Классификация систем технологического пароснабжения

Крупные промышленные предприятия от внешних источников получают в основном перегретый пар. От ТЭЦ и крупных центральных котельных поступает пар, перегретый относительно температуры насыщения на 50 - 100°С, чтобы покрыть тепловые потери при транспорте теплоносителя. Степень перегрева пара в зимний период повышается, так как возрастают потери теплоты в окружающую среду из-за понижения температуры наружного воздуха.

При использовании пара в тепловых процессах его перегрев не играет существенной роли, так как доля теплоты, передаваемой за счет его охлаждения до температуры насыщения, очень мала, по сравнению с долей теплоты, передаваемой за счет скрытой теплоты конденсации пара. Однако при этом условия эксплуатации теплообменного оборудования ухудшаются и возрастают потери с пролетным паром.

Для обеспечения тепловых нагрузок преимущественно используется насыщенный пар среднего и низкого давления. Перегретый пар среднего и высокого давления используется в силовых процессах. Если для ведения технологических процессов требуется пар более высокой температуры 400 – 600 °С, то у потребителя устанавливаются специальные центральные пароперегреватели. За счет сжигания природного топлива в них достигается необходимая температура пара, полученного от внешних источников.

В заводских котельных, в том числе и утилизационных, преимущественно вырабатывается сухой насыщенный пар. Однако вследствие слабого контроля за степенью сухости отпускаемого пара к потребителю часто поступает влажный пар. В результате возрастают тепловые потери в теплоиспользующем оборудовании и снижается гидравлическая устойчивость транспортирующей паровой сети, поскольку в паропроводе увеличивается образование конденсата.

При поиске решений по организации эффективных систем пароснабжения промышленных предприятий необходимо рассматривать разнообразные процессы производства, транспорта, регулирования и потребления промышленного пара. Таким образом, система снабжения паром промышленного предприятия представляет собой комплекс различных установок и устройств, обеспечивающих эти процессы.

В целях упорядочения пароснабжения промышленных предприятий и снижения необоснованных потерь пара, связанных с несоответствием режимов работы потребителей и источников тепловой энергии в определенные отрезки времени, необходимо оптимизировать потребление пара. Нарушение расчетных графиков прихода и расхода теплоты по расходу и параметрам приводит к отклонению режимов работы источников пароснабжения от оптимальных, необходимости резервирования мощности, возрастанию затрат на сооружение аккумулирующих установок и, следовательно, перерасходу топлива, материальных и денежных средств.

Эта задача может быть решена только математическим моделированием реальных процессов, позволяющим учесть многочисленные факторы, влияющие на эффективность и устойчивость работы систем в выявленных диапазонах отклонений параметров.

Для построения моделей необходимо иметь надежную и подробную информацию о тепловом потреблении и уровне сопутствующих потерь теплоты. К сожалению, на промышленных предприятиях практически отсутствует информационная база по пароконденсатным балансам паропотребляющих установок, что не позволяет провести достоверный анализ эффективности энергопотребления объектов и характерных режимов их эксплуатации.

Системы технологического пароснабжения промышленных предприятий классифицируются по следующим признакам:

- вид основного источника пароснабжения: ТЭЦ, центральные или местные котельные;

- объем потребления пара: малое - до 6 кг/с; среднее 6 - 20 кг/с; большое - более 20 кг/с;

- состояние пара: перегретый, насыщенный, совместное использование перегретого и насыщенного пара;

- давление пара на входе в распределительную паровую сеть предприятия: низкое - менее 0,3 МПа; среднее - от 0,3 до 0,9 МПа; повышенное - от 0,9 до 1,5 МПа и высокое - более 1,5 МПа;

- сложность паровой сети: протяженность, разветвленность и пр.;

- организация систем сбора и возврата конденсата: закрытого и открытого типов;

- структура теплопотребления: с преобладанием технологических или санитарно-технических нагрузок;

- характер графика теплопотребления в течение рассматриваемого периода (суток, сезона, года): резко выраженный, равномерный.

От внешних источников пар промышленных параметров (давлением 0,8 - 3,5 МПа) поступает по магистральному паропроводу. При давлении более 3 МПа он направляется к потребителям, минуя центральный тепловой пункт (ЦТП); пар давлением менее 3 МПа из магистрали сначала поступает на ЦТП. Здесь устанавливаются регулирующая арматура, регистрирующие и контрольно-измерительные приборы. Если на производстве используется пар давлением 0,6 - 0,9 МПа, на ЦТП предусматривается редукционная установка (РУ) или редукционно-охладительная установка (РОУ).

Центральный тепловой пункт располагается в одном из производственных зданий или специально отведенном помещении в центре системы распределения пара между потребителями. На крупных промышленных предприятиях с протяженными и разветвленными паровыми сетями устанавливается несколько ЦТП. Выбор места их расположения зависит от распределения нагрузки по территории предприятия и удаленности потребителей.

На рис.32 показана схема подключения котельной к паровой сети через парораспределительный двухступенчатый коллектор. Ступени разделяются редукционным клапаном.

Доля отопительно-вентиляционной нагрузки в общей присоединенной тепловой нагрузке промышленного предприятия непосредственно зависит от профиля данного предприятия. В частности, отопительно-вентиляционные нагрузки крупных нефтехимических предприятий составляют 5 - 7 %, а на химических предприятиях достигают 20 – 30 % общего потребления теплоты. Горячая вода на покрытие этих нужд обычно поступает от центральных внешних и заводских источников теплоты.

Отопление производственных помещений часто совмещается с системой приточной вентиляции. Температура воздуха, поступающего в помещения в отопительный период, повышается от -40 - +10 до 25 - 40°С. Отопление административных помещений организуется по той же схеме, что и объектов коммунально-бытового сектора.

В настоящее время на некоторых промышленных предприятиях еще сохранились паровые отопительные системы, но их постепенно меняют на водяные. Это продиктовано следующим: водяные системы позволяют организовать качественное регулирование температурного режима отопительных систем в соответствии с температурой наружного воздуха и обеспечить лучшие санитарно-гигиенические условия отапливаемых помещений.

Сантехнические нагрузки промышленных предприятий составляют 2 - 10% в структуре общего теплопотребления. Присоединение местных потребителей горячей воды к тепловым сетям можно осуществлять по смешанной или последовательной схеме, однако в действительности предпочитают устанавливать специальные пароводяные теплообменники. Это объясняется несоответствием режимов теплофикационных и сантехнических нагрузок. Потребление горячей воды происходит круглогодично, поэтому в длительный летний период, когда отопительно-вентиляционные нагрузки отсутствуют, содержание протяженной сильноразветвленной сети только на нужды горячего водоснабжения оказывается экономически невыгодным. Кроме того, температура воды, требуемой некоторыми технологическими потребителями, оказывается несколько завышенной по отношению к расчетным для открытых или закрытых систем горячего водоснабжения. Например, для отмывания сильно загрязненных техническим маслом или нефтепродуктами деталей требуется горячая вода температурой выше 70°С. В душевых, прачечных, столовых может использоваться вода более низкой температуры — 45 °С. В том случае, когда сантехническая нагрузка обеспечивается местными пароводяными теплообменниками, она учитывается в общей паровой нагрузке предприятия.