол
н
t
нагрузке внешних потребителей
на собственные нужды
.
с учетом теплопотерь
и затрат теплоты
При ориентировочных расчетах можно принимать:
– для водогрейных котельных
,
;
– для паровых котельных
,
.
Общую производительность котлов обычно выбирают с небольшим
запасом (3%). Типоразмеры и число котлов должны быть такими, чтобы при
выходе из строя одного наиболее крупного котла все остальные обеспечивали
максимальную технологическую тепловую нагрузку и среднюю нагрузку на
отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для наиболее холодного
месяца (при
).
Районные котельные используются как источники теплоснабжения всех
потребителей района жилой застройки или промышленной зоны.
Теплогенераторами при этой схеме теплоснабжения являются паровые или
водогрейные котлы, устанавливаемые соответственно в паровых и водогрейных
котельных. Выбор типа котлов зависит от характера тепловых потребителей и
требований к виду теплоносителя.
В качестве источников при автономном (децентрализованном) и местном
теплоснабжении могут выступать квартальные и групповые
теплогенерирующие установки, предназначенные для снабжения теплотой
одного или нескольких кварталов, группы жилых домов, общественных зданий.
В качестве теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения
применяется, как правило, вода; иногда – пар давлением до 0,17 МПа.
Тепловые сети при этом имеют минимальную протяженность. Достоинство
такого теплоснабжения: небольшая стоимость источника теплоснабжения и
тепловых сетей; простота монтажа и обслуживания; быстрый ввод в
эксплуатацию; разнообразие типов котлов по теплопроизводительности.
38
Мощность источника теплоснабжения и его основное оборудование
'
Q
min
нно
tt
хол.min
н
t
о.ср
н
t
ср.лет
н
t
ист
'
Q
' ср.н
ист пот соб.н о в г т пот соб.н
= + + = + + + + +
' ' ' ' ' ' ' '
Σ
Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q
1
2
''
пот
05,0...03,0 QQ
выбирают по величине расчетных тепловых нагрузок
. При проектировании
источника рекомендуется 8 составлять сводную таблицу тепловых нагрузок
по видам и суммарных нагрузок для 4-х характерных режимов:
1) максимально-зимний (при
2) средний для наиболее холодного месяца (при
3) средний для отопительного сезона (при
4) летний (при
).
);
);
);
Теплоноситель, отпускаемый источником теплоснабжения (ТЭЦ или
котельной) должен иметь параметры (давление и температуру), учитывающие
сопротивление сетей и теплопотери в окружающую среду.
Выработанная в источнике тепловая энергия в виде того или иного
теплоносителя (вода, пар), транспортируется по тепловым сетям к абонентским
вводам потребителей.
Водяные системы применяют в основном для теплоснабжения сезонных
потребителей и горячего водоснабжения, а в некоторых случаях и для
технологических процессов.
Паровые системы теплоснабжения распространены в основном на
промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная тепловая
нагрузка.
Расчетную нагрузку источника теплоснабжения
нужно определять
по внешней присоединенной нагрузке также с учетом теплопотерь и расхода
теплоты на собственные нужды:
. (31)
Падение температуры в водяных системах с исправной теплоизоляцией,
как правило, невелико: в подающей магистрали
=0,5-2,0 °С. Поэтому при ориентировочных расчетах для выбора источника
можно принимать теплопотери в водяных сетях
=1–3 °С, в обратной -
.
39
Тепловые потери в паропроводах из-за высокой температуры достигают
пP
пt
значительной величины, что может приводить и к конденсации части пара.
Поэтому необходимые параметры пара на источнике и расчетный расход пара
нужно определять на основе гидравлического и теплового расчетов паровых
сетей 4,8,10. Для ориентировочных расчетов можно принимать давление пара
0,1 МПа/км, а падение температуры
10-20 °С/км 8.
3.3. Тепловые сети и их схемы
В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы
теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными,
четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не
остается постоянным (рис.2 а, б, в, г, д, е) [5].
Наиболее экономичные однотрубные системы применяются только тогда,
когда среднечасовой расход сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и
вентиляции, совпадает со среднечасовым расходом воды, потребляемой для
горячего водоснабжения (рис.2 а).
Наибольшее распространение в нашей стране получили двухтрубные
системы теплоснабжения (рис.2 б, в).
Если источник теплоты находится на значительном расстоянии от
теплоснабжаемого района, целесообразно применять комбинированную схему
системы теплоснабжения (рис.2г). Это сочетание однотрубной системы и
двухтрубной. В такой системе имеется дополнительная водогрейная котельная,
которая размещается непосредственно в теплоснабжаемом районе.
Двухтрубные водяные системы теплоснабжения в зависимости от схемы
систем горячего водоснабжения (рис.3) бывают закрытыми и открытыми. В
закрытых системах для горячего водоснабжения используется водопроводная
вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из
тепловой сети (рис.2в, д.; рис.3а).
40
1
2
3
4
5
6
7
8
а
1
2
3
4
5
6
7
8
9
б
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
в
1
2
3
4 5
17
16
15
6
7
8
г
9
1
2 3
4
5
6
7
8
12
10
11
д
1
2
3
4
5
6
7
9
14
13
8
е
Рис.2. Схемы водяных систем теплоснабжения:
а - однотрубная; б - двухтрубная открытая; в - двухтрубная закрытая; г - комбинированная;
д - трехтрубная; е - четырехтрубная;
1 – источник теплоты; 2 – подающий трубопровод тепловой сети; 3 – абонентский ввод;
4 – калорифер системы вентиляции 5 – теплообменник системы отопления;
6 – отопительный прибор; 7 – местная система отопления; 8 – система горячего
водоснабжения; 9 – обратный трубопровод тепловой сети; 10 – теплообменник горячего
водоснабжения; 11 – водопровод холодной воды; 12 – технологическая установка;
13 – подающий трубопровод горячего водоснабжения; 14 – рециркуляционный трубопровод
горячего водоснабжения; 15 – котельная; 16 – водогрейный котел; 17 – насос.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]