1.3 Достоинства, недостатки и область применения централизованного теплоснабжения и теплофикации

Выше было указано, что повышение степени централизации теплоснабжения, как правило, приводит к экономии топлива, металла, трудовых ресурсов и к снижению загрязнения окружающей среды.

Экономию топлива Вт при переходе от теплоснабжения от мелких котельных к теплоснабжению от крупных, более экономичных котельных можно оценить по формуле:

(1)

где: Q – теплота, полученная потребителем, ГДж;

_МК, _МТС – соответственно КПД мелкой котельной и её тепловых сетей;

_КРК, _КРТС – то же крупной котельной и её сетей.

Такой же эффект дает перевод на теплоснабжение от ТЭЦ.

Комбинированное производство теплоты и электроэнергии ТЭЦ дает также экономию топлива при выработке электроэнергии.

Вэ = Эт  (b_КЭСЭ - b_ТЭ) - (Э - Эт)  (b_ТКЭ - b_КЭСЭ) (2)

где: Э и Эт - соответственно полная и комбинированная (теплофикационная) выработка электроэнергии на ТЭЦ;

b_КЭСЭ, b_ТЭ, b_ТКЭ - соответственно удельные расходы топлива на выработку электроэнергии на КЭС энергосистемы, на ТЭЦ теплофикационным способом и на ТЭЦ конденсационным способом.

Формулы (1) и (2) получены, исходя из допущения, что экономия топлива при комбинированном производстве теплоты и электроэнергии на ТЭЦ целиком относится на электроэнергию. Суммарная экономия топлива при выработке электроэнергии на ТЭЦ, подсчитанная таким образом, достигла в СССР в 1990 г. около 40 млн. т.у.т., что составило около 12% расхода топлива на производство электроэнергии на всех тепловых электростанциях страны.

Рассмотрим зависимость удельных капиталовложений в водогрейные котельные на газе и мазуте от их установленной мощности (таблица 2). Из таблицы видно, что удельные капиталовложения в котельную мощностью 10 МВт в 2,3 раза превышает аналогичную величину для котельной мощностью 50 МВт. Это значит, что сооружение котельных мощностью по 50 МВт. потребует инвестиций в 2,3 раза меньше, чем сооружение котельных мощностью 10 МВт для покрытий одной и той же тепловой нагрузки.

Таблица 2- Зависимость удельных капиталовложений в водогрейные котельные на газе и мазуте от их установленной мощности

Установленная мощность водогрейной котельной, МВт	10	20	30	40	50	100
Отношение удельных капиталовложений в котельную данной мощности к удельным капиталовложениям в котельную мощностью 50 МВт	2,3	1,8	1,2	1,1	1,0	0,9

Под теплоснабжением понимают систему, обеспечения теплом зданий и сооружений. На тепловые потребления затрачиваются 25% всех ресурсов. Наиболее экономичное использование топлива обеспечивают централизованные теплоснабжения (ЦСТ).

ЦСТ – состоит из следующих основных элементов. Источника тепла, тепловых сетей и местных систем потребления – систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Для централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали ТЭЦ и районные котельные (РК).

На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая намного меньше удельных расходов топлива при получении электроэнергии. При этом, сначала тепло рабочего тела – водяного пара – используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ.

Расход энергии может быть в виде тепла и электрической энергии. В этом и состоит электрический смысл комбинированной выработки тепла и электроэнергии: на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала, для теплоснабжения.

Раздельная выработка: электроэнергию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепло - в котельных. В конденсаторах паровых турбин на КЭС поддерживается глубокий вакуум, которому соответствуют низкие температуры (15 – 20 ⁰С), и охлаждающую воду не используют. В результате на теплоэнергию используют дополнительное топливо. Следовательно, раздельная выработка экономически менее выгодна, чем комбинированная.

Рассмотрим принципиальную схему ТЭЦ и сравним её работу с работой КЭС (рис.1 и рис.2).

Из котла 1 пар под давлением 14 – 15 МПа поступает в теплофикационную турбину 2 электрогенератора 3. В турбине давление пара снижается до 0,2 МПа. Затем пар поступает в камеру отбора 4, откуда часть пара поступает в подогреватель 6, где обратная вода из тепловой сети подогревается и идет на теплоснабжение, а часть пара поступает во вторую ступень турбины 2^’, в которой, расширяясь до 0,06 МПа совершает дополнительную работу по выработке электроэнергии. Отработанный пар поступает в конденсатор 5, где отдает тепло охлажденной воде. Конденсат из 5 и водоподогревателя 6 насосами 13 подается в деаэратор 14 и регенератор подогрева 15 и далее в котел 1. Обратная вода из тепловой сети насосом 11 через грязевик 12 подается в котел. Потери воды восполняются из водоподготовки насосом 10. Из подогревателя вода поступает на горячее водоснабжение 8 и отопительные приборы 9 и далее в обратную линию. При понижении температуры наружного воздуха включается тепловой котел 7.

Результат применения комбинированной схемы выработки электроэнергии можно оценить из выражения:

В_ЭК = (В_КЭС + В_КОТ) - В_ТЭЦ (3)

где: В_ЭК – экономия топлива, которую дает комбинированная выработка электроэнергии ТЭЦ по сравнению с раздельным вариантом КЭС и котельная;

В_КЭС – расход топлива на КЭС;

В_КОТ – расход топлива котельными;

В_ТЭЦ – расход топлива на ТЭЦ.

Рисунок 1– Принципиальная схема ТЭЦ.

Рисунок 2 - Сравнение работы ТЭЦ и КЭС.

Передача тепловой энергии от её производителя к потребителю осуществляется посредством теплоносителя. Теплоноситель – горячая вода (для теплоснабжения городов), водяной пар (для теплоснабжения промышленных предприятий). Теплоноситель от источника тепла транспортируют по теплопроводам.

Горячая вода по подающим теплопроводам поступает к потребителям, отдают в теплообменниках свое тепло и после охлаждения к источнику тепла – так называемая непрерывная циркуляция. Непрерывную циркуляцию обеспечивает насосная станция источника тепла.

Водяной пар поступает к промышленным потребителям по паропроводам под собственным давлением, конденсируется в теплообменниках и отдает свое тепло. Образовавшийся конденсат возвращается к источнику тепла под действием избыточного давления или с помощью конденсационных насосов.

Протяженность тепловых сетей десятки километров, а диаметр магистралей до 1400 мм.

В состав тепловых сетей входят теплопроводы, компенсаторы, воспринимающие температуру удлинения, отключающие, регулирующие и предохранительное оборудование, устанавливаемое в специальных камерах или павильонах насосные станции, районные тепловые пункты (РТП) и тепловые пункты (ТП).

Тепловое потребление – это использование для коммунальных, бытовых и промышленных целей тепловой энергии в виде пара и горячей воды для отопления вентиляции горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и различных технологических нужд.

Промышленность – наиболее крупный потребитель тепла: 70% всей выработки электроэнергии, более 50% выработки тепла.

Для организации рационального использования тепла большое значение имеет теплофикация, которая является наиболее совершенным методом теплоснабжением и одним из путей снижения расходов топлива.

Теплофикация – это централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электроэнергии и тепла.

В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от раздельного метода тепло- и электроснабжения, когда электроэнергия – на электростанции, а тепло – в котельной.

При теплофикации различают два основных признака рационального энергоснабжения:

• Комбинированное производство электроэнергии и тепла осуществляется на ТЭЦ.

• Централизованное теплоснабжение, т.е. подача тепла от одного источника к многочисленным потребителям.

Централизованное теплоснабжение не является специфической особенностью теплофикации, т.к. централизованное тепло можно подавать и от других источников, например котельных.

Вывод: теплофикация – высшая форма энергоснабжения и наиболее рациональный метод использования энергоресурсов для теплоэнергоснабжения.