ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие централизованного теплоснабжения в СССР и его значение для народного хозяйства. Теплоснабжение является крупной отраслью народного хозяйства. Достаточно сказать, что на нужды теплоснабже­ния ежегодно расходуется 25% всего добываемого и вырабатываемого в СССР топлива. В условиях ограниченных топливных ресурсов рацио­нальное и экономное расходование их представляет собой задачу боль­шой государственной важности. Значительная роль в решении этой за­дачи отводится централизованному теплоснабжению и теплофикации, которые тесно связаны с электрификацией и энергетикой, а энергетику В. И. Ленин рассматривал как основу для развития производительных сил страны. В своем историческом определении «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны» В. И. Ленин ука­зал на ведущее положение энергетики в построении материально-техни­ческой базы коммунизма. Ленинский план ГОЭЛРО послужил основой для мощного развития энергетических систем Советского Союза.

Централизованное теплоснабжение базируется на использовании крупных районных котельных, характеризующихся значительно боль­шими КПД, чем мелкие отопительные установки. Теплофикация, т. е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Она позволяет сократить расход топлива на 20—25%. Кроме экономии тошшва централизация теплоснабжения имеет большое социальное значение, способствуя повышению производительности тру­да, вытесняя малоквалифицированные профессии, улучшая условия тру­да и повышая культуру производства. Централизованные системы теп­лоснабжения существенно улучшают бытовые условия жизни населения. Улучшение условий труда и жизни людей находится в полном соответ­ствии с требованиями Конституции СССР, где записано, что «Высшая цель общественного производства при социализме — наиболее полное удовлетворение растущих материальных и духовных потребностей лю­дей» (Статья 15).

При централизованном теплоснабжении мелкие отопительные уста­новки, являющиеся источниками загрязнения воздушного бассейна, лик­видируются, а вместо них используются крупные источники тепла, газо­вые выбросы которых содержат минимальные концентрации токсичных веществ. Таким образом, централизация теплоснабжения способствует решению крупной задачи современности — охраны окружающей природ­ной среды.

Основными направлениями экономического и социального разви­тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года, принятыми на XXVI съезде КПСС, предусматривается обеспечение дальнейшего развития централизованного теплоснабжения потребителей путем строи­тельства теплоэлектроцентралей и крупных районных котельных, сни­жение удельных расходов топлива и себестоимости электрической и тепловой энергии.

В настоящее время в результате достижений в области использова­ния ядерного топлива развивается новое направление — централизован­ное теплоснабжение на базе атомных ТЭЦ и атомных котельных. Ис­пользование ядерного топлива для теплоснабжения сокращает расход дефицитного органического топлива и облегчает решение проблемы топ­ливно-энергетического баланса страны.

Первая система теплофикации была построена и введена в эксплуа­тацию в 1924 г. в Ленинграде на базе 3-й Ленинградской электростан­ции. С пуском этой системы начинается теплофикация всей страны, В 1928 г. в Москве была создана экспериментальная ТЗЦ Всесоюзного теплотехнического института, а в дальнейшем началось сооружение теп­лофикационных установок в Ростове, Харькове, Киеве и других городах.

Большой вехой в развитии советской теплофикации явился июньский Пленум ЦК ВКП (б) 1931 г., на котором было принято решение о ши­роком строительстве в стране мощных теплоэлектроцентралей. С 1931г. теплофикация была положена в основу реконструкции и строительства топливно-энергетического хозяйства городов. К 1940 г. в стране дейст­вовало около 100 ТЭЦ общей мощностью 2 млн. кВт, отпуск тепла сос­тавлял 105 млн. ГДж (25 млн. Гкал), а протяженность тепловых сетей достигла 650 км.

Разрушенные во время Великой Отечественной войны тепловые элек­тростанции благодаря мерам, принимавшимся в стране, уже к 1945 г. были восстановлены. Дальнейшее развитие теплоэнергетики и теплофи­кации связано с освоением высоких и сверхкритических параметров, увеличением единичных мощностей турбин и котлов, строительством ТЭЦ из блоков с мощностью более 100 МВт. В СССР создана самая крупная в мире теплофикационная турбина мощностью 250/300 МВт на закритические параметры.

В 1975 г. суммарная мощность ТЭЦ в стране составила около 60 млн. кВт, было отпущено тепла около 3800 млн. ГДж (900 млн. Гкал), протяженность тепловых сетей составила примерно 15 тыс. км. В круп­ных городах с преимущественно современной застройкой уровень теп­лофикации жилищно-коммунального сектора достигает 50—60Не­современные централизованные системы теплоснабжения и перс­пективы их дальнейшего развития. Централизованная система тепло­снабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей и местных систем потребления — систем отопления, вен­тиляции и горячего водоснабжения.

Для централизованного теплоснабжения используются два типа ис­точников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК). На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных рас­ходов топлива при получении электроэнергии. При этом сначала тепло рабочего тела — водяного пара — используется для получения электро­энергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся'тепло от­работанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая во­да применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло вы­сокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала — для теплоснабжения. В этом состоит энергетиче­ский смысл комбинированной выработки тепла и электроэнергии. При раздельной их выработке электроэнергию получают на конденсацион­ных станциях (КЭС), а тепло — в котельных. В конденсаторах паровых турбин на КЭС поддерживается глубокий вакуум, которому соответст­вуют низкие температуры (15—20°С), и охлаждающую воду не исполь­зуют. В результате на теплоснабжение расходуют дополнительное топ­ливо. Следовательно, раздельная выработка экономически менее выгод­на, чем комбинированная.

Преимущества теплофикации и централизованного теплоснабжения наиболее ярко проявляются при концентрации тепловых нагрузок, что характерно для современных развивающихся городов.

Следует учитывать, что при теплофикации капитальные вложения в ТЭЦ и тепловые сети оказываются больше, чем в КЭС и централи­зованные системы теплоснабжения от РК, поэтому ТЭЦ экономически целесообразно сооружать лишь при больших тепловых нагрузках. Для европейской части СССР при существующих стоимостях теплофикация экономически целесообразна при тепловых нагрузках более 400 Гкал/ч.

Другим источником теплоснабжения являются РК. Тепловая мощ­ность современных РК составляет 150—200 Гкал/ч. Такая концентрация тепловых нагрузок позволяет использовать крупные агрегаты, совре­менное техническое оснащение котельных, что обеспечивает высокие КПД использования топлива.

В качестве теплоносителя для теплоснабжения городов используют горячую воду, а для теплоснабжения промышленных предприятий — во­дяной пар. Теплоноситель от источников тепла транспортируют по теп­лопроводам. Горячая вода поступает к потребителям по подающим теп­лопроводам, отдает в теплообменниках свое тепло и после охлаждения возвращается по обратным теплопроводам к источнику тепла. Таким об­разом, теплоноситель непрерывно циркулирует между источником теп­ла и потребителями. Циркуляцию теплоносителя обеспечивает насосная станция источника тепла. Водяной пар поступает к промышленным по­требителям по паропроводам под собственным давлением, конденсиру­ется в теплообменниках и отдает свое тепло. Образовавшийся конден­сат возвращается к источнику тепла под действием избыточного давле­ния или с помощью конденоатных насосов.

Современные тепловые сети городских систем теплоснабжения пред­ставляют собой сложные инженерные сооружения. Протяженность теп­ловых сетей от источника до крайних потребителей составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. В состав тепло­вых сетей входят теплопроводы; компенсаторы, воспринимающие тем­пературные удлинения; отключающее, регулирующее и предохранитель­ное оборудование, устанавливаемое в специальных камерах или па­вильонах; насосные станции; районные тепловые пункты (РТП) и теп­ловые пункты (ТП).

Теплопроводы прокладывают под землей в непроходных и полупро­ходных каналах, в коллекторах и без каналов. Для сокращения потерь тепла при движении теплоносителя по теплопроводам применяют тепло­изоляцию их.

Для управления гидравлическим и тепловым режимами системы теплоснабжения ее автоматизируют, а количество - подаваемого тепла регулируют в соответствии с требованиями потребителей. Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная на­грузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержа­ния соответствия подачи тепла потребностям в нем применяют цен­тральное регулирование на источниках тепла. Добиться высокого каче­ства теплоснабжения, применяя только центральное регулирование, не удается, поэтому на тепловых пунктах и у потребителей применяют до­полнительное автоматическое регулирование. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно изменяется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют, а температуру горячей воды поддерживают постоянной и равной 6б°С.

Как уже отмечалось, современные централизованные системы тепло­снабжения представляют собой сложный комплекс, включающий источ­ники тепла, тепловые сети с насосными станциями и тепловыми пункта­ми и абонентские вводы, оснащенные системами автоматического управ­ления. Для обеспечения надежного функционирования таких систем не­обходимо их иерархическое построение, при котором всю систему рас­членяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, умень­шающуюся по значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний иерар­хический уровень составляют источники тепла, следующий уровень — магистральные тепловые сети с РТП, нижний — распределительные се - ти с абонентскими вводами потребителей. Источники тепла подают в тепловые сети горячую воду заданной температуры и заданного давле­ния, обеспечивают циркуляцию воды в системе и поддержание в ней должного гидродинамического и статического давления. Они имеют спе­циальные водоподготовительные установки, где осуществляется химиче­ская очистка и деаэрация воды. По магистральным тепловым сетям транспортируются основные потоки теплоносителя в узлы теплопотреб- ления. В РТП теплоноситель распределяется по районам и в^сетях райо­нов поддерживается автономный гидравлический и тепловой режимы. К магистральным тепловым сетям отдельных потребителей присоеди­нять не следует, чтобы не нарушать иерархичности построения системы.

Для надежности теплоснабжения необходимо резервировать основ­ные элементы верхнего иерархического уровня. Источники тепла долж­ны иметь резервные агрегаты, а магистральные тепловые сети должны быть закольцованы с обеспечением необходимой их пропускной способ­ности в аварийных ситуациях.

Распределительные тепловые сети, ТП и абонентские вводы обеспе­чивают распределение теплоносителя по отдельным потребителям и сос­тавляют низший иерархический уровень, который в большинстве случаев не резервируют.

Иерархическое построение систем теплоснабжения обеспечивает их управляемость в процессе эксплуатации.

Тепловые пункты бывают центральные (ЦТП) и индивидуальные (ИТП). От ЦТП предусматривается теплоснабжение нескольких зда­ний, а от ИТП — одного здания. ЦТП размещают в отдельных одно­этажных зданиях, а ИТП — в помещении здания. Тепловые пункты обеспечивают подачу необходимого количества тепла в здания для их отопления и вентиляции с автоматическим поддержанием в системах отопления нужных гидравлического и теплового режимов. В теплооб­менниках ТП подогревают водопроводную воду до 65°С, а затем пода­ют ее в жилые и общественные здания для горячего водоснабжения. Температура горячей воды регулируется автоматически.

Выше были рассмотрены основные элементы водяных систем тепло­снабжения, использующих органическое топливо. В дальнейшем основ­ными источниками для теплоснабжения будут атомные котельные и атомные ТЭЦ. Использование этих источников приведет к еще большей концентрации тепловых нагрузок, увеличению радиуса действия систем и необходимости решения новых научных и инженерных задач. Наряду с ядерным топливом будут использоваться восстанавливаемые энерго­ресурсы: геотермальные воды, тепло солнца и воды. Геотермальные во­ды и сейчас используются для теплоснабжения, но в дальнейшем их удельный вес возрастет. Существенную экономию энергии дает исполь­зование для теплоснабжения вторичных энергоресурсов, которые будут находить все более широкое применение.