ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества (т.е. тепло­носителем требуемых параметров).

В зависимости от размещения источни­ка теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.

В децентрализованных системах ис­точник теплоты и теплоприемники потре­бителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена — тепловой сети.

Системы децентрализованного тепло­снабжения разделяются на

· индивидуаль­ные и

· местные.

В индивидуальных системах теплоснаб­жение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от от­дельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах тепло­снабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.

В системах централизованного тепло­снабжения источник теплоты и теплопри­емники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, по­этому теплота от источника до потребите­лей передается по тепловым сетям.

В зависимости от степени централиза­ции системы централизованного теплоснаб­жения можно разделить на следующие че­тыре группы:

· групповое — теплоснабжение от одного источника группы зданий;

· районное — теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);

· городское — теплоснабжение от одного источника нескольких районов;

· межгородское — теплоснабжение от од­ного источника нескольких городов.

 

Процесс централизованного теплоснаб­жения состоит из трех последовательных операций: 1) подготовки теплоносителя;

2)транспортировки теплоносителя;

3) ис­пользования теплоносителя.

 

Подготовка теплоносителя проводится в специальных так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (кварталь­ных) или промышленных котельных.

Транспортируется теплоноситель по те­пловым сетям. Используется теплоноси­тель в теплоприемниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использова­ния теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. Для транспорта теплоты применяются, как пра­вило, два теплоносителя: вода и водяной пар. Для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения в каче­стве теплоносителя используется обычно вода, для промышленной технологической нагрузки — пар.

Для передачи теплоты на расстояния, измеряемые многими десятками и даже сот­нями километров (100—150 км и более), могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ

Основная часть тепловой нагрузки удов­летворяется при теплофикации отработав­шей при выработке электроэнергии тепло­той от установленных на ТЭЦ теплофика­ционных турбоагрегатов, в которых элек­трическая энергия вырабатывается главным образом комбинированным методом.

На современных ТЭЦ, работающих на органическом топливе (ОТЭЦ), 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). Основные параметры теплофикационных турбин се­рийного производства приведены в прило­жении 15.

В районах, располагающих природным газом как базовым топливом, применяются газотурбинные, а также парогазовые тепло­фикационные установки с использованием в качестве паровой ступени серийных паро­турбинных установок.

На рис. 3.1 показаны принципиальные тепловые схемы паротурбинных установок ТЭЦ на органическом топливе с начальны­ми параметрами пара 13 МПа, 565 °С, обо­рудованные конденсационными турбинами с отбором пара.

В теплоподготовительной установке ТЭЦ с турбинами типа ПТ (рис. 3.1, а) от

турбины 7, на валу которой находится элек­трогенератор 2, отработавшая при выработ­ке электроэнергии теплота отводится для централизованного теплоснабжения при двух уровнях давлений. Отработавший пар повышенного давления (примерно 1,2— 1,5 МПа) отводится из так называемого производственного отбора турбины. Этот пар через коллектор 28 подается по паро­вым сетям потребителям и используется ими главным образом для технологических целей. В качестве резерва на случай оста­новки турбины предусмотрена подача пара в коллектор 28 из энергетического котла 3 через редукционно-охладительную уста­новку (РОУ) 31 Конденсат от потребителей поступает на ТЭЦ через коллектор 29. Сна­чала конденсат подается для контроля в сборный бак, а затем из него конденсатным насосом 30 перекачивается через регенера­тивные подогреватели низкого давления (ПНД) 14 — 16 в станционный деаэратор 17.

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.

Возвращаемая из тепловой сети охлаж­денная (обратная) вода поступает через об­ратный коллектор 27 в бустерныи (вспомо­гательный) насос 35 и подается им в труб­ный пучок 37 конденсатора для предвари­тельного подогрева сетевой воды отрабо­тавшим паром, поступающим в конденса­тор 4. Из трубного пучка конденсатора се­тевая вода поступает в два последовательно включенных сетевых подогревателя 5 и б, питаемых паром из нижнего и верхнего теп­лофикационных отборов. Затем сетевая во­да поступает в сетевой насос 7 и подается им непосредственно или через пиковый водогрейный котел 34 в подающую магист­раль тепловой сети через подающий кол­лектор 26.

Подогрев сетевой воды в пиковом обыч­но водогрейном котле 34 производится только при тех режимах, при которых тем­пература сетевой воды на выходе из верхне­го теплофикационного подогревателя 6 недостаточна для удовлетворения тепловой нагрузки присоединенных абонентов. Обычно такие режимы характерны для ото­пительного периода при низких наружных температурах.

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема теплоподготовительной установки ТЭЦ на органическом топливе

а — с турбинами типа ПТ; б— с турбинами типа Т; 1 — турбина; 2 — электрогенератор; 3 — котел; 4 — конденсатор; 5,6 — теплофикационные подогре­ватели нижней и верхней ступеней; 7 — сетевой насос; 8 — конденсатные насосы теплофикационных подогревателей; 9 — деаэратор подпиточной воды; 10 — подпиточный насос; 11 — конденсатный насос; 12 — эжекторный подогреватель; 13 — 16 — регенеративные подогреватели низкого давления; 17 — станцион­ный деаэратор; 18 — 20 — регенеративные подогреватели высокого давления; 21 — питательный насос; 22 — конденсатный насос регенеративных подогрева­телей; 23 — испарительная установка; 24 — насосы химводоочистки; 25 — подпиточный насос станции; 26, 27 — коллекторы водяной теплосети подающий и обратный; 28, 29 — паровой и конденсатный коллекторы; 30 — конденсатный насос; 31 — редукционно-охладительная установка; 32 — фильтр-грязевик; 33— регулятор подпитки; 34 — пиковый котел; 35 — бустерный насос; 36 — химводоочистка; 37 — встроенный пучок в конденсаторе

 

 

Конденсат отработавшего пара поступа­ет из конденсатора 4 в конденсатный насос 11 и подается им через регенеративные по­догреватели низкого давления 13 — 16 в де­аэратор 1 7, откуда он забирается питатель­ным насосом 21 и подается им через систе­му регенеративных подогревателей высоко­го давления (ПВД) 18 — 20 в котел 3.

!!!В водяных тепловых сетях всегда имеет место утечка теплоносителя через различ­ного рода неплотности.!!!

Эта утечка должна восполняться химически очищенной де­аэрированной водой. Для этой цели вода из водопровода поступает на химводоочистку 36, откуда подается насосом 24 в деаэратор 9, обогреваемый отработавшим паром из турбины. В схемах на рис. 3.1 показан атмо­сферный деаэратор подпиточной воды. Та­кие решения принимаются обычно в закры­тых системах теплоснабжения, в которых подпитка (добавка) сетевой воды невелика. Из деаэратора вода поступает в подпиточный насос 10 и подается им через регули­рующий клапан 33 во всасывающую линию бустерного насоса 35. Импульсом для регу­лятора подпитки является изменение давле­ния в одной из точек циркуляционного кон­тура тепловой сети. Наиболее удобно им­пульс брать от какой-либо точки на пере­мычке, соединяющей нагнетательный и всасывающий патрубки сетевого насоса 7. Когда утечка превышает подпитку, давле­ние в импульсной точке снижается. Это приводит к открытию регулирующего кла­пана 33 и увеличению подпитки. Когда утечка становится меньше расхода подпит­ки, давление в импульсной точке возраста­ет, клапан 33 прикрывается и подпитка уменьшается.

Теплоподготовительные установки ТЭЦ оборудуются иногда вакуумными деаэрато­рами подпиточной воды. Такие установки применяются обычно в открытых системах

Теплоснабжения (Более подробно см. §3.3.), в которых расход подпи­точной воды значителен.

Водогрейные котельные (рис. 3.2) часто сооружаются во вновь застраиваемых рай­онах до ввода в действие ТЭЦ и магистраль­ных тепловых сетей от ТЭЦ до указанных котельных. Таким образом, подготавливает­ся тепловая нагрузка для ТЭЦ, чтобы к мо­менту ввода в эксплуатацию теплофикаци­онных турбин их отборы были по возмож­ности полностью загружены. После ввода в действие ТЭЦ и магистральных тепловых сетей от них до котельных последние обыч­но используются в качестве пиковых или резервных источников теплоты. Основные характеристики стальных водогрейных кот­лов серийного производства приведены в приложении 16.

Паровые котельные (рис. 3.3) могут быть использованы для отпуска теплоты как с паром, так и с горячей водой. Подог­рев сетевой воды паром производится в па­роводяных подогревателях. При работе на твердом топливе паровые котельные с паро­водяными подогревателями сетевой воды обладают большей маневренностью и на­дежностью в эксплуатации по сравнению с водогрейными. Основные характеристики паровых котлов низкого и среднего давле­ния серийного производства приведены в приложении 17.

На рис. 3.4 показана принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной ТЭЦ (АТЭЦ) с реакторами типа ВВЭР или В и конден­сационными турбинами с отбором пара (типа Т или ТК).

 

Рис. 3.2. Принципиальная схема водогрейной котельной

I — сетевой насос; 2 — водогрейный котел; 3 — циркуляционный насос; 4 — подогреватель химически очи­щенной 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

 

 

Рис. 3.3. Принципиальная тепловая схема паровой котельной

1 — паровой котел низкого давления; 2 — пароводяной подогреватель сетевой воды; 3 — охладитель конден­сата; 4 — деаэратор питательной воды котла; 5 — питательный насос; 6 — сетевой насос; 7 — деаэратор подпиточной воды; 8 — подогреватели химически очищенной 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 химически очищенной воды

 

Рис. 3.4. Принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной ТЭЦ (АТЭЦ) с реак­тором ВВЭР

I — парогенератор; 2 — паровая турбина; 3 — электрический генератор; 4 — конденсатор; 5 —7 — теплофи­кационные подогреватели соответственно нижней, средней и верхней ступеней; 5 — бустерный насос; 9 — се­тевой насос; 10 — химводоподготовка; 11 — деаэратор подпиточной воды; 12 — подпиточный насос; 13 — регулятор подпитки; 14 — насос химводоподготовки; 1 5, 16 — обратный и подающий коллекторы сетевой воды; 17 — ядерный реактор; 18 — компенсатор объема; 19 — насос промежуточного контура; 20 — конденсатный насос; 21 — сепаратор влаги; 22 — регенеративные подогреватели низкого давления; 23 — деаэратор; 24 — питательный насос; 25 — регенеративные подогреватели высокого давления; 26 — пароперегреватель; 27 — редукторы; 28 — регенеративный подогреватель среднего давления

 

 

Между реактором 17 и парогенератором 1 включен промежуточный контур. В парогенера­торе вырабатывается «чистый» пар, т.е. пар, не загрязненный радиоактивными веществами. Это обстоятельство позволяет существенно упро­стить схему и оборудование теплоподогрева-тельной установки АТЭЦ, так как пар, отрабо­тавший в турбине, может быть использован в те­плофикационных пароводяных подогревателях 5—7 для непосредственного подогрева сетевой воды. При паре, загрязненном радиоактивными веществами, такое решение не допускается из-за опасности радиоактивного загрязнения сетевой воды при нарушении плотности трубной систе­мы пароводяных подогревателей.

В связи с размещением АТЭЦ на значитель­ном расстоянии от городов экономически оправ­дано существенное повышение расчетной тем­пературы воды в подающей линии транзитной магистрали (коллектор 16) с целью снижения расчетного расхода теплоносителя, а следова­тельно, и диаметров или количества транзитных теплопроводов. Поэтому в ряде случаев для по­догрева сетевой воды на АТЭЦ используется не только отработавший пар из отопительных отбо­ров давлением 0,05—0,25 МПа (подогреватели 5 и б), но и отработавший пар более высокого дав­ления (0,6—0,8 МПа) из так называемого разде­лительного отсека, в котором обычно устанавли­ваются сепаратор влаги 21 и промежуточный па­роперегреватель 26 на основном потоке пара. Принципиальное отличие схемы подогрева сете­вой воды на АТЭЦ от схемы, приведенной на рис. 3.1, заключается в наличии сетевого подог ревателя верхней ступени 7, питаемого паром из разделительного отсека.

 

 

Рис. 3.5. Принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной станции теплоснаб­жения (ACT)

1 — ядерный реактор; 2 — второй контур; 3 — подог­реватель сетевой воды; 4 — компенсатор объема; 5 — насос второго контура; 6 — сетевой насос; 7 — деаэратор подпиточной воды; 8 — тепловая сеть; 9 — система продувки второго контура; 10 — подо­греватель очищенной воды; II — охладитель проду­вочной воды; 12 — фильтр; 13 — насос системы продувки; 14 — подпиточный насос тепловой сети

 

При установке на АТЭЦ реакторов, выраба­тывающих пар, не защищенный от загрязнениий радиоактивными веществами (например, реак­торов РБМК), схема теплофикационной уста­новки существенно усложняется, так как для за­щиты сетевой воды от загрязнения радиоактив­ными веществами приходится между греющим паром и нагреваемой сетевой водой включать промежуточные контуры. Включение промежу­точных контуров на паре из отборов турбин при­водит одновременно к снижению удельной ком­бинированной выработки электрической энер­гии из-за дополнительных необратимых потерь в теплообменных аппаратах промежуточного контура.

На рис. 3.5 показана принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной станции теплоснабжения (атомной котельной). Теплота, выделившаяся в ядерном реакторе J, передается с помощью теплоносителя (воды) че­рез промежуточный контур 2 в подогреватель

сетевой воды 3. Циркуляция теплоносителя в промежуточном контуре осуществляется насо­сом 5. Статическое давление в промежуточном контуре поддерживается с помощью компенса­тора объема 4. Циркуляция сетевой воды в теп­ловой сети осуществляется насосом 6. Поддер­жание статического давления в тепловой сети и компенсация утечек сетевой воды производятся с помощью подпиточного насоса 14. Водоподготовка и деаэрация подпиточной воды обеспечи­ваются системой 7.

Давление циркуляционной воды в проме­жуточном контуре поддерживается на более низ­ком уровне по сравнению с давлением греющей среды в реакторе 1 и по сравнению с давлением сетевой воды в подогревателе 3. Поэтому в слу­чае возникновения каких-либо неплотностей в подогревательной системе реактора 1 продукты разделения, проникшие в промежуточный кон­тур, не могут поступить в тепловую сеть.

В случае неплотностей в подогревателе 3 се­тевая вода поступает в промежуточный контур 2, но не может попасть в реактор 1. Загрязнения, попавшие в промежуточный контур при неплот­ностях в подогревательных системах, выводятся из него с помощью системы продувки 9.

Для обеспечения устойчивой работы систе­мы продувки вода, отбираемая для продувки, ох­лаждается перед поступлением в фильтр 12. Очищенная вода перед поступлением в промежуточный контур вновь подогревается в тепло­обменнике 10.

 

По виду теплоносителя системы центра­лизованного теплоснабжения разделяются на

· водяные и

· паровые.

ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ

Водяные системы теплоснабжения при­меняются двух типов:

1) закрытые (замкну­тые) и

2) открытые (разомкнутые).

 

В закры­тых системах сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается.

В открытых системах сетевая вода час­тично (редко полностью) разбирается у або­нентов для горячего водоснабжения.