Тема занятия 1. Введение. Общие сведения о централизованном теплоснабжении населенных мест. Энергетические основы теплофикации.

Список литературы

Основная литература.

1. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. М.: Стройиздат, 1982.- 336с.

2.Водяные тепловые сети. Справочное пособие по проектированию. Под. ред. Н.К.Громова, Е.П.Шубина. М.: Энергоатомиздат,1986.- 376с.

3. Соколов Е.А. Теплофикация и тепловые сети. 5-изд.- М.: Энергоиздат, 1982.- 360с. Дополнительная литература.

4. Манюк В.И. и др. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. М.: Стройиздат, 1988.- 232с.

5. Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения. Справочное пособие. М.: Энергоавтомиздат.1983.- 204с.

6. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.2. Водопровод и канализация. Под ред. И.Г.Староверова, Ю.И.Шиллера. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. -248 с.

7. Козин В.Б.и др. Теплоснабжение. Уч.Пособие М.: Высшая школа, 1980.- 408с.

8. Переверзев В.А., Шумов В.В.Справочник мастера строителя-2-е изд.,перераб. И доп., Л.:Энергоиздат. Ленингр. Отд-ние, 1987-272с.

9. Захаренко С.Е., Захаренко Ю.С., Никольский И.С., Пищиков М.А.Справочник строителя тепловых сетей, под ред. С.Е. Захаренко. 2-е изд.,перераб.-М.:Энергоиздат, 1984.-184с.

10.СНиП РК 2.04.01-2001 Строительная климатология. Астана: Комитет по делам строительства МЭиТ, 2002. –113с.

11. СН РК 2.04.-21-2004. Энергопотребление и тепловая защита зданий. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2004. –40с.

12. МСН 4.02.-02-2004. Тепловые сети. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2005. –34с.

13.СН РК 4.02-103-2002. Проектирование автономных источников теплоснабжения. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2002. –32с.

14.СН РК 4.02-17-2005. Проектирование тепловых пунктов. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2005. –79с.

15. СП РК 4.02-102-2003. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2004. –32с.

16. ГОСТ 21.605-2003. Теплотехническая часть сети тепловые. Рабочие чертежи. Астана: Комитет по делам строительства и ЖКХ МИиТ РК, 2004. –10с.

Тема занятия 1. Введение. Общие сведения о централизованном теплоснабжении населенных мест. Энергетические основы теплофикации.

Теплоснабжение является крупной отраслью народного хозяйства. Централизованное теплоснабжение базируется на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Она позволяет сократить расход топлива на 20-25%. Кроме экономии топлива централизация теплоснабжения имеет большое значение, способствуя повышению производительности труда, и повышая культуру производства.

Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого потенциала (до 150оС) для потребителей от источника теплоты ТЭЦ.

Источниками тепловой энергии для нужд коммунально-бытовых и технологических потребителей являются теплогенерирующие установки.

Теплогенерирующие установки представляют собой комплекс сложных теплотехнических устройств, предназначенных для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию рабочего тела (горячей воды или водяного пара) и объединенных общей технологической схемой.

Преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию в теплогенерирующих установках осуществляется при сжигании топлива. В этом случае горючие элементы топлива соединяются с окислителем (кислородом воздуха), в результате чего образуются газообразные продукты сгорания и выделяется большое количество теплоты, которая передается циркулирующему в котельной установке рабочему телу (воде или водяному пару). Для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию рабочего тела необходимо: подготовить и подать в котельную установку топливо и окислитель (воздух); обеспечить условия для сжигания топлива; осуществить подготовку, подвод и циркуляцию в котельной установке рабочего тела; обеспечить условия теплообмена между полученными при горении дымовыми газами и циркулирующим в котельной установке рабочим телом; удалить из котельной установки охлажденные продукты сгорания.

Источником тепловой энергии в системе централизованного теплоснабжения являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и крупные районные котельные (РК), а в децентрализованных (местных) системах – индивидуальные котельные. По способу выработки тепловой энергии различают два способа: комбинированный на ТЭЦ и раздельный в котельных, рисунок 1.1.

Рисунок 1.1. Принципиальные схемы раздельного (а) и комбинированного (б) процессов выработки теплоты и электроэнергии.

К-котел; Т-турбина; Г- генератор; КД- конденсатор; КН- конденсаторный насос; Р регенеративный подогреватель; ППН- подпиточный насос; СН- сетевой насос; В- основной подогреватель; РД- регулятор давления; ХВО-химводоочистка.

При схеме теплоснабжения, использующей водогрейный котел (рис. 1.1а), нагретую воду подают к системе горячего водоснабжения и системам отопления зданий. Вода нагревается в котле К за счет сжигания топлива и циркулирует по теплопроводам (горячему Пи обратному О) тепловой сети при помощи сетевых насосов СН. По горячему теплопроводу вода подается к потребителям тепла, т. е. системам горячего водоснабжения I и отопления зданий II и III, а по обратному — от потребителей тепла снова в котлы. В системах потребителей сетевая вода охлаждается, передавая часть своего теплового потенциала или воздуху помещений, или водопроводной воде, или воздуху в системах вентиляции. Возвращаясь в котлы, вода перед ними проходит грязевик ГР, при прохождении которого из воды удаляются взвешенные механические примеси (окалина, песок, коррозионные отложения).

В котельной предусмотрена установка по подготовке воды для химводоочистки (ХВО), в которой подготавливается вода перед заполнением сети в начале и во время эксплуатации. Подается в котлы вода подпиточным насосом ППН, с помощью регулировочного клапана РД устанавливается уровень воды в котле. В установке по химводоочистке вода может умягчаться, освобождаться от растворенных кислорода и углекислоты, а также от нерастворенных механических примесей.

Умягчением воды устраняется интенсивное образование накипи, а удаление из воды кислорода, углекислоты и нерастворимых примесей предотвращает возникновение коррозии и загрязнение систем теплоснабжения. Подпиткой тепловых сетей называется процесс восполнения потерь или разбора воды из теплопроводов или систем потребления теплоты.

Теплофикацией называется централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, т. е. источником теплоты служит ТЭЦ.

Преобладающее число ТЭЦ имеет тепловые сети со средним радиусом действия 15 30 км. В том случае, когда пар является теплоносителем (рис. 1.1, б), из котельной ТЭЦ пар под высоким давлением поступает в паровую турбину, где он вращает турбины и ротор генератора электрического тока. Совершивший работу пар, давление которого при расширении уменьшилось и при выходе из турбины достигло 0,003...0,004 МПа, попадает в конденсатор, в котором превращается в воду (конденсат), отдавая скрытую теплоту парообразования охлаждающей воде. Из конденсатора конденсат (являющийся питательной водой) поступает в котел для последующего парообразования. В турбине, установленной на ТЭЦ, не все количество пара поступает в конденсатор КД, а часть пара давлением 0,25...0,6 МПа отбирается и направляется потребителю. Теплофикация, основанная на использовании пара, выгоднее получения пара в районной котельной, так как при теплофикации пар подается потребителям теплоты уже после выработки им электрической энергии. Пар вырабатывает электрический ток на диапазоне давлений «начальное» — 0,6 МПа и уже после этого отдается потребителям теплоты, где отдает скрытую теплоту парообразования в подогревателях. Превратившись в конденсат, пар по конденсатопроводам на ТЭЦ и, отдав теплоту в водоподогревателях питательной воды, поступает снова в котел для парообразования.

Для централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК). На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива при получении электроэнергии. При этом сначала тепло рабочего тела — водяного пара — используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло-низкого потенциала — для теплоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выработки тепла и электроэнергии. При раздельной их выработке (рис1.2) электроэнергию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепло — в котельных.

Рисунок 1.2. Принципиальные схемы раздельной выработки теплоты и электроэнергии.

Раздельный процесс: а-конденсационная электрическая станция (КЭС); б - районная котельная (РК); 1-котел; 2-турбина; 3- генератор;4- конденсатор; 5- конденсаторный насос; 6 регенеративный подогреватель; 7- питательный насос; 8- подогреватель питательной воды; 9- сетевой насос.

В конденсаторах паровых турбин на КЭС поддерживается глубокий вакуум, которому соответствуют низкие температуры (15—20°С), и охлаждающую воду не используют. В результате на теплоснабжение расходуют дополнительное топливо. Следовательно, раздельная выработка экономически менее выгодна, чем комбинированная.

Преимущества теплофикации и централизованного теплоснабжения наиболее ярко проявляются при концентрации тепловых нагрузок, что характерно для современных развивающихся городов.

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ называется теплофикацией. Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснабжения.

Следует учитывать, что при теплофикации капитальные вложения в ТЭЦ и тепловые сети оказываются больше, чем в КЭС и централизованные системы теплоснабжения от РК, поэтому ТЭЦ экономически целесообразно сооружать лишь при больших тепловых нагрузках. В качестве теплоносителя для теплоснабжения городов используют горячую воду, а для теплоснабжения промышленных предприятий — водяной пар. Теплоноситель от источников тепла транспортируют по теплопроводам. Горячая вода поступает к потребителям по подающим теплопроводам, отдает в теплообменниках свое тепло и после охлаждения возвращается по обратным теплопроводам к источнику тепла. Таким образом, теплоноситель непрерывно циркулирует между источником тепла и потребителями. Циркуляцию теплоносителя обеспечивает насосная станция источника тепла. Водяной пар поступает к промышленным потребителям по паропроводам под собственным давлением, конденсируется в теплообменниках и отдает свое тепло. Образовавшийся конденсат возвращается к источнику тепла под действием избыточного давления или с помощью конденсатных насосов.

Современные тепловые сети городских систем теплоснабжения представляют собой сложные инженерные сооружения. Протяженность тепловых сетей от источника до крайних потребителей составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. В состав тепловых сетей входят теплопроводы; компенсаторы, воспринимающие температурные удлинения; отключающее, регулирующее и предохранительное оборудование, устанавливаемое в специальных камерах или павильонах; насосные станции; районные тепловые пункты (РТП) и тепловые пункты (ТП)

Теплопроводы прокладывают под землей в непроходных и полупроходных каналах, в коллекторах и без каналов. Для сокращения потерь тепла при движении теплоносителя по теплопроводам применяют теплоизоляцию их.

Для управления гидравлическим и тепловым режимами системы теплоснабжения, ее автоматизируют, а количество подаваемого тепла регулируют в соответствии с требованиями потребителей. Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствия подачи тепла потребностям в нем применяют центральное регулирование на источниках тепла. Добиться высокого качества теплоснабжения, применяя только центральное регулирование, не удается, поэтому на тепловых пунктах и у потребителей применяют дополнительное автоматическое регулирование. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно изменяется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют.

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК позволяет резко сократить расход теплоты, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Рекомендуемая литература.

Осн. 1[4-7;], 2 [4-7], 3 [7-16];

доп. 5 [5-6], 7 [4-13].