ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

Источники тепловой энергии

Существует два основных вида источников тепловой энергии (теплоносители - пар и горячая вода): котельные и ТЭЦ [4, 5].

Если ТЭЦ, как уже отмечалось выше, является источником и тепловой и электрической энергии, то котельная вырабатывает только теплоту.

Котельная - это совокупность устройств, состоящая из котлов, вспомогательного оборудования и систем хранения, подготовки и транспорта топлива; подготовки, хранения и транспорта воды; золо- и шлакоудаления, а также сооружений для очистки дымовых газов и воды.

Главный элемент любого источника тепловой энергии - котельная установка, служащая для выработки пара или горячей воды. Котельная установка - это совокупность котла и вспомогательного оборудования. Котел - это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получения пара или нагрева воды под давлением за счет тепловой энергии от

сжигания топлива.

Котлы подразделяются на паровые, водогрейные и паро - водогрейные.

Паровые котлы делятся на энергетические и котлы промышленной теплоэнергетики.

Энергетические котлы входят в состав тепловых электростанций и служат для получения перегретого водяного пара различных давлений и температур.

Котлы промышленной теплоэнергетики служат для выработки насыщенного или перегретого пара низких и средних параметров. Этот пар используется либо в качестве технологического в производственных процессах предприятия, либо для приготовления горячей воды на нужды отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения (ГВС).

Водогрейные котлы могут устанавливаться как на ТЭЦ, так и в котельных. Нагретая в них вода используется для тех же нужд.

Паровые котлы могут иметь различные конструкции и компоновки. На рис. 15 представлен паровой котел П - образной компоновки. На этом рисунке: 1 - камерная топка; 2 - экранные трубы; 3 - опускные трубы; 4 - фестон; 5 - барабан; 6 - коллектор перегретого пара; 7 - тракт воды; 8 - пароперегреватель; 9 - экономайзер; 10 - воздухонагреватель; 11 - нижние коллекторы.

Вода в экономайзере и пар в пароперегревателе движутся однократно и принудительно - в экономайзере под действием питательного насоса, в пароперегревателе - под давлением пара в барабане.

Барабан, экранные и опускные трубы, а также нижний коллектор образуют циркуляционный контур. В этом контуре теплоноситель движется многократно под действием различной плотности воды в необогреваемых опускных трубах и пароводяной смеси в обогреваемых подъемных трубах экранов. В зависимости от типа котла число таких контуров может доходить до восемнадцати.

Паровые котлы с многократной циркуляцией отличаются наличием барабана - емкости для сепарации и сбора пара - и изготавливаются для получения пара с давлением до 18 МПа.

Для получения пара околокритических и сверхкритических параметров применяются прямоточные котлы, в которых отсутствует барабан, а теплоноситель совершает однократное движение, как это показано на рис. 16, где 1 - экономайзер; 2 - испарительные экраны; 3 - пароперегреватель ширмовый; 4 - пароперегреватель конвективный.

В прямоточном котле теплоноситель последовательно проходит все поверхности нагрева. В верхней части экранов пар перегревается, проходит через ширмовый и конвективный перегреватели и поступает к потребителям. Прямоточные котлы нуждаются в особо тщательной очистке питательной воды в соответствии с нормами качества питательной воды для прямоточных котлов.

В воздухоподогревателях котлов осуществляется подогрев воздуха для улучшения процессов горения и снижения тепловых потерь в котле.

Сжигание топлива происходит в топках двух основных типов: слоевой и камерной. В слоевой топке происходит горение кускового твердого топлива, которое укладывается плотным слоем на колосниковую решетку и вступает в реакцию с кислородом воздуха. Камерные топки служат для сжигания пылевидного твердого, газообразного или жидкого топлива.

Паровые котлы классифицируются по целому ряду признаков: конструкции, компоновке поверхности нагрева, производительности, параметрам пара, виду применяемого топлива, способу подачи и сжигания топлива, давлению дымовых газов.

Например, конструктивно паровые котлы бывают пролетные, П - образные, Т - образные, Н - образные и др. Наиболее часто встречающиеся конструкции паровых котлов на ТЭС - П - образные, в промышленной теплоэнергетике - пролетные и П - образные. По давлению дымовых газов они делятся на котлы: с уравновешенной тягой (давление дымовых газов на 10...30 Па меньше давления окружающей среды); под наддувом (давление дымовых газов на 3.8 кПа больше давления окружающей среды); под давлением (давление дымовых газов около четырех мегапаскалей).

Широко распространенными паровыми котлами являются вертикально­водотрубные котлы типа ДКВР, предназначенные для производства насыщенного пара давлением 1,4 МПа. Паропроизводительность их составляет 4; 6,5; 10; 20 т/ч при работе на твердом топливе и увеличивается в 1,3. 1,5 раза при работе на мазуте и газе. В настоящее время взамен ДКВР выпускается новая серия котлов производительностью от 2,5 до 25 тонн насыщенного или перегретого пара в час типов КЕ (для слоевого сжигания твердого топлива) и ДЕ (для работы на мазуте и газе).

В промышленной теплоэнергетике используются также паровые котлы П - образной компоновки типов ГМ50-14/250, ГМ50-1, БК375-39/440. Котлы типа ГМ могут работать на газе или мазуте, а БКЗ - также и на твердом топливе.

Паровые котлы различаются по конструкции, типу, производительности, параметрам пара и виду применяемого топлива.

Котлы малой (до 25 т/ч) и средней (160.220 т/ч) производительности с давлением пара до 4 МПа применяются в производственных и отопительных котельных для получения тепловой энергии в виде пара, идущего на технологические и отопительно - бытовые нужды.

Котлы производительностью до 220 т/ч имеют естественную циркуляцию без промежуточного перегрева пара и применяются на промышленных теплоэнергетических установках и ТЭЦ.

Водогрейные котлы предназначены для подготовки теплоносителя в виде горячей воды для технологического использования и бытового (отопление, вентиляция, кондиционирование и горячее водоснабжение).

Водогрейные котлы могут быть чугунными секционными и стальными водотрубными.

Чугунные секционные водогрейные котлы, например, типов КЧ-1, «Универсал», «Братск», «Энергия» и др. отличаются размерами и

конфигурацией чугунных секций; мощность этих типов котлов - 0,12. 1 МВт.

Стальные водогрейные котлы имеют маркировку ТВГ, ПТВМ и КВ. Эти котлы отпускают воду с температурой до 150°С и давлением 1,1. 1,5 МПа, теплопроводностью от 30 до 180 Гкал/ч (35.209 МВт).

Котлы типа ПТВМ работают на газе и мазуте. Котлы типа KB являются унифицированными, предназначенными для работы на твердом, газообразном и жидком топливе. В зависимости от вида и способа сжигания топлива котлы KB делятся на КВТС (слоевые механизированные топки), КВТК (камерная топка для сжигания пылевидного топлива), КВГМ (для сжигания газа и мазута).

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - это станции комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Перегретый пар от котла подается на лопатки паровой турбины, закрепленные на роторе. Под воздействием энергии пара ротор турбины вращается. Этот ротор жестко связан при помощи соединительной муфты с ротором электрогенератора, при вращении которого вырабатывается электроэнергия. Пар, частично отдавший свою энергию в турбине, поступает потребителям либо для технологического использования, либо для нагрева воды, подаваемой потребителям.

На ТЭЦ применяются теплофикационные турбины с промежуточными теплофикационными отборами пара и турбины с противодавлением.

Тепловая схема ТЭЦ с противодавлением турбин показана на рис. 17, где: 1 - паровой котел, 2 - паровая турбина, 3. электрический генератор, 4 - потребитель теплоты, 5 - конденсатный насос, 6 - деаэратор, 7 - питательный насос.

Тепловая схема ТЭЦ с теплофикационными турбинами показана на рис. 18, где 1, 2, 3, 4 соответствуют обозначениям рис. 17, 5 - сетевой насос, 6- конденсатор, 7 - конденсатный насос, 8 - деаэратор, 9 - питательный насос.

ТЭЦ с турбинами с противодавлением характеризуется тем, что производство электроэнергии здесь жестко связано с отпуском тепловой энергии, работа такой станции целесообразна только при наличии крупных потребителей теплоты с постоянным расходом ее в течение года, например, предприятий химической или нефтеперерабатывающей промышленности.

ТЭЦ с теплофикационными турбинами лишены этого недостатка и могут одинаково эффективно работать в широком диапазоне тепловых нагрузок. В тепловой схеме имеется конденсатор, а пар для подогрева воды отпускается из промежуточных ступеней турбины. Количество пара и его параметры регулируются, такие отборы называются теплофикационными в отличие от отборов, используемых для регенеративного подогрева питательной воды.

Для теплоснабжения городов и населенных пунктов используются отопительные котельные. Они бывают:

а) индивидуальные (домовые) или групповые для отдельных зданий или группы зданий. Теплопроизводительность таких котельных 0,5.4 МВт, вид котлов - водогрейные чугунные секционные, температура теплоносителя 95...115°С, эксплуатационный КПД на каменном угле - 60-70%, на газе и мазуте- 80-85%;

б) квартальные для теплоснабжения квартала или микрорайона. Теплопроизводительность - 5.50 МВт, вид котлов - стальные паровые типа ДКВР или ДЕ и водогрейные типов КВТС, КВГМ, ТВГ, температура теплоносителя 130...150°С, эксплуатационный КПД на каменном угле - 80­85%, на газе и мазуте - 85-92%;

в) районные для теплоснабжения одного или нескольких жилых районов. Теплопроизводительность - 70.500 МВт, вид котлов - стальные водогрейные типов ПТВМ, КВТК, КВГМ, температура теплоносителя 150...200°С, эксплуатационный КПД на каменном угле - 80-88%, на газе и мазуте - 88-94%; или паровые типа ДКВР, ДЕ, ГМ-50.

Если котельная помимо нужд отопления и горячего водоснабжения (ГВС) I отпускает пар, то такая котельная называется промышленно-отопительной. Если котельная обеспечивает тепловой энергией в виде пара и горячей воды только нужды предприятия, то такая котельная называется промышленной.

Котельные могут быть также только с водогрейными котлами (водогрейная котельная), только с паровыми котлами (паровая котельная) и с

паровыми и водогрейными котлами (паро-водогрейная котельная).

Пример отопительной котельной с паровыми котлами показан на упрощенной схеме рис. 19. Здесь 1 - питательный насос, 2 - паровой котел, 3- паровая редукционная установка (РУ), 4 - транспорт пара на технологические нужды предприятия, 5 - трубопровод подпитки тепловой сети, 6 - сетевой насос, 7 - теплообменники подогрева сетевой воды, 8 - тепловая сеть, 9 - деаэратор.