Современная теплоэнергетика
Главная   >>   Современная теплоэнергетика

Современная теплоэнергетика

4.2. График тепловой нагрузки теплосети и работа водоподготовительной установки на ТЭЦ

Работа водонагревательных установок ТЭЦ осуществляется в соответствии с графиком потребности в тепле отапливаемого района (рис. 4.2, а). Чем ниже температура наружного воздуха, тем больше разность температур внутри помещений и снаружи и тем больше тепла уходит в окружающую среду. При проектировании ТЭЦ максимально возможную потребность в тепле QTмакс оценивают не по фактически возможной минимальной температуре воздуха в конкретном регионе, а по некоторой условной так называемой минимальной расчетной температуре наружного воздуха tн.вр, которая выше, чем фактически возможная в конкретном районе. Возможный дефицит в тепле сглаживается кратковременностью фактических очень низких температур воздуха и аккумулирующей способностью зданий. Минимальная расчетная температура tн.вр определяется климатическими условиями и составляет, например, для Москвы — 25 °С, для г. Томска — 40 °С.

По мере повышения tн.в разность температур в помещении и в окружающей среде и потребность в тепле уменьшаются (линия АВ на рис. 4.2, а). При tн.в > +20 °С уже требуется не обогрев зданий, а кондиционирование помещений. Однако на практике отопление жилых и общественных зданий отключают при снижении tн.в до некоторого меньшего значения (обычно плюс 8—10 °С) и сохранении ее в течение 3 суток. В этот момент (точка В на рис. 4.2, а) отопительная нагрузка уменьшается до нуля (отрезок BD). Однако бытовая тепловая нагрузка (горячее водоснабжение) Qбыт — круглогодична, поэтому реальная потребность в тепле уменьшается до значения Qбыт и сохраняется примерно постоянной при любой температуре наружного воздуха (отрезок СЕ).

Таким образом, при имеющейся структуре конкретного района, обслуживаемого конкретной ТЭЦ, температура наружного воздуха tн.в определяет то количество тепла, которое ТЭЦ должна отпустить с сетевой водой:

где с = 4,19 кДж/(кг · К) — теплоемкость сетевой воды; Wс.в — ее расход. Максимальный отпуск тепла ТЭЦ

где WС.В.МАКС — расход сетевой воды при максимальном отпуске тепла; tп.сР и tо.ср — так называемые расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды соответствующие максимальному отпуску тепла (см. рис. 4.2, б).
Как видно из соотношения (4.2), одно и тоже количество тепла WТМАКС может быть получено при различных соотношениях WС.В.МАКС,  tп.сР и tо.ср. При увеличении tп.сР сокращаются расход сетевой воды WС.В.МАКС и расход электроэнергии на ее перекачку по трубопроводам теплосети, сокращаются диаметры трубопроводов и, следовательно, капитальные вложения в теплосеть. Однако для увеличения tп.сР требуется большее давление пара, отбираемого из турбины, что приводит к уменьшению вырабатываемой ею электрической мощности. Поэтому имеется оптимальное значение расчетной температуры tп.сР прямой сетевой воды, которая зависит от региона и, например, для Москвы, как показывают расчеты, находится на уровне tп.сР = 150 °С (см рис. 4.2, б).
Расчетная температура обратной сетевой воды tо.ср также не может быть произвольной и выбирается в пределах 50—70 °С. Если, например, tп.сР = 150 °С, a tо.ср = 70 °С, то говорят, что ТЭЦ работает по температурному графику теплосети 150—70 °С, нагревая воду на 80 °С.
Выбранные значения tп.сР и tо.ср однозначно определяют [см. соотношение (4.2)] тот расход сетевой воды WС.В.МАКС, который необходимо подать в тепловую сеть для отпуска теплоты WТМАКС:

При снижении тепловой нагрузки с увеличением tн.в (рис. 4.2, а) расход сетевой воды WС.В.МАКС держат неизменным. Поэтому нагрев воды в водонагревательной установке ТЭЦ

уменьшается вместе с уменьшением QT. Следовательно, зависимости tп.с(tн.в) и tо.с(tн.в) — нисходящие прямые, и они должны пересечься в той точке на оси абсцисс, в которой температура tп.с и tо.с одинаковы и равны температуре в помещениях, т.е. при tн.в = 18 — 20 °С. Однако tп.с не может опускаться до столь низких значений, так как она используется не только для отопления, но и для бытовых нужд. Вода для бытовых нужд должна иметь температуру 60—65 °С. Ее получают нагревом водопроводной воды в водо-водяных теплообменниках, используя в качестве греющей среды прямую сетевую воду. Поэтому минимальное значение tП.С.МИН (см. рис. 4.2, а) должно составлять 70 — 75 °С, а график температуры прямой сетевой воды tп.с(tн.в) приобретает вид ломаной FGH с горизонтальным участком GH. Аналогичный вид имеет и график tо.с(tн.в).

Резюмируем наши долгие рассуждения, необходимые для понимания того, какие задачи по подогреву сетевой воды стоят перед ТЭЦ и как они решаются.

Летом отапливать помещения нет необходимости. Однако необходимость в горячей воде остается. Поэтому ТЭЦ отпускает небольшое количество воды (в нашем примере на рис. 4.2, а — 2200 т/ч) с температурой 60 °С. Нагрев этой воды осуществляется только в нижнем сетевом подогревателе СП-1 (см. рис. 4.1). Прямая сетевая вода с температурой 70 — 65 °С поступает в теплообменники тепловых узлов, расположенных во дворах домов. В этих теплообменниках горячая сетевая вода нагревает обычную водопроводную воду и с температурой 30 °С возвращается на ТЭЦ. Нагретая водопроводная вода используется в бытовых целях и сливается в канализацию.

С приближением осени температура наружного воздуха уменьшается, в помещениях становится холоднее, и поэтому при температуре +10 °С (см. рис. 4.2, а) включается отопление зданий. При этом температуры tп.с и tо.с оставляют неизменными, а расход сетевой воды резко увеличивают, так как ее необходимо использовать для нагрева воды, циркулирующей в радиаторах отопления наших домов. Этот процесс изображается отрезком СВ на рис. 4.2, а.

При дальнейшем снижении температуры наружного воздуха теплосъем со зданий увеличивается, потребность в тепле растет (отрезок ВВ1, поэтому расход сетевой воды повышают до максимального значения (в нашем случае WС.В.МАКС = 5400 т/ч).

Дальнейшее повышение теплопроизводительности водоподогревательной установки при снижении tн.в и поддержание требуемого температурного графика сети по линии GK в соответствии с (4.1) возможно только увеличением tп.с, т.е. повышением давления в подогревателе СП-1 или дополнительным подключением верхнего СП-2. Рациональнее оказывает второе: при температуре tН.ВСП-2 подключается СП-2. Давление в нем вы­ше, чем в СП-1 и поэтому выходящая из него сетевая вода будет иметь большую температуру.

При температуре tН.ВПВК = -5 °С подключают ПВК и, увеличивая его тепловую нагрузку, повышают температуру прямой сетевой воды вплоть до 150 °С.

Линия GM на рис. 4.2, б показывает, как изменяется температура сетевой воды за нижним сетевым подогревателем при подводе к ней постоянного количества тепла Qн (см. рис. 4.2, а). Аналогичным образом по линии KN изменяется температура за верхним сетевым подогревателем.

При расчетной температуре tН.ВР в тепловую сеть отпускается максимальное количество тепла WТМАКС, полученное в нижнем сетевом подогревателе WНМАКС, верхнем сетевом подогревателе WЕМАКС и в ПВК WПВКМАКС:

Тепло отпускается с паром из отборов, который выработал электроэнергию. Это «теплофикационное» тепло. Тепло   QПВКМАКС получено в водогрейном котле за счет сжигания дополнительного топлива. Отношение

называется коэффициентом теплофикации ТЭЦ.