Теплоснабжение

Теплоснабжение - это снабжение теплом жилых домов, производственных зданий (заводов, фабрик) для обеспечения коммунально-бытовых и технологических потребностей.

Тепловые схемы мини-ТЭЦ на основе противодавленческих паровых турбин

В настоящей статье приводится классификация тепловых схем, применяемых на практике при проектировании и строительстве мини-ТЭЦ с противодавленческими паровыми турбинами на базе существующих котельных, имеющих в своем составе паровые котлы.

Использование паровых противодавленческих турбин целесообразно в промышленных и отопительных котельных, в том числе и с низкими параметрами пара (1,4 МПа, 194-250 °С) при наличии тепловых нагрузок в виде систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения общей мощностью в десятки и сотни мегаватт. При небольших расходах технологического пара давлением 0,6-1,3 МПа, а также давлении насыщенного пара для технологических процессов до 0,5 МПа установка противодавленческих паровых турбин также экономически выгодна. Это связано с тем, что параметры пара от котлов и после турбин позволяют производить отпуск теплоты потребителям в необходимом количестве при одновременной выработке электроэнергии на тепловом потреблении, то есть реализовать теплофикацию.

Тепловая схема мини-ТЭЦ на основе противодавленческих паровых турбин и ее структурная связь с тепловой схемой котельной зависят от вида и величины тепловых нагрузок потребителей, типа системы теплоснабжения и оборудования, применяемого в котельной.

Выбор тепловой схемы мини-ТЭЦ с противодавленческими турбоагрегатами на базе конкретной котельной должен обеспечивать:

• максимальную электрическую мощность при заданной тепловой нагрузке;
• высокую загрузку турбоагрегатов мини-ТЭЦ;
• маневренность тепловой схемы в условиях различных режимов работы;
• сохранение тепловой нагрузки при останове турбоагрегатов
• возврат к режиму работы котельной.

Открытые системы теплоснабжения

В открытой системе теплоснабжения тепловая нагрузка ГВС относительно стабильна в течение года. Низкий потенциал горячей воды, температура которой в процессе приготовления изменяется от 5-15 до 70 °С, позволяет выбирать противодавление турбины величиной 0,1-0,2 МПа, что существенно увеличивает мощность турбины при заданной тепловой нагрузке в сравнении с более высокими значениями противодавления на уровне 0,5-0,7 МПа. Равномерный характер электрической нагрузки турбин в течение суток обеспечивается за счет использования аккумуляторных баков горячей воды.

На рис. 8-11 показаны тепловые схемы мини-ТЭЦ и их связь с паровой частью котельной для открытых систем теплоснабжения с атмосферными деаэраторами (рис. 8-10) и с вакуумными деаэраторами (рис. 11). При формировании тепловых схем и организации режимов работы мини-ТЭЦ необходимо иметь в виду, что эффективная деаэрация в атмосферном деаэраторе имеет место при температуре подаваемой подпиточной воды не менее 64 °С, в вакуумном деаэраторе - не менее 40 °С. Возможно также сохранение режима работы атмосферных деаэраторов при вводе в работу мини-ТЭЦ таким же, как и при работе только котельного оборудования.

В схеме, изображенной на рис. 1 (схема №1), пар после турбины подается в атмосферный деаэратор и в пароводяной подогреватель подпиточной воды котельной. В этом случае нагрев подпиточной воды в деаэраторе паром после турбины не должен быть более, чем 40 °С, температура подпиточной воды на входе в деаэратор - не менее 64 °С. Следует иметь в виду, что обычно в пароводяные теплообменники котельной подается пар при давлении 0,6 МПа и температуре 154 °С. При меньших давлениях пара температурный напор между паром и водой уменьшается, нагрев подпиточной воды снижается, потери давления в паровом тракте теплообменника котельной резко возрастают.

Кроме того, при расстоянии в десятки или сотни метров между турбиной и котельной и противодавлении 0,12-0,2 МПа затруднительно трассировать паропровод от турбины до деаэратора и теплообменников в условиях существующей котельной в связи с большими размерами паропровода. Например, для турбогенератора мощностью 3,5 МВт при расходе пара через турбину 46 т/час диаметр паропровода после турбины равен 830 мм.

В связи с этим при реализации схемы, изображенной на рис. 8, используют более высокое противодавление величиной 0,4-0,5 МПа, что приводит к снижению мощности турбоагрегата.

В схеме на рис. 2 (схема №2) пар после турбины подается в пароводяные теплообменники, устанавливаемые в машзале мини-ТЭЦ рядом с турбиной. Площадь поверхности теплообмена выбирается исходя из наименьшего противодавления для выпускаемых турбин, равного 0,12 МПа. Для охлаждения теплообменников мини-ТЭЦ используется подогретая подпиточная вода после охладителей деаэрированной воды (ОДВ), имеющая температуру на входе в теплообменники около 40-50 °С. После подогрева паром от турбин на 35-40 °С подпиточная вода подается в деаэратор. В этом случае пароводяные теплообменники котельной выводятся из работы и выполняют роль резерва.

На рис. 3 (схема №3) показана тепловая схема, в которой теплообменники мини-ТЭЦ охлаждаются исходной подпиточной водой или водой после фильтров химводоочистки, имеющей температуру 5-30 °С. После подогрева до 40-60 °С подпиточная вода направляется в ОДВ котельной. В результате уменьшения температурного напора между подпиточной и деаэрированной водой тепловая мощность ОДВ уменьшается, и требуется их реконструкция с увеличением площади поверхности теплообмена в 2 раза. Для рассматриваемой тепловой схемы площадь поверхности теплообмена пароводяных теплообменников машзала приблизительно в 2 раза меньше в сравнении с предыдущим вариантом.

Сравнительный анализ рассмотренных вариантов тепловых схем, показывает, что тепловая схема, представленная на рис. 10, не требует работ по реконструкции котельной, кроме врезок трубопроводов, позволяет в любой момент вернуться к работе по существующей тепловой схеме котельной, обеспечивает максимальную электрическую мощность мини-ТЭЦ. В связи с этим она представляется наиболее удачной для применения при строительстве мини-ТЭЦ на котельных, работающих в открытой системе теплоснабжения.

На рис. 4 (схема №4) показана тепловая схема мини-ТЭЦ для открытых систем теплоснабжения с вакуумными деаэраторами. В вакуумный деаэратор поступают греющий поток с температурой 130-150°С, приготовленный в пароводяных теплообменниках котельной в межотопительный период за счет нагрева паром от РОУ котельной или в водогрейных котлах в отопительный период, и нагреваемый поток подпиточной воды с температурой 60 °С. Поток подпиточной воды с исходной температурой 5-15 °С нагревается до ~ 50 °С в пароводяных теплообменниках машзала мини-ТЭЦ и далее догревается до 60 °С за счет смешения с греющим потоком.

Следует отметить, что расход греющего потока в схеме мини-ТЭЦ приблизительно в 3 раза меньше, в сравнении со схемой котельной. Это связано с предварительным подогревом подпиточной воды в теплообменниках мини-ТЭЦ. Схема №4 также не требует реконструкции котельной, кроме врезок трубопроводов.

Принципиально возможна работа вакуумного деаэратора на паре от турбин в качестве греющего потока. Однако работа вакуумного деаэратора в новых условиях требует согласования с его режимными характеристиками и заводом-изготовителем.

На мини-ТЭЦ котельных открытых систем теплоснабжения могут устанавливаться две группы пароводяных теплообменников с параллельным подключением по паровому потоку после турбин. Первая группа теплообменников охлаждается нагреваемой подпиточной водой в соответствии со схемами, рассмотренными выше, вторая группа теплообменников работает на обратной сетевой воде в соответствии со схемами, приведенными ниже. Возможно также использование подпиточной или сетевой воды для конденсации пара в одной и той же группе установленных пароводяных теплообменников машзала мини-ТЭЦ за счет переключения, предусмотренного в тепловой схеме.

Закрытые системы теплоснабжения.

Для закрытых систем теплоснабжения могут быть рекомендованы тепловые схемы мини-ТЭЦ, представленные на рис. 5-9. В этих схемах для охлаждения пара после турбины используется обратная сетевая вода. В схемах, приведенных на рис. 5-9, пароводяные теплообменники машзала подключаются последовательно с водогрейными котлами. В этом случае расчетный температурный график регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения может быть сохранен. В первом варианте (рис. 5) (схема №5) вся обратная сетевая вода тепловой магистрали проходит через теплообменники мини-ТЭЦ, во втором варианте (рис. 6) (схема № 6) - только ее часть. В обоих случаях пароводяные теплообменники машзала подключаются к тепловой сети без использования сетевых насосов машзала.

На рис. 7 показана тепловая схема мини-ТЭЦ с подкачивающими сетевыми насосами (схема №7).

На рис. 8 (схема №8) представлена тепловая схема мини-ТЭЦ с параллельным подключением теплообменников машзала и водогрейных котлов. Такая схема не требует установки дополнительных сетевых насосов, однако мощность теплового источника в этом случае снижается в связи с невозможностью значительного изменения расхода сетевой воды и падением температуры сетевой воды в подающей линии тепловой сети.

Эта схема может быть использована в качестве резервной для открытой системы теплоснабжения. При переходе на закрытую систему теплоснабжения теплообменники сетевой и подпиточной воды будут охлаждаться сетевой водой с обеспечением номинального расхода пара через турбины.

В схеме №9 на рис. 9 при параллельном подключении теплообменников машзала к водогрейным котлам применяются сетевые насосы машзала. Разнообразие реализованных в практике строительства и проектирования схемных решений позволяет осуществить наиболее удачный выбор тепловой схемы, соответствующей конкретным условиям работы котельной, и обеспечить эффективную, маневренную работу мини-ТЭЦ.