2.3 Теплоноситель в системе теплоснабжения
В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется вода и водяной пар. В теплоснабжении городов используют горячую воду.
Кроме воды и пара в качестве теплоносителей могут быть применены:
Высокотемпературные продукты горения (индивидуальное отопление, печь).
Низкотемпературные продукты горения (отходящие газы от промышленных печей).
Горячий воздух – при отоплении непосредственной подачей в помещение горячего воздуха.
Прочие теплоносители (дифенольная высококипящая смесь и др.).
В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы бывают одно-, двух-, трёх- или четырёхтрубными и комбинированными, если число труб в ТЭС не остаётся постоянным.
Преимущества и недостатки воды, как теплоносителя рассмотрены в таблице 3.
Таблица 3 - Преимущества и недостатки воды, как теплоносителя
Преимущества |
Недостатки |
1 Увеличивает выработку электроэнергии на ТЭЦ 2 Сохранение конденсата на ТЭЦ, т.к. вода тепловых сетей менее качественная, и ее потери обходятся дешевле 3 Возможность централизованного регулирования тепловой нагрузки 4 Более высокий КПД системы, вследствие более низкой температуры и отсутствия потерь конденсата и пара 5 Более высокие аккумулирующие способности воды вследствие большей плотности, теплоемкости, теплопроводности, соответственно (, с, ) 6 Возможность транспортировать на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры (уменьшение температуры воды в крупных системах составляет меньше 10С на 1 км пути) 7 В водяных системах давление пара в отборах турбин очень низкое (от 0,06 до 0,2 МПа). Водяные системы позволяют сохранить на ТЭС в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих паропреобразователей 8 Меньшая стоимость присоединения к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения 9 Возможность центрального регулирования отпуска теплопотребителя изменением температуры воды |
1 Повышенный расход электроэнергии на перекачку 2 Более жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы, это приводит к гидравлическому разрегулированию системы, вследствие высокой плотности 3 Большая чувствительность к авариям, при небольших повреждениях паропроводы могут длительное время работать, а водопровод – немедленная остановка 4 По условиям удовлетворительного теплового режима при одинаковой температуре вода и пар равноценны и только в особых технологических случаях пар может быть замещен водой (обдувка, пропарка, дутью) |
Количество воды проходящей через конденсаторы турбины ТЭС равно 150 км3/год. Вода и водяной пар на ТЭС движутся по замкнутому контуру: котёл – пароперегреватель – турбина – конденсатор – деаэратор – котёл. Вода в этом цикле является рабочим телом, получающим энергию в котле и отдающим её в турбине. Потери рабочего тела компенсируется "добавком", который приготавливается на водоочистке из природной воды.
Хотя очистка этой "добавочной" воды на современных ТЭС выполняется весьма тщательно, некоторое количество примесей все же вносится водой в паровые котлы. Для удаления примесей часть воды из котла выпускают, осуществляя продувку.
В барабанном котле не вся питательная вода превращается в пар.
Дпв = Дп + Дпрод (8)
где: Дпв – количество питательной воды, подаваемой в котлоагрегат;
Дп – паропроизводительность котла;
Дпрод – расход воды на продувку.
В прямоточных котлах котловой воды нет, вся питательная вода превращается в пар.
Дпв = Дп (9)
Баланс солей для прямоточного котла выражается равенством:
Дпв Спв = Дп Сп + В (10)
Для барабанного котла:
Дпв Спв = Дп Сп + Дпрод Спрод + В (11)
где: Спв, Сп, Спрод – концентрация солей в питательной воде, в паре и продувочной воде;
В – количество веществ, оседающее в системе (в трубах котла) в виде накипи и рыхлого шлака.
Все вещества приносимые водой (Дпв, Спв) в прямоточный котёл, уносятся с паром в турбину (Дп, Сп) или оседают в трубах котла. Из барабанного котла вещества могли бы быть выведены с продувочной водой.
Основным потребителем воды на ТЭС являются конденсаторы турбин; вода требуемая на охлаждение турбинных и трансформаторных масел по воде на три порядка меньше, чем для охлаждения турбин конденсаторов.
При работе с градирнями тёплая вода поступает в них, где в результате частичного испарения и контакта с восходящим потоком воздуха охлаждается. Затем вода собирается в ёмкости, находящиеся под градирней, и насосом вновь подаётся на охлаждение конденсаторов турбин и д.р. аппаратов (рис.3).
При такой циркуляции охлаждающей воды часть её испаряется, часть уносится ветром, и некоторая часть удаляется при продувке для поддержания определенного уровня солесодержания и жёсткости циркулирующей воды.
Уравнение баланса солей при установившемся состоянии:
Сдоб Ддоб = (Дунос + Дпрод) Сцирк (12)
С
ледующим,
по количеству потребляемой воды на ТЭС
– системы гидзолоудаления (ГЗУ) воды.
Системы ГЗУ имеются только на ТЭС и в
котельных, сжигающих твёрдое топливо.
В прямоточных (рис.4б) системах вся вода, транспортирующая на золоотвал остатки, после освобождения от них, т.е. после осветления сбрасываются в природные водоёмы.
В обратных (рис.4а) системах ГЗУ сбрасывается намного меньшее количество воды, но концентрация примесей больше.
По всем ТЭС системы Минэнерго общее количество воды на гидравлическое удаление золы и шлака достигает примерно 300 – 500 тыс. тонн час или 2.5 – 4.5 км3 за год.
Если среднегодовой расход сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, совпадает со среднечасовым расходом воды, потребляемой для горячего водоснабжения, целесообразно использовать однотрубные разомкнутые системы (рис.5а).
Рисунок 5– Схемы систем теплоснабжения
а – однотрубная
система;
б,
в – двухтрубная система; г
–комбинированная; д
– трёхтрубная;
е
– четырёхтрубная. 1
– источник тепла, 2 – подающий теплопровод
теплосети, 3 – абонентский ввод, 4 –
калорифер вентиляции, 5 – абонентский
теплообменник отопления, 6 – нагревательный
прибор, 7 – трубопроводы местной системы
отопления, 8 – местная система горячего
водоснабжения, 9 – обратный трубопровод
теплосети, 10 – теплообменник горячего
водоснабжения, 11 – холодный водопровод,
13 – подающий трубопровод горячей воды,
14 – рециркуляционный трубопровод
горячей воды, 15 – котельная, 16 –
водогрейный котёл, 17 – насос.
Если расчётные расходы сетевой воды больше расхода воды, потребляемой для горячего водоснабжения – двухтрубные системы, т.е. открытые полузамкнутые и закрытые (рис.5б и рис.5в).
При значительном удалении источника тепла от теплоснабжаемого района ("загородные" ТЭЦ) целесообразные комбинированные системы тепловых сетей - сочетание однотрубной системы и полузамкнутой двухтрубной системы (рис. 5г). В такой системе пиковый водогрейный котёл размещается непосредственно в теплоснабжаемом районе, образуя дополнительную водогрейную котельную.
От ТЭЦ до котельной подаётся по одной трубе только такое количество воды (высокотемпературной), которое необходимо для горячего водоснабжения. Внутри же теплоснабжаемого района устраивается обычная полузамкнутая двухтрубная система.
Трёхтрубные системы находят применение в промышленных системах ТС с постоянным расходом воды, подаваемой на технологические нужды (рис. 5д).
Четырёхтрубные системы (рис.5е) из-за большого расхода металла применяются лишь в мелких системах с целью упрощения абонентских вводов.
В таких системах вода для местных систем горячего водоснабжения приготовляется непосредственно у источника тепла (в котельных) и по особой трубе подводится к потребителям, где непосредственно поступает в местные системы горячего водоснабжения. В этом случае, у абонентов отсутствуют подогревательные установки, горячая вода возвращается из подогрева к источнику тепла. Две другие трубы в такой системе предназначаются для местных систем отопления.
Двухтрубные водяные системы (открытые и закрытые) различаются технологией приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения.
В закрытых системах горячего водоснабжения (рис.6а) используется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из ТС.
В открытых системах (рис.6б) воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловых станций.
Отбор воды из подающей и обратной труб тепловых станций берут в таких местах, чтобы после смешения она приобрела нужную температуру.
