Для выбора оптимального источника теплоснабжения необходимо большое количество исходных данных. К ним относятся прежде всего требования потребителя к тепловой энергии (вид и параметры теплоносителя), характер и графики потребления теплоты в течение суток и года, возможность возврата охлажденного теплоносителя и его параметры, расположение потребителей теплоты и их величина, иногда называемые «тепловой плотностью потребителей», характеристики и стоимость топлива, наличие водных ресурсов и их величина, качество воды и ряд других сведений. Все эти сведения обычно получают из опросных листов потребителя, для которого должен быть разработан проект источника теплоснабжения.
КОТЕЛЬНЫЕ
В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные установки принято разделять на следующие типы:
п р о и з в о д с т в е н н ы е, предназначенные для снабжения теплотой технологических потребителей;
п р о и з в о д с т в е н н о – о т о п и т е л ь н ы е, осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных, общественных и жилых зданий и сооружений;
о т о п и т е л ь н ы е, вырабатывающие тепловую энергию только для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.
Котельные по надежности отпуска теплоты потребителям делятся на две категории:
п е р в у ю, если от котельной питаются потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей и со значительным материальным ущербом (при этом котельная является единственным источником теплоты);
в т о р у ю, к которой относят всех остальных потребителей и котельные, снабжающие их теплотой.
В котельной второй категории любого типа установленная теплопроизводительность всех котлов должна соответствовать суммарной максимальной нагрузке. В котельных, теплоснабжение от которых должно быть непрерывным (первая категория), ставится резервный котел.
Во всех проектах котельных указываются климатологические условия их применения, максимальная производительность, дается выбор теплового и электротехнического оборудования и разработана архитектурно-строительная часть. Здесь же разработаны тепловые схемы, определяющие выбор основного и вспомогательного оборудования. Различие в графиках нагрузки котельных установок, предназначенных для разных потребителей, изменяет требования к основному оборудованию – котельным агрегатам.
Котельные по размещению подразделяются на: а) отдельно стоящие; б) пристроенные к зданиям другого назначения; в) встроенные в здания другого назначения независимо от этажа размещения; г) крышные.
Кроме рассмотренных, наиболее распространенных типов котельных, известное применение получили временные котельные, используемые при строительстве, а иногда и при эксплуатации, промышленных объектов, общественных и жилых зданий. Подобные котельные размещают в специальных контейнерах на железнодорожных или автомобильных платформах. Котельные оснащаются водоподготовкой, насосами (сетевыми, подпиточными, питатальными и т. д.), дымовыми трубами и прочим вспомогательным оборудованием.
3.1.1. ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Общие положения
На тепловых схемах котельной с помощью условных графических изображений показывается основное и вспомогательное оборудование, объединяемое линиями трубопроводов для транспортировки теплоносителей в виде пара или воды. Тепловые схемы могут быть принципиальные и рабочие или монтажные.
На принципиальной тепловой схеме указывается лишь главное оборудование (котлы, подогреватели, деаэраторы, насосы) и основные трубопроводы без арматуры, всевозможных вспомогательных устройств и второстепенных трубопроводов и без указания количества и расположения оборудования, показываются расходы и параметры теплоносителей по линиям.
Рабочую тепловую схему обычно выполняют в ортогональном, а иногда отдельные сложные узлы – в аксонометрическом изображении. Эта схема может разделяться на части для удобства использования и облегчения монтажа оборудования, арматуры и трубопроводов. Рабочая (монтажная) схема может быть составлена лишь после разработки принципиальной тепловой схемы и ее расчетов, на основании которых выбирается оборудование котельной.
Основной целью расчета тепловой схемы является:
определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов тепла на собственные нужды, и распределение этих нагрузок между паровой и водогрейной частями котельной для обоснования выбора основного оборудования:
определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры;
определение исходных данных дальнейших технико-экономических расчетов (годовой выработки и отпуска тепла, годового расхода топлива и др.).
Расчет тепловой схемы позволяет определить суммарную теплопроизводительность котельной при нескольких режимах ее работы. По известным суммарным расходам пара и горячей воды производится выбор типа, количества и производительности котельных агрегатов. В некоторых случаях оказывается целесообразным принять два типа котлоагрегатов – паровые и водогрейные. После выбора котлов, производится выбор всего необходимого для их работы вспомогательного оборудования (различных теплообменных аппаратов, фильтров водоподготовки, деаэраторов, насосов, баков и пр.).
Достаточно большая сложность тепловых схем современных котельных, вынуждает вести их расчет методом последовательных приближений. Для каждого из элементов тепловой схемы составляется уравнение теплового и материального баланса, решение которого позволяет определить неизвестные расходы и энтальпии. При отсутствии всех необходимых сведений, на основе опыта проектирования рядом величин можно предварительно задаться. При расхождении полученных в расчете величин с ранее принятыми больше чем на 3% нужно повторить расчет, подставив в качестве исходных полученные значения и т. д.
Исходные данные для расчета схемы целесообразно свести в таблицу со сведениями для трех характерных режимов работы установки: максимально-зимнего, наиболее холодного месяца и летнего. Знание этих режимов позволяет правильно выбрать оборудование, в том числе сетевые и рециркуляционные насосы. Особенно сильное влияние на оборудование котельной оказывает тип системы теплоснабжения – закрытая или открытая.
Расчетная производительность котельной определяется суммой часовых расходов тепла на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, расчетных расходов тепла на горячее водоснабжение и расчетных расходов тепла на технологические цели. При этом должны учитываться также расходы тепла на собственные нужды котельной и потери тепла в котельной и в тепловых сетях.
Количество и единичную производительность котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной, следует выбирать по расчетной производительности котельной, проверяя режим работы котлоагрегатов для летнего режима года. При этом в случае выхода из строя наибольшего по производительности котла в котельных первой категории, оставшиеся должны обеспечивать требуемый отпуск тепла потребителям первой категории. При выходе из строя одного котла независимо от категории котельной количество тепла, отпускаемого потребителям второй категории, не нормируется. В котельных должна предусматриваться установка не менее двух котлов, за исключением производственных котельных второй категории, в которых допускается установка одного котла.
Тепловые схемы котельных с паровыми котлами
Для покрытия чисто паровых нагрузок или для отпуска незначительного отпуска тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления – обычно 14 кгс/см², но не выше 24 кгс/см². Проектируемые в последнее время паровые котельные чаще всего предназначены для одновременного отпуска пара и горячей воды, поэтому в их тепловых схемах имеются установки для подогрева воды (рис. 3.1).
При закрытой системе теплоснабжения расход воды на подпитку тепловых сетей обычно незначителен. В этом случае довольно часто не выделяют отдельного деаэратора для подготовки подпиточной воды тепловых сетей, а используют деаэратор питательной волы паровых котлов.
Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема паровой котельной
1 – паровой котел низкого давления; 2 – пароводяной подогреватель сетевой воды; 3 - охладитель конденсата; 4 – деаэратор питательной воды котлов; 5 – питательный насос; 6 - сетевой насос; 7 – деаэратор подпиточной воды; 8 – подогреватель химочищенной воды; 9 - подпиточный насос; 10 – сборный бак конденсата; 11 – конденсатный насос; 12 – насос сырой воды; 13 – сепаратор продувочной воды; 14 – охладитель продувочной воды; 15 - пароводяной подогреватель сырой воды; 16 – химводоподготовка; 17 – насос химочищенной воды
Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами и пароводяными подогревателями сетевой воды для открытых систем теплоснабжения отличается от схемы при закрытой системе только установкой дополнительного деаэратора подпиточной воды тепловых сетей и установкой баков – аккумуляторов горячей воды.
Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами
Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Руководствуясь заданием на проектирование и исходными данными , полученными от заказчика, приступают к составлению , а затем и расчету тепловой схемы котельной, оборудованной стальными водогрейными котлами (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной
1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котел; 3 – сетевой насос; 4 – подогреватель химочищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос
Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб «хвостовых» поверхностей нагрева стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы уходящих из котлов дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая: при работе на природном газе – не ниже 60°С; при работе на малосернистом мазуте – не ниже 70°С; при работе на высокосернистом мазуте – не ниже 110°С. В связи с тем, что температура воды в обратных магистралях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, в обвязке водогрейных котлов предусматривают рециркуляционные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных карт котлоагрегатов.
При выполнении рабочих (монтажных) схем котельных применяют общестанционную или агрегатную схему компоновки оборудования. Выбор общестанционного или агрегатного способа в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них при компоновке по агрегатной схеме являются облегчение учета и регулирования расхода и параметров теплоносителя от каждого агрегата, уменьшения протяженности в пределах котельной сетевых трубопроводов большого диаметра и упрощения ввода в эксплуатацию каждого агрегата.
Тепловая схема котельной для открытой системы теплоснабжения отличается от таковой для закрытой в основном производительностью водоподготовки для подпитки тепловых сетей. Так как расходы воды при открытой системе неравномерны по времени, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности котлоагрегатов и оборудования водоподготовки предусматривают установку баков-аккумуляторов деаэрированной горячей воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается во всасывающую магистраль сетевых насосов. Суммарная емкость баков-аккумуляторов принимается в 10 раз большей среднечасового за сутки расхода воды на бытовое горячее водоснабжение.
Количество, единичная производительность и развиваемые напоры насосов котельной должны соответствовать требованиям регулирования работы тепловых сетей при экономном расходовании электроэнергии на их привод. Такие условия иногда диктуют необходимость использования в тепловых схемах котельных увеличенного количества насосов – сетевых (зимних и летних), перекачивающих, рециркуляционных и подпиточных (также зимних и летних).
При выборе системы теплоснабжения (закрытой или открытой) нужно учитывать, по меньшей мере, три особенности исходной воды, используемой для подпитки: склонность к низкотемпературному накипеобразованию; коррозионную активность; склонность к сульфидному загрязнению.
Тепловые схемы котельных с паровыми и водогрейными котлами
Опыт проектирование различных источников теплоснабжения показал, что тепловая нагрузка котельной обычно превышает паровую нагрузку. В таких случаях в котельной с общей теплопроизводительностью более 50 МВт, как правило, целесообразно устанавливать как паровые, так и водогрейные котлы.
Необходимо учитывать, что в комбинированной котельной при остановке одного из паровых котлов водогрейный котел не может покрыть требующиеся паровые нагрузки, а тепловую нагрузку водогрейного котла частично или полностью можно покрыть с помощью паровых котлов и подогревателей сетевой волы. Вследствие этого в чисто паровой котельной суммарная установленная теплопроизводительность всех агрегатов будет меньше, чем установленная теплопроизводительность котельной с паровыми и водогрейными котлами.
Основным доводом в пользу сооружения комбинированных котельных являются меньшие удельные капитальные вложения, так как установка водогрейных котлов и их вспомогательного оборудования, как правило, требует значительно меньших затрат, чем установка паровых котлов со вспомогательным оборудованием и крупных пароводяных подогревателей при равной теплопроизводительности.
В установках с паровыми и водогрейными котлами иногда применяют двухступенчатую схему подогрева сетевой воды, в которой первой ступенью служат пароводяные подогреватели, второй – водогрейные котлы. Такая схема обеспечивает подачу в водогрейные котлы воды, нагретой до 90-100°С, т.е. вводит эти котлы в пиковый режим работы, что особенно важно при использовании котлов, работающих на высокосернистом мазуте.
Комбинированные котельные, несмотря на кажущуюся сложность достаточно надежны в эксплуатации. Поэтому они находят применение даже для котельных, от которых потребители получают теплоту только в виде горячей воды. В подобных котельных существенно облегчается разогрев мазута в приемных емкостях и последующее повышение его температуры в подогревателях.
Вопросы для самоподготовки
1. Назовите основные типы котельных.
2. Дайте определение категорий котельных по надежности теплоснабжения.
3. Какие требования предъявляются к котельным в зависимости от их категории?
4. Приведите классификацию котельных по их размещению.
5. Каковы требования к составлению тепловой схемы котельной? Назовите виды тепловых схем при проектировании котельных.
6. Какие задачи стоят перед проектировщиком при расчете тепловой схемы?
7. Как определяется расчетная теплопроизводительность котельной и производится выбор основного оборудования (котлоагрегатов)?
8. Приведите принципиальную тепловую схему паровой котельной.
9. Приведите принципиальную тепловую схему котельной с водогрейными котлами.
10. Каковы различия в составе оборудования котельных для закрытой и открытой системы теплоснабжения?
11. Приведите принципиальную тепловую схему котельной с паровыми и водогрейными котлами.
ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ (ТЭЦ)
Основная часть тепловой нагрузки при теплофикации удовлетворяется отработавшей при выработки электроэнергии теплотой от установленных на ТЭЦ теплофикационных турбоагрегатов, в которых электрическая энергия вырабатывается главным образом комбинированным методом.
На современных ТЭЦ, работающих на органическом топливе, устанавливаются, как правило, теплофикационные турбины большой единичной электрической мощности (50 – 250 МВт) на высокие и сверхкритические начальные параметры пара (13 и 24 МПа) двух основных типов: а) конденсационные с отбором пара (Т и ПТ); б) с противодавлением (Р).
Отработавший пар низкого давления (около 0,05 – 0,25 МПа) отводится из так называемых теплофикационных отборов турбины. Этот пар используется на ТЭЦ для подогрева сетевой воды, циркулирующей в тепловой сети. На современных ТЭЦ подогрев сетевой воды в зимний период проводится обычно в трех или четырех последовательно включенных ступенях подогрева.
Комбинированное производство электрической и тепловой энергии на ТЭЦ предполагает наряду с отпуском электрической энергии также отпуск теплоты для технологических нужд промышленности (обычно в виде пара необходимых параметров) или для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений (в виде горячей воды достаточно высокой температуры), или одновременно и пара, и горячей воды.
В районах, располагающих природным газом как базовым топливом, применяются газотурбинные, а также парогазовые теплофикационные установки с использованием в качестве паровой ступени серийных паротурбинных установок.
3.2.1. ОТПУСК ПАРА
Схема пароснабжения зависит от характера паропотребления и выбирается исходя из технико-экономических соображений, учитывающих показатели всех элементов системы пароснабжения: ТЭЦ, паропроводов, потребителей.
Если всем потребителям требуется пар низкого давления, применяется однотрубная система (рис. 3.3, а); при потреблении пара высокого и низкого давлений – двухтрубная система (рис. 3.3, б).
Численные значения давления пара, отпускаемого потребителям, следующие: для отопительно-вентиляционных установок потребителей – 0,06…0,25МПа; технологических аппаратов – 0,6…0,8МПа; для паровых приводов – 1,2…1,8МПа и в ряде случаев 3,5 и даже 9 МПа.
Отпуск пара от ТЭЦ внешним потребителям может производиться по различным схемам:
1. Из отборов или противодавления турбин различных типов: конденсационных (Т, ПТ и П) и с противодавлением (Р и ПР). Номенклатура выпускаемых турбин обеспечивает возможность снабжения паром из теплофикационных и производственных отборов или противодавления различных отопительно-вентиляционных и технологических потребителей.
2. От паропреобразователей ТЭЦ. Паропреобразователем называется установка для испарения воды (получения вторичного пара), греющим теплоносителем в которой является первичный пар с давлением, большим давления вторичного пара, отпускаемого внешним потребителям. В качестве первичного пара (греющего теплоносителя) используется пар из отборов высокого давления турбины.
Паропреобразовательные установки применяются на ТЭЦ, если внешним потребителям требуется большое количество пара с одновременной невозможностью возврата на ТЭЦ конденсата этого пара.
3. От термокомпрессоров в том случае, если пар, отпускаемый потребителям из отборов или противодавления турбины, имеет давление меньше требуемого.
Рис. 3.3. Системы пароснабжения от ТЭЦ – однотрубная (а) и двухтрубная (б).
1 – парогенератор; 2 – турбина; 3 – редукционно-охладительная установка на ТЭЦ; 4 - редукционная установка у потребителей; 5 – потребитель пара; 6 – конденсатоотводчик; 7 - конденсатный насос; 8 – сборник конденсата; 9 – деаэратор; 10 – питательный насос.
4. Непосредственно от паровых котлов ТЭЦ, при этом только в том случае, если его давление и температура соответствуют требованиям внешних потребителей пара. Такое совпадение на практике встречается достаточно редко, как правило, давление и температуру отпускаемого пара необходимо снижать с помощью РОУ.
3.2.2. ОТПУСК ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
Подогрев воды, направляемой в тепловую сеть, производится на ТЭЦ в сетевых подогревательных установках, обогреваемых паром из отбора или противодавления турбин. При очень низкой температуре наружного воздуха вода после подогревательных установок (сетевых подогревателей) догревается до заданной по температурному графику температуры сетевой воды в пиковых водогрейных котлах, установленных на ТЭЦ. На рис. 3.4 показана схема двухступенчатой подогревательной установки.
Вода из обратной линии тепловой сети подается сетевым насосом последовательно через подогреватели первой и второй ступени и охладитель конденсата, а затем поступает в подающую магистраль тепловой сети. Обогрев подогревателя первой ступени осуществляется из отбора турбин, а второй ступени – паром из отбора турбин или от паровых котлов через РОУ.
Конденсат греющего пара из подогревателя второй ступени поступает в подогреватель первой ступени. Из подогревателя первой ступени конденсат поступает в охладитель конденсата, где охлаждается до 90 - 95ºС, откуда самотеком или насосом подается в деаэратор. Вода для восполнения потерь в сети после предварительной очистки и деаэрации, подается подпиточным насосом во всасывающий коллектор сетевых насосов.
При самых низких температурах наружного воздуха (-20°С и ниже) сетевая вода после второго подогревателя поступает в пиковый водогрейный котел, где подогревается до требуемой температуры (обычно 150°С).
Рис. 3.4. Схема двухступенчатой подогревательной установки
1 – грязевик; 2 – расходомер; 3 –сетевой насос; 4 – конденсатный насос; 5 – охладитель конденсата; 6 – сетевой подогреватель первой ступени; 7 – сетевой подогреватель второй ступени
3.2.3. ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Приведенные ниже элементы централизованного паро- и теплоснабжения входят составной частью в тепловые схемы промышленных, промышленно-отопительных, коммунальных ТЭЦ, ТЭЦ-ПВС и ТЭЦ-ЭВС металлургических комбинатов, электростанций с ГТУ, ПГУ, а иногда и конденсационных электростанций (КЭС).
Рис. 3.5. Принципиальная схема включения сетевой подогревательной установки с ТК и ПВК
НСП и ВСП – сетевые подогреватели нижней и верхней ступени; ПВК – пиковый водогрейный котел; ТК – теплофикационный пучок конденсатора; СН 1 и СН 2 – сетевые насосы; КНС - конденсатный насос сетевых подогревателей; ТП потребитель теплоты; К – конденсатор; КН - конденсатный насос основного конденсата; ДН – дренажный насос; ПН – питательный насос; ПНД, ПДВ – подогреватель низкого и высокого давления; ПК – паровой котел; ПЕ - пароперегреватель; Т – турбина; Г - электрогенератор
Наименее сложны тепловые схемы ТЭЦ, обеспечивающие сторонних потребителей только технологическим паром: от отборов турбин и непосредственно от котлов (через РОУ) (рис. 3.3); паром противодавления (рис. 3.5) от турбин типа Р и ПР. Основными потребителями пара от промышленных ТЭЦ являются:
|
- аппараты и устройства, в которых теплота пара используется для технологических процессов (подогрев, выпаривание, сушка и пр.); для этих целей используется насыщенный или слабо перегретый пар с давлением 0,3…0,8 МПа, а в некоторых производственных процессах и до 9 МПа;
- отопление производственных помещений, для чего используется пар давлением до 0,6 МПа.
При необходимости обеспечения потребителей паром и горячей водой на ТЭЦ устанавливаются либо совместно турбины П и Т, Р и Т, ПР и Т, либо турбины типа ПТ.
Для снабжения потребителей горячей водой для нужд отопления, вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения на ТЭЦ устанавливаются одна или несколько независимых друг от друга водоподогревательных установок.
В тепловых схемах ТЭЦ, в состав основного оборудования которых входят турбоустановки Т-50/60-130, Т-100/120-130-3, Т-75/210-130 и ПТ-80/100-, в конденсаторах турбин имеются встроенные теплофикационные пучки. Они используются для нагрева сетевой и подпиточной воды. Допустимые режимы работы каждого теплофикационного пучка определяются техническими условиями на турбину.
Теплофикационные газотурбинные установки (ГТУ)
Газотурбинные установки можно с большим эффектом использовать для комбинированной выработки теплоты и электроэнергии. Условия отпуска теплоты от ГТУ имеют следующие особенности, которые определяют условия и область их эффективного применения:
1. Цикл ГТУ характеризуется высокими температурами подвода и отвода теплоты, поэтому температура полностью отработавших в силовом цикле газов составляет 300-500°С и достаточна для нагрева внешних теплоносителей до необходимых потребителям температур.
2. Пар и горячую воду отпускают от ГТУ путем использования теплоты выхлопных газов и воды, охлаждающей компрессоры, т.е. теплоты, полностью отработавшей в данном силовом цикле.
3. Высокая начальная температура газа перед турбиной может быть применена и на ГТУ небольшой единичной мощности при сохранении высоких внутренних к.п.д. турбин и компрессоров, поэтому энергетические показатели теплофикационной ГТУ сравнительно мало зависят от ее единичной мощности, в то время как у паровых турбин высокие начальные параметры пара 13,0-24,0 МПа применимы только при единичной мощности турбин 50-200 МВт. В связи с этим теплофикационные ГТУ могут давать экономию топлива по сравнению с раздельным теплоэлектроснабжением (КЭС плюс котельные) и при небольших тепловых нагрузках, при которых паротурбинные ТЭЦ экономически не оправдываются. Это особенно важно для средних и небольших промышленных предприятий, городов и др.
| |
Поскольку температура отпускаемой от ГТЭЦ горячей воды практически не влияет на экономию топлива, экономически оптимальная температура воды в подающей сети от ГТЭЦ значительно выше, чем от ПТЭЦ, и может составлять 160 – 200 °С при независимой схеме присоединения абонентов.
Перечисленные особенности показывают, что ГТУ являются весьма перспективными теплофикационными агрегатами и хорошо дополняют паротурбинные ТЭЦ, в частности позволяют значительно расширить область экономичного применения теплофикации. Однако невозможность работы разомкнутых схем ГТУ на твердом топливе ограничивает сферу их применения.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 456.
