EPD89

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

А.С. Ненишев, В.В. Максимов

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

И ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ КОТЕЛЬНОЙ

Учебное пособие

Омск

СибАДИ

2010

71

ВВЕДЕНИЕ

Энергетика является ведущей отраслью народного хозяйства. Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, быт потребляют электрическую и тепловую энергию.

Развитие промышленной энергетики РФ идет по пути централизации как потребителей энергии (тепловой и электрической), так и энергоисточников тепловых электростанций, промышленных котельных.

При этом роль крупных центральных промышленноотопительных котельных в системах теплоснабжения наряду с тепловыми электрическими станциями непрерывно возрастает. В перспективе им также будет принадлежать ведущее место в балансе теплоснабжения промышленности и жилых массивов.

В связи с этим вопросы проектирования центральных теплоисточников, рационализация и систематизация технических решений в этой области, обеспечивающих высокие экономические показатели проектируемых установок, приобретает повышенную значимость.

Настоящее учебное пособие преследует цель углубленного изучения студентами основных принципов составления и расчета тепловых схем производственно-отопительных котельных и отдельных их узлов, а также выбора размеров дымовой трубы с целью уменьшения выброса вредных веществ в окружающую атмосферу.

5

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

1.1.Основные виды и системы потребления тепла

Внашей стране происходит непрерывный рост промышленного производства, осуществляется широкое жилищное строительство, развивается сельское хозяйство. В РФ на долю тепла приходится

примерно 70 80% всей расходуемой энергии как в настоящее время, так и в перспективе ближайших лет [1].

Основным способом получения тепла является сжигание топлива в котлах. Другие способы превращение электроэнергии в тепло, использование солнечной энергии, теплогеотермальных источников, а также атомной энергии пока играют незначительную роль в энергетическом балансе РФ. Кроме того, не менее 80% всей электроэнергии в этом балансе вырабатывается на тепловых электрических станциях. При этом в электроэнергию переходит в лучшем случае 35 40% от всего тепла, выделившегося при сжигании топлива, а остальное тепло бесполезно теряется с охлаждающей водой, дымовыми или выхлопными газами и т.п., в связи с чем появляется возможность хотя бы частичного покрытия потребности в тепле за счет тепла, теряемого на электростанциях.

Такой метод теплоснабжения, основанный на комбинированной выработке тепловой и электрической энергии электростанциями специального типа, носит название теплофикации. Теплофикация является принципиально наиболее эффективным с точки зрения использования тепла методом теплоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий. Однако по ряду причин наряду с ней применяются также другие методы теплоснабжения, области применения которых определяются в основном масштабами выработки и назначением расходуемого тепла.

Разнообразные процессы, связанные с потреблением тепла, можно отнести к двум основные категориям:

а) потребление тепла для коммунально-бытовых нужд, т.е. для обеспечения комфортных условий труда и быта в жилых, общественных и производственных помещениях;

б) потребление тепла для технологических нужд, т.е. для обеспечения выпуска промышленной или сельскохозяйственной продукции заданного качества.

7

Первая категория в масштабе народного хозяйства РФ является преобладающей. По литературным данным [1], на долю коммуналь- но-бытовых нужд В настоящее время приходится около 70%, а на долю технологических нужд только около 30% всего теплового потребления страны.

Рост суммарного потребления тепла иллюстрируется кривой Q (рис. 1.1), показывающей, что в каждом пятилетии имеет место по сравнению с предыдущим увеличение потребления тепла в 1,3 1,6 раза [2].

выбора рационального направления теплоснабжения. При этом необходимо помнить, что три четверти потребления тепла покрывается за счет печей и мелких котельных. Из-

вестно, что КПД печей находится на уровне 20 25%, а мелких котельных на уровне ~ 50%, поэтому повышение КПД местных источников тепла на 1% может дать ежегодно экономию условного топлива примерно 2 млн т, что существенно для районов страны без собственных запасов топлива.

Если же учесть более высокие темпы роста потребления тепла жилищно-коммунальным сектором по сравнению с увеличением потребностей промышленности, то необходимость быстрого и рационального решения данной задачи станет еще более актуальной.

Обеспечение возрастающих потребностей в тепле может идти двумя путями: наиболее экономичным по расходу топлива методом теплофикации и теплоснабжением от котельных разных типов.

При низких (50 100 МВт) тепловых нагрузках сооружение теплоэлектроцентралей с установкой на них паровых турбин и энергетических котельных агрегатов со вспомогательным оборудованием в настоящее время экономически не может быть оправдано.

8

Одним из путей рационального теплоснабжения районов с низкими тепловыми нагрузками является сооружение крупных центральных производственных котельных с паровыми и водогрейными котлами и отопительных с водогрейными котлами производительностью для европейской части страны до 150 МВт, а за ее пределами до 300

МВт [3].

Такое разделение связано с тем, что в европейской части стоимость топлива существенно выше, чем в других районах страны. Подобные котельные обычно размешают в центре тепловых нагрузок, иногда среди массива жилых домов, вследствие чего для выполнения правил санитарно-гигиенического надзора за состоянием воздушного бассейна топливом для них должны быть природный газ, малосернистый мазут или высококачественные сорта твердого топлива.

Исходя из этих предпосылок и наличия в стране большого числа производственно-отопительных и отопительных котельных, в настоящее время осуществляются перевод имеющихся котельных на природный газ и мазут, строительство укрупненных и ликвидация мелких котельных, в первую в очередь на твердом топливе.

Наряду с этим в крупных городах на теплоэлектроцентралях для покрытия пиковых тепловых нагрузок устанавливают водогрейные котлы теплопроизводительностью 100 и 180 МВт. Это позволяет не только обеспечить теплом потребителей, но и уменьшить его себестоимость за счет снижения расходов топлива, уменьшения численности персонала, эксплуатационных и некоторых других затрат [4].

Изложенное выше показывает, что использование производст- венно-отопительных и отопительных котельных сохранится на достаточно длительный срок и для осуществления рационального теплоснабжения необходимо максимальное укрупнение котельных всех типов и оснащение их современными котлоагрегатами большой единичной производительности.

1.2.Системы тепловых сетей и схемы присоединения

кним потребителей тепла

Тепловые сети необходимое звено системы централизованного теплоснабжения, связывающее источники теплоснабжения (ТЗЦ, местные котельные) с местными системами потребления тепла. Отпуск тепла из тепловых сетей в местные системы потребления тепла осу-

9

ществляется посредством специальных устройств: узлов присоединения, тепловых пунктов, тепловых центров, абонентских вводов и т.п.

Тепловые сети различается по виду применяемого в них теплоносителя на водяные и паровые. В водяных сетях движется горячая вода с начальной температурой от 60 до 150 °С . В перспективе возможно применение более высоких температур в сетях, порядка 180 200 °С [5]. В паровые сети поступает насыщенный или перегретый водяной пар при давлениях, как правило, от 3 до 16 бар и температурах соответственно от 120 до 300 °С.

Использование воды и водяного пара в качестве теплоносителя в тепловых сетях объясняется следующими основными преимуществами [5]:

1)общедоступностью воды;

2)большой теплоемкостью, вследствие которой сокращается расход теплоносителя на единицу транспортируемого тепла и сводится к минимуму снижение его температуры за счет тепловых потерь;

3)химической устойчивостью воды и водяного пара при низких

исредних температурах.

Наряду с преимуществами вода и водяной пар как теплоносители обладают также некоторыми недостатками. В частности, вода мало пригодна для транспорта тепла при средних и тем более высоких температурах, примерно от 250 °С и выше, так как во избежание ее вскипания транспорт такой воды может осуществляться только при высоких давлениях. То же относится и к насыщенному или слабо перегретому пару. При большом перегреве и низких давлениях водяной пар по свойствам приближается к газу, поэтому становится малопригодным в качестве теплоносителя.

Помимо вида теплоносителя, тепловые сети различаются по направлению потоков теплоносителя на открытые и закрытые. Наиболее просты по схеме открытые сети, в которых теплоноситель подается от источника тепла по тепловым сетям в местные системы потребления тепла и после использования в этих системах не возвращается обратно к источнику теплоснабжения. Такие сети обычно выполняются однотрубными, хотя возможна их прокладка из нескольких труб, но с движением теплоносителя только в одном направлении от источника теплоснабжения к тепловому потребителю. Прокладка нескольких труб параллельно по общей трассе может потребоваться в случае отпуска от одного источника либо пара различных начальных давлений,

10