Теплофикация и тепловые сети. И тепловые
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
и о Я СО 00. •4 Электрическая мощность ТЭЦ, ГВт 30 Рис. В.2. Развитие теплофикации бывшего СССР а — электрическая мощность ТЭЦ; б — выработка электрической энергии комбинированным методом; в — отпуск теплоты от ТЭЦ; г — протяженность магистральных тепловых сетей; 1 — всего; 2 — станции общего пользования Таблица В 2. Распределение ТЭЦ РАО «ЕЭС России» по электрическим мощностям
ГРЭС (СУГРЭС) равна 1216 МВт, тепловая— 1548 Гкал/ч, или 1800 МВт. Суммарная электрическая мощность всех теплофикационных турбин, установленных на ТЭС общего пользования РАО «ЕЭС России», равна 61,92 • 106 кВт, что составляет 47,1 % суммарной электрической мощности этих ТЭС. Выработка электрической энергии теплофикационными турбинами за 1995 г. составила 276,9 • 109 кВт-ч, или 51,4 % суммарной выработки электроэнергии ТЭС общего пользования. При этом на базе теплового потребления, т.е. комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, в 1995 г. составила 161,1 • 109 кВт-ч, или 58,2 % суммарной выработки электроэнергии теплофикационными турбинами. Это значит, что более 40 % электроэнергии было произведено теплофикационными турбинами в конденсационном режиме. Средний удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии в России в 1995 г. составил, г/(кВт- ч): По всем ТЭЦ 276,5 По всем КЭС 352,0 Здесь значение удельного расхода условного топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ приведено в соответствии с расчетом, основанном на физическом методе распределения энергетических затрат в теплофикационных установках [27]. Поэтому годовая экономия топлива в 1995 г. за счет более высокой экономичности ТЭЦ при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии в сравнении с раздельной выработкой электроэнергии (на КЭС) и теплоты (в котельных) может быть определена как произведение разности удельных расходов топлива на выработку электроэнергии на КЭС и ТЭЦ и объема выработки электроэнергии на ТЭЦ: ДД = (352 - 276,5) • 276,9 = 22 млн т. В 1995 г. производство теплоты на ТЭС и в районных котельных общего пользования РАО «ЕЭС России» составило 2590 • 106 ГДж (615,5 НО6 Гкал), из них 2355 • 106 ГДж (562,1 • 106 Гкал), или 91 %, произведено на ТЭС, включая пиковые котлы этих ТЭС; 197,6 • 106 ГДж (47,2- 106 Гкал), или 7,7 %, произведено в районных котельных общего пользования и 25,6 • 106 ГДж (6,1 • 106 Гкал), или 0,9 %, в электрокотельных общего пользования, т.е. не являющихся собственностью потребителей теплоты. Количество теплоты, отпущенной из отборов теплофикационных турбин ТЭС общего пользования России, равно 1907 • 106 ГДж (455,1 • 106 Гкал), что составляет 81 % количества теплоты, отпущенной всеми указанными выше ТЭС. В качестве иллюстрации ниже приведены некоторые данные о теплофикации и централизованном теплоснабжении г. Москвы. Теплоснабжение Москвы в 1989 г. осуществлялось от 14 ТЭЦ или их объединений суммарной электрической мощностью 82 ГВт и суммарной тепловой мощностью 31,8 ГДж/с (27 390 Гкал/ч), из них мощность отборов турбин 16,3 ГДж/с (14 025 Гкал/ч), и от 28 крупных районных котельных суммарной тепловой мощностью 9,15 ГДж/с (7870 Гкал/ч). Около 95 % московских ТЭЦ работают при делении 13 МПа и выше. Располагаемая тепловая мощность централизованных источников теплоты составляет 80 %, а тепловая мощность ТЭЦ — около 62 % тепловой нагрузки города. Суммарная протяженность тепловых сетей от ТЭЦ и районных котельных до групповых и местных тепловых подстанций (пунктов) 3500 км. В 1989 г. ТЭЦ Москвы отпустили 335 млн ГДж (80 млн Гкал) теплоты, из них 83,1 % из отборов турбин, и выработали 57,6 ТВт • ч (млрд 14 кВт ■ ч) электрической энергии, из них 64,8 % комбинированным методом. Средняя удельная комбинированная выработка электрической энергии на базе теплоты из отборов турбин составила 130 кВт'ч/ГДж (550 кВт - ч/Гкал). Средний удельный расход условного топлива (нетто) на теплоэлектростанциях Москвы за 1989 г.: на отпущенную электроэнергию г/(кВт- ч), что соответствует КПД (нетто) %, на отпуск теплоты 40,1 кг/ГДж (168,6 кг/ /Гкал), что соответствует КПД (нечто) 85 %. Теплофикация и централизованное теплоснабжение применяются во многих странах, в том числе в Австрии, Болгарии, Венгрии, Германии, Дании, Исландии, Китае, Монголии, Польше, Румынии, США, Финляндии, Швеции, Чехии, Югославии и др. Развитие теплофикации способствует решению многих важных народнохозяйственных и социальных проблем, таких как повышение тепловой и общей экономичности энергетического производства, обеспечение экономичного и качественного электро- и теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, снижение трудозатрат в тепловом хозяйстве, улучшение экологической обстановки в городах и промышленных районах. Отечественная теплофикация базируется на районных ТЭЦ общего пользования и на промышленных ТЭЦ в составе предприятий, от которых теплота отпускается как промышленным предприятиям, так и расположенным поблизости городам и населенным пунктам. Для удовлетворения отопительно-вентиляционной и бытовой нагрузок жилых и общественных зданий, а также промышленных предприятий используется главным образом горячая вода. Применение горячей воды в качестве теплоносителя позволяет использовать для теплоснабжения теплоту отработавшего пара низкого давления, что повышает эффективность теплофикации благодаря увеличению удельной выработки электрической энергии на базе теплового потребления. Тепловая экономичность ТЭЦ улучшается при повышении начальных параметров пара, снижении давления пара в отборах турбин, применении многоступенчатого подогрева сетевой воды, увеличении числа часов использования тепловой мощности отборов, ограничении доли конденсационной выработки электрической энергии на ТЭЦ. Улучшению экономических показателей способствуют укрупнение ТЭЦ, увеличение единичной мощности котельных и турбинных агрегатов, блочная компоновка оборудования, а также применение дешевых водогрейных котлов и паровых котлов низкого давления для покрытия кратковременных пиков сезонной и технологической тепловой нагрузки и резервирования теплоснабжения. Использование в системах централизованного теплоснабжения водогрейных и паровых котлов большой мощности на первых этапах развития теплофикационных систем дает в ряде случаев выигрыш в капиталовложениях, позволяя с минимальными затратами на сооружение источников теплоты централизовать теплоснабжение до ввода в действие мощной ТЭЦ [37]. После ввода в действие ТЭЦ указанные выше котлы используются для покрытия пиковой части тепловой нагрузки и резервирования теплоснабжения. Повышению эффективности теплофикационных систем способствует внедрение прогрессивных проектов ТЭЦ повышенной заводской готовности, предусматривающих осуществление строительства за счет набора строительно-технологических секций с различными типами турбин и однотипными котлами, что позволяет на 5—10 % уменьшить затраты на сооружение ТЭЦ и сократить сроки их строительства. Отечественное энергомашиностроение является пионером создания мощного высокоэкономичного теплофикационного турбооборудования. Значительное повышение тепловой экономичности ТЭЦ может быть получено за счет улучшения структуры теплофикационных турбоустановок по начальным параметрам, посредством более широкого использования при сооружении и расширении мощных ТЭЦ теплофикационных турбин на сверхкритические начальные параметры. В условиях ограниченного завоза органического топлива в европейскую часть нашей страны в качестве дополнительного пути развития теплофикации целесообразно использовать КЭС, расположенные вблизи крупных городов, путем реконструкции конденсационных блоков 160,200, 300 МВт в теплофикационные с заменой всех изношенных узлов. Такая реконструкция позволяет продлить время активной эксплуатации этих КЭС и существенно (на 10—30 %) повысить их тепловую экономичность. Наряду с этим создаются благоприятные условия для вывода из эксплуатации неэффективных котлов устаревших конструкций в местных котельных и для перевода теплоснабжения районов, подключаемых к реконструируемой КЭС, с газомазутного топлива (на котором зачастую работают местные котельные) на менее дефицитные и (или) более дешевые виды топлива, на которых работают эти КЭС. В районах, располагающих газом в качестве базового топлива, перспективно применение парогазовых теплофикационных установок с высокотемпературными газовыми турбинами. Такие установки позволяют получить низкие удельные расходы топлива при невысоких удельных начальных затратах. Важным звеном теплофикационной системы являются тепловые сети, по которым теплота транспортируется от источников теплоснабжения до тепловых потребителей. В связи с повышением требований к качеству планировки и чистоте воздушного бассейна городов многие мощные ТЭЦ размещаются на значительном расстоянии от районов теплового потребления, часто за пределами городской черты. Рост единичных мощностей источников теплоснабжения и радиусов передачи теплоты вызывает необходимость существенного повышения надежности и экономичности систем теплоснабжения. Актуальная задача — совершенствование систем транспорта и распределения теплоты крупных городов в направлении: а) расширения диапазона безопасных гидравлических режимов; б) полноценного использования блокировочных связей между смежными тепло- магистралями или смежными ТЭЦ; в) снижения потерь сетевой воды при авариях иа магистральных теплопроводах; г) обеспечения автономной, независимой от тепловой сети циркуляции воды в системах теплопотребления; д) более широкого использования автоматического группового и местного регулирования в дополнение к центральному регулированию, внедрения систем дистанционного контроля и телеуправления. Начальные затраты на сооружение теплофикационных систем, а также эксплуатационные расходы на транспорт и распределение теплоты непосредственно зависят от удельного расхода сетевой воды на единицу тепловой нагрузки системы. Известны следующие основные пути снижения удельного расхода сетевой воды: а) повышение расчетной температуры в подающих трубопроводах до экономически оправданного уровня; б) снижение температуры сетевой воды в обратных трубопроводах, т.е. более глубокое использование энтальпии теплоносителя в теплоиспользующих установках у потребителей за счет: повсеместного внедрения местного автоматического регулирования всех видов тепловых нагрузок последовательного включения теплопотребляющих установок, которые могут использовать теплоноситель различного потенциала (например, отопление и горячее водоснабжение), экономически опра данного увеличения поверхностей иагре) теплоиспользующих установок у потребит лей и других мероприятий, включая орган) зационно-экономические (например, введ> ние стимулирующих тарифов); в) применение в открытых системах Tt плоснабжения при благоприятных усл( виях однотрубной (однонаправленной) схе мы транспорта теплоты. Важное народнохозяйственное значени имеет повышение технического уровня тег, ловых сетей. Все элементы тепловой сет должны быть равнопрочны и обеспечиват качественную работу системы теплоснаб жения 25—30 лет. Основной путь повышения надежное™ и долговечности тепловых сетей — защит; от коррозии стальных труб, которые явля ются главным элементом теплопроводов транспортирующих теплоту от источникоь до потребителей. Опыт эксплуатации тепловых сетей в России показывает, что наибольшей коррозии подвержена, как правило, наружная поверхность стальных труб (не менее 70 % всех повреждений связаны с коррозией труб). Поэтому важнейшая проблема, которая должна решаться при сооружении тепловых сетей, — проблема защиты стальных труб от воздействия на иих агрессивных сред. Для защиты стальных труб от внутренней коррозии должен обязательно соблюдаться водно-химический режим работы теплопроводов в соответствии с «Правилами технической эксплуатации тепловых электрических станций и сетей» (ПТЭ). Защита наружных поверхностей стальных труб — более сложная задача, которая должна решаться с использованием множества технологических приемов: проведения мероприятий, исключающих доступ воды к наружной поверхности стальных труб; нанесения антикоррозионных покрытий (стеклоэмалевых, алюминированных и др.); осушения теплопроводов и их конст рукций; применения наземных способов укладки теплопроводов и т.п. Надземные теплопроводы имеют более высокую надежность и долговечность, а также меньшую капиталоемкость по сравнению с подземными. Поэтому теплопроводы за городом и на окраинах, на промпло- щадках и в других местах, где это согласуется с архитектурными и планировочными требованиями, целесообразно сооружать надземными. Значительный прогресс в повышении надежности тепловых сетей и снижении затрат при эксплуатации может быть достигнут при установке на теплопроводах сильфонных компенсаторов температурных деформаций вместо сальниковых компенсаторов, применяемых до сих пор. Необходимо также повысить качество тепловой изоляции теплопроводов для снижения тепловых потерь. В последние годы находят широкое применение конструкции теплопроводов индустриального изготовления с тепловой изоляцией из пенополиуретана, имеющего теплопроводность X = 0,03—0,05 Вт/(м • К), что примерно втрое меньше, чем у широко использовавшихся теплоизоляционных конструкций из минеральной ваты или армопе- нобетона. Снаружи пенополиуретановая изоляция дополнительно защищена от увлажнения полиэтиленовой оболочкой. Такая конструкция не только сокращает тепловые потери, но и защищает стальной трубопровод от наружной коррозии. Указанные теплопроводы укладываются в грунт бесканально [52]. Следует отметить, что радикально проблема надежности и долговечности теплопроводов может быть решена только за счет комплексного подхода, когда все без исключения элементы тепловой сети (прямолинейные участки, углы поворота, тройники и крестовины, запорная и регулирующая арматура, компенсаторы) изолируются пенополиуретаном и полиэтиленом на заводах, а на трассе строительства выполняется минимум строительно-монтажных работ. Важными задачами являются разработка методов и приборов неразрушающего контроля и диагностики состояния подземных теплопроводов, установления мест утечки теплоносителя без вскрытия конструкций тепловых сетей и организация производства телемеханических систем информации и управления тепловыми сетями. В нашей стране, как и за рубежом, основной прогресс в сооружении теплопроводов, создающий возможность существенного снижения начальной стоимости, трудовых затрат и сроков строительства при одновременном повышении надежности и долговечности, идет по пути индустриализации, т.е. изготовления блоков теплопроводов в заводских условиях. В настоящее время назрела также необходимость централизовать капитальный ремонт магистральных и распределительных тепловых сетей, организовать заводское производство запасных частей. Централизованное теплоснабжение должно стимулировать усовершенствование схем и оборудования систем теплоснабжения промышленных предприятий в направлении рационального сочетания технологических и энергетических процессов н оптимизации энергозатрат. Необходимо проведение на практике активной энергосберегающей политики в промышленности, жилищно-коммунальном секторе и сельском хозяйстве. Задача заключается в сбережении расходуемых энергоресурсов на всем пути от источников теплоты, где происходит преобразование первичных энергоресурсов в другие виды энергии, и далее в системе транспорта этой энергии, распределении ее по потребителям и при использовании. КПД всех энергетиче- 17 ских и технологических установок должен быть повышен до экономически обоснованного уровня. Для выравнивания годового графика тепловой нагрузки ТЭЦ представляет интерес использование в летний период отработавшей теплоты для выработки холода в эжекционных и абсорбционных холодильных установках для кондиционирования воздуха в промышленных и общественных зданиях. Необходимо усовершенствовать также теплопотребляющие, в первую очередь отопительные, установки жилых и общественных зданий в направлении повышения механической прочности отопительных приборов, снижения их удельной емкости (на единицу расчетного расхода теплоты), повышения эффективности теплопередачи. Важнейшей проблемой, требующей решения, является автоматизация теплопотребляющих приборов и установок в целом, так как оптимальные режимы подачи теплоты в отдельные помещения даже одного и того же здания могут существе жо различаться. Это означает, что невозможно за счет центрального, группового и даже местного (на одно здание) регулирования добиться оптимальных режимов подачи и потребления теплоты в системах централизо ванного теплоснабжения. В современных условиях перехода нашей страны от директивной экономики ь рыночной приобретают важное значение вопросы ценообразования на отпускаемую энергию. Успешному развитию отечественных теплофикационных систем способствуют исследования, тесно связанные с практикой. В этих исследованиях наряду с научными работниками активно участвует инженерно- технический персонал, проектирующий, сооружающий и эксплуатирующий теплофикационные установки. Энергетиками страны создана наука, позволяющая правильно решать все основные технические и технико-экономические вопросы теплофикации и централизованного теплоснабжения (ЦТ) разрабатывать пути их дальнейшего развития. В настоящей книге изложены основы расчета систем теплоснабжения и теплофикации, оборудования теплофикационных установок ТЭЦ, тепловых сетей, тепловых подстанций и абонентских вводов. Освоение этого материала необходимо для грамотного проектирования и организации рациональной эксплуатации современных теплофикационных установок и систем. | ||||||||||||||||||||||||||||||