Источники и системы теплоснабжения. Тепловые сети и тепловые пункты

Е. Г. Авдюнин




ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ И ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

Учебник

2-е издание













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024

УДК 620.9:519.6
ББК 31.391:22.19
     А18















      Авдюнин, Е. Г.
А18       Источники и системы теплоснабжения. Тепловые сети
      и тепловые пункты : учебник / Е. Г. Авдюнин. - 2-е изд. -Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 300 с.: ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1791-4

          Рассмотрены системы теплоснабжения, предложен порядок определения тепловых нагрузок и выбора систем теплоснабжения и их элементов. Исследована структура теплосетей и показана роль тепловых пунктов в системе, даны соответствующие формулы для расчётов.
          Для студентов, обучающихся по специальностям 13.03.01 и 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» при изучении курса «Системы теплоснабжения промышленных предприятий», в том числе при выполнении курсовых и дипломных проектов.

                                               УДК620.9:519.6
                                               ББК31.391:22.19





ISBN 978-5-9729-1791-4  © Авдюнин Е. Г., 2024
                        © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024

                ОГЛАВЛЕНИЕ





ВВЕДЕНИЕ......................................6
1. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
   ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ............................8
1.1. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ.....14
1.2. ВИДЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ.................16
1.3. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ НА СЕЗОННЫЕ НАГРУЗКИ.... 17
1.4. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ НА КРУГЛОГОДИЧНЫЕ
      НАГРУЗКИ.................................26
1.5. СУММАРНОЕ КРУГЛОГОДИЧНОЕ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ.33
1.6. ГРАФИК ГОДОВОГО РАСХОДА ТЕПЛОТЫ...........37
2. ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ЕГО ПАРАМЕТРОВ, СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И МЕТОДА
   РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ...............39
2.1. ВЫБОР ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ..................39
2.2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ...........41
2.3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ..............43
2.4. ВЫБОР МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ................45
2.5. ЦЕНТРАЛЬНОЕ КАЧЕСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ.....................47
2.6. МЕСТНЫЙ КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ........................52
2.7. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
      НА ВЕНТИЛЯЦИЮ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ ПОСЛЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ КАЧЕСТВЕННОМ
      РЕГУЛИРОВАНИИ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ..55
2.8. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
      НА ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ ПОДОГРЕВ ВОДЫ НА ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУР ВОДЫ НА ВЫХОДЕ ИЗ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ КАЧЕСТВЕННОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ..59

3

2.9.  МЕСТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СМЕШАННОЙ СХЕМЫ ПОДОГРЕВА ВОДЫ НА ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ.................................63
2.10. ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.72
2.11. СУММАРНЫЙ РАСХОД СЕТЕВОЙ ВОДЫ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ...............................74
2.12. СРЕДНЕВЗВЕШЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ В ОБРАТНОЙ ЛИНИИ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ..........................75
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА..........77
3.1.  РАСЧЕТНЫЙ РАСХОД СЕТЕВОЙ ВОДЫ.............79
3.2.  АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
      ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ............................83
3.3.  ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ВОДЯНЫХ
      ТЕПЛОВЫХСЕТЕЙ............................100
3.4.  ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОПРОВОДОВ.......106
3.5.  ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ.113
3.6.  ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА.....114
3.7.  ВЫБОР НАСОСОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ..119
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
   ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ..............................124
4.1.  НАЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ИЗОЛЯЦИИ....124
4.2.  ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ, ИЗДЕЛИЯМ И МАТЕРИАЛАМ.......................125
4.3.  РАСЧЕТТЕПЛОВОЙИЗОЛЯЦИИ...................126
4.4.  РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ ПО НОРМИРОВАННОЙ
      УДЕЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА...................................131
4.5.  РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
      ПО ЗАДАННОМУ СНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ, ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ В СЕТЯХ.................136
4.6.  РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
      ПО ЗАДАННОМУ КОЛИЧЕСТВУ КОНДЕНСАТА.......138

41

4.7. РАСЧЕТТЕПЛОВЫХПОТЕРЬТЕПЛОВЫМИСЕТЯМИ........140
5. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ..........................143
5.1. СОСТАВ ПРОЕКТА ТЕПЛОВОГО ПУНКТА........145
5.2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ........146
5.3. МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ПОВЫШЕННОГО РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ВЕСЕННЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД ГОДА ...153
5.4. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ..........................164
5.5. ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ..........187
6. ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ.....................205
6.1. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТЭЦ И ЕЕ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ...206
6.2. ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ КАК ЭЛЕМЕНТ ИСТОЧНИКА
      ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ............................218
6.3. КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ПАРОВЫХ ТУРБИН 233
6.4. ТУРБИНЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ 246
7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОФИКАЦИИ................................257
7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ
      НА ПАРОТУРБИННЫХ ТЭЦ......................259
7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА РАЗДЕЛЬНУЮ
      ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ.271
7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА ПРИ ТЕПЛОФИКАЦИИ...........................274
7.4. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ И ХАРАКТЕРНЫХ
      РЕЖИМОВ ИХ ЗАГРУЗКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ...279
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................296
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................298

5

                ВВЕДЕНИЕ





     Системы теплоснабжения имеют большое экономическое и социальное значение, обеспечивая нормальную жизнедеятельность населения. От надежной работы систем теплоснабжения зависит обеспечение комфортныхусловий труда и быта во всехжилых, общественных и производственных зданиях с постоянным и периодическим пребыванием людей. По своей значимости система теплоснабжения не уступает другим системам инженерного оборудования -системам электроснабжения, топливоснабжения, водоснабжения, без которых невозможно нормальное функционирование ни промышленных предприятий, ни жилых районов.
     Каждая система централизованного теплоснабжения состоит из пяти элементов: источников теплоты, теплоприготовительных установок, тепловой сети и насосных станций, тепловых пунктов и местных систем - отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических потребителей теплоты. Чтобы обеспечить бесперебойную подачу теплоты, все указанные элементы должны работать в едином режиме, т. е. должно быть соответствие режима подачи теплоты от источника по тепловым сетям режиму, необходимому и наиболее желательному для потребителя.
     Несмотря на наличие обширной литературы по отдельным элементам системы теплоснабжения: источникам теплоты (ТЭЦ и котельным], тепловым сетям и системам теплопотребления - возникает

б

необходимость обобщения этого материала в специальной учебной литературе, которая позволит при разработке схем теплоснабжения промышленных предприятий и жилых районов рационально использовать ее, а также многочисленные нормативные и справочные материалы.

7

                ГЛАВА 1.

                ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ




     Несмотря на большое разнообразие первичных энергоресурсов и форм вырабатываемой энергии, энергетика должна развиваться в сочетании с топливной базой, как единый топливно-энергетический комплекс.
     Из всех форм производимой энергии, наиболее широкое распространение получили два вида: электрическая и тепловая, на выработку которых в России затрачивается, в настоящее время, свыше 50% всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов.
     В производстве и быту широко используется теплота низкого и среднего потенциала. На отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий, а также на пароснабжение промышленных предприятий в городах, промышленных и сельских районах. На выработку этой теплоты затрачивается около 30% [3,6] всех потребляемых топливно-энергетических ресурсов.
     Основным ресурсом для выработки тепловой и электрической энергии является в настоящее время органическое или ядерное топливо. Для организации рационального энергоснабжения страны особенно большое значение имеет теплофикация, являющаяся наиболее

8

совершенным методом централизованного теплоснабжения из основных путей снижения удельного расхода топлива на выработку электрической энергии.
      Теплофикация - это централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, т. е. совместной выработки теплоты и электрической энергии. В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от раздельного метода теплоэнергоснабжения, когда электрическая энергия вырабатывается на конденсационных тепловых электрических станциях [КЭС], а теплота - в котельных.
      Основной энергетический эффект теплофикации заключается в замене тепловой энергии, вырабатываемой при раздельном энергоснабжении в котельных, отработавшей теплотой, отведенной и теплосилового цикла электростанции, благодаря чему ликвидируется бесполезный отвод теплоты в окружающую среду при превращении химической, а на АЭС - внутриядерной энергии топлива в электрическую энергию.
      Развитие комбинированной выработки тепловой и электрической энергии является одним из основных путей непрерывного повышения экономичности электроэнергетического производства России. Экономия условного топлива за счет комбинированной выработки электрической энергии составляет около 10% [3, 25] расхода топлива на выработку электроэнергии на всех тепловых станциях.
      При теплофикации реализуется два основных принципа рационального энергоснабжения:
      о комбинированное производство тепловой и электрической энергии, осуществляемое на ТЭЦ;

5)

      о централизация теплоснабжения, т. е. подача теплоты от одного источника многочисленным тепловым потребителям.
      Существо первого принципа заключается в следующем. Теплота рабочего тела (водяного пара или газа], имеющего повышенный потенциал (высокую температуру и давление], сначала используется для выработки электрической (механической] энергии в турбогенераторах. Затем теплота отработавшего рабочего тела, имеющая более низкий потенциал, используется для централизованного теплоснабжения. При таком комбинированном использовании потенциала рабочего тела удельный расход теплоты на выработку электрической энергии получается значительно меньше, чем при раздельном получении теплоты и электрической энергии (когда теплота первичного топлива, отработавшего в турбинах, отводится в окружающую среду и теряется бесполезно] [3,9, 24].



Рис. 1.1. Тепловые циклы в энергетическихустановках

10