Введение.
Теплофикация - централизованное
снабжение производственных и
бытовых потребителей теплом
пара, отработавшего в тепловых
двигателях ТЭЦ.
Технология теплофикации,
базирующаяся на ТЭЦ, производящих
электроэнергию и отдающих «бросовое»
тепло в теплосеть, исключительно
эффективно в экономическом смысле
и имеет ряд существенных преимуществ.
Во-первых, эффективное сжигание
твердого, в том числе многосернистого
и зольного топлива в крупных
котлоагрегатах вдали от энергопотребителей.
Во-вторых, снижение суммарного расхода
топлива для теплового и электрического
потребления. В-третьих, улучшение санитарных
условий и чистоты воздушного бассейна
городов. В-четвертых, возможность повышения
расчетной разности температур воды в
подающем и обратном теплопроводах в целях
снижения диаметров магистральных теплопроводов
и, следовательно, капитальных затрат
на строительство тепловых сетей.
Принцип работы теплоцентрали.
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)-
электрические станции с комбинированной
выработкой электрической энергии
и тепла. Они характеризуются тем, что
тепло каждого килограмма пара, отбираемого
из турбины, используется частично для
выработки электрической энергии, а затем
у потребителей пара и горячей воды.[1]
Рис. 1. Принципиальная технологическая
схема ТЭЦ.
Рассмотрим принципиальную
технологическую схему ТЭЦ (рис.1),
характеризующую состав ее частей,
общую последовательность технологических
процессов.
В состав ТЭЦ входят
топливное хозяйство (ТХ) и устройства
для подготовки его перед сжиганием
( ПТ). Топливное хозяйство включает приемно-разгрузочные
устройства, транспортные механизмы, топливные
склады, устройства для предварительной
подготовки топлива (дробильные установки).
Продукты сгорания
топлива - дымовые газы отсасываются
дымососами (ДС) и отводятся через
дымовые трубы (ДТр) в атмосферу.
Негорючая часть твердых топлив выпадает
в топке в виде шлака (Ш), а значительная
часть в виде мелких частиц уносится с
дымовыми газами. Для защиты атмосферы
от выброса летучей золы перед дымососами
устанавливают золоуловители (ЗУ). Шлаки
и зола удаляются обычно на золоотвалы.
Воздух, необходимый для горения, подается
в топочную камеру дутьевыми вентиляторами.
Дымососы, дымовая труба, дутьевые вентиляторы
составляют тягодутьевую установку станции
(ТДУ).
Перечисленные выше
участки образуют один из основных
технологических трактов - топливно-газовоздушный
тракт.
Второй важнейший технологический
тракт паротурбинной электростанции-
пароводяной, включающий пароводяную
часть парогенератора, тепловой двигатель
(ТД), преимущественно паровую турбину,
конденсационную установку, включая конденсатор
(К) и конденсатный насос (КН), систему технического
водоснабжения (ТВ) с насосами охлаждающей
воды (НОВ), водоподготовительную и питательную
установку, включающую водоочистку (ВО),
подогреватели высокого и низкого давления
(ПВД и ПНД), питательные насосы (ПН), а также
трубопроводы пара и воды.
В системе топливно-газовоздушного
тракта химически связанная энергия топлива
при сжигании в топочной камере выделяется
в виде тепловой энергии, передаваемой
радиацией и конвекцией через стенки металла
трубной системы парогенератора воде
и образуемому из воды пару. Тепловая энергия
пара преобразуется в турбине в кинетическую
энергию потока, передаваемую ротору турбины.
Механическая энергия вращения ротора
турбины, соединенного с ротором электрического
генератора (ЭГ), преобразуется в энергию
электрического тока, отводимого за вычетом
собственного расхода электрическому
потребителю.[2]
Тепло проработавшего
в турбинах рабочего тела можно
использовать для нужд внешних
тепловых потребителей (ТП).
Потребление тепла
происходит по следующим направлениям:
1. Потребление для технологических
целей;
2. Потребление для целей отопления
и вентиляции жилых, общественных и производственных
зданий;
3. Потребление для других бытовых
нужд.
График технологического
потребления тепла зависит от
особенностей производства, режима
работы и т.п. Сезонность потребления
в этом случае имеет место
только в сравнительно редких
случаях. На большинстве же
промышленных предприятиях разница
между зимним и летним потреблением
тепла для технологических целей
незначительна. Небольшая разница
получается только в случае
применения части технологического
пара для отопления, а также
вследствие увеличения в зимнее
время потерь тепла.
Для потребителей тепла
на основании многочисленных
эксплуатационных данных устанавливают
энергетические показатели, т.е.
нормы количества расходуемого
различными видами производства
тепла на единицу вырабатываемой
продукции.
Вторая группа потребителей,
снабжаемая теплом для целей
отопления и вентиляции, характеризуется
значительной равномерностью расхода
тепла на протяжении суток и резкой неравномерностью
расхода тепла в течении года: от нуля
летом до максимума зимой.
Тепловая мощность
отопления находится в прямой
зависимости от температуры наружного
воздуха, т.е. от климатических
и метеорологических факторов.
При отпуске тепла
со станции теплоносителями могут
служить пар и горячая вода,
подогреваемая в сетевых подогревателях
паром из отборов турбин. Вопрос
о выборе того или иного
теплоносителя и его параметров
решают, исходя из требований
технологии производства. В некоторых
случаях отработавший на производстве
пар низкого давления (например,
после паровых молотов) применяют
для отопительно-вентиляционных
целей. Иногда же пар применяют
для отопления производственных
зданий, чтобы избежать устройства
отдельной системы отопления
горячей водой.
Отпуск пара на сторону
для целей отопления явно нецелесообразен,
так как отопительные нужды
легко удовлетворить горячей
водой с оставлением всего конденсата
греющего пара на станции.
Отпуск горячей воды
для технологических целей производится
сравнительно редко. Потребителями
горячей воды являются только
производства, расходующие ее для
горячих промывок и других
подобных им процессов, причем
загрязненная вода уже не возвращается
на станцию.
Горячая вода, отпускаемая
для отопительно-вентиляционных
целей, подогревается на станции
в сетевых подогревателях паром
из регулируемого отбора давлением
1,17-2,45 бар. При этом давлении
вода нагревается до температуры
100-120.
Однако при низких
температурах наружного воздуха
отпуск больших количеств тепла
при такой температуре воды
становится нецелесообразным, так
как количество циркулирующей
в сети воды, а следовательно, и расход
электроэнергии на ее перекачивание заметно
увеличиваются. Поэтому, кроме основных
подогревателей, питающихся паром из регулируемого
отбора, устанавливают пиковые подогреватели,
к которым греющий пар давлением 5,85-7,85
бар подводится из отбора более высокого
давления или непосредственно из котлов
через редукционно-охладительную установку.
Чем выше начальная
температура воды, тем меньше
расход электроэнергии на привод
сетевых насосов, а также диаметр
теплопроводов. В настоящее время
в пиковых подогревателях воду
чаще всего подогревают до
температуры 150цию от потребителя,
при чисто отопительной нагрузке
имеет обычно температуру около
70.[2]
Преимущества горячей
воды как теплоносителя для
систем отопления и бытовых
нужд заключаются в следующем:
1. При помощи горячей воды отпуск
тепла может осуществляться на значительное
расстояние (до 30 км, как это предусматривается
в проектах теплоснабжения от мощных загородных
ТЭЦ);
2. Регулирование отпуска тепла
станций в водяных сетях осуществляется
значительно проще и точнее, чем в паровых;
3. Водяные сети требуют меньших
затрат при сооружении, чем паровые;
Отпуск тепла с горячей
водой улучшает тепловую экономичность
электростанции, так как для подогрева
ее применяется пар более низких
давлений, чем при отпуске пара.
[1]
Для технологических
процессов промышленные потребители
используют тепловую энергию
преимущественно в виде пара
определенных параметров. Обычно
требуется немного перегретый
пар с давлением, которое изменяется
в зависимости от вида потребителя
в относительно широких пределах-
от 0,2- 0,3 до 1-2 МПа.
Возможны различные
схемы отпуска пара и связанные
с ними способы подготовки
добавочной воды. Наиболее распространена
схема непосредственного отпуска
пара из отбора турбины с
химическим обессоливанием добавочной
воды, служащей для возмещения
внешних и внутренних потерь
пара и конденсата.
При этой схеме применяют
парогенераторы с естественной
циркуляцией и докритические
начальные параметры пара, что
обеспечивает надежный водный
режим. В таких парогенераторах
осуществляется продувка воды
с установкой расширителей для
ее использования. При данном отпуске
пара отпуск тепла потребителю зависит
от количества «обратного» конденсата,
его температуры (обычно около 70-90энтальпии.
«Внешние» потери возмещаются на ТЭЦ в
данном случае исходной сырой водой.[2]
Данная схема наиболее
проста и дешева, однако при
сильно минерализованной исходной
сырой воде химическое обессоливание
воды, в особенности при сверхкритическом
начальном давлении пара, может
не удовлетворять требованиям
технико-экономическим, а также
охраны водных бассейнов. В
таких случаях применяют испарительные
установки.[1]
Схема отпуска пара непосредственно
из отбора или противодавления турбины
с возмещением потерь пара и конденсата
дистиллятом из многоступенчатой испарительной
установки может применятся при низком
качестве исходной сыро воды.
В указанной схеме
основной поток отбираемого пара
направляется непосредственно потребителю;
на испарительную установку из
того же регулируемого отбора
отводится необходимое количество
пара. В данном случае испарительную
установку целесообразно использовать
также для подготовки дополнительного
количества дистиллята, для покрытия внутренних
потерь пара и конденсата.[2]
При большой доле
потерь у внешнего потребителя
требуемое количество дистиллята
относительно велико и его
целесообразно получить в многоступенчатом
испарителе, предпочтительно замкнутого
типа. Таким образом, возможен
отпуск пара из отбора, составляющий
около 60% расхода пара на турбину.[1]
Надежный водный режим
парогенераторов промышленной ТЭЦ
можно обеспечить, если включить
испарители по схеме паропреобразователей,
т.е. отпускать внешнему потребителю вторичный
пар испарителя. При этом конденсат греющего
пара из отбора турбины сохраняется на
ТЭЦ и является основной составной частью
питательной воды парогенераторов. Внешние
потери пара из отбора турбины и конденсата
при этом отсутствуют, потери пара и конденсата
сводятся к внутренним потерям.
Возмещение внутренних
потерь при такой схеме отпуска
тепла возможно различными способами.
Большей частью паропреобразователь
используют одновременно в качестве испарителя
для возмещения внутренних потерь (основной
способ).
Если обратный конденсат
от внешнего потребителя пригоден
для питания парогенераторов,
то производительность паропреобразователя
составится как сумма внешних потерь вторичного
пара и внутренних потерь. Недостающее
количество пара для внешнего потребителя,
равное возврату конденсата следует отпускать
непосредственно из отбора турбины, например,
из того же отбора турбины, в обвод паропреобразователя,
через редукционную установку.
Пар для технологических
процессов требуется обычно несколько
перегретый. Так как паропреобразователь
производит насыщенный пар, для его перегрева
устанавливается пароперегреватель, в
котором используется тепло перегрева
пара из отбора турбины. С дренажом из
паропреобразователя вводится в регенеративную
систему ТЭЦ большой поток тепла. Чтобы
несколько уменьшить его, улучшить использование
регенеративных отборов пара и условия
работы основных питательных насосов,
устанавливается охладитель дренажа.
Тепловую экономичность
турбоустановки можно несколько
улучшить, если питательную воду
паропреобразователя предварительно
подогреть паром из отбора турбины более
низкого давления в предварительном подогревателе.
Этот подогреватель может служить также
конденсатором вторичного пара дл возмещения
внутренних потерь пара и конденсата.
Питательная вода паропреобразователя
предварительно очищается химически и
нагревается в охладителе продувки паропеобразователя.
Если обратный конденсат
от потребителя не пригоден
для питания парогенераторов,
следует проверить целесообразность
использования его для питания
паропреобразователей. Благодаря этому
могут быть уменьшены производительность
и стоимость химической водоочистки.[2]
Из трех рассмотренных
схем отпуска тепла пара преимущественное
применение имеет схема с отпуском
пара непосредственно из отбора
турбины и химическим обессоливанием
добавочной воды.
На ТЭЦ с отопительной
нагрузкой могут применяться
турбины с противодавлением или
с конденсацией и отбором пара.
Однако применение турбин с
противодавлением очень ограничено,
так как сезонная отопительная
нагрузка не обеспечивает круглогодичного
производства электроэнергии на
тепловом потреблении. Поэтому,
как правило, применяют теплофикационные
турбины с конденсацией и отопительными
отборами.[3]