Вопросы к главе 5
Для чего необходимы электростанции?
В чем особенность рабочего процесса ТЭС?
Как рассчитать тепловой баланс ТЭС?
Какие факторы определяют эффективность работы ТЭС?
Из каких элементов состоит паротурбинная установка?
Назовите и определите основные технико-эксплуатационные показатели паротурбинных установок?
Что понимают под энергетической характеристикой турбин?
Где и для чего используются энергетические характеристики?
Назовите основные элементы тепловой схемы электростанции.
Что входит в электрическую часть электростанций?
Как производится расчет и выбор турбин на ТЭС?
Как производится выбор энергетических котлов на ТЭС?
Как определяется годовой объем производства электроэнергии на ТЭС?
Как определяется объем инвестиций, необходимый для строительства ТЭС?
Какие факторы влияют на себестоимость производства энергии на ТЭС?
Глава 6. Система теплоснабжения города
6.1. Основы теплоснабжения городов
Необходимость создания систем теплоснабжения обусловлено следующими основными причинами:
суровыми климатическими условиями основных районов страны, когда в течение 200-360 дней в году необходимо отопление жилых, общественных и производственных зданий;
невозможностью осуществления многих технологических процессов без затрат теплоты, например, производство электроэнергии, варка и сушка материалов, стирки белья и другие;
необходимостью удовлетворения санитарно-гигиенических нужд населения в горячей воде для мытья посуды, уборки помещений и других процессов.
В настоящее время удельный вес городов в теплопотреблении страны составляет примерно 70%. Структура теплового баланса в городах достаточно стабильна и выглядит следующим образом: доля затрат теплоты в системах отопления и вентиляции составляет 55-60%, технологическое потребление тепла - 35-40%, бытовое горячее водоснабжение - 5-20% от общего объема потребления теплоты. Расход топлива на теплоснабжение превосходит его потребление на электроснабжение и составляет около 30% общего потребления топливно-энергетических ресурсов в стране.
Для удовлетворения потребностей города в теплоте создаются специальные системы теплоснабжения, представляющие собой комплекс инженерных сооружений, специального оборудования и коммуникаций для генерирования, транспорта и потребления теплоты. В системах теплоснабжения выделяют 3 основных элемента:
источники теплоты или теплогенерирующие установки, с помощью которых топливно-энергетические ресурсы преобразуются в теплоту;
теплопроводы или тепловые сети в виде системы труб и каналов, предназначенных для транспорта и распределения теплоносителя между потребителями;
комплекс инженерного оборудования и коммуникаций для эффективного использования теплоты потребителями.
6.2. Классификация систем теплоснабжения
Системы теплоснабжения классифицируются по источникам теплоты, мощности, потребителям, теплоносителю, способам и схемам присоединения, количеству трубопроводов и другим признакам.
Различают централизованные и местные системы теплоснабжения. Системы местного теплоснабжения обслуживают часть или все здание на базе печного отопления или домовой котельной установки. Централизованные системы теплоснабжения - один или несколько районов города. Поэтому они включают источники теплоснабжения (котельные, ТЭЦ), тепловые сети, тепловые пункты и системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий. Централизованное теплоснабжение большого числа потребителей возможно:
от крупных квартальных или районных котельных, тепловая мощность которых превышает 20 МВт, а радиус действия составляет 5-10 км;
теплоэлектроцентралей(ТЭЦ) мощностью 100-500 МВт и радиусом действия 10-15 км.
Системы теплоснабжения характеризуются мощностью или расчетной тепловой нагрузкой, дальностью (радиусом) передачи теплоты и числом потребителей. Тепловая нагрузка - это максимально часовой суммарный расход теплоты на нужды отопления, вентиляции, технологии и горячего водоснабжения с учетом потерь в сетях и собственных нужд источника теплоты.
По виду потребителя системы теплоснабжения можно разделить на промышленные, промышленно-отопительные и отопительные. В промышленных системах теплоснабжения главной составляющей тепловой нагрузки является расход теплоты на технологические нужды, в отопительных - коммунально-бытовые нагрузки жилых и общественных зданий, а в промышленно-отопительных от одного источника теплоту получают как промышленные предприятия, так и жилищно-коммунальный сектор города.
По виду теплоносителя системы теплоснабжения подразделяются на паровые и водяные. Вода, как теплоноситель позволяет: 1) сохранить конденсат пара на ТЭЦ или в котельной; 2) осуществлять ступенчатый подогрев; 3) централизованно регулировать отпуск теплоты. Вода обладает повышенной аккумулирующей способностью, что позволяет передавать теплоту на большие расстояния с малыми потерями. Недостатками воды как теплоносителя можно считать: 1) большие затраты электроэнергии на перекачку; 2) малую гидравлическую устойчивость водяных сетей; 3) значительную массу; 4) большую чувствительность к авариям, т.к. утечки пара по массе в 20-40 раз меньше, чем воды. Пар как теплоноситель обладает большей гидравлической устойчивостью, но его использование требует дорогого и сложного конденсатного хозяйства. Поэтому паровые системы применяют для теплоснабжения промышленных предприятий, где требуются повышенные параметры теплоносителя. В городских системах теплоснабжения рекомендуется использовать в качестве теплоносителя воду, нагретую до температуры 95-150С.
Водяные системы теплоснабжения делятся:
по способу подачи теплоты на горячее водоснабжение - закрытые и открытые;
по схемам присоединения абонентских систем отопления и вентиляции- зависимые и независимые;
по количеству трубопроводов - одно-, двух-, трех- и четырех трубные.
Водяные системы теплоснабжения бывают двух типов: открытые или закрытые. В открытых системах вода частично или полностью разбирается потребителями непосредственно из сети на нужды горячего водоснабжения. В закрытых системах вода используется только как теплоноситель и из сети не отбирается.
В настоящее время применяют две принципиально различные схемы присоединения установок абонентов к тепловым сетям:
зависимую, когда вода из тепловой сети поступает непосредственно в приборы абонентской установки;
независимую, когда вода из тепловой сети проходит через промежуточный теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в установках потребителя.
По числу трубопроводов системы подразделяют на однотрубные, применяемые в тех случаях, когда вода полностью используется потребителями и обратно не возвращается, двухтрубные - теплоноситель полностью или частично возвращается в источник теплоты для повторного нагрева, много трубные - при необходимости подачи теплоносителя с различными параметрами. В городских системах теплоснабжения преимущественно используются двухтрубные системы, обеспечивающие экономию капитальных затрат и эксплуатационных расходов по сравнению с много трубными системами (рис. 6.1).
Рис. 6.1. двухтрубные водяные системы теплоснабжения:
а - открытая с зависимым присоединением системы отопления;
б - закрытая с независимым присоединением системы отопления
и двухступенчатой установкой ГВС: СП - сетевые подогреватели
котельной или ТЭЦ; ПН – подпиточный; СН – сетевой
и ЦН - циркуляционный насосы; Рр - регулятор расхода;
РТ- регулятор температуры; РБ - расширительный бак; В - воздушный кран;
Э - элеватор (струйный насос); П1 и П2 - подогреватели системы
ГВС; ТО - теплообменник системы отопления; ГВС – система
горячего водоснабжения; СО - система отопления здания
Каждая из названных систем теплоснабжения имеет свою область применения. Основными факторами, определяющими выбор той или иной системы теплоснабжения, являются климатические условия, величина и плотность тепловых нагрузок, стоимость оборудования, коммуникаций, топлива и других ресурсов, необходимых для сооружения и эксплуатации данных систем. Выбор производится путем технико-экономического сравнения конкурирующих вариантов. Очевидно, что, чем больше плотность нагрузки, тем, при прочих равных условиях, выгоднее централизация теплоснабжения. Плотность тепловой нагрузки зависит от типа домов, этажности застройки и принятых условий благоустройства. При небольшой плотности нагрузок и рассредоточенности потребителей предпочтительнее, чтобы каждый из них имел собственный источник теплоты.
Наиболее эффективным способом теплоснабжения является теплофикация, обеспечивающая значительную экономию топлива и других ресурсов за счет совместной выработки электрической и тепловой энергии. Однако теплофикация требует значительных капитальных вложений и, следовательно, будет эффективна при больших объемах потребления теплоты и значительной плотности тепловых нагрузок.