Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 19 из 101

16{


16{


16i

Рис. 3.13. Однотрубная паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

Схемы присоединений: а — 0(3); б — 0(H); в — Г(АВ); г — технологических аппаратов; д — технологических
аппаратов с местной термокомпрессией; I — паропровод; II — конденсатопровод; I — паровая турбина; 2 —
воздушный кран; 3 — водоразборный кран; 4 — нагревательный прибор; 5 — обратный клапан; 6 — конденса-
тоотводчнк; 7 — конденсатосборник; 8 — термокомпрессор; 9 — технологический аппарат; 10 — расширитель-
ный сосуд; II — регулирующий клапан; 12 — аккумулятор горячей волы; 13 — рщулятор температуры воды;
16 — насос, 31 — редукционно-охладительная установка

в открытых системах теплоснабжения рас­ход подпитки не характеризует плотность системы.

4. 
   ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ
   

Паровые системы сооружаются двух ти­пов; с возвратом конденсата, без возврата конденсата.

В практике промышленной теплофика­ции широко применяется однотрубная па­ровая система с возвратом конденсата (рис. 3.13). Пар из отбора турбины поступа­ет в однотрубную паровую сеть / и транс­портируется по ней к тепловым потребите­лям. Конденсат возвращается от потребите­лей на станцию по конденсатопроводу II. На случай остановки турбины или недоста­точной мощности отбора предусмотрена резервная подача пара в сеть через редукци­онно-охладительную установку 31.

Схемы присоединений абонентских ус­тановок к паровой сети зависят от кон­струкции этих установок. Если пар может быть пущен непосредственно в установку абонента, то присоединение производится по зависимой схеме (см. рис. 3.13, а). Если пар не может быть подан непосредственно в установку абонента, то присоединение про­изводится по независимой схеме через теп­лообменник (см. рис. 3.13, б и е).

Конденсат отводится конденсатоотвод- чиком б в сборный резервуар 7, откуда он забирается насосом 16 и перекачивается по конденсатопроводу тепловой сети обратно на станцию. Для защиты установок от по­ступления в них конденсата из конденсато- провода тепловой сети после насоса 16 ус­тановлен обратный клапан 5.

На схеме в показано присоединение го­рячего водоснабжения.

Технологические аппараты промышлен­ных предприятий присоединяются обычно к паровой сети непосредственно или через РОУ 31. Схема такого присоединения пока­зана на рис. 3.13, г

Сбор конденсата от теплопотребляю­щих установок и возврат его к источнику теплоты имеют важное значение не только для надежности работы котельных устано­вок современных теплоэлектроцентралей, но и для экономии теплоты и общей эконо­мичности системы теплоснабжения в це­лом. Возврат конденсата особенно важен для ТЭЦ с высокими и сверхкритическими начальными параметрами (13 МПа и вы­ше). Сооружение обессоливающих устано-

вок таких ТЭЦ очень дорого, и поэтому мощность этих установок, как правило, ог­раничена. Невозврат конденсата вызывает необходимость увеличения мощности во­доподготовительных установок и дополни­тельного расхода химических реагентов, а также приводит к дополнительным тепло­вым потерям.

Основные пути совершенствования сис­темы сбора и возврата конденсата заключа­ются в следующем:

замене в технологических аппаратах смешивающего подогрева поверхностным;

защите конденсата от загрязнений путем улучшения герметичности поверхностных теплообменников, т.е. создания условий, исключающих попадание загрязняющих ве­ществ в паровую полость теплообменников;

наладке и содержании в работоспо­собном состоянии конденсатоотводчиков, обеспечивающих отвод конденсата из аппа­

ратов без пропуска пролетного пара;

защите конденсатопроводов от внутрен­

ней коррозии в первую очередь посредством применения закрытых схем сбора конденса­та с поддержанием в сборных баках конден­сата избыточного давления 5—20 кПа за счет пара вторичного вскипания или подачи пара из паропроводов.

Применение открытых систем сбора и возврата конденсата допускается обычно только в условиях, исключающих внутрен­нюю коррозию конденсатопроводов, на­пример в системах сбора замасленного кон­денсата. В большинстве случаев применя­ются напорные системы конденсатопрово­дов с размещением конденсатных насосов у потребителей, как это показано на рис. 3.13.

Особенно важное значение в системе сбора и возврата конденсата имеют конден- сатоотводчики, которые устанавливаются, как правило, после всех поверхностных па­ровых нагревательных приборов, а также на паропроводах насыщенного пара в возмож­ных узлах скопления конденсата.



Рнс. 3.14. Однотрубная паровая система тепло­снабжения с центральной струнной компрессией н с возвратом конденсата 3 — паровой котел; 17 — деаэратор, IS — струйный компрессор; 36 — химводоочистка, остальные обозна­чения те же, что и на рис. 3 13

В тех случаях, когда давление пара в паровой сети меньше давления, требующегося отдель­ным абонентам, оно может быть искусственно повышено у абонентов при помощи компрессо­ра. Для этой цели применяются поршневые, ро­тационные или центробежные компрессоры с электрическим или механическим приводом (рис. 3.13, d).

Если давление пара, получаемого из отборов турбин на ТЭЦ, недостаточно для удовлетворе­ния всех или значительной части тепловых по­требителей, то оно может быть искусственно по­вышено на станции. Для повышения давления пара на станции можно применять струйные компрессоры. На рис. 3.14 показана паровая сис­тема с центральной термокомпрессией. Отрабо­тавший пар из турбины поступает в приемную камеру струйного компрессора 18, в сопло кото­рого поступает свежий пар из котла. Сжатый пар при повышенном давлении выходит из диффузо­ра компрессора в паровую сеть.

Расчет и характеристика струйных ком­прессоров приведены в [103]. В тех случа­ях, когда промышленным потребителям района требуется пар разных давлений (низкого и повышенного), а станция может

удовлетворить потребность в паре низкого давления из отборов турбин и потребность в паре повышенного давления непосредст­венно из котлов, применяются двухтрубные и многотрубные системы. Двухтрубные па­ровые системы иногда применяются также при различных расходах пара у абонентов в разные сезоны, например зимой и летом. В этом случае в периоды больших расходов пара включаются в работу оба паропровода, а в периоды малых расходов — один. В не­которых случаях двухтурбинные паровые системы применяются по условиям резер­вирования, когда для технологического процесса недопустимы даже кратковремен­ные перерывы в подаче пара.

На рис. 3.15 показана двухтрубная паро­вая система с возвратом конденсата. Отра­ботавший пар низкого давления поступает из турбины в один паропровод. Редуциро­ванный пар из котла или пар из отбора по­вышенного давления поступает в другой паропровод. В зависимости от требуемых параметров теплоты абонентские установ­ки присоединяются к тому или другому па­ропроводу. Конденсат возврашается на станцию по общему конденсатопроводу.

В некоторых случаях при пароснабже- нии потребителей от ТЭЦ низкого давления (начальное давление 4,5 МПа и ниже), на ко­



рме. 3,15. Двухтрубная паровая система тепло­снабжения с возвратом конденсата 3 — паровой котел, 17 — деаэратор, 36 — химводоочи- стка, остальные обозначения те же, что и на рис 3 13

торых применяются упрощенные водопод­готовительные установки, экономически оправдывается отказ от возврата конденса­та, если его можно использовать в абонентских установках. При отказе от возврата конденсата упрощаются и удешев­ляются тепловая сеть и абонентская уста­новка (из-за замены поверхностного подог­рева смешивающим), а также экономится электроэнергия на перекачку. Поскольку потеря конденсата компенсируется увели­чением производительности станционной водоподготовки, возрастает начальная стои­мость станции и увеличиваются потери ко­тельной из-за увеличения продувки котлов.

Проведенные исследования показыва­ют, что для ТЭЦ низкого и среднего давле­ния при удовлетворительном качестве ис­ходной сырой воды (солесодержание менее 250 мг/л) экономически целесообразно ис­пользовать конденсат у абонентов для тех­нологического горячего водоснабжения.

На рис. 3.16 показана паровая система без возврата конденсата. Все потребители теплоты присоединяются, как правило, не­посредственно, без промежуточных тепло­обменников. Конденсат греющего пара ис­пользуется для горячего водоснабжения абонентов.

4. 
   СВЕРХДАЛЬНЯЯ ТРАНСПОРТИРОВКА ТЕПЛОТЫ
   

В связи с ужесточением экологических норм защиты окружающей среды сущест­венно увеличилось минимально допустимое расстояние от атомных источников, а также от мощных источников теплоты на твердом топливе до границы крупных городов.

Возникает необходимость разработки и создания системы сверхдальней (например, более 30 км) транспортировки теплоты от источников, удаленных от районов тепло­вого потребления на многие десятки кило­метров. В ряде случаев эти расстояния могут составлять 100—150 км и более.

Для этой цели предлагается исполь­зовать процессы, позволяющие существен­но повысить количество передаваемой теп­лоты в единице транспортируемого объема энергоносителя.

Все эти процессы можно условно разде­лить на каталитические и некаталитиче­ские. Особенность каталитических процес­сов заключается в возможности транспор­тировки продуктов разложения по общему НО трубопроводу, что существенно упрощает систему транспорта энергоносителя. При каталитических методах система дальней транспортировки остается двухтрубной, как и при традиционном теплоносителе — воде. Основная сложность каталитических процессов состоит в необходимости специ­альной каталитической установки для пре­вращения продуктов разложения в исход­ный продукт.

В качестве одной из таких систем может быть рассмотрена система транспортиров­ки теплоты в химически связанном состоя­нии (рис. 3.17), базирующаяся на реакции паровой конверсии метана [84, 136].

Газ метан СН₄ и водяной пар Н₂О, подведен­ные к реактору /, при температуре около 400 °C вступают в химическую реакцию, которая закан­чивается при температуре около 800 °C В ре­зультате реакции

СН₄ + Н₂О = СО + ЗН₂. (3.1)

образуется смесь водорода Н₂ и оксида угле­рода СО.

На этот процесс паровой конверсии затрачи­вается значительное количество теплоты, подво­димое к реактору извне 21. В качестве теплоис­точника для процесса конверсии может быть ис­пользована теплота сжигания органического то­плива или внутриядерная энергия. Удельный расход теплоты на процесс конверсии составля­ет 206 ГДж/моль = 12,8 кДж/кг СН₄.

Полученная в реакторе 1 высокотемператур­ная газовая смесь водорода Н₂ и оксида углерода СО проходит через регенеративный теплообмен­ник 2, в котором она охлаждается, отдавая теп­лоту исходным продуктам (метану и водяному пару), которые подогреваются до температуры около 400 °C.

Охлажденная газовая смесь СО + ЗН₂ после регенеративного теплообменника проходит че­рез парогенератор низкого давления 3 и регене­ративный подогреватель питательной воды 4, где, отдавая теплоту, охлаждается до 40—50 °C. При необходимости после регенеративного по­догревателя питательной воды может вклю­чаться дополнительный охладитель газовой

смеси, из которого теплота отводится в окру­жающую среду.

Холодная газовая смесь (СО + ЗН₂) транс­портируется по газопроводу 20 в район тепло­снабжения. Транспортировка газа осуществляет­ся под действием перепада давлений, создавае­мого компрессором 15 аналогично транспор­тировке природного газа.

В районе теплоснабжения газовая смесь по­ступает в специальный аппарат — метанатор 7, где снова превращается в смесь метана СН₄ и во­дяного пара Н₂О. Реакция сопровождается выде­лением теплоты при температуре около 600 °C.

Полученная в метанаторе горячая смесь ме­тана и водяного пара поступает в парогенератор 5, в котором за счет использования физической теплоты газовой смеси вырабатывается водяной пар энергетических параметров. Пар поступает в теплофикационную турбоустаиовку 9, в которой комбинированным методом вырабатываются электроэнергия и теплота. Отработавший пар из турбоустановки 9 поступает в теплофикаци­онный подогреватель 11, где, конденсируясь, от­дает теплоту сетевой воде. Конденсат насосом 14 подается в парогенератор 5.

Смесь метана и водяного пара после пароге­нератора проходит через теплообменник 12, где используется для дополнительного подогрева сетевой воды.

Вода, выделившаяся из парогазовой смеси в процессе ее охлаждения в парогенераторе 5 и теплообменнике 12, отводится с помощью водо­отделителя 13 в систему технического водоснаб­жения 19. Осушенный метан возвращается по обратному газопроводу 20 к источнику теплоты.

Таким образом, теплота высокого потенциа­ла, подведенная к конверсионному реактору 1, превращается в нем в основном в химическую энергию. Эта химическая энергия в виде газовой смеси водорода Н₂ и оксида углерода СО переда­ется по сверхдальнему теплопроводу 20 в район теплопотребления. В метанаторе 7, размещен­ном в районе теплопотребления, химическая энергия превращается в теплоту повышенного потенциала и используется для комбинирован­ной выработки электрической энергии и тепло- 111 ты низкого потенциала, используемой для тепло­снабжения.

Рассматриваемая система создает возмож­ность выработки электрической энергии и теп­лоты без непосредственного сжигания топлива в городах. В процессе работы системы метан не расходуется, а только циркулирует в замкнутом контуре: конверсионный реактор — газопровод СО + ЗН₂ — метанатор — газопровод СН₄ — конверсионный реактор.

Основные преимущества системы даль­ней транспортировки теплоты в химически связанном состоянии по сравнению с двух­трубной водяной системой теплоснабжения:

1. 
   возможность передачи теплоты на большие расстояния (100 км и более) прак­тически без потерь в окружающую среду;
   
2. 
   упрощение конструкции дальних трубопроводов и снижение их стоимости благодаря отсутствию тепловой изоляции и компенсаторов температурных деформа­ций, а также увеличению пропускной спо­собности по теплоте примерно втрое по сравнению с водяной двухтрубной систе­мой при трубопроводах одного и того же диаметра.
   

Основные недостатки рассматриваемой системы:

1. 
   усложнение и удорожание теплоис­точников;
   
2. 
   снижение удельной комбинирован­ной выработки электрической энергии.
   

Возможно также создание некаталити­ческих систем транспорта теплоты в хими­чески связанном состоянии, основанных на использовании эндотермических реак­ций разложения растворов (на источнике теплоты) и экзотермических реакций их синтеза (в районах теплового потребле­ния). В этих системах теплота на источни­ке (ТЭЦ или котельной) затрачивается на выпаривание летучего вещества из раство­ра. После охлаждения растворенное веще­ство и растворитель раздельно (по отдель­ным трубопроводам) транспортируются в район теплоснабжения.

После выделения энергии растворения в процессе синтеза растворенного вещества и растворителя восстановленный раствор возвращается по обратному трубопроводу к источнику теплоты. Системы, основан­ные на некаталитических методах, являют­ся, как правило, трехтрубными.

По двум подающим трубопроводам рас­творенное вещество и растворитель транс­портируются от источника теплоты в район теплоснабжения. По обратному трубопро­воду восстановленный раствор транспорти­руется из района теплоснабжения к источ­нику теплоты. В качестве таких растворов могут быть использованы Са(ОН)₂, MgCO₃, Mg(OH)₂, (NH₄)₂CO₃ и др.

4.