Теплофикация и тепловые сети. И тепловые
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
Е.Я. Соколов ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 7-е издание, стереотипное Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Теплоэнергетика» Москва Издательство МЭИ 2001 УДК 697.34 (075.8) ББК 31.38 С 59 Федеральная программа книгоиздания России Научный редактор канд. техн. наук, зам. начальника отдела РАО «ЕЭС России» В.А. Малафеев Рецензент кафедра тепловых электрических станций Московского энергетического института (технического университета) Соколов Е.Я. С 59 Теплофикация и тепловые сети-. Учебник для вузов. — 7-е изд., стереот. —М.: Издательство МЭИ, 2001. —472 с.: ил. ISBN 5-7046-0703-9 Изложены энергетические основы теплофикации. Даны классификация и методика расчета тепловой нагрузки городов и промышленных районов. Описаны системы централизованного теплоснабжения и режимы их регулирования. Приведены методика гидравлического и теплового расчетов тепловых сетей, схемы, конструкции и методы расчета теплофикационного оборудования ТЭЦ, тепловых сетей, групповых и местных тепловых подстанций. Рассмотрены основные задачи и структура организации эксплуатации систем централизованного теплоснабжения. Предыдущее издание учебника переработано с учетом изменения экономической ситуации в стране за период с 1985 г. и вышло в Издательстве МЭИ в 1999 г. Для студентов теплоэнергетических специальностей вузов. Может быть полезен инженерам, проектирующим и эксплуатирующим теплофикационные системы. УДК 697.34(075.8) ББК 31.38 Учебное издание СОКОЛОВ Ефим Яковлевич ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ Учебник для вузов Редактор Е.А. Улановская Технический редактор З.Н. Ратникова Корректоры Р.М. Ваничкина, В.В. Сомоаа Художественное оформление В.Е. Гришина Набор и верстка аыполнены на компьютерах Издательства МЭИ Компьютерная верстка Л.В. Валдаевой, Н.В. Пустошновой ЛР№ 020528 от 05.06.97 Подписано а печать с орнгниала-макета 20.10.99 Формат 70x100/16 Бумага офсетная № 1 Гарнитура Times Печать офсетная Усл. печ. л. 38,05 Усл. кр.-отт. 38,05 Уч,- изд. л. 41,06 Тираж 4000 экэ. (4-й завод 3001—4000 экэ.) Заказ 736. С-010 Издательство МЭИ, 111250, Москва, Красноказарменная, д. 14 Отпечатано с готовых диапозитивоа в ООО Типография ИПО профсоюзов «Профиздат», 109044, Москва, Крутицкий вал, 18 ISBN 5-7046-0703-9 © Автор, с изменениями, 1999  ЕФИМ ЯКОВЛЕВИЧ СОКОЛОВ (1905—1999) Доктор технических наук, профессор, лауреат Ленинской премии, заслуженный деятель науки Российской Федерации, почетный доктор Дрезденского технического университета Ефим Яковлевич Соколов родился 6 декабря 1905 г. в д. Городище Черкасской губ. Украины. Инженерную деятельность Е.Я. Соколов начал в 1925 г в качестве теплотехника фабрики «Пролетарская победа» (Пирогово, Московской обл.), куда он был направлен после окончания Харьковского технологического (иыие политехнического) института. С 1928 по 1930 е ои главный механик фабрики им. В.И. Ленина в Обухове Московской обл. В 1930 г. Е.Я. Соколов перешел иа работу в Теплосеть Мосэнерго заместителем начальника проектного отдела. С этого времени его деятельность непрерывно связана с развитием теплофикации. Ои разрабатывал первые проекты теплофикации Москвы и принимал участие в разработке проектов иа последующих стадиях развития теплофикации столицы, а также оказывал помощь в разработке проектов развития и совершенствования теплофикационных систем во многих городах и промышленных районах страны. В 1932 г. Е.Я. Соколов начал преподавать в МЭИ, а в 1937 г. — работать в лаборатории теплофикации ВТИ. В 1939 г. ему была присвоена ученая степень кандидата технических наук, а в 1943 г. он защитил докторскую диссертацию, а в 1945 г. получил звание профессора. В течение 24 лет, до 1980 г. Е.Я. Соколов возглавлял кафедру промышленных теплоэнергетических систем Московского энергетического института и в течение 35 лет, до 1978 г. — лабораторию теплофикации Всесоюзного теплотехнического института. Им подготовлено свыше 60 кандидатов технических наук. Ефим Яковлевич Соколов — автор около 200 опубликованных работ, в том числе 20 учебников, учебных пособий, монографий. Наиболее известные из них: учебник «Теплофикация и тепловые сети», выходящий 6-м изданием; учебное пособие «Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения» (вышло два издания); «Струйные аппараты» (вышло два издания); «Эксплуатация тепловых сетей» (вышло два издания); «Элементы оборудования тепловых сетей» и др. В 1966 г. за создание и освоение в эксплуатации турбины Т-100-130 Е.Я. Соколову совместно с работниками Уральского турбомоторного завода и Мосэнерго присуждена Ленинская премия. Е.Я. Соколов многие годы был членом Научно-технического совета Минэнерго СССР, членом редакционных коллегий журналов «Электрические станции», «Теплоэнергетика», «Известия вузов», «Энергетика», секций теплофикации и централизованного теплоснабжения Госкомитета СССР по науке и технике, бюро секции теплофикации Центрального правления и Московского отделения НТОЭиЭП, научно-технического совета РАО «ЕЭС России», активным участником многих отечественных и международных конференций. В течение ряда лет Е.Я. Соколов успешно читал лекции в Дрезденском техническом университете, за что был награжден в 1974 г. медалью Молье. В 1976 г. ему присвоено звание почетного доктора Дрезденского технического университета. За оказание научно- технической помощи в развитии теплофикации Монгольской Народной Республики ои награжден медалью «50 лет Монгольской революции». Активная научная и общественная деятельность Е.Я. Соколова отмечена правительственными наградами: двумя орденами «Знак Почета» и медалями СССР. Е.Я. Соколов скончался в 1999 г. 3 ПРЕДИСЛОВИЕ К ШЕСТОМУ ИЗДАНИЮ Тепловое потребление — одна из основных статей топливно-энергетического баланса нашей страны1. На удовлетворение тепловой нагрузки страны расходуется ежегодно более 600 млн т условного топлива, т.е. около 30 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов. Тепловое хозяйство России в течение длительного периода развивается по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабжения и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Широкое развитие получила теплофикация, являющаяся наиболее рациональным методом использования топливных ресурсов для тепло- и электроснабжения. Развитие теплофикации способствует решению многих важных народнохозяйственных и социальных проблем таких, как повышение тепловой и обшей экономичности электроэнергетического производства, обеспечение экономичного и качественного теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, улучшение экологической обстановки в городах и промышленных районах, снижение трудозатрат в тепловом хозяйстве. Наряду с теплофикацией рационально используется теплоснабжение от экономичных котельных установок, а также от теплоутилизационных промышленных установок. Каждый из этих источников теплоснаб- * Основное содержание учебника, кроме глав 11— 13, подготовлено в 1990—1991 гг., и читатели должны иметь в виду, что под «нашей страной» здесь н далее понимается все экономическое пространство, занимавшееся ранее республиками, входившими в состав СССР. 4 жения имеет свою область экономически целесообразного применения. Приведенные в книге материалы об основных тенденциях и достигнутых масштабах развития теплофикации на период до 1.01.1990 г., по существу, — итог развития теплофикации в СССР за 67 лет, т.е. от напала развития теплофикации в 1924 г. до 1990 г., а также в России за 1991—1995 гг. Следует отметить, что все эти годы основным организатором и координатором развития теплофикации в СССР было Министерство энергетики и электрификации СССР, введении которого находились наиболее крупные теплофикационные системы — ТЭЦ и магистральные тепловые сети. В настоящее время трудно прогнозировать дальнейшее развитие теплофикации в стране. Можно лишь высказать надежду, что положительный опыт развития и совершенствования теплофикационных установок и систем — результат труда нескольких поколений теплофикаторов — ученых, инженеров и рабочих, не будет утерян, а будет умножен путем дальнейших научио-техии- ческих исследований и практических разработок. Развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения выдвигает сложные научные и инженерные задачи, решение которых в значительной мере зависит от подготовки квалифицированных инженерно-технических и научных кадров. В настоящее время подготовка инженеров по теплофикации и системам централизованного теплоснабжения (СЦТ) ведется по специальности 0305 «Тепловые электрические станции» (ТЭС). Для подготовки таких специалистов в МЭИ в 1948 г. был создан учебник «Теплофикация и тепловые сети», который в настоящее время является практически единственным учебником для специальностей 0305 и 0308, а также пособием для научных работников и инженеров в области теплофикации и централизованного теплоснабжения. Книга также используется в инженерностроительных вузах в качестве учебного пособия по специальности тепло- и газоснабжение. За прошедшие годы вышло пять изданий этого учебника — в 1948, 1956, 1963, 1975, 1982 гг. Перевод этой книги издан в ряде стран. Перевод первого издания вышел в Китайской Народной Республике и в Польской Республике1 в 1955 г. Перевод пятого издания — а Югославии в 1985 г.2 и в Китайской Народной Республике в 1988 г. В процессе подготовки очередного издания автор стремился обобщить накопленный опыт и осветить передовые тенденции в развитии этой отрасли энергетики. При подготовке настоящего, шестого, издания необходимо было, не выходя за границы программы курса и не увеличивая объема книги, отразить в ией современные актуальные задачи в области повышения надежности и экономичности систем теплоснабжения и теплофикации. В шестом издании по сравнению с пятым получили дополнительное освещение и развитие следующие основные вопросы: энергетическая эффективность газотурбинных и парогазовых теплофикационных установок; оптимизация параметров теплонасосных установок; схемы сверхдальней транспортировки теплоты в химически связанном состоянии; гидравлическая устойчивость систем теплоснабжения; потоко- распределение в тепловой сети, питаемой от нескольких источников; аккумулирование теплоты; автоматизация регулирования в системах теплоснабжения; испытания тепловых сетей; методы оперативной оценки расхода теплоты; пути повышения надежности и качества теплоснабжения; методы экономического анализа при создании теплофикационных систем в новых экономических условиях. Автор с благодарностью отмечает ценные замечания по пятому изданию книги, высказанные в устной форме, а также в печати [61, 65, 126], которые были учтены в пределах, допускаемых программой курса и ограниченным объемом книги. Автор выражает также благодарность кафедре теплоэнергоснабжеиия промышленных предприятий Ивановского государственного энергетического университета за ценные замечания, послужившие улучшению содержания учебника, а также считает необходимым отметить большой вклад в научное редактирование кииги канд. техн. иаук В.А. Малафеева3. Е.Я. Соколов К 75-летию теплофикации России и 70-летию Московского энергетического инстит] ВВЕДЕНИЕ Энергетикой называется система установок и устройств для преобразования первичных энергоресурсов в виды энергии, необходимые для народного хозяйства и населения, и передачи этой энергии от источников ее производства до объектов использования. Несмотря на большое разнообразие первичных эиергоресурсов и видов вырабатываемой энергии, энергетика бывшего СССР развивалась планомерно в сочетании с топливной базой как единый топливно-энергетический комплекс. Экономика страны полностью базировалась только на собственных топливно- энергетических ресурсах. На строительство топливно-энергетического комплекса, объединяющего добычу первичных энергоресурсов и их преобразование в используемые виды энергии, выделялась значительная доля всех капиталовложений в промышленность. Из всех видов вырабатываемой энергии наиболее широкое использование находят два вида — электрическая энергия и теплота низкого и среднего потенциалов4 5 6 7 8 9, на выработку которых затрачивается в настоящее время более 55 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов страны. Особенно важное значение имеет электрическая энергия, которой в современном мире принадлежит ведущая роль в развитии производительных сил общества. В области электрификации наша стр, прошла огромный путь. В начале XX в. Россия по произволе' электроэнергии занимала одно из поел них мест среди промышленно развит стран мира. В настоящее время по масш бам производства электроэнергии Росс занимает первое место в Европе и втор место в мире (после США). В 1995 г. в России было произведе 861 млрд кВт’ч электроэнергии, из н 62 % (534,6 млрд кВт • ч) на тепловых элс тростанциях (ТЭС) общего пользования, что было израсходовано 151,1 млн т топл 2 ва (в пересчете на условное ). В промышленности и коммунальио-б товом секторе России широко использует теплота низкого (с температурой до 150 °< и среднего (до 350 °C) потенциалов. На отопление, вентиляцию, кондицион рование воздуха и на горячее водоснабж ние жилых, общественных и промышле! ных зданий, а также на технологические н; жды промышленных и коммунальных пре, приятий в 1995 г. в России было израсход< вано 7850 млн ГДж (1875 млн Гкал)теплот среднего и низкого потенциалов. На выработку указанного количества тс плоты было затрачено 323,6 т, что вдво превышает расход топлива на выработк электроэнергии и составляет около одно трети всех потребляемых в стране топлив но-энергетических ресурсов. При этом ТЭ( “ Условным топливом в России (как и в бывше.' СССР) называется топливо, низшая теплота сгорани (теплотворная способность) которого равна 29,3 МДж/к (7000 ккал/кг). Далее везде расход топлива дается i условном исчислении. общего пользования в 1995 г. выработали 2353,5 млн ГДж (562,1 млн Гкал) теплоты на что было израсходовано 106,2 млн т '. Главным ресурсом для выработки электрической и тепловой энергии в стране в настоящее время служит в основном органическое топливо (природный газ, уголь, мазут). Тепловое хозяйство страны развивается на основе непрерывно идущего процесса концентрации тепловых нагрузок в городах и промышленных районах. Для организации рационального энергоснабжения страны особенно большое значение имеет теплофикация, являющаяся наиболее совершенным технологическим способом производства электрической и тепловой энергии и одним из основных путей снижения расхода топлива на выработку указанных видов энергии. Под термином «теплофикация» понимается энергоснабжение на базе комбинированной, т.е. совместной, выработки электрической и тепловой энергии в одной установке. Термодинамической основой теплофикации служит полезное использование отработавшей в тепловом двигателе теплоты, отводимой из теплосилового цикла. В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от так называемого раздельного метода энергоснабжения, при котором электрическая энергия вырабатывается на конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), а тепловая — в котельных. Основной энергетический эффект теплофикации заключается в замене теплоты, |