АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ
УСТАНОВОК ТЭЦ
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) представляют собой особую категорию энергетических предприятий, предназначенных для снабжения теплом промышленных предприятий и жилых кварталов города, а также для участия в выработке электроэнергии наряду с другими электростанциями, обслуживающими энергетическую систему.
Снабжение потребителей теплом от ТЭЦ экономически целесообразно, так как при этом попутно вырабатывается некоторое количество электроэнергии, чего не происходит при снабжении потребителя от чисто отопительных котельных. Принципиально работа ТЭЦ протекает по следующей схеме: котлы вырабтывают пар высокого давления и температуры, значительно превышающих параметры теплоносителя, поступающего к потребителю тепла. Пар от котлов проходит через теплофикационные турбины, где параметры его понижаются за счет выработки электрической энергии до уровня, удовлетворяющего потребителя. Теплофикационные турбины работают с противодавлением или имеют отбор большей части пара на нужды теплофикации и лишь незначительную хвостовую часть, работающую на конденсатор.
При сравнении конденсационной и теплофикационной турбин как агрегатов, вырабатывающих электроэнергию, становится очевидным, что экономичность последней всегда ниже, чем у конденсационной турбины, более полно использующей тепловую энергию свежего пара для получения электроэнергии. Однако у конденсационной турбины 65—70% тепла, принесенного с паром, бесполезно теряются с циркуляционной водой, охлаждающей конденсатор. Применить с пользой тепло этой воды практически невозможно, так как температура ее не превышает 25—30° С. У теплофикационных турбин температурный потенциал отработавшего пара выше, следовательно, количество тепла, пошедшего на выработку электроэнергии, меньше, но за этот счет тепло отработавшего пара может быть использовано для нужд теплофикации. Если бы потребители снабжались теплом с водой, нагретой в котлах отопительной станции, они получали бы такое же количество тепла, но дополнительная выработка электроэнергии при этом отсутствовала бы. Таким образом, электроэнергия получается на ТЭЦ теоретически бесплатно, как добавление к тепловой энергии, поставляемой потребителям. Если учитывать коэффициентом полезного действия все тепло, пошедшее на выработку электроэнергии и на нужды теплофикации, то к. п. д. ТЭЦ всегда будет превышать к. п. д. конденсационной электростанции.
Таким образом, с точки зрения энергетического баланса страны строительства теплоэлектроцентралей в крупных городах и при промышленных предприятиях весьма целесообразно. Выработка электроэнергии на ТЭЦ чаще всего связана с количеством тепла, поставляемого потребителям, поэтому она работает обычно по теплофикационному графику, в первую очередь обеспечивая потребителей теплом.
В большинстве случаев потребители получают тепло с водой, нагретой до заданной температуры. Промышленные предприятия потребляют также тепло, подведенное с паром пониженных параметров. Для подготовки горячей воды, поступающей в теплофикационную сеть, на теплоэлектроцентрали имеются специальные установки, состоящие из пароводяных подогревателей (бойлеров) и подпиточных устройств, компенсирующих потери воды из теплосети очищенной и деаэрированной водой. Пар, потребляемый теплофикационными подогревателями, поступает из промежуточных ступеней или с выхода теплофикационных турбин. Источник пара резервируется с помощью РОУ, снижающих давление и температуру вырабатываемого котлами острого пара до необходимого уровня.
Тепловая сеть представляет собой разветвленную систему, расположенную на большой площади обслуживаемого района. При работе теплосети необходимо поддерживать заданные давления и температуру в головных участках прямой (идущей от ТЭЦ) и обратной (возвращающейся на ТЭЦ) магистралях. Давление должно быть достаточным для заполнения водой отопительных приборов наиболее высоко расположенных потребителей. В то же время давление у потребителей, расположенных в нижних точках теплосети, не должно превосходить пределов прочности отопительных устройств.
Температура воды в подающей магистрали задается в зависимости от температуры наружного воздуха и при всех режимах работы теплосети должна быть ниже температуры кипения при данном давлении. Для обеспечения необходимого гидравлического режима теплосети, проложенные по местности с разными уровнями геодезических отметок, разделяют на участки, на границах которых устанавливаются насосно-перекачивающие и дросселирующие подстанции.
На вводах от теплосети к отапливаемому дому обычно устанавливаются автоматические регуляторы, поддерживающие давление и температуру воды, поступающей к потребителям для обогрева помещений и горячего водоснабжения. Таким образом, тепловые сети представляют собой сложное хозяйство, требующее непрерывного обслуживания, поэтому большое значение имеет автоматизация их как средство повышения надежности и экономичности работы и сокращения численности обслуживающего персонала, т. е. увеличения производительности труда. Должна быть обеспечена также автоматическая защита потребителей, расположенных на верхних отметках рельефа местности, по которой проложена теплосеть, от опорожнения отопительных приборов и потребителей, расположенных внизу, от чрезмерного повышения давления в приборах при аварийной остановке обслуживающих сеть насосов.
Горячая вода, попадающая в отопительную систему потребителя, проходит через нагревательные установки ТЭЦ и вновь возвращается в теплосеть. Потребители снабжаются также горячей водой для бытовых нужд. Эта вода должна иметь постоянную температуру пример но 60—65° С. Применяются две системы горячего водоснабжения: закрытая и открытая (непосредственный водоразбор). При закрытой системе циркулирующая в теплосети вода используется для подогрева воды, взятой из городского водопровода, в поверхностных подогревателях. Подогретая вода поступает к потребителям через местную домовую сеть. Таким образом, при закрытой системе водоразбора количество воды, циркулирующей в теплосети, должно быть постоянным. Однако даже при хорошем состоянии теплосети всегда имеются потери воды через неплотности. Эти потери должны быть скомпенсированы подпиткой теплосети. При открытом водоразборе подпитка теплосети должна компенсировать не только потери, но и весь расход воды через систему горячего водоразбора.
Вода, идущая на подпитку, должна быть свободна от кислорода, вызывающего ржавление трубопроводов, поэтому она пропускается через теплофикационные деаэраторы. При непосредственном водоразборе подпитка должна производиться специально подготовленной водой, пригодной для приготовления пищи (в соответствии с санитарными нормами, предъявляемыми к воде, поступающей в городской водопровод).
На рис. 5-14 изображена упрощенная схема подогревательной (бойлерной) установки ТЭЦ, питающей горячей водой теплофикационную сеть города. Вода подогревается в основных подогревателях 1, включенных параллельно. При очень низкой температуре наружного воздуха основные подогреватели не могут подогреть воду до заданной величины, поэтому в работу включается пиковый подогреватель 2, через который пропускается вся сетевая вода.
Рис. 5-14. Схема теплофикационной водоподогревательной установки теплосети ТЭЦ.
Вместо пиковых подогревателей на современных ТЭЦ часто применяются водогрейные котлы, выполняющие такое же назначение. Обычно такие котлы отапливаются газообразным топливом, подача которого регулируется автоматически по температуре воды на выходе из котла. Через пиковый котел проходит вся вода, циркулирующая в теплосети, поэтому расход ее не регулируется.
К основным подогревателям подается пар от отбора турбины с давлением около 0,2 МПа. Пиковый подогреватель питается паром более высокого давления, обычно около 0,6 МПа. По змеевикам подогревателя проходит нагреваемая вода; греющий пар поступает в корпус подогревателя. Отдавая свое тепло воде, пар конденсируется. Конденсат стекает в нижнюю часть корпуса, откуда он откачивается насосами КН в один из подогревателей системы регенеративного подогрева питательной воды электростанции. Температура подогретой воды на выходе из подогревателя чаще всего регулируется путем изменения открытия клапана, установленного на подводе греющего пара. Иногда применяют также регулирование путем затопления конденсатом нижней части пучка трубок подогревателя, что приводит к уменьшению активной поверхности теплообмена. Уменьшение подачи пара приводит к понижению давления в подогревателе. Так как пар находится во влажном состоянии, то с падением давления уменьшается и температура в подогревателе, а вместе с тем и температура подогретой воды.
Автоматизация осложняется в связи с тем, что заданное значение температуры сетевой воды зависит от температуры наружного воздуха. В практике опробованы корректирующие устройства, автоматически изменяющие настройку регулятора температуры сетевой воды при изменении температуры наружного воздуха. Однако распространения эти устройства не получили, так как температура наружного воздуха является основным, но не единственным показателем для настройки регулятора температуры. Необходимо учитывать также направление и силу ветра, величину солнечной радиации и другие факторы, что усложняет схему автоматического корректора. Кроме того работа корректора переводит водоподогревательную установку в режим переменных нагрузок, что нецелесообразно, так как отапливаемые здания обладают очень большой тепловой инерцией.
Для регулирования уровня в подогревателях часто применяются гидравлические или поплавковые регуляторы РУ, воздействующие на клапан, изменяющий расход конденсата из подогревателя. На крупных ТЭЦ для регулирования давления и температуры теплофикационных подогревателей обычно применяются стандартные электронные авторегуляторы системы ВТИ. Подпитка теплосети регулируется по давлению воды в характерной точке, чаще всего перед сетевыми насосами СН в обратной магистрали теплосети. Падение регулируемого давления свидетельствует об утечке воды из замкнутой системы теплосети. В этом случае регулятор подпитки РП открывает клапан перед подпиточным насосом ПН, увеличивая подачу деаэрированной воды в теплосеть.
Регулирование подпитки теплосетей с непосредственным водоразбором усложняется из-за резких колебаний расхода горячей воды в течении суток. В ночное время подпитка должна компенсировать только потерю воды через неплотности. Расход воды в вечернее время на приготовление пищи, мытье посуды, стирку, ванны и другие нужды во много раз превышает ночной расход на подпитку.
Теплофикационные деаэраторы автоматизируются с помощью регуляторов давления РДД и уровня РУД. Регулятор давления воздействует на впуск пара в головку деаэратора, а регулятор уровня изменяет подачу химически очищенной воды в зависимости от колебаний уровня, связанных с изменениями расхода.