Системы теплоснабжения промышленных предприятий

Основные элементы систем теплоснабжения. Теплоносители

Теплоснабжение промышленных предприятий — это снабжение теплотой с помощью теплоносителя систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промышленных зданий и технологических потребителей.

Интенсификация использования энергетических ресурсов в нашей стране сопровождается ростом теплопотребления промышленных предприятий различных отраслей народного хозяйства, составляющего в настоящее время в общем энергетическом балансе страны около 56%.

Теплоснабжение в ряде случаев имеет суммарные затраты, превышающие 50% общих производственных затрат. Они часто определяются стоимостью не столько используемых энергоресурсов, сколько соответствующих систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения — совокупность технических устройств, обеспечивающих теплоснабжение потребителей.

Системы теплоснабжения создают с учетом вида и параметров теплоносителя, максимального часового расхода теплоты, изменения потребления теплоты во времени (в течение суток, года), а также с учетом способа использования теплоносителя потребителями.

Система теплоснабжения включает следующие основные элементы (инженерные сооружения): источник теплоты, тепловые сети, абонентские вводы и местные системы теплопотребления.

В системах теплоснабжения используются следующие источники теплоты:

• • теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), конденсационные электростанции (КЭС), районные котельные (централизованные системы);
• • групповые (для группы предприятий, жилых кварталов) и индивидуальные котельные;
• • атомные электростанции (АЭС), атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ);
• • геотермальные источники пара и воды;
• • судовые энергетические установки (СЭУ);
• • вторичные энергоресурсы (особенно на предприятиях, где преобладают высокотемпературные процессы).

Полученную в источнике теплоту передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей.

На абонентских вводах происходит переход теплоты (а в некоторых случаях и самого теплоносителя) из тепловых сетей в местные системы теплопотребления. При этом в большинстве случаев осуществляется утилизация теплоты, неиспользованной в местных системах отопления и вентиляции, для приготовления воды систем горячего водоснабжения.

На абонентских вводах происходит также местное (абонентское) регулирование количества и потенциала теплоты, передаваемой в абонентские системы, и осуществляется контроль за работой этих систем.

В зависимости от принятой схемы ввода (т.е. в зависимости от принятой технологии перехода теплоты из тепловых сетей в местные системы) расчетные расходы теплоносителя в системе теплоснабжения могут изменяться в 1,5—2 раза, что свидетельствует о весьма существенном влиянии абонентских вводов на экономику всей системы теплоснабжения.

В системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используются вода, водяной пар и горячий воздух. В зависимости от рода теплоносителя различают системы теплоснабжения водяные (преимущественно для теплоснабжения сезонных потребителей теплоты и горячей воды), паровые (в основном для технологического теплоснабжения, когда необходим высокотемпературный теплоноситель) и воздушные.

Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды как теплоносителя, по сравнению с паром:

• • температура воды в системах теплоснабжения изменяется в широких пределах: от 30 до 200 °C;
• • более полно используется теплота;
• • отсутствуют потери конденсата;
• • меньше потери теплоты в сетях. Вода как теплоноситель обладает большей теплоаккумулирующей способностью, чем другие распространенные теплоносители, что позволяет транспортирование воды на большие расстояния без существенной потери ее энергетического потенциала, т. е. ее температуры (понижение температуры воды в крупных системах составляет менее ГС на 1 км пути);
• • водяные системы позволяют сохранить в чистоте конденсат пара, греющего воду, без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40—50%), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов;
• • ниже стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах — и местных систем горячего водоснабжения;
• • имеется возможность центрального (у источника теплоты) регулирования отпуска теплоты потребителям изменением температуры воды;
• • водяные системы просты в эксплуатации: у потребителей отсутствуют неизбежные при использовании пара конденсатоотводчики и насосные установки по возврату конденсата.

Вместе с тем водяные системы теплоснабжения имеют следующие недостатки:

• • требуется значительный расход электроэнергии на перекачку воды;
• • имеется возможность утечки воды из системы при аварии;
• • большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между участками системы обусловливают возможность появления механических повреждений системы в случае превышения допустимого давления (гидравлические удары);
• • температура воды может оказаться ниже заданной по технологическим условиям.

При выборе пара в качестве теплоносителя учитывается следующее:

• • пар имеет постоянное давление 0,2—4 МПа и соответствующую (для насыщенного пара) температуру, а также большую (в несколько раз), по сравнению с водой, удельную энтальпию;
• • пар обладает большей универсальностью, заключающейся в возможности удовлетворения всех видов теплопотребления, включая технологические процессы;
• • требуется меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя (расход электроэнергии на возврат конденсата в паровых системах весьма невелик по сравнению с затратами электроэнергии на перемещение воды в водяных системах);
• • создаваемое гидростатическое давление незначительно вследствие малой удельной плотности пара по сравнению с плотностью воды;
• • при транспортировании пара имеют место большие потери давления и теплоты, поэтому паровые системы целесообразны в радиусе 6—15 км, а водяные системы теплоснабжения имеют радиус действия 30—60 км;
• • эксплуатация протяженных паропроводов очень сложна (необходимы сбор и перекачка конденсата и др.);
• • паровые системы имеют более высокую удельную стоимость сооружения паропроводов, паровых котлов, коммуникаций и эксплуатационных затрат по сравнению с водяными системами теплоснабжения.

Область применения горячего воздуха (или его смеси с продуктами сгорания топлива) в качестве теплоносителя ограничена некоторыми технологическими установками, например сушильными, а также системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Расстояние, на которое целесообразно транспортировать горячий воздух в качестве теплоносителя, не превышает 70—80 м.

Для упрощения и снижения затрат на трубопроводы в системах теплоснабжения целесообразно применять один вид теплоносителя.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В замкнутых (закрытых) системах теплоснабжения потребитель использует только часть теплоты, содержащейся в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством теплоты возвращается к источнику, где снова пополняется теплотой (двухтрубные закрытые системы).

Закрытые водяные системы характеризуются следующими преимуществами:

• • стабильностью качества теплоносителя, поступающего к потребителю (качество воды как теплоносителя соответствует в этих системах качеству водопроводной воды);
• • простотой санитарного контроля установок горячего водоснабжения и контроля герметичности системы.

К недостаткам таких систем относятся:

• • сложность оборудования и эксплуатации вводов к потребителям;
• • коррозия труб из-за поступления недеаэрированной водопроводной воды, а также возможность выпадения накипи в трубах.

При организации полузамкнутой системы теплоснабжения потребитель использует и часть поступающей к нему теплоты, и часть самого теплоносителя, а оставшееся количество теплоносителя и теплоты возвращается к источнику (двухтрубные открытые системы).

В разомкнутых (открытых) системах теплоснабжения как сам теплоноситель, так и содержащаяся в нем теплота полностью используются потребителем (однотрубные системы).

В открытых водяных системах теплоснабжения можно применять однотрубные схемы с низкопотенциальными тепловыми ресурсами, поскольку они имеют более высокую долговечность оборудования вводов к потребителям, что, собственно, и составляет основное преимущество таких систем.

К недостаткам открытых водяных систем следует отнести:

• • необходимость увеличения мощности водоподготовительных установок, рассчитываемых на компенсацию расходов воды, отбираемой из системы;
• • усложнение герметичности системы;
• • нестабильность санитарных показателей воды;
• • усложнение санитарного контроля.

Теплоснабжение может осуществляться от систем централизованного (ЦТ) и децентрализованного (ДЦТ) теплоснабжения.

Централизованное теплоснабжение предполагает снабжение многих потребителей от одного крупного источника теплоты по протяженным тепловым сетям (районные котельные и ТЭЦ).

Централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и теплоты на ТЭЦ называется теплофикацией (см. подпараграф 5.5.3). Теплофикация является особенностью отечественного теплоснабжения. Теплоснабжение от всех ТЭЦ в нашей стране обеспечивает около 40% тепловой энергии, потребляемой в промышленности и коммунальном хозяйстве. На новых отечественных ТЭЦ устанавливаются теплофикационные турбоагрегаты единичной мощностью до 250 МВт, создаются предпосылки для развития тепловых сетей, в которых будет применяться в качестве теплоносителя перегретая вода температурой 170—200°С.

Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают потребителей теплотой низкого и среднего потенциала (до 350°С), на выработку которой затрачивается около 25% добываемого в стране топлива.

Централизованное теплоснабжение подразделяется на следующие типы:

• • групповое — теплоснабжение группы зданий;
• • районное — теплоснабжение района города;
• • городское — теплоснабжение нескольких районов города или города в целом;
• • межгородское — теплоснабжение нескольких городов.

Теплоносителями в системах централизованного теплоснабжения обычно являются вода температурой до 150 °C и пар давлением 0,7—1,6 МПа. Вода служит в основном для покрытия коммунально-бытовых нагрузок, а пар — для обеспечения технологических нагрузок.

Атомные теплоэлектроцентрали также способствуют дальнейшему развитию централизованного теплоснабжения (особенно в европейской части страны) с одновременным решением экологических проблем. Сооружение АТЭЦ экономически целесообразно при тепловой нагрузке, превышающей 6000 ГДж/ч. При этих условиях могут использоваться серийные реакторы. Для меньших мощностей целесообразно применение атомных отопительных котельных.

Децентрализованное теплоснабжение потребителей осуществляется от источников теплоты, не имеющих общей тепловой сети. В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или находятся так близко друг от друга, что не требуется специальных устройств для транспорта теплоты (тепловой сети).

Системы децентрализованного теплоснабжения подразделяются на индивидуальные и местные. В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения обеспечивается от отдельного собственного источника (печное или поквартирное отопление). В местных системах отопление всех помещений здания обеспечивается от отдельного общего источника (домовой котельной).

В последние годы в связи с развитием новых экономических отношений наметилась тенденция к децентрализации теплоснабжения промышленных предприятий и жилого сектора. Практикуется строительство автономных источников теплоснабжения: блочных, модульных и крышных котельных, оснащенных полностью автоматизированными котельными агрегатами, имеющими высокие энергетические и экологические показатели.