Тема 7. Источники тепловой энергии. Виды источников тепловой энергии. Тепловые паротурбинные ТЭЦ. Оборудование теплопригото-вительных станций. Атомные электрические станции.

 

План лекции

1 Источники тепловой энергии. Виды источников тепловой энергии.

2Тепловые паротурбинные ТЭЦ.

3 Оборудование теплоприготовительных станций.

4 Атомные электрические станции.

Все возможные режимы работы основного и вспомогательного оборудования ТЭС можно разделить на стационарные и нестационарные.

Стационарные режимы работы ТЭС — это режимы работы в первую очередь основного оборудования, когда тепловая и электрическая нагрузки, а также параметры, характеризующие режимы работы и температурное состояние элементов оборудова­ния, не меняются во времени. Стационарные режимы работы могут быть реализо­ваны при номинальной или частичной нагрузке основного оборудования ТЭС.

Под номинальной нагрузкой ТЭС понимается сумма номинальных (паспорт­ных) нагрузок ее основных агрегатов. Под номинальной нагрузкой агрегата (котла, турбины, генератора) понимается мощность (паропроизводительность), развивае­мая в соответствии с его паспортными характеристиками.

Частичная нагрузка — режим работы основных агрегатов, при котором мощность (тепловая нагрузка отборов или паропроизводительность котла) меньше номинальной.

Нестационарные режимы работы агрегатов ТЭС — это режимы, при которых мощность (тепловая нагрузка регулируемых отборов, паропроизводительность кот­ла) или основные параметры, характеризующие процесс, меняются в течение короткого промежутка времени от одного уровня до другого. К нестационарным режимам относят резкие изменения нагрузки, разгружение или нагружение агрега­тов, пуски и остановы агрегатов, резкое изменение основных параметров рабочей среды, характеризующих процесс.

Под переменными режимами работы понимается эксплуатация оборудования ТЭС с систематическим чередованием стационарных и нестационарных режимов работы в течение достаточно короткого промежутка времени (например, суток). Фактически в течение всего времени эксплуатации станции работают при перемен­ных режимах.

Регулировочный диапазон энергоблока (агрегата) — это диапазон изменения мощности, в пределах которого энергоблок может надежно работать длительное время без существенных переключений и изменений в тепловой схеме. Для энерго­блоков регулировочный диапазон, как правило, определяется значением допустимой минимальной нагрузки котла, которая, в свою очередь, зависит от возможности поддержания устойчивого режима горения топлива в топочной камере и темпера­турного режима в перегревательной и радиационной частях котла, надежности гид­равлического режима и устойчивости работы системы автоматического регулиро­вания, предотвращения шлакования поверхностей нагрева при работе на твердом топливе.

Наряду с регулировочным диапазоном еще одной характеристикой маневренно­сти является технический минимум нагрузки.

Технический минимум нагрузки — это режим работы оборудования с минимально допустимой нагрузкой длительное время, не приводящий к снижению надежности. Основные ограничения для этого режима такие же, как и для регулировочного диа­пазона.

Для теплоэлектроцентралей можно выделить еще три режима работы.

Режим работы по тепловому графику — это режим, при котором расход отра­ботавшего пара в конденсатор минимален. В этом случае теплоэлектроцентраль или теплофикационная турбоустановка работает в базовой зоне графика нагрузки. Электрическая мощность установки определяется тепловой нагрузкой. Этот режим обеспечивает достижение максимальной экономичности работы оборудования.

Конденсационный режим — режим работы ТЭЦ или отдельных теплофикаци­онных турбоустановок при пропуске всего отработавшего пара в конденсатор.

Режим работы с частичным пропуском пара в конденсатор — режим работы ТЭЦ или отдельных теплофикационных турбоустановок, когда выработка электро­энергии осуществляется в соответствии с электрическим графиком нагрузки, диа­фрагма находится в полуоткрытом состоянии, обеспечивая подачу пара в соответ­ствии с тепловой нагрузкой на сетевые подогреватели и пропуск оставшегося пара в конденсатор. Этот режим характерен для переходного периода в начале отопи­тельного сезона и летнего периода работы теплоэлектроцентрали для обеспечения нагрузки горячего водоснабжения.

 

Понятие о котельной установке

 

Водяной пар соответствующего давления и температуры (или горячую воду заданной температуры) получают в котельной установке, представляющей собой совокупность устройств и механизмов для сжигания топлива и получения пара. Котельная установка состоит из одного или нескольких рабочих и резервных котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, размещаемого в пределах котельного цеха или вне его. Общее представление о рабочем процессе котельного агрегата на жидком или газообразном топливе дает схема котельного агрегата с основными и вспомогательными устройствами

Жидкое или газообразное топливо по топливопроводам котельной 1 и котельного агрегата 2 подается в мазутные форсунки или газовые горелки 4 и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере.

Стены топочной камеры покрыты трубами 5, называемыми топочными экранами. В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры гaзообразные продукты cгорания. Продукты сгорания снаружи омывают экранные трубы и излучением (радиацией) и частично конвективным путем передают теплоту воде и пароводяной смеси, циркулирующим внутри этих труб.

Продукты сгорания, охлажденные в топке до температуры 1000-1200°С, непрерывно двигаясь по газоходам котельного агрегата, омывают вначале разреженный пучок кипятильных труб 7, затем трубы пароперегревателя 9, экономайзера 12 и воздухоподогревателя 14, охлаждаются до температуры 150-200°С и дымососом 16 через дымовую трубу 17 удаляются в атмосферу.

Движение воздуха и продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата обеспечивается тяго-дутьевой установкой (вентилятор 15, дымосос 16 и дымовая труба 17).

Питательная вода (конденсат и добавочная предварительно подготовленная вода) после подогрева питательным насосом подается в коллектор 13 водяного экономайзера 12. В экономайзере вода нагревается до температуры, близкой к температуре кипения при давлении в барабане котла, а иногда частично испаряется в экономайзерах кипящего типа и направляется в барабан 8 котла, к которому присоединены трубы топочных экранов 5 и фестона 7. Из этих труб в барабан ^котла поступает образовавшаяся пароводяная смесь. В барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем направляется в сборный коллектор 11 и пароперегреватель 9, где он перегревается до заданной температуры. Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в сборный коллектор 10. Отсюда он через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата 18 направляется в главный паропровод 19 котельной к потребителям. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой, по необогреваемым опускным трубам подводится к коллекторам 6 экранов и из них поступает в подъемные экранные трубы 5 и фестон 7, где частично испаряется образуя пароводяную смесь. Полученная пароводяная cмесь снова поступает в барабан котла.

Последний элемент котельного агрегата по ходу газообразных продуктов сгорания - воздухоподогреватель 14. Воздух в него подается дутьевым вентилятором 15, и после подогрева до заданной температуры по. воздухопроводу 3 направляется в топку.

Управление рабочим процессом котельных агрегатов, нормальная и бесперебойная их эксплуатация обеспечиваются необходимыми контрольно-измерительными приборами, аппаратурой и средствами автоматики.

Необходимость в тех или иных вспомогательных устройствах и их элементах зависит от назначения котельной установки, вида топлива и пособа его сжигания. Основными параметрами котлов являются:

паропроизводительность, давление и температура питательной воды, КПД.

 

Автоматическое регулирование котельных установок

 

Система автоматического регулирования котельных установок обеспечивает изменение производительности установки при сохранении заданных параметров (давления и температуры пара) и максимального КПД установки. Кроме того, повышает безопасность, надежность и экономичность работы котла, сокращает количество обслуживающего персонала и облегчает условия его труда. Автоматическое регулирование котла включает регулирование подачи воды, температуры перегретого пара и процесса горения. При регулировании питания котла обеспечивается соответствие между расходами воды, подаваемой в котел, и вырабатываемого пара, что характеризуется постоянством уровня воды в барабане.

Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара, а также трехимпульсные. Управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и перепаду давлений на регулирующем клапане.

Регулирование температуры пара осуществляется регулятором, управляемым датчиками изменения температуры перегретого пара на выходе из пароперегревателя, изменения температуры пара в промежуточном коллекторе пароперегревателя и изменения температуры газов в газоходе пароперегревателя, а иногда еще датчиком изменения давления пара.

Регулирование процесса горения в топке котла (в соответствии с расходом пара) осуществляется регуляторами подачи топлива II, воздуха III и регулятором тяги IV (см. рис 2). Регуляторы подачи топлива II и воздуха III управляются датчиком изменения давления перегретого пара 1, а регулятор тяти IV - датчиком изменения разрежения в топке 7 котла.

В котельных установках, работающих на пылевидном топливе, осуществляется также регулирование работы пылеприготовительной системы регулятором V загрузки мельниц, обеспечивающим постоянство загрузки шаровых барабанных мельниц и регулятором VI температуры пылевоздушной смеси за мельницей.

Для предупреждения персонала о недопустимости отклонения важнейших параметров котельной установки от заданных служат звуковые и световые сигнализаторы предельных уровней воды в барабане, предельных температур перегретого пара и низшего давления питательной воды. Для обеспечения правильной последовательности операций при пуске и остановке механизмов применяется блокировка. Так, при аварийном отключении дымососов отключаются дутьевые вентиляторы и прекращается подача топлива в топку.

Работа котельных установок должна быть надежной, экономичной и безопасной для обслуживающего персонала. Для выполнения этих требований котельные установки эксплуатируются в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов и рабочими инструкциями, составленными на основе правил Госгортехнадзора с учетом местных условий и особенностей оборудования.

Котел должен быть оборудован необходимым количеством контрольно-измерительных приборов, автоматической системой регулирования важнейших параметров котла, защитными устройствами, блокировкой и сигнализацией. Режимы работы котла должны соответствовать режимной карте, в которой указываются рекомендуемые технологические и экономические показатели его работы параметры пара и питательной воды, содержание RCb в газах, температура и разрежение по газовому тракту, коэффициент избытка воздуха и т.п. Большинство современных котельных установок полностью автоматизированы.

: При нарушении нормальной работы котла вследствие неисправностей, которые могут привести к аварии, он должен быть немедленно остановлен. Капитальный ремонт котлов производится через каждые два-три года. Котел периодически подвергается техническому освидетельствованию по трем видам:

- наружный осмотр (не реже одного раза в год);

- внутренний осмотр (не реже одного раза в четыре года);

- гидравлическое испытание (не реже одного раза в восемь лет).

 

 

Тема 8. Организация эксплуатации систем теплоснабжения. Обслуживание тепловых сетей и тепловых пунктов. Пуск и наладка систем теплоснабжения. Испытания тепловых сетей. Профилактика и ликвидация аварий. Мероприятия по охране труда и ТБ.

 

План лекции

1 Организация эксплуатации систем теплоснабжения.Обслуживание тепловых сетей и тепловых пунктов.

2Пуск и наладка систем теплоснабжения. Испытания тепловых сетей.

3 Профилактика и ликвидация аварий.

4 Мероприятия по охране труда и ТБ.

 

Общие сведения о системах теплоэнергоснабжения.

Теплоэнергетической системой промышленного предприятия (ТЭС ПП) называют систему, объединяющую на предприятии все источники различных энергоресурсов (ЭР), включая технологические агрегаты, а также всех потребителей ЭР. Задачей рационального построения ТЭС ПП является организация оптимального распределения и использования различных ЭР. При этом необходимо учитывать реальные (вплоть до часовых) графики и режимы работы всех агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих ЭР в любой отрезок времени для обеспечения надёжной и экономичной работы, как отдельных агрегатов, так и предприятия в целом, определение характера и мощности необходимых резервных источников ЭР.
От совершенства построения ТЭС ПП зависит народнохозяйственная эффективность использования энергоресурсов на заводе и размеры их потерь; а также потребность предприятия во внешних ЭР, в капиталовложениях; влияние предприятия на окружающую среду и др.

К энергоресурсам, охватываемым ТЭС ПП, относятся все их виды, имеющиеся на предприятиях, в том числе: водяной пар различных параметров от разных источников и горячая вода; горючие газы - доменный, коксовый, конвертерный, нефтеперерабатывающих агрегатов, ферросплавных электропечей; физическая теплота отходящих газов различных технологических агрегатов, а также остывающей продукции; теплота охлаждения конструктивных элементов технологических агрегатов; теплота расплавленных шлаков; горючие нетранспортабельные отходы производства; избы-точное давление различных газов и жидкостей; сжатый воздух для технологических процессов и производственных нужд; кислород технический (содержание О2 99,5%) и технологический (О2 95%), газообразный и жидкий.

Абсолютный и относительный (сравнительный) вывод из потребления перечисленных видов ЭР могут сильно различаться на различных предприятиях, так же, как и реальные графики их выходов и потреблений. Поэтому, для правильного построения и организации эксплуатации ТЭС ПП необходимо знать энергетические характеристики технологических агрегатов, а так же основы соответствующих технологических процессов.

Существует ряд путей экономии топлива на предприятиях: применение энергосберегающей технологии и энергетического совершенствования технологических агрегатов и процессов. Их внедрение при том же эффекте в 3-4 раза дешевле, чем разработка новых нефтяных и газовых месторождений: повышение КПД (снижение удельных расходов топлива) энергетических установок и агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих различные энергоресурсы, например, КПД котлов, турбин, компрессоров, кислородных установок, оборудования утилизационных установок; оптимальное, с народнохозяйственной точки зрения, построение ТЭС ПП.

Оптимизация построения ТЭС ПП необходима для решения следующих задач:
-обеспечение бесперебойного снабжения потребителей всеми видами энергоресурсов нужных параметров в любой отрезок времени;
-максимальное и наиболее эффективное использование всех внутренних энергоресурсов, определение оптимального направления их использования;
-обеспечение балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учётом реальных графиков работы производственных агрегатов с целью снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за дебалансов. Есть заводы, на которых потери доменного газа из-за дебалансов достигают более 10%;
-наиболее экономичное резервирование источников энергоресурсов по предприятию;
-оптимальный выбор энергоносителей для тех или иных производств, в частности, оптимальное распределение различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических и других характеристик;
-возможность комплексной оптимизации, как энергохозяйства предприятий в целом, так и отдельных установок по типам и параметрам;
-выявление наиболее вероятных и длительных режимов работы тех или иных установок и агрегатов, что важно для правильного выбора их типоразмеров, режимных характеристик и др.;

-определение наиболее экономичных и эффективных связей ТЭС ПП с другими предприятиями и установками, а также общими условиями энергоснабжения района.

Правильно построенная ТЭС ПП является, кроме того, базой для оптимального построения топливно-энергетического баланса региона. Сейчас общепризнано, что любую оптимизацию сложных комплексов необходимо вести на основе системного подхода.
По существу, пока нет полноценного критерия степени совершенства (рациональности) построения ТЭС ПП. Какая-либо ТЭС ПП может не иметь прямых потерь по всем энергоресурсам, но быть далеко не оптимальной с народнохозяйственной точки зрения, т.к., например, расходует высококачественное дефицитное горючее или высокотемпературную теплоту для покрытия потребностей в низкотемпературной теплоте.

 

Теплоснабжение

1. Общие сведения о теплоснабжении, теплоносителе.

Потребление энергии в форме теплоты по масштабы занимает первое место!

Несмотря на особые преимущества электроэнергии и интенсивности развитии электроэнергетики, электроэнергетика является ведущей, нужной для жизнедеятельности и поддерживания теплового баланса в природе.

Относительная дешевизна теплоты (с меньшими приведенными затратами на ее выработки) сравнительно с электроэнергией является положительным аргументом в пользу теплоты.

Однако доля как вложенный в системы теплоснабжения, общественных и жилых зданий велика и составляет обычно 15-25% от общей стоимости строительства объекта. Эксплутационные затраты еще более значительны.

В потреблении теплоты можно выделить три основных направления:

1) использование теплоты для выработки электроэнергии на электростанциях;

2) использование теплоты в печах (огне–техническое использование теплоты);

3) использование теплоты в системах теплоснабжения, предназначенных в основном для централизованного теплоснабжения группы потребителя теплоты.

Между этими тремя направлениями нет совершенно четких границ.

Например, в первом и третьем направлениях часть теплоты может быть использована для выработки электроэнергии, как это делается на ТЭЦ.

В процессе централизованного теплоснабжения можно выделить три последовательных стадии: подготовка теплоносителя; транспортировка теплоносителя и использование теплоносителя.

В соответствии с этими стадиями системы теплоснабжения содержат элементы:

А) источники теплоты (котельные или ТЭЦ)

Б) тепловые сети (паровые или водяные)

В) потребители теплоты (проект. объекты, здании, и т.д.)

Определяющими в системах теплоснабжения являются потребители теплоты.

Поскольку они определяют параметры и вид теплоносителя, режимы потребления.

Вид теплоносителя и его параметры обуславливают устройство теплосети, а концентрация теплопотребителей с теплосетью определяют устройство источников теплоснабжения.

Рассмотрение теплофикационного цикла (рис.) свидетельствуют о том, что наиболее высокий КПД за счет выработки части энергии теплофикационным способом (парогазовая установка ПГУ).

Основными видами теплоносителей в системах теплоснабжения является водяной пар и горячая вода. Доли их в суммарном отпуске теплоты от ТЭЦ приблизительно одинаковы.

Однако, предпочтение отдают воде.

Основные преимущества воды как теплоносителя состоят в следующем:

1) более высокий КПД благодаря тому, что отработавший пар имеет меньшее давление; а поскольку в паровых сетях велики потери давления,то это прямо ведет к недовыработке электроэнергии;

-водяные теплосети позволяют использовать ступенчатый подогрев сетевой воды и этим еще увеличить выработку электроэнергии теплофикационным способом, которая перекрывает расход электроэнергии на передачу воды.

2) повышенная аккумулирующая способность водяной системы теплоснабжения, меньшие затраты на нее и более дальнее теплоснабжение.

3) возможность центрального регулирования тепловых нагрузок(снижение температуры пара ведет к его конденсации, а снижение давления – к гидравлической разрегулировке теплосетей)

4) отсутствие потерь качественного конденсата у потребителей. Вода водяных теплосетей менее качественная, поэтому ее потери обходятся дешевле!!!

Основной недостаток воды как теплоносителя:

Большая чувствительность к авариям, поскольку утечки при авариях в 20-40 раз больше, чем паре. Это приводит к необходимости аварийного отключения сети,тогда как паровая сеть при аналогичном повреждении может работать продолжительное время, снабжения теплом.

При выборе теплоносителя определяют приведенные затраты по сравниваемым системам с учетом затрат в источнике теплоснабжения, тепловые сети и абонентские установки.

P.S. Принимают во внимание <<неполную взаимозаменяемость воды и пара >> (процессы обдувки, пропарка паровой сушки)

Если теплоснабжение осуществляет от котельной, то отпадает преимущество воды, связанные с выработкой электроэнергии теплофикационным способом.

Обычно воду в качестве теплоносителя применяют тогда, когда среднегодовая температура теплоносителя в теплообменном аппарате не 110С.

При более высоких параметрах применяют пар.

Кроме воды и пара в качестве теплоносителя могут быть использованы:

1) Высокотемпературные продукты сгорания топлива – применяются в огне технических устройствах индивидуального теплоснабжения.

Транспортировать на дальнее расстояние высокотемпературные газы практически невозможно или нецелесообразно.

2) Низкотемпературные продукты сгорания топлива – отходящие газы. Транспортировка их на расстояние более 50-100м экономически невыгодно.

3) Горячий воздух (для подачи в отапливаемое помещение) для систем кондиционирования воздуха в помещении или для технологических процессов. Транспортируют на расстояние не более 50м.

4) Специальные теплоноситетели

Системы теплоснабжения. Классификация потребителей тепла, принципы построения подсистем.

Классификация потребителей тепла.

Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические тепло-использующие установки и т.д.).

При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать:

-вид теплоносителя (вода или пар);

-параметры теплоносителя (температура и давление);

-максимальный часовой расход тепла;

-изменение потребления тепла в течение суток (суточный график);

-годовой расход тепла;

-изменение потребления тепла в течение года (годовой график);

-характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор тепла).

Потребители тепла предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надёжным, экономичным и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.

Потребителей тепла можно разделить на две группы:

1)сезонные потребители тепла;

2)круглогодовые потребители тепла.

Сезонными потребителями тепла являются:

-отопление;
-вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);

-кондиционирование воздуха (получение воздуха определённого качества: чистота, температура и влажность).

Круглогодовые потребители используют тепло в течение всего года. К этой группе относятся:

-технологические потребители тепла;

-горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.

Классификация систем теплоснабжения.

Снабжение теплом потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические процессы и горячее водоснабжение зданий) состоит из трёх взаимосвязанных процессов:

-сообщение тепла теплоносителю;

-транспорт теплоносителя;

-использование теплового потенциала теплоносителя.

В соответствии с этим, каждая система теплоснабжения состоит из трёх звеньев:

-источник тепла;

-трубопроводы;
-системы теплопотребления с нагревательными приборами.

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам:

-по мощности;

-по виду источника тепла;

-по виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи тепла и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских, небольшого объёма, зданиях, или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удалённых от основных производственных корпусов. (Например: печи, газовое или электрическое отопление). В этих случаях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Централизованными системами теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника тепла подаётся тепло для многих помещений или зданий.

По виду источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию.

При районном теплоснабжении источником тепла служит районная котельная, а при теплофикации - ТЭЦ.

Теплоносителем называется среда, которая передаёт тепло от источника тепла к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

По виду теплоносители системы теплоснабжения делятся на две группы:

-водяные системы теплоснабжения;

-паровые системы теплоснабжения.

Водяные системы теплоснабжения различают по числу теплопроводов, передающих воду в одном направлении:

-однотрубные;
-двухтрубные;
-многотрубные.
Водяные системы теплоснабжения по способу присоединения систем горячего водоснабжения разделяют на две группы:

-закрытые системы;

-открытые системы.

Схемы присоединений систем отопления и вентиляции к тепловым сетям могут быть зависимые и независимые. При зависимой схеме вода из тепловых сетей непосредственно поступает в нагревательные приборы систем отопления и вентиляции. При независимой схеме вода из тепловой сети доходит только до абонентских вводов местных систем, т.е. до места присоединения последних к тепловой сети, и не попадает в нагревательные приборы, а в специально предусмотренных подогревателях нагревает воду, циркулирующую в системах отопления зданий, и возвращается по обратному теплопроводу к источнику теплоснабжения.
Паровые системы теплоснабжения могут быть с возвратом и без возврата конденсата. Технологические потребители пара присоединяются непосредственно или с применением компрессора, если давление пара в сети ниже давления, требуемого технологическими потребителями.

Выбор систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения выбирается в зависимости от характера теплового потребления и вида источника теплоснабжения.
Водяным системам теплоснабжения отдаётся предпочтение, когда тепловые потребители представляют собой системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При наличии технологической тепловой нагрузки, требующей тепло повышенного потенциала, рационально также применять воду в качестве теплоносителя, но при этом предусматривать прокладку третьего обособленного трубопровода.
На промышленных площадках при превалирующей технологической тепловой нагрузке повышенного потенциала и малых нагрузках отопления и вентиляции можно применять паровые системы теплоснабжения.

Системы пароснабжения. Схемы сбора и возврата промышленного конденсата.

Абонентские установки для возврата конденсата состоят из конденсатоотводчиков, сборников конденсата, конденсатных насосов и трубопроводов.
Допустимая норма растворённого кислорода в перекачиваемом конденсате, при которой не происходит коррозии стальных конденсатопроводов, составляет 0,1 мг/л. Особенно активно происходит процесс коррозии при наличии в конденсате, кроме кислорода, ещё и углекислоты.
Помимо разрушения трубопроводов, коррозия увеличивает их гидравлическое сопротивление вследствие роста шероховатости стенок и уменьшения поперечного сечения трубопроводов. Продукты коррозии, образующиеся на внутренней поверхности конденсатопроводов, смываются и уносятся конденсатом, что приводит в результате к затруднениям в эксплуатации котельного оборудования. В конденсатных системах наблюдается, как язвенная коррозия, так и равномерная. Особенно опасна язвенная коррозия вследствие образования сквозных свищей, выводящих трубопровод из строя в короткое время.
Язвенная коррозия возникает в условиях отсутствия движения конденсата по трубопроводу. Для её предупреждения необходимо непрерывно откачивать конденсат. Кислородная коррозия конденсатопроводов устраняется применением закрытых конденсатосборных установок, в которых конденсат находится под избыточным (выше атмосферного) давлением паровой подушки и не имеет контакта с атмосферным воздухом. При эксплуатации открытых систем температуру возвращаемого конденсата необходимо поддерживать на уровне 95-100 С. Чем выше температура конденсата, тем ниже содержание в нём растворённого кислорода и тем долговечнее система. Для защиты конденсата от аэрации с поверхности открытых конденсатных баков применяют сталестружечный затвор с поплавком.

Отвод конденсата из пароприёмников и трубопроводов.

Нагревание той или иной среды паром возможно двумя путями: или непосредственным контактом (смешением) пара с нагреваемой средой, или пропусканием пара через поверхностные нагреватели. В первом случае пар отдаёт часть содержащегося в нём тепла, и происходит его полная конденсация, причём, конденсат остаётся вместе с нагреваемым веществом. Во втором случае тепло пара передаётся нагреваемой среде через разделяющую стенку, а пар, соприкасаясь с более холодной стенкой и остывая, конденсируется.
Если имеет место некоторое накопление конденсата в нагревательных элементах, то конденсат отдаёт часть своего тепла через стенку нагревательного элемента нагреваемому веществу, и температура конденсата становится ниже температуры насыщенного пара, то есть имеет место, так называемое, переохлаждение конденсата. Заполнение конденсатом части нагревательных элементов теплоиспользующей установки уменьшает активную поверхность нагрева и ведёт к снижению производительности установки. В большинстве случаев выгодно не допускать переохлаждение конденсата, а отводить его при температуре насыщения.
Отвод из теплоиспользующих установок и нагревательных приборов без пропуска вместе с ним пара достигается при помощи специальных устройств, называемых конденсатоотводчиками.
Нарушение нормальной работы конденсатоотводчиков может привести к большим потерям тепла или чрезмерному скоплению конденсата в нагревательной камере, в результате чего может произойти нарушение работы аппарата и в некоторых случаях гидравлические удары.
Насыщенный водяной пар при выходе из паровых котлов содержит в себе не-которое количество воды. При нормальной работе котла влажность такого пара составляет 1 - 4% и значительно возрастает, если вода в котле имеет загрязнения. Для уменьшения конденсации пара при его транспортировке от котельной до потребителя пар в котле слегка перегревается. При подаче пара от ТЭЦ пар всегда перегретый.

При повышенной конденсации пара в трубопроводе патрубки для отвода кон-денсата устанавливаются более часто. Паропроводы, во избежание большой конденсации, изолируются, то есть покрываются материалом, плохо проводящим тепло. Постоянные дренажи снабжаются конденсатоотводчиками, конденсат из них собирается для использования. Временные (пусковые) дренажи служат при пуске паропровода и устраиваются в тех местах, где конденсат может скопиться только после остановки паропровода. Такими местами являются нижние точки паропровода, места подъёма, а так же участки перед задвижками и вентилями в случае прогрева паропровода участками.

Временный дренаж осуществляется самостоятельными трубопроводами, а конденсатоотводчик на нём не ставят. Временные дренажи отключают, как только давление при прогреве паропровода поднимается до рабочего.

Конденсатоотводчики.

Конденсатоотводчики применяются для автоматического бесшумного удаления конденсата с одновременным запиранием пара. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только при неудачной конструкции конденсатоотводчиков и неправильной эксплуатации составляют 25% количества потребляемого пара.

Существуют различные способы отвода конденсата и разнообразные конструкции конденсатоотводчиков. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на три вида:

- с гидравлическим затвором (сифоны);

- с гидравлическим сопротивлением (подпорные шайбы);

- с механическим затвором (поплавковые).

Наиболее простым является отвод конденсата посредством гидравлического затвора.

Недостатками гидравлических затворов являются: пропуск несконденсировав-шегося пара, выброс конденсата при повышении давления пара в теплообменном аппарате и большая высота. Для устранения этого недостатка применяют батарею затворов, соединённых друг с другом последовательно.

Отводчики конденсата с механическим затвором разделяются по принципу действия на следующие группы:

- поплавковые, основанные на разности удельных весов конденсата и пара, могут быть с открытым или закрытым поплавком;

- термостатические, основанные на расширении тел от нагревания;

мембранные.

Термостатические конденсатоотводчики применяют для отвода охлаждённого конденсата.

Конденсатоотводчики с механическим затвором часто называют конденсацион-ными горшками. Конденсатоотводчики с закрытым поплавком применяются при давлении свыше 10 МПа и выпускаются с производительностью до 18м3/ч.

Мембранный конденсатоотводчик состоит из двух полостей разделённых между собой металлической мембраной и соединённых каналом.

Рациональные схемы конденсатоотводчиков позволяют выбрать стандартное оборудование, упрощают изготовление и монтаж, снижают потери пара.

При выборе схемы необходимо иметь ввиду, что парозапорные вентили на обводах и при отводчиках, а также обратные клапаны при них с течением времени изнашиваются и становятся источником потери пара, поэтому применение их должно быть ограничено только необходимыми случаями.

Трубопровод, отводящий конденсат, уловленный дренажным патрубком, прокладывается с уклоном в сторону отводчика. После отводчика дренажный трубопровод может прокладываться с подъёмом, не превышающим 50 - 75% высоты водяного столба, соответствующего давлению в паропроводе.

Конденсатоотводчики, устанавливаемые в местах дренажа и осушки коллекто-ров-распределителей пара, должны обеспечивать автоматичность работы, как в отношении отвода конденсата, так и выпуска воздуха, непрерывность работы и безотказность действия. Кроме того, они должны быть доступны для контроля и очистки от загрязнений без снятия с трубопровода.

Особенностью установки отводчиков при небольших отопительных агрегатах и местных нагревательных приборах является возможность упрощения их схем, так как при необходимости его ремонта можно выключить эти аппараты, закрыв вентили со стороны входа пара.

Системы водоснабжения и водоподготовки.

Системой технического водоснабжения называется комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающий забор природной воды из источника, её очистку, охлаждение; специальную очистку, транспортировку и подачу потребителям, а также сооружения, оборудования и установки, необходимые для приёма отработавшей воды и подготовки её для повторного использования.
По принципу организации различают прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и каскадные бессточные схемы водоснабжения. Для технических нужд используется вода из поверхностных источников. Подземные воды разрешается использовать только при необходимости обеспечения технологических процессов водой с температурой до 15 оС и наличии запасов подземных вод, достаточных, как для хозяйственно-питьевых, так и для технических процессов.

От 70% до 85% воды используется на предприятиях как хладоноситель, охлаждающий различную продукцию в теплообменниках или же защищающий различные элементы установок и машин от нагрева. Эта вода в процессе нагревается, но не загрязняется.

От 5% до 12% технической воды используется в качестве среды, отмывающей продукцию или сырьё от примесей, или же в качестве транспортирующей среды. Эта вода в процессе использования загрязняется примесями материалов и сырья и нагревается, если материалы, с которыми она контактирует, имеют высокую температуру.

От 10% до 20% технической воды теряется за счёт испарения (при грануляции жидких шлаков и т. п.) или входит в состав произведённой продукции (пар, сахар, хлеб и т. д.)

В зависимости от изменения качества воды в процессе её использования схемы оборотного водоснабжения подразделяются на "чистые" циклы для воды, которая при использовании только нагревается; "грязные" циклы для воды, которая при использовании только загрязняется.

Объединение локальных схем водоснабжения в единую систему с каскадным использованием воды открывает возможности для снижения потребления свежей воды и создания бессточных систем водоснабжения предприятия. В этих системах продувочная вода "чистых" циклов используется для подпитки "грязных" циклов и сокращает потребление ими свежей воды. Если продувка "чистых" циклов превышает оборот "грязных" циклов в свежей воде, то её избыток может отправляться на ХВО для умягчения и использования её в котлах и аналогичных установках, безвозвратно потребляющих воду. Продувочную воду "грязных" циклов следует использовать для грануляции шлаков, тушения кокса и аналогичных нужд безвозвратного водопотребления.

Разработка бессточных схем водоснабжения П.П. и комплексов становится основным направлением в решении задач предотвращения загрязнения водоёмов и экономного расходования свежей воды.

Особое внимание при выборе систем технического водоснабжения на крупных П.П. необходимо обращать на сочетание локальных и общезаводских систем, на объединение их с целью повторного использования стоков, так как использование очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения является центральным во-просом общей проблемы перевода предприятий на бессточный режим. В сточных водах могут содержаться шламы, кислоты, масла, органические и ПА вещества и т. п. Наиболее целесообразно проводить очистку стоков от специфических загрязнений данной установки или производства, а затем - централизованную от общих для большинства установок загрязнений. Очистку от механических примесей природных и сточных вод осуществляют в специальных сооружениях для осветления воды. В системах технического водоснабжения в качестве первой ступени осветления используются горизонтальные и радиальные отстойники, гидроциклоны, крупнозернистые фильтры, очищающие воду от частиц определённой крупности. При необходимости очистки воды и от мелкодисперсной взвеси используются в качестве второй ступени осветители и фильтры. Горизонтальные отстойники - железобетонные прямоугольные бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах через 5-6 м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадка гидравлическое или механическое. Глубина горизонтально отстойника 1,5 - 3 м. Радиальные отстойники - круглые бассейны. Вода через водораспределительный полый дырчатый цилиндр 4 - 8 м, размещённый в центре, поступает в бассейн и движется к его периферии и сливается в щели.

Системы воздухоснабжения.

Системы воздухоснабжения промышленных предприятий предназначены для централизованного снабжения промышленных потребителей сжатым воздухом требуемых параметров в соответствии с расходом и графиком. Она включает в себя компрессорные и воздуходувные станции, трубопроводный и баллонный транспорт для подачи сжатого воздуха к потребителям, воздухосборные устройства - ресиверы и распределители самого предприятия.

В зависимости от необходимых потребителям расходов воздуха и его давления станции оборудуются центробежными компрессорами с избыточным давлением сжатого воздуха 0,35 0,9 МПа и единичной производительностью 250 7000 м3/мин или поршневыми соответственно с давлением 3 20 МПа и единичной производительностью не более 100 м3/мин. Коммуникации сжатого воздуха имеют радиальные и кольцевые участки. Последние применяют при компактном расположении потребителей, а также при повышенных требованиях к надёжности обеспечения сжатым воздухом. Сжатый воздух на ПП используется по двум основным направлениям: технологическому (для выплавки стали и чугуна, получения кислорода в разделительных установках) и силовому (для привода различных машин и механизмов, в горнодобывающей и кузнечных отраслях). На производство сжатого воздуха затрачивается 5% общего расхода электроэнергии на металлургических заводах и до 25 - 30% на машиностроительных предприятиях и в горнодобывающей промышленности. При использовании электрического привода компрессоров удельный расход энергии на производство 1000 м3 сжатого воздуха составляет от 80 до 140 кВт·ч (в зависимости от давления сжатого воздуха, типа компрессорных машин, условий охлаждения и т.д.). При паровом приводе компрессоров удельный расход топлива на производство 1000 м3 сжатого воздуха составляет 17 20 кг.

Компрессорные станции включают в себя устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры, приводные двигатели, теплообменники охлаждения, вспомогательное оборудование (для осушки, очистки, изменения давления, аккумуляции воздуха). На компрессорной станции могут размещаться только компрессоры с электроприводом (обычно для машиностроительных предприятий) или компрессоры только с паротурбинным приводом (для агрегатов доменного дутья). Находят применение и комбинированные паровоздуходувные и электрические станции ТЭЦ-ПВС. Для обеспечения максимальной надёжности воздухоснабжения производительность всех работающих компрессоров принимается максимальной длительной нагрузке, и на компрессорной станции устанавливают один резервный компрессор. Охлаждение воздуха в компрессорных установках осуществляется в промежуточных и концевых холодильниках. Промежуточное охлаждение позволяет снизить затраты энергии на сжатие воздуха. Охлаждение в концевых участках применяют в случае обеспечения технологических требований потребителя к температуре сжатого воздуха, а так же для безопасного транспорта его по трубопроводу. Промежуточные и концевые холодильники выполняются преимущественно кожухотрубчатыми и входят в состав компрессорной установки. Для большинства ПП требуется осушка воздуха после компрессора. Осушка необходима по технологическим требованиям, а также для надёжного транспорта и безопасности. Выбор метода осушки обосновывается технико-экономическими сравнениями. Для сорбционной осушки воздуха используют в качестве адсорбента силикагели, алюмогели и цеолиты. Для осушки больших количеств воздуха допускается параллельное включение нескольких УОВ на один компрессор. Для осушки больших количеств воздуха используют фрионовые холодильники в комбинации с регенеративным воздуховоздушным теплообменником и системой отделения влаги.

Для аккумуляции сжатого воздуха при его неравномерном потреблении и выравнивании давления в магистрали за поршневыми компрессорами устанавливают ресиверы. В системах с турбокомпрессорами роль ресиверов выполняют трубопроводы сжатого воздуха.

Основными элементами энергетического баланса являются расходные и приходные части. Расходная часть характеризует энергопотребление при определённых условиях, приходная часть - покрытие потребностей предприятия в энергии.

Энергетические балансы промышленных предприятий делятся на топливно-энергетические и пароконденсатные; полные и частичные. Полные составляются для выбора оптимального варианта энергоснабжения предприятия в целом, частичные - при решении отдельных вопросов энергоснабжения промышленного предприятия. Топливно-энергетические балансы промышленных предприятий характеризуют потребление и производство различных видов энергии.

При применении на промышленных предприятиях, в качестве теплоносителя, водяного пара важную роль в оценке использования энергии играют пароконденсатные балансы. Их задачей является определение пароконденсатных условий потребления и транспорта пара, что даёт возможность составить чёткую и полную картину использования пара и возвращения конденсата на ПП. Следовательно, составление пароконденсатного баланса промышленного предприятия является обязательным при контроле и наладке его системы пароснабжения.

Под оптимальной структурой топливно-энергетического баланса промышленного предприятия понимают такую структуру использования различных видов топлива и энергии отдельными категориями потребителей и предприятием в целом, при которой общая сумма затрат на энергоресурсы и их использование на производство заданного планом объёма продукции была бы минимальной при строгом соблюдении ограничений по ресурсам различных видов топлива и энергии.

Выбор оптимальной структуры топливно-энергетического баланса промышленного предприятия требует большого объёма информации о технико-экономических показателях производства продукции при использовании различных видов энергетических ресурсов, о возможности их взаимозаменяемости, межцеховых связей по использованию топлива, ограниченности одних и обязанности полного использования других энергетических ресурсов и т.д. Обычные методы решения задач оптимизации топливно-энергетического баланса предприятия путём перебора вариантов оказываются непригодными, так как требуют большого количества операций. Поэтому, в настоящее время разработаны новые методы планирования топливно-энергетического баланса промышленного предприятия - методы математического моделирования. Их сущность заключается в составлении экономико-математической модели - системы уравнений и неравенств, описывающих структуру топливно-энергетического баланса предприятия в количественных индексах. Задача линейного программирования включает три пункта: цель, возможные способы достижения цели и объёмы производства продукции, ресурсы топлива и энергии.

При решении задачи оптимизации топливно-энергетического баланса промышленного предприятия необходимо предусматривать возможность выбора способов достижения цели. Однако, если заданной цели нельзя добиться более чем одним способом, то решать задачу нет смысла. При этом надо рассматривать только те категории потребителей, для которых можно использовать два или более технологических способа применения энергоресурсов, то есть имеется возможность полной или частичной взаимозаменяемости различных видов энергоресурсов. При составлении топливно-энергетических балансов промышленных предприятий огромное значение играет точность исходной информации.

Согласно литературным данным, для составления экономико-математической модели топливно-энергетического баланса промышленного предприятия необходимо иметь следующее:

а)план производства различных видов продукции;

б)данные по возможным технологическим способам производства каждого вида продукции;

в)технико-экономические показатели по каждому технологическому способу;

г)данные о возможных ресурсах различных видов топлива и энергии, которые могут быть использованы для производства продукции.
Для каждого технологического способа надо определить удельные расходы энергетических ресурсов. После их определения находят сумму денежных затрат на топливо и энергию в объёме заданного вида продукции.
Составить пароконденсатный баланс установки потребления пара или предприятия в целом - значит определить количество поступающего потребителям пара и количество возвращаемого от них конденсата. Эту задачу можно выполнить либо по отдельным цехам и предприятию в целом, рассматривая при этом общее количество поступающего пара и возвращаемого конденсата, либо по каждому потребителю отдельно с последующим суммированием по цехам и предприятию в целом.

Причины возникновения дебалансов.

Расходы производственного пара потребителями сильно изменяются как по сезонам года, так и в пределах месяцев, суток и даже часов. Изменяются в течение суток и приходы пара от утилизационных установок (УУ).

Приходы пара от УУ прокатных цехов могут сильно колебаться из-за изменений режимов работы нагревательных печей и прокатных станов. Так, если количество нагретого в печах металла в данный момент превышает по тем или иным причинам потребность стана, то редко снижают количество топлива, сжигаемого в печах. Соответственно сильно снижается паропроизводительность КУ, установленных за этими печами. При текущих ремонтах станов, которые могут длиться от нескольких часов до нескольких суток, паропроизводительность КУ падает, например, от 300 т/ч практически до нуля.

Такое снижение производительности сильно влияет на баланс производственного пара по заводу. Со снижением производительности печей уменьшается, хотя и в меньшей степени, выход пара из СИО печей, который у крупных станов составляет до 100 т/ч. Это снижение суммируется с уменьшением поступления пара от КУ этих печей. Коксовые батареи на многих заводах планово-периодически останавливают примерно на сутки для ремонта обслуживающих печи механизмов. Аналогично колебания паропроизводительностей КУ и СИО в пределах суток наблюдаются и на УУ других технологических агрегатов. Поэтому, для обеспечения надёжного, бесперебойного пароснабжения потребителей совершенно недостаточно свести баланс завода по средним значениям расходов и приходов за месяц и тем более за год, а надо обязательно учитывать реальные графики расходов пара в течение месяца, суток, часа. Баланс пара должен сходиться в любой, хотя бы и короткий отрезок времени.

Практически на всех предприятиях различных отраслей промышленности есть потребители производственного пара, для которых перерывы в подаче пара или резкое уменьшение его подачи, а так же снижение давления недопустимы. У этих потребителей снижение давления пара, а следовательно и температуры в теплообменниках, может резко снизить производительность установки по основному технологическому продукту и даже приостановить течение технологического процесса. При этом может снижаться качество продукции и даже наблюдается её порча. Снижение давления пара в системе общезаводских паропроводов наблюдается при недостаточном поступлении в неё пара. Вспомогательные механизмы, работающие на паре, могут при этом не обеспечивать работу технологического агрегата, который они обслуживают.

Наряду с такими потребителями могут быть агрегаты и установки, которые менее чувствительны к не слишком продолжительным перерывам в подаче пара и снижениям его параметров. Это обстоятельство можно учитывать при сведении балансов пара по заводу, если полное его сведение по каким-либо причинам связано со слишком большими затратами. Для сведения балансов производственного пара по заводу в любой отрезок времени необходимо иметь резервные, мобильные пиковые парогенерирующие мощности или применять другие средства компенсации дебаланса. Необходимо также предусматривать возможность использования периодических избытков пара, во избежание вынужденного их сброса.