ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕННО — ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ С ПАРОВЫМИ КОТЕЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ

Для технологических процессов и нужд отопления, вентиляции и го­рячего водоснабжения производственных корпусов и административных зданий отпуск пара зависит от характера производства, количества смен работы, времени года, количества возвращаемого конденсата и его темпе­ратуры, расхода пара на собственные нужды, потерь энергоносителя и дру­гих причин.

Закрытая двухтрубная система теплоснабжения. По этой схеме се­тевая вода из подающего трубопровода поступает в подогреватели системы горячего водоснабжения, где охлаждается и возвращается в обратный тру­бопровод тепловой сети. Холодная вода из водопровода нагревается в по­догревателе и поступает к водоразборным кранам потребителей горячего водоснабжения.

Отсутствие отбора воды из теплосети значительно уменьшает расход подпиточной воды, проходящей предварительно полную водоподготовку и идущей для восполнения потерь воды (теплоносителя) в тепловой сети. Поэтому экономически целесообразно не устанавливать дополнительный узел водоподготовки для подпиточной воды, а готовить ее в системе хим - водоподготовки (ХВО) питательной воды котельных агрегатов, несмотря на то, что стоимость питательной воды выше, поскольку она проходит две ступени умягчения, в то время как для подпиточной воды теплосети доста­точно одной ступени. Расход подпиточной воды Сподп для закрытых систем теплоснабжения принимается в размере 1,5.2 % от расхода сетевой воды.

На рис. 4.2 приведена принципиальная тепловая схема производствен­но-отопительной котельной для закрытой двухтрубной системы тепло­снабжения с независимой (параллельной) схемой подключения к тепловой сети потребителей горячего водоснабжения ГВ, отопления и вентиляции ОВ. Сырая вода поступает из водопровода с давлением 1.4 МПа, а если напор воды недостаточен, предусматривается насос исходной воды НИ,
которым создается напор, необходимый для преодоления гидравлических сопротивлений в подогревателях, фильтрах ХВО и трубопроводах. Темпе­ратура исходной воды 4сх принимается + 15 °С летом и + 5 °С зимой, а рас­ход Оисх должен обеспечивать питание котельных агрегатов КА, подпитку тепловой сети, компенсацию расхода пара на собственные нужды и потерь теплоносителя в тепловой схеме, тепловых сетях и у потребителя.

Вода нагревается в охладителе непрерывной продувки Т1 и в паровом водоподогревателе Т2 до температуры + 25...35 °С. Указанный диапазон температур исключает конденсации водяных паров из воздуха на внешней поверхности трубопроводов и оборудования водоподготовки и обеспечива­ет стабильную работу катионита. Часть исходной, сырой воды использует­ся на собственные нужды химводоподготовки (взрыхление, регенерация, отмывка и др.) и составляет 15.20 % расхода Охво, или Оисх = 1,2 Охво. Да­лее вода проходит через водоподготовительную установку ХВО, где из воды удаляются соли жесткости кальция и магния, а температура воды при этом снижается на 2.3 °С.

Затем умягченная вода нагревается в паровом водоподогревателе Т3 и водо-водяном подогревателе Т4 до температуры + 60.90 °С и направляет­ся в верхнюю часть колонки деаэратора, куда также поступает конденсат от всех паровых подогревателей и от технологического производства ТП. В нижнюю часть колонки деаэратора и в водный объем питательного бака ДА (через барботажное устройство) подается пар давлением 0,12 МПа для
подогрева умягченной воды до температуры кипения + 102.104 °С. При использовании деаэратора атмосферного типа (ДСА или ДА) рекомендуе­мая температура воды на входе в деаэратор + 60.90 °С, а при использова­нии вакуумного деаэратора + 65.70 °С. Чем ниже температура воды и конденсата, поступающих в деаэратор, тем больше расход пара на деаэра­цию - д.

Выделившиеся из воды газы О2 и СО2 вместе с паром Овып удаляются в атмосферу или поступают в охладитель выпара (на схеме не показан). Теп­лота выпара используется для нагрева умягченной воды Схво, поступающей в деаэратор; при этом газы из охладителя выпара уходят в атмосферу, а конденсат - в дренаж. Удельный расход выпара d из деаэратора составляет 0,002 кг пара/кг воды.

Вместимость питательного бака-деаэратора Од рассчитывается исходя из 1.2-часового запаса воды, достаточного для обеспечения питания всех котлов в случае прекращения подачи конденсата или воды. Питательный бак-деаэратор ДА должен иметь тепловую изоляцию, а геодезическую вы­соту иметь не менее 8.10 м для создания подпора во всасывающем пат­рубке питательного ПН и подпиточного насоса ППН. При несоблюдении этого условия перед питательным насосом или внутри него произойдет изменение (снижение) давления и парообразование: это явление называется кавитацией. Насос будет работать на двухфазной среде, а сплошность по­тока нарушится, что приведет к уменьшению производительности и напора насоса; кроме того, появятся гидравлические удары и осложнения в работе.

Из бака деаэратора ДА питательная вода с температурой + 102 °С по­ступает в теплообменник Т4, где охлаждается до + 70.90 °С при сжигании природного газа или малосернистого мазута и до + 90.100 °С - сернистого или высокосернистого мазута. Это условие необходимо для предотвращения низкотемпературной коррозии внешних поверхностей нагрева водяного эко­номайзера (т. е. конденсации водяных паров из топочных газов на внешней поверхности труб экономайзера).

Одна (большая) часть питательной воды Опжт питательным насосом ПН нагнетается в водяной экономайзер ЭК, где нагревается за счет теплоты уходящих топочных газов. Другая (меньшая) часть воды Опод подпиточным насосом ППН нагнетается в обратный трубопровод теплосети, перед сете­вым насосом СН, для компенсации потерь теплоносителя в тепловых сетях. Расход подпиточной воды для закрытых систем теплоснабжения принима­ется равным 1,5.2 % от расхода сетевой воды, т. е. Опот = 0,02 Ос.

В водяном экономайзере (некипящего типа) питательная вода нагрева­ется до температуры + 140.160 °С, но не догревается до температуры на­сыщения на 20.40 °С и по питательной линии поступает в водный объем верхнего барабана парового котельного агрегата КА, где вырабатывается сухой насыщенный (или перегретый) пар. Из КА по паропроводу пар по­ступает в редукционно-охладительную установку РОУ, где путем дроссе­лирования (редуцирования) давление пара снижается, например, с 1,4 до 0,8 МПа или до давления, необходимого для технологического производст­ва (0,7.1,2 МПа). В результате дросселирования (при i = const) получается перегретый пар, и поэтому в РОУ (минуя экономайзер и паровой котел) подается необходимое количество питательной воды бРОу с температурой + 70.100 °С для охлаждения перегретого пара и получения сухого насы­щенного пара.

Далее сухой насыщенный пар -0,8 поступает в парораспределитель­ный коллектор ПК (гребенку), откуда расходуется на:

• технологическое производство ТП в количестве Djн; конденсат возвращается в конденсатный бак (на схеме не показан) или непосредст­венно в колонку деаэратора, и его количество G^ зависит от процента воз­врата ц, т. е. G-рн = 0,01 ц - тн; потери технологического конденсата G^" = - тн - G^; если в котельной установлен конденсатный бак, то конденсат из бака подается в колонку деаэратора с помощью конденсатного насоса КН;

• подогреватели сетевой воды Т5, Т6 в количестве - ст, где передает теплоту воде теплосети Ос, а конденсат (GCT равен - ст) после теплообмен­ников возвращается в колонку деаэратора, так как он не загрязнен и нахо­дится под большим давлением, чем давление в деаэраторе;

• собственные нужды котельной в количестве - сн предва-рительно принимаются в размере 7.15 % от потребления пара, т. е. - сн и 0,1 (—тн +

-ст);

• компенсацию потерь пара - пот в тепловой схеме, потерь теплоты подогревателями в окружающую среду и другие неучтенные расходы пара; принимаются в размере 2.3 % от потребления пара, т. е. - пот =

0,03 (Dm + - ст).

Такая форма учета потерь пара (и теплоты) упрощает тепловой расчет и позволяет в уравнения теплового баланса оборудования не вводить коэф­фициент сохранения теплоты п, учитывающий потери от внешнего охлаж­дения и другие потери.

Предварительно принятые параметры уточняются на заключительном этапе расчета при сопоставлении -сн и полученных в результате расчета расходов пара на собственные нужды D^. Собственные нужды котельной включают в себя расход пара:

• D2 - на подогреватель исходной воды Т2 и расход пара D3 на по­догреватель Т3 умягченной воды; конденсат от подогревателей (G2 равный D2 и G3 равный D3) с температурой + 60.90 °С возвращается в колонку деаэратора;

• Da - на деаэрацию воды, причем давление пара после редукцион­ного клапана РК снижается до 0,12.0,15 МПа, путем дросселирования (при i = const);

• D^ - на мазутное хозяйство МХ и зависит от расхода, теплоемко­сти, температуры мазута, горелки, удельного расхода пара на распыление мазута в форсунках и условно можно принять 1.3 % от внешнего потреб­ления пара, т. е. D^ и 0,01 (Dm + DCT); конденсат от подогревателей мазута в количестве Смх, равном D^, в количестве 50.60 % и температурой + 50.80 °С возвращается в колонку деаэратора или конденсатный бак;

• на обдувку внешних поверхностей нагрева труб кипятильного пуч­ка котла и водяного экономайзера, а также на паровые, питательные насосы (в расчете не учитывается и входит в DnOT).

Из парового котельного агрегата по продувочной линии котловая вода в количестве G^ поступает в сепаратор (расширитель) непрерывной про­дувки СНП, где происходит снижение давления продувочной воды от ра­бочего в котельном агрегате до 0,12.0,15 МПа. За счет снижения давления котловая вода с высоким содержанием солей и щелочи в СНП вскипает и разделяется на остаточную воду Оснп и пар вторичного вскипания D^.

Пар из СНП используется в колонке деаэратора ДА, а вода направляется в охладитель выпара Т1, где, отдавая теплоту исходной воде, охлаждается до температуры + 40.60 °С и сбрасывается в барботер БР, а затем в канали­зационную сеть (дренаж).

Сепаратор непрерывной продувки устанавливают с целью уменьше­ния потерь теплоты с продувочной водой, а его использование экономиче­ски обосновано при расходе продувочной воды G^ > 0,14 кг/с. При G^ > 0,28 кг/с экономически целесообразно использовать не только теплоту, со­держащуюся в паре вторичного вскипания, но и теплоту воды G^, удаляе­мой из сепаратора.

Процент продувки зависит от сухого остатка исходной воды, солесо - держания и щелочности котловой воды (зависит от типа КА) и качества питательной воды после водоподготовки или принимается равным 2.10 % от паропроизводительности котельных агрегатов.

Следовательно, полная паропроизводительность котельной установки с учетом расхода пара на технологию, сетевые подогреватели, собственные нужды и потерь теплоты

DK Dтн + Dct + Dсн + Dпот,

А суммарные потери пара и конденсата

G = Gпот + D + D + G + G + DnoT

^пот - ш ^вы^ ^по^ ^снп ^подп •

Работа тепловой сети. Обратная сетевая вода с температурой + 70 °С (в максимально-зимнем режиме) сетевым насосом СН нагнетается в паро­вые водоподогреватели Т5 и Т6, где нагревается паром до температуры + 150 °С и поступает в теплосеть в количестве

G'c = (Ов + Огв) / св ( t'c - t' ),

Где 0ов и - тепловая нагрузка на отопление, вентиляцию и горя-чее во­доснабжение, кВт; св = 4,19 - теплоемкость воды, кДж/(кг • К); Ґс, t'' - со­ответственно температура сетевой воды в подающем и обратном трубопро­воде, °С.

Температура воды, поступающей в систему отопления и вентиляции потребителя ОВ, регулируется с помощью элеваторного узла Э путем сме­шивания прямой сетевой воды (t' = + 150 °С в максимально-зимнем режи­ме) с обратной из системы отопления (^ = + 70 °С) для получения воды с температурой С = + 95 °С, поступающей в систему отопления ОВ комму­нально-бытового потребителя.

Температура воды = + 60 °С, поступающей в водоразборные краны системы горячего водоснабжения ГВ, регулируется изменением расхода прямой сетевой воды через подогреватели горячего водоснабжения Т7, ус­тановленные в тепловом пункте.

При температуре наружного воздуха, отличной от расчетной (холод­ной пятидневки), температура сетевой воды в подающем трубопроводе ре­гулируется в соответствии с температурным графиком (рис. 4.1) путем пе­репуска части воды из обратного трубопровода в подающий, минуя сете­вые подогреватели Т5 и Т6, по перемычке АВ, на которой установлен регу­лятор температуры РТ.

В табл. П1 приведен расчет принципиальной тепловой схемы произ­водственно-отопительной котельной для закрытой двухтрубной системы теплоснабжения с независимой (параллельной) схемой подключения к теп­ловой сети потребителей горячего водоснабжения, отопления и вентиляции и работе на мазуте. При работе на природном газе отсутствует нагрузка на мазутное хозяйство Dмх. В табл. П1 расчетные формулы в графе 4 выполне­ны для максимально-зимнего режима. Расчет зимнего и летнего режимов работы производится аналогично.

По результатам расчета принципиальной тепловой схемы производст­венно-отопительной котельной (табл. П1) определяют суммарную макси­мальную потребность в паре Дк4, выбирают тип котельных агрегатов (Е,

ДЕ, ДКВР, КЕ и др.), а число паровых котельных агрегатов рассчитывают по формуле:

N = D1,4 / - Dнoм,

Где Бном - номинальная паропроизводительность котельного агрегата (2,5; 4; 6,5; 10, 16, 25, т/ч, и т. д.).

Выполняя энергосберегающие мероприятия и теплотехнический рас­чет тепловой схемы, возможно и необходимо разработать и принять такую тепловую схему котельной, в которой в конечном итоге будет минимальная себестоимость тепловой энергии и наименьший расход топлива [12].