Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины
Скачати 1.26 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ  Ю.А. ГИЧЁВ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Часть I Днепропетровск НМетАУ 2011 УДК 658.264 (7) Гичёв Ю.А. Источники теплоснабжения промышленных предприятий. Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: НМетАУ, 2011. – 52 с. Приведены общие сведения о системах теплоснабжения: элементы систем теплоснабжения, источники и потребители теплоты, классификация систем теплоснабжения. Рассмотрены принципы теплоснабжения от котельных и ТЭЦ: тепловые схемы, теплоподготовительные установки, определение технико-экономических показателей. Предназначен для студентов направления 6.050601 – теплоэнергетика. Илл 20. Библиогр.: 3 наим. Ответственный за выпуск М.В. Губинский, д-р техн. наук, проф. Рецензенти: В.А. Габринец, д-р техн. наук, проф. (ДНУЖТ) А.О. Ерёмин, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ) © Национальная металлургическая академия Украины, 2011 © Гичёв Ю.А., 2011 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….5 1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ………………………………………..6 1.1 Определение и основные сведения о системах теплоснабжения………6 1.2 Источники и потребители теплоты………………………………….........6 1.3 Классификация систем теплоснабжения…………………………………7 2 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ОТ ПАРОВЫХ, ВОДОГРЕЙНЫХ И ПАРОВОДОГРЕЙНЫХ КОТЕЛЬНЫХ……..…………………………………….9 2.1 Классификация котельных в системах теплоснабжения………………..9 2.2 Присоединение котельных к тепловым сетям систем теплоснабжения..………………………………………………….…….10 2.2.1 Присоединение паровой котельной к паровой системе теплоснабжения……..………………………………………….11 2.2.2 Присоединение паровой котельной к водяной системе теплоснабжения…………………………………………..…….12 2.2.3 Присоединение паровой котельной к пароводяной системе теплоснабжения…………………………………………..…….13 2.2.4 Присоединение водогрейной котельной к тепловой сети…….14 2.2.5 Присоединение пароводогрейной котельной к тепловой сети………………………………………………………………13 2.3 Технологическая структура, тепловая мощность и технико-экономические показатели котельной……………………..…………..17 2.3.1 Технологическая структура котельной………………………...17 2.3.2 Тепловая мощность котельной………………………………....18 2.3.3 Технико-экономические показатели котельной……………….19 3 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ОТ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ (ТЭЦ)…………23 3.1 Принцип комбинированной выработки тепловой и электрической энергии……………………………………………………………...……23 3.2 Способы отвода теплоты из паросилового цикла ТЭЦ на нужды теплоснабжения…………………………………………………………27 3.2.1 Отвод теплоты путем ухудшения вакуума в конденсаторе турбины………………………………………………………….27 3.2.2 Отвод теплоты через регулируемые отборы пара в турбине…28 3.2.3 Отвод теплоты путем применения турбин противодавления……………………………………………......29 3.3 Виды теплофикационных турбин и технологические схемы теплопод-готовительных установок ТЭЦ…………………………………………29 3.3.1 Виды теплофикационных турбин………………………………29 3.3.2 Технологическая схема теплоподготовительной установки на базе турбины «Т»……………………………………………….31 3.3.3 Технологическая схема теплоподготовительной установки на базе турбины «ПТ»……………………………………………..32 3.4 Технико-экономические показатели ТЭЦ……………………………....34 3.4.1 Расходы топлива и к.п.д. ТЭЦ………………………………….34 3.4.2 Коэффициент теплофикации……………………………………36 3.4.3 Экономические показатели……………………………………..37 3.4.4 Эксплуатационные показатели…………………………………38 3.5 Теплоподготовительные установки ТЭЦ……………………………….38 3.5.1 Редукционно-охладительные установки (РОУ)……………….38 3.5.2 Сетевые подогреватели………………………………………….40 3.5.3 Пример выбора сетевого подогревателя……………………….43 ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………..49 ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………50 ВВЕДЕНИЕ Дисциплина «Источники теплоснабжения промышленных предприятий» является одной из ведущих дисциплин для студентов, обучающихся по направлению 6.050601 – теплоэнергетика. Источники теплоснабжения – исходный технический элемент систем теплоснабжения, которые охватывают промышленные предприятия всех секторов экономики, коммунально-бытовой сектор и включают, кроме источников, тепловые сети, тепловые подстанции и потребителей тепловой энергии. От эффективности источника теплоснабжения, которая определяется коэффициентом полезного действия (к.п.д.) источника и удельным расходом топлива на выработку тепловой энергии, в значительной степени зависит эффективность работы всей системы теплоснабжения, в том числе, качество и стоимость отпускаемой потребителю тепловой энергии. Дисциплине «Источники теплоснабжения промышленных предприятий» предшествует чтение ряда других специальных дисциплин, в том числе «Топливо и его сжигание», «Котельные установки» и другие. Вслед за «Источниками теплоснабжения» читаются дисциплины «Тепловые сети», «Производство и распределение энергоносителей», «Нагнетатели и тепловые двигатели», «Системы автоматического проектирования и САПР», выполняется курсовой проект по дисциплине «Тепловые сети», что в значительной степени расширяет и закрепляет знания студентов по специальности. Особенностью дисциплины «Источники теплоснабжения» является изучение в ней противоположных элементов систем теплоснабжения: источников и потребителей теплоты. Дисциплина «Тепловые сети», которая читается вслед за «Источниками теплоснабжения», дополняет знание систем теплоснабжения связующим звеном (тепловыми сетями) и предполагает выполнение курсового проекта. Данный конспект лекций разработан в соответствии с рабочей программой и учебным планом дисциплины. Знания, полученные при изучении дисциплины, могут быть использованы при выполнении научно-исследовательских работ студентов, выпускных работ бакалавров, дипломных проектов специалистов и выпускных работ магистров. ^ 1.1 Определение и основные сведения о системах теплоснабжения Система теплоснабжения – комплекс установок и устройств, предназначенных для выработки, транспорта, распределения и использования тепловой энергии различными потребителями. Основной задачей системы теплоснабжения является обеспечение потребителей необходимым количеством теплоносителей заданных параметров. Основными элементами системы теплоснабжения являются (см.рис 1.1):
^ – источник теплоты; 2 – участки тепловой сети; 3 – тепловые подстанции; 4 – здания, в которых размещены теплоиспользующие установки. Рисунок 1.1 – Элементы системы теплоснабжения ^ Основными источниками теплоты в системах теплоснабжения являются:
внешнему потребителю как электрическую, так и тепловую энергию;
ресурсы (ВЭР) промышленных предприятий. Распределение выработки тепловой энергии между источниками теплоты: ТЭЦ………………………………………………………………….40% Промышленные котельные………………………………………..25% Районные, групповые, квартальные и домовые котельные……..33% Теплоутилизационные установки………………………………….2% 100% Основные потребители тепловой энергии:
период, т.е., когда необходимо подогревать воздух, нагнетаемый в вентилируемые помещения;
для выработки холода применяют холодильные установки, использующие тепловую энергию (абсорбционные или инжекционные);
ных предприятий. Системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения можно назвать одним термином – коммунально-бытовые потребители тепловой энергии. В зависимости от температуры теплоносителя теплопотребляющие процессы в системах теплоснабжения разделяют на три группы: 1) высокотемпературные (t > 400°С, потребитель – технологические процессы, теплоноситель – перегретый пар); 2) среднетемпературные (t=150÷400°С, потребители – коммунально-бытовые или технологические, теплоноситель – пар или нагретая вода); 3) низкотемпературные (t = 70÷150°С, потребители – коммунально-бытовые или технологические, теплоноситель – нагретая вода или пар). ^ На данном этапе следует выделить 2 варианта классификации: I. В зависимости от вида теплоносителя: 1) водяные, использующие в качестве теплоносителя нагретую воду; 2) паровые, использующие в качестве теплоносителя насыщенный или пе-регретый пар. Возможны комбинированные варианты. Для коммунально-бытовых потребителей преимущественно используют водяные системы теплоснабжения, для технологических – паровые. II. В зависимости от мощности источника теплоты, количества потребителей, приходящихся на один источник, и взаимного расположения источника и потребителей теплоты системы теплоснабжения разделяются на: 1) централизованные; 2) децентрализованные. ^ заключается в обеспечении тепловой энергией от одного достаточно мощного источника теплоты многочисленных потребителей. При централизованном теплоснабжении источник теплоты и его многочисленные потребители расположены на значительном расстоянии друг от друга, что требует прокладки внешних тепловых сетей. В зависимости от вида источника теплоты централизованное теплоснабжение делят на: • централизованное теплоснабжение от достаточно крупных котельных (котельных теплопроизводительностью свыше 20 Гкал/ч × 1,164 = 23,3 МВт или свыше 20÷25 Мвт); • централизованное теплоснабжение от ТЭЦ. ^ характеризуется следующими признаками: • небольшой мощностью источника теплоты (котельные теплопроизводи-тельностью до 20 Гкал/ч); • небольшим числом потребителей, использующих теплоту от одного исто-чника; • близким расположением источника и потребителей теплоты, что в некото- рых случаях исключает необходимость прокладки внешних тепловых сетей. Централизованное теплоснабжение по сравнению с децентрализованным имеет следующие преимущества: 1) более экономное использование топлива за счет более высоких к.п.д. крупных котлов в крупных котельных, по сравнению с мелкими котлами небольших котельных;
• вследствие удаления источников теплоты (котельных и ТЭЦ) от потреби-телей и локализация сжигания топлива вдали от жилых районов; • за счет возможности применения эффективных и современных методов очистки, что возможно только в крупных котельных и ТЭЦ централизованного теплоснабжения; 4) снижение удельных капитальных и эксплуатационных затрат на выработку тепловой энергии, что характерно при укрупнении источников теплоты; 5) освобождение территорий городов и предприятий от многочисленных котельных; 6) разгрузка транспорта, в том числе и трубопроводного, для доставки топлива к источникам теплоты; 7) возможность более комфортного обеспечения потребителей тепловой энергией за счет размещения источников теплоты вне зданий и вдали от зданий, потребляющих тепловую энергию. ^ 2.1 Классификация котельных в системах теплоснабжения Котельная в системе теплоснабжения – комплекс агрегатов, установок и устройств, предназначенных для выработки тепловой энергии (в виде нагретой воды или пара) и подготовки теплоносителей к транспорту через тепловые сети к внешнему потребителю. ^ в системе теплоснабжения: I. По территориально-ведомственному признаку: 1) районные котельные (предназначены для обеспечения тепловой энергией всех потребителей района: жилые, общественные и производственные здания); 2) квартальные и групповые (предназначены для обеспечения тепловой энергией зданий квартала или группы зданий); 3) котельные промышленного предприятия (предназначены для обеспече-ния тепловой энергией потребителей предприятия). II. В зависимости от вида преобладающей тепловой нагрузки: 1) промышленные котельные (предназначены для обеспечения тепловой энергией технологические процессы промышленных предприятий); 2) отопительные котельные (предназначены для обеспечения тепловой энергией систем отопления и других коммунально-бытовых потребителей); 3) промышленно-отопительные котельные (предназначены для обеспечения тепловой энергией в равной степени технологических и коммунально-бытовых потребителей). III. В зависимости от типа установленных в котельной котлов: 1) паровые котельные; 2) водогрейные котельные; 3) пароводогрейные котельные. IV. В зависимости от вида сжигаемого топлива: 1) газовые; 2) мазутные; 3) газомазутные; 4) котельные на твердом топливе. V. В зависимости от тепловой мощности: 1) котельные малой мощности (теплопроизводительность <20 Гкал/ч); 2) котельные средней мощности (теплопроизводительность 20÷100 Гкал/ч); 3) котельные большой мощности (теплопроизводительность > 100 Гкал/ч). Котельные теплопроизводительностью свыше 300 Гкал/ч, оборудованные мощными системами энергообеспечения, называются тепловыми станциями. ^ На схему присоединения котельных к тепловым сетям в основном влияют 2 фактора: 1) тип установленных в котельной котлов и параметры теплоносителя, вырабатываемого котлами; 2) вид и параметры теплоносителя, который необходим потребителю. Принятое в конспекте обозначение котлов: ^ Э  к – экономайзерБС – барабан-сепаратор ИПН – испарительные поверхности нагрева ПП – пароперегреватель ^ Д  – двухбарабанныйК – котел В – вертикальный Р – реконструированный ^  Пример стандартного обозначения  К – котел В – водогрейный ГМ – газомазутный ^  Рисунок 2.1 – Схема присоединения паровой котельной к паровой системе теплоснабжения Обозначения к рисунку 2.1: 1 – паровой котел; ^ – редукционно-охладительная установка (РОУ) для снижения давления и температуры пара до значений, необходимых потребителю; 3 – подающий паропровод; 4 – конденсатопровод для возврата в котельную конденсата, использованного у потребителя пара; ^ – деаэратор для удаления из питательной воды растворенных в ней газов и, в первую очередь, кислорода воздуха; 6 – питательный насос; 7 – химводоочистка (ХВО) для подготовки химочищенной воды, компенсирующей потери конденсата. Пар из парового котла непосредственно или через РОУ направляется к потребителю. Конденсат, возвращаемый в котельную, поступает в деаэратор. Потери конденсата компенсируются химочищенной водой, которая также подается в деаэратор. Смесь конденсата и добавочной химочищенной воды после деаэрации направляется в котел в качестве питательной воды. ^ Рисунок 2.2 – Схема присоединения паровой котельной к водяной системе теплоснабжения Обозначения к рисунку 2.2: 1, 2, 5, 6, 7 (см. рис. 2.1) 3 и 4 – отсутствуют; 8 и 9 – подающая и обратная линия тепловой сети (ПЛТС и ОЛТС); 10 – сетевой насос для повышения давления сетевой воды с целью преодоления сопротивления сетевых подогревателей, тепловой сети и обеспечения давления нагретой сетевой воды в соответствии с требованиями потребителей; ^ – сетевые подогреватели (поверхностные пароводяные теплообменники); 12 – дренажный насос для отвода конденсата греющего пара из теплообменников; ^ – регулятор температуры воды в ПЛТС; 14 – регулятор подпитки (регулятор давления воды в ОЛТС); 15 – подпиточный насос для подачи добавочной сетевой воды, компенсирую-щей потери воды у потребителей. Сетевая вода, использованная у потребителей, после подпитки и повышения давления в сетевом насосе поступает в подогреватели. Интенсивность подпитки зависит от степени отклонения давления сетевой воды в обратной линии от номинального значения. Пар из парового котла непосредственно или через РОУ направляется в сетевые подогреватели, где нагревает воду и конденсируется. Конденсат отводится в деаэратор. Регулирование температуры сетевой воды, поступающей в ПЛТС, осуществляется в сторону понижения путем подачи воды из ОЛТС. Потери конденсата и сетевой воды компенсируются добавочной химочищенной водой. ^ С  хема присоединения (см. рис. 2.3) представляет собой комбинацию двух предыдущих схем (рис. 2.1 и 2.2).Рисунок 2.3 – Схема присоединения паровой котельной к парововодяной системе теплоснабжения (обозначения те же, что на рис. 2.1 и 2.2) ^ Н агрев сетевой воды в водогрейной котельной осуществляется непосредственно в котлах без промежуточных теплообменников (см.рис.2.4).^ – водогрейный котел; 2 и 3 – ПЛТС и ОЛТС; 4 – сетевой насос;5 –рециркуля- ционный насос для частичной рециркуляции нагретой в котле воды в поток сетевой воды на входе в котел с целью поддержания температуры воды на входе в котел на определенном уровне; 6 – регулятор температуры воды на входе в котел; 7 – регулятор температуры воды в ПЛТС; 8 – подготовка добавочной химочищенной и деаэрированной воды, компенсирующей потери сетевой воды (ХВО и деаэратор); 9 – подпиточный насос; 10 – регулятор подпитки (регулятор давления в ОЛТС). ^ Сетевая вода, поступающая в котельную из ОЛТС, после подпитки и повышения давления в сетевом насосе, направляется в котел. Температура воды на входе в котел поддерживается на определенном уровне (60÷65°С) для исключения сернокислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева котла. Регулирование температуры воды в ПЛТС осуществляется в сторону понижения температуры путем подачи воды из ОЛТС. |
отребители теплоты (теплоиспользующие установки, размещенные в жилых, общественных и производственных зданиях).