Тепловые схемы источников теплоты
При теплофикации большая часть тепловой нагрузки покрывается теплотой пара, отработавшего в установленных на ТЭЦ теплофикационных турбинах, в которых электрическая энергия вырабатывается комбинированным методом. На современных ТЭЦ, работающих на органическом топливе (ОТЭЦ), устанавливаются, как правило, теплофикационные турбины большой единичной мощности (100¸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).
На рисунке 4 показаны принципиальные тепловые схемы паротурбинных установок ТЭЦ на органическом топливе с начальными параметрами пара 13 МПа, 565 °С, оборудованные теплофикационными турбинами.
В теплоподготовительной установке ТЭЦ с турбинами типа ПТ (рисунок 4, а) от турбины 1, 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.
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 - подающий и обратный коллекторы водяной теплосети; 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
Рисунок 4а - Принципиальная тепловая схема теплоподготовительной установки ТЭЦ на органическом топливе
Рисунок 4б - Принципиальная тепловая схема теплоподготовительной установки ТЭЦ на органическом топливе
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 бустерный (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 6, 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.
Конденсат отработавшего пара поступает из конденсатора 4 в конденсатный насос 11 и подается им через регенеративные подогреватели низкого давления 13-16 в деаэратор 17, 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 рисунке 4 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, в которых расход подпиточной воды значителен.
Водогрейные котельные (рисунок 5) 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.
Паровые котельные (рисунок 6) 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.
В зависимости от вида теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Рассмотрим их подробнее.
1 – 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
Рисунок 5 - Принципиальная схема водогрейной 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
Рисунок 6 - Принципиальная тепловая схема паровой котельной:
3 Схемы водяных систем теплоснабжения: закрытые, открытые
В зависимости от числа трубопроводов, используемых для теплоснабжения данной группы потребителей, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные.
Наиболее простой и перспективной для транспорта теплоты является однотрубная система теплоснабжения. Она применима в том случае, когда теплоноситель полностью используется у потребителей, например для горячего водоснабжения, и обратно на станцию не возвращается. Однотрубная система представляет интерес для транспорта теплоты на большие расстояния, например от загородных теплоэлектроцентралей. В этом случае горячая вода, подаваемая по однотрубному теплопроводу, используется сначала для отопления, а затем охлажденная вода подается в установки горячего водоснабжения.
Для теплоснабжения городов в большинстве случаев применяются двухтрубные водяные системы. Тепловая сеть состоит из двух параллельных трубопроводов: подающего и обратного. По подающему трубопроводу горячая вода подводится от станции к абонентам, по обратному трубопроводу охлажденная вода возвращается на станцию. Преимущественное применение в городах двухтрубных систем объясняется тем, что они пригодны для снабжения теплотой однородных потребителей, т. е. систем отопления и вентиляции, работающих по одинаковым режимам. При этом вся подаваемая тепловая энергия имеет один потенциал (вода одинаковой температуры при заданной температуре наружного воздуха).
Соединение двухтрубной системы теплоснабжения на нужды отопления и вентиляции с однотрубной системой горячего водоснабжения приводит к трехтрубной системе теплоснабжения.
Если система горячего водоснабжения имеет также два теплопровода, причем второй применяется как вспомогательный для создания циркуляции с целью устранения остывания воды при малом водоразборе, то вся система теплоснабжения будет называться четырехтрубной.
Трехтрубные или четырехтрубные системы применяются в промышленных районах, где в ряде случаев рациональнее выделить горячее водоснабжение и технологические установки на третью трубу, так как источником теплоснабжения для горячего водоснабжения и технологических нагрузок могут быть отдельные бойлерные группы или утилизационные установки по использованию сбросной теплоты.
В зависимости от схемы присоединения установок горячего водоснабжения различают закрытые и открытые системы теплоснабжения. В закрытых системах на горячее водоснабжение поступает вода из водопровода, нагретая до требуемой температуры (обычно 0 °С) водой из тепловой сети в теплообменниках, установленных в тепловых пунктах. В открытых системах вода подаётся непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор). Утечка воды из-за неплотностей в системе, а также её расход на водоразбор компенсируются дополнительной подачей соответствующего количества воды в тепловую сеть. Для предотвращения коррозии и образования накипи на внутренней поверхности трубопровода вода, подаваемая в тепловую сеть, проходит водоподготовку и деаэрацию.