водогрейный котел, 12 и 13 – прямая и обратная магистраль (теплосеть)
Рисунок 21 – Схема ТЭЦ с турбинами типа «Т»
Использование ТЭЦ в качестве источника тепла в системе теплофикации, которая базируется на комбинированной выработке электроэнергии и тепла, позволяет получить экономию тепла по сравнению с системой раздельной выработки этих двух видов энергии на КЭС и РК. Наглядно это видно на примере ТЭЦ с турбинами типа «Р», в схеме которой отсутствует главный источник тепловых потерь – конденсатор. В этом случае к.п.д. ТЭЦ по выработке электроэнергии существенно выше к.п.д. КЭС и имеет место экономия общего расхода тепла и, следовательно, топлива. На ТЭЦ с турбинами типа «Т» или «ПТ» пропуск пара в конденсатор уменьшается по сравнению с конденсационными турбинами из-за отбора части пара из промежуточных ступеней турбины для целей теплоснабжения. В этом случае уменьшаются потери тепла в холодный источник и увеличивается к.п.д. станции, который и определяет экономию топлива.
5.2 Схемы тепловых сетей [9, 10]
Пар и горячая вода от источников тепла поступает в тепловые сети.
Тепловые сети строятся по иерархии:
а) высший уровень – магистральные тепловые сети, соединяющие источник тепла с крупными районными тепловыми узлами (РТП);
б) низший уровень – распределительные тепловые сети, с помощью которых тепло транспортируется в групповые или индивидуальные тепловые пункты.
Магистральные тепловые сети выполняются радиальными или кольцевыми (рис.22).
Рисунок 22 – Схемы радиальных (а) и кольцевых (в) тепловых сетей
Кольцевые теплосети используются при наличии нескольких источников тепла и обеспечивают более надежное теплоснабжение, так как при выходе из строя одного из источников тепло по кольцевым тепловым сетям может поступать от других источников тепла.
Распределительные тепловые сети подключаются к магистральным через водоводяные теплообменники или с помощью смесителей (насосов, эжекторов). В первом случае местные системы теплоснабжения являются независимыми, так как давление в местной тепловой сети не зависит от давления в магистральном трубопроводе.
Прокладка тепловых сетей может быть как подземной, так и надземной. Надземная прокладка тепловых сетей по затратам на строительство более экономична, чем подземная.
Подземные трубопроводы прокладываются в проходных (а), полупроходных, непроходных каналах (б) или бесканальным (в) способом (рис.23).
1 – коллектор, 2 и 3 – трубопроводы прямой и обратной магистрали,
4 – паропровод, 5 – городской водопровод, 6 – телефонные и электрические кабели,
7 – опоры, 8 – бетонные лотки, 9 – песчано-галечная засыпка (подушка)
Рисунок 23 – Схемы подземной прокладки тепловых сетей
В проходных каналах (коллекторах 1), помимо трубопроводов прямой (2) и обратной (3) магистралей, прокладываются паропроводы (4), водопровод (5),телефонные и электрические кабели (6). Трубопроводы прокладываются на опорах 7. Высота и ширина коллекторов позволяет производить обслуживание и ремонт проложенных в нем коммуникаций.
В непроходных каналах трубопроводы размещаются на опорах в специальных бетонных лотках, что позволяет предохранить их от воздействия грунтовых вод. При бесканальной прокладке, которая на 25÷30% дешевле канальной непроходной прокладки, трубопроводы укладываются непосредственно в земле (обычно трубы диаметром менее 300 мм).
На подземных теплопроводах необходимое оборудование (задвижки, воздушники, дренажные устройства) размещается в специальных камерах (колодцах). Наземные теплопроводы прокладываются над землей, на стоящих опорах и эстакадах.
Теплопроводы выполняются из стальных труб. Для уменьшения потерь тепла, снижения уровня падения температуры теплоносителя по длине трассы и снижения температуры на поверхности теплопровода используется тепловая изоляция. В качестве изоляционных материалов используется минеральная и стеклянная вата, совелитовые, вулканитовые и другие материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Для устранения усилий при тепловом удлинении труб широкое применение находят компенсаторы.
5.3 Оборудование тепловых пунктов
Местные системы теплоснабжения могут подключаться к тепловым сетям как непосредственно, так и с помощью связующего звена – тепловых пунктов (абонентских вводов).
Основное назначение тепловых пунктов: прием, подготовка и подача теплоносителя потребителю (в местную систему теплоснабжения), а также возврат отработавшего теплоносителя в тепловую сеть.
Тепловые пункты могут выполняться:
· индивидуальными (ИТП) – подающие тепло в одно здание;
· центральными (ЦТП) – для обеспечения теплом группы зданий или промышленного предприятия.
ИТП и ЦТП оснащаются подогревателями системы горячего водоснабжения, приборами автоматического регулирования отпуска тепла (для поддержания заданных параметров или расхода теплоносителя), приборами контроля и учета тепла, насосами горячего водоснабжения, установками по подготовке воды и т.д. При наличии ЦТП в каждом здании могут применяться ИТП для системы отопления, которые оснащаются элеваторами смешения или смесительными насосами, контрольно-измерительными приборами.
Схема индивидуального теплового пункта для системы отопления представлена на рисунке 24.
1-4 – задвижки, 5 и 6 – грязевики, 7 – водомер, 8 – эжектор смешения (элеватор),
9 – регулятор давления «до себя», 10 – регулятор расхода, 11 – термометр,
12 – манометр, 13 – перемычка
Рисунок 24 – Индивидуальный тепловой пункт системы отопления
Вода из тепловой сети очищается от механических примесей в грязевике 5 и подается в элеваторный узел 8. Эжектор выполняет роль смесительного теплообменника и служит для понижения температуры теплоносителя, подаваемого в местную систему теплоснабжения МТС. Снижение температуры обеспечивается путем смешения воды из прямой и обратной магистрали (ПМ и ОМ) с помощью перемычки 13. Вместо эжектора в тепловом пункте могут устанавливаться центробежные насосы подмешивания или поверхностные теплообменники.
Расход воды из прямой магистрали ПМ регулируется с помощью задвижки 10. Параметры теплоносителя до теплового узла и в местной сети измеряются с помощью термометров 11 и манометров 12. Расход сетевой воды измеряется водомером 7, перед которым устанавливается грязевик 6.
Важную роль в тепловом пункте играет регулятор давления «до себя» 9, который предназначен для предотвращения опорожнения верхних точек местной отопительной системы в случае резкого снижения давления теплоносителя в обратной магистрали тепловой сети. При опорожнении отопительной системы в трубопроводах местной системы теплоснабжения давление воды может стать ниже давления насыщения при температуре сетевой воды. Это может привести к испарению сетевой воды и, как следствие, к гидравлическим ударам в отопительной системе, а также к разрегулировке гидравлического режима и, возможно, к разрушению самой системы.
5.4 Местные системы теплоэнергоснабжения промышленных предприятий
Теплоэнергетические системы промышленных предприятий связывают воедино все потоки энергоресурсов, используемых и генерируемых как энергетическими, так и технологическими агрегатами, а также энергоресурсы от внешних источников [7-10]. Так, на металлургическом комбинате для осуществления технологических процессов используются различные внешние и внутренние энергоресурсы: твердое топливо (уголь), коксовый и доменный газ, сжатый воздух и технический и технологический (обогащенный воздух) кислород, пар и горячая вода (рис.25).
| КХП |
| АФ |
| ДЦ |
| ТЭЦ |
| ККП |
| МЦ |
| ЦНП |
| ЦП |
КХП – коксохимическое производство, АФ – агломерационная фабрика,
ДЦ – доменный цех, МЦ – мартеновский цех, ККП – кислородно-конвертерный передел (конвертерный цех), ЦНП – цех нагревательных печей, ЦП – цех проката, ТЭЦ – теплоэлектроцентраль (заводская)
1 – коксующийся уголь (топливо), 2 – рудный концентрат, 3 – кокс, 4 – агломерат,
5 – жидкий чугун, 6 – жидкая сталь, 7 – слитки, 8 – готовая продукция (прокат),
9 – электроэнергия, 10 – коксовый газ, 11 – доменный газ
Рисунок 25 – Структура металлургического комплекса
Количество используемых первичных и искусственных видов топлива на крупных металлургических комбинтах может достигать больших величин (таблица 5.1).
Как видно из таблицы, внутренние (вторичные) энергоресурсы составляют более 50% общего потребления топлива на заводе.
Жидкое топливо к отдельным производствам поступает по внутризаводским мазутопроводам. Для уменьшения расхода электроэнергии на транспортировку по внутренним сетям мазут предварительно нагревается (максимально до температуры 150°С), что существенно снижает его вязкость. Нагретый мазут непрерывно циркулирует в закольцованном мазутопроводе (имеется линия рециркуляции – обратный трубопровод). Мазутопроводы снабжены паровым спутником (параллельно проложенным паропроводом) и покрывается общей теплоизоляцией.
Природный газ поступает на промышленное предприятие по магистральным газопроводам под давлением, создаваемым перекачивающими станциями. Перед вводом в промышленное предприятие давление природного газа снижается на газораспределительной станции до 0,3-1,2 МПа. Система газоснабжения промышленного предприятия представляет собой комплекс установок, трубопроводов, регулирующих, смесительных и других устройств, обеспечивающих приемку и поддержание необходимых параметров газа в межцеховых и внутрицеховых газопроводах, распределение и подачу его к агрегатам. Система газоснабжения должна обеспечить бесперебойную подачу газа к потребителю, безопасные условия эксплуатации технологических агрегатов.
Таблица 5.1 – Годовой топливный баланс металлургического завода [11]
| №№ п/п | Потребители | Годовое потребление условного топлива, тыс.т | ||||
| Доменный газ | Коксовый газ | Природный газ | Уголь | Мазут | ||
| Доменные печи (ДП) | ||||||
| Воздухоподо-греватели ДП | ||||||
| Коксовые печи | ||||||
| Конвертерный цех | ||||||
| Электропечи (сталеплавиль-ные) | ||||||
| Прокатный цех | ||||||
| Аглофабрика | ||||||
| Огнеупорное производство | ||||||
| Азотно-туковое производство | ||||||
| Энергетическое производство | ||||||
| Прочие потребители | ||||||
| Всего |
Искусственные горючие газы (коксовый, доменный, газогенераторный) подаются к потребителям также по внутризаводским газопроводам. Автономная система газоснабжения должна обеспечить приемку искусственных газов от технологических производств, их очистку, а при необходимости и смешение с другими горючими газами. С целью транспортировки давление искусственных газов поддерживается равным 0,01-0,02 МПа с помощью газоповысительных станций.
Система воздухоснабжения обеспечивает промышленных потребителей сжатым воздухом заданных параметров. Она включает в себя компрессорные и воздуходувные установки, воздухопроводы, воздухосборники-ресиверы и распределительные устройства сжатого воздуха самого потребителя. Давление сжатого воздуха колеблется от 0,35-0,9 МПа (центробежные компрессоры) до 3-20 МПа (поршневые компрессоры). Воздухопроводы могут выполняться радиальными или кольцевыми.
Системы теплоэнергоснабжения металлургического производства включают в себя газопроводы технического кислорода, азота и аргона, представляющих собой продукты разделения воздуха. Система, помимо газопроводов, включает в себя воздухоразделительную станцию, сооружения для аккумуляции продуктов разделения, установки по регулированию параметров газов, распределительные системы потребителя.
Состав и оборудование внутризаводских тепловых сетей представлен на рисунках 26 и 28.
Рисунок 26 – Зависимые (а, б, в) и независимые (г) схемы
подключения абонента к водяным тепловым сетям
В зависимости от режима работы местной водяной теплосети (МТС) встречаются зависимые и независимые схемы подключения абонента к центральным тепловым сетям.
Вентиляционные установки и система горячего водоснабжения закрытых систем теплоснабжения подключаются по независимой схеме. Система горячего водоснабжения открытых систем теплоснабжения и в большинстве случаев отопительные установки МТС (рис.2.5) подключаются по зависимой схеме.
В схемах «а», «б» и «в» давление в местной сети и в отопительном приборе 1 зависит от давления в прямой и обратной магистралях тепловой сети ЦТС (зависимая схема подключения абонента). В независимой схеме подключения абонента (схема «г») передача тепла от теплоносителя ЦТС к сетевой воде МТС осуществляется в абонентском подогревателе 5, и давление в МТС не зависит от давления воды в ЦТС и определяется работой циркуляционного насоса 6.
Для обеспечения нормальной циркуляции воды в МТС предусмотрены воздушные краны 2 в схемах «а», «б» и «в», предназначенные для удаления воздуха из отопительной системы и полного ее заполнения водой. В схеме «г» для этой цели служит расширительный сосуд 7, который одновременно позволяет компенсировать объемное расширение воды при изменении ее температуры. Потери теплоносителя в независимой схеме подключения абонента (схема «г») восполняются сетевой водой из ЦТС с помощью системы подпитки 8.
Регулирование температуры сетевой воды в МТС осуществляется:
· за счет подмешивания сетевой воды из обратной магистрали (ОМ) к воде из прямой магистрали (ПМ) в элеваторном смесительном узле 3 (схема «б») или с помощью смесительного насоса 4 (схема «в»);
· за счет изменения расхода воды из ЦТС, подаваемой в абонентский теплообменник 4 (схема «г»).
Основным элементом в смесительном узле схемы «б» является элеватор (рис.27), который выполняет две функции: обеспечивает заданный уровень температуры сетевой воды и является побудителем циркуляции воды в МТС.
1 – всасывающая камера, 2 – камера смешения, 3 – диффузор,
4 – сопло, 5 – регулировочный винт
Рисунок 27 – Элеваторный узел смешения (эжектор)
Для работы элеватора необходимо иметь разность давлений в прямой и обратной магистрали, равную 0,6 МПа.
1 – отопительный прибор, 2 – воздушник, 3 – конденсатоотводчик,
4 – конденсатосборник, 5 – конденсатный насос, 6 – обратный клапан,
7 и 10 – пароводяной теплообменник, 8 – расширительный бак,
9 – циркуляционный насос, 11 – горводопровод, 12 – бак-аккумулятор горячей воды, 13 – бытовой потребитель, 14 – технологический потребитель