ВВЕДЕНИЕ Энергетика является ведущей отраслью современного индус­триально развитого народного хозяйства страны. Понятием энергетики охватывается широкий. - презентация

1 ВВЕДЕНИЕ Энергетика является ведущей отраслью современного индус­триально развитого народного хозяйства страны. Понятием энергетики охватывается широкий круг установок для 'производства, транспорта и использования электрической и тепловой энергии, энергии сжатых газов и других энергоносителей. Основным направлением в развитии энергетики СССР является централизация энергоснабжения промышленности, сельского хозяйства, городов и населенных пунктов. Это направление по­зволяет наиболее успешно решать важнейшие народнохозяйственные задачи по повышению производительности труда за счет роста энерговооруженности и укреплению технико-экономического потенциала страны путем рационального использования энерге­ тических ресурсов. В числе энергоносителей особо важное место занимает электроэнергия в силу универсальности ее применения в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту, а также возможности транспортировать на многие сотни и тысячи километров при минимальных потерях. По абсолютной выработке электроэнергии Советский Союз занимает первое место в Европе и второе место в мире. В 1979 г. выработка электроэнергии со­ставила 1245 млрд. кВт/ч. В нашей стране, основная территория которой расположена в суровой климатической зоне, большое значение имеет также обеспечение потребителей тепловой энергией. Достаточно сказать, что средняя температура отопительного периода изменяется от + 7,6°С (Батуми) до 24,8°С (Усть-Нера, Якутская АССР), а расчетная температура для проектирования систем отопления от ГС (Батуми) до 60°С (Верхоянск) с продолжительностью отопительного периода от 103 (Сочи) до 365 суток (бухта Тикси).

2 Годовое потребление тепловой энергии в народном хозяйстве Советского Союза приведено в табл. В.1. Из приведенных данных наглядно виден стремительный рост теплового потребления: в 1975 г. уровень 1958 г. превышен в 3,5 раза, а в 1980 г. будет превзойден в 4,5 раза. Удельный вес потребления тепловой энергии городскими поселениями (города и поселки городского типа) устойчиво сохраняется на уровне 80%. Заметно растет потребление тепловой энергии сельскохозяйственным производством. В связи с переводом сельского хо­зяйства на промышленную основу и созданием аграрнопромышленных комплексов этот рост в последующих пятилетках будет еще более значительным. Основное потребление тепловой энергии в городском хозяйстве приходится на промышленность (около 70%). Удельный вес основных отраслей промышленности в суммарном тепловом потреблении приведен в табл. В.2. К наиболее теплопотребляющим относятся химическая и нефтехимическая, машиностроительная и металлообрабатывающая, топливная и пищевая отрасли промышленности. На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Современные промышленные предприятия требуют на ведение технологических процессов большое количество тепловой энергии, в ряде случаев значительно превосходящее другие потребности. Так, доля расходов тепла на технологические процессы в общем годовом расходе составляет: для нефтеперерабатывающей промышленности 9097%, текстильной (производство шерсти и трикотажа) 8090%; резиновой, коженнообувной 7080%; текстильной (хлопчатобумажной) 7078%; пищевой 6878%; основной химии 7075%,; электротехнической 5060%. В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребите­лями тепловой энергии являются системы отопления зданий. Удельный вес горячего водоснабжения составляет в среднем 20%,, достигая в южных районах страны 3040%. Удельный вес тепло­вой энергии на вентиляцию в настоящее время незначителен около 5% однако имеет тенденцию к увеличению в связи со значительным расширением строительства общественных зданий различного назначения.

3 В систему теплоснабжения входят теплоприготовительные установки, трубопроводы, насосы, теплопотребляющие приборы и оборудование, регулирующая, сигнализирующая и регистрирующая аппаратура, устройства автоматики. Работа всех этих эле­ментов основана на ряде тесно сплетающихся явлений и законов физики, химии, механики, гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, связанных с конструированием, расчетом, монтажом и эксплуатацией устройств для производства и передачи тепловой энергии к потребителям, а также рациональным ее использованием, и составляет содержание учебной дисциплины «Теплоснабжение». Основные виды и принципиальные схемы централизованного теплоснабжения. Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого (до 150°С) и среднего (до 350°С) потенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников.

4 Источником тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК) и квартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям в виде горячей воды и водяного пара. Для снабжения тепловой энергией жилищно- коммунального сектора в качестве теплоносителя применяют воду, а для снабжения про­мышленных предприятий наряду с водой часто используют водяной пар. Параметры теплоносителя зависят от вида потребителей тепловой энергии и обосновываются технико-экономическим расчетом. Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК по сравнению с местным печным и центральным отоплением от домовых котельных позволяет резко сократить расход топлива, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Различают два способа выработки электрической и тепловой энергии : комбинированный на ТЭЦ и раздельный на конденсационной электрической станции (КЭС) и в котельной. Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, совместной выработки тепловой и электрической энергии называется теплофикацией. Теплофикация является высшей формой централизованного теплоснабжения. При комбинированном способе энтальпия пара используется вначале для выработки электрической энергии, а затем тепловая энергия частично отработавшего пара используется для централизованного теплоснабжения. Сопоставление ориентировочных тепловых балансов при раздельной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии показывает, что общая доля полезного использования тепла при раздельной выработке примерно вдвое меньше, чем на ТЭЦ. В конденсационном цикле тепло, выделяющееся при конденсации отработавшего пара, количественно равное площади, передается в конденсаторе охлаждающей воде и из-за низкой ее температуры (2530 °С) не может быть использовано для целей теплоснабжения. Из теплофикационной турбины частично отработавший пар с более высоким давлением подается технологическому потребителю или поступает в теплофикационные подогреватели на нагрев сетевой воды, т. е. его тепло используется полезно.

5 В реальных условиях с учетом дополнительных потерь КПД КЭС не превышает 3540%, а КПД ТЭЦ 80%. При комбинированном способе удельный расход топлива на выработку электрической энергии получается значительно меньше, чем при раздельном. Только в 1975 г. годовая экономия топ­лива от применения теплофикации составила около 35 млн. т условного топлива, а экономия затрат свыше 600 млн. руб. В этом и состоит несомненное преимущество теплофикации. История и перспективы развития систем теплоснабжения. Человечество использует тепловую энергию с начала своего существования. До второй половины XVII в. она использовалась на месте ее получения, т. е. применялось местное отопление. Правда, у римлян применялись водяные системы отопления с использо­ванием термальных вод и подпольное огневоздушное отопление дворцов от одного источника. Однако эти способы после падения Римской империи (V в. до н. э.) были совершенно забыты и обна­ружены только сейчас в результате работы археологов. В XVII XVIII вв. появляются системы центрального отопления, в которых от одного источника отапливались все помещения. В середине XIX в. эти системы получили всеобщее признание и широкое распространение. В России первая система парового отопления была осуществлена в 1816 г., а водяного отопления в 1834 г. Началом централизации систем теплоснабжения следует считать 1818 г. Англичанин Тредгольд описывает смонтированную в том же году паровую систему высокого давления, отобравшую целую группу оранжерей от общей котельной, отстоящей от наиболее удаленной оранжереи на 127 м. В 1830 г. в Германии появилась первая система парового отоп­ления, в которой был использован выхлопной пар паровой ма­шины. Хорошие технико-экономические показатели централизации источников тепла для силовых и отопительных целей были полу­чены в США. В 1878 г. в г. Локпорте (штат Нью-Йорк) осуществлена первая районная система теплоснабжения 210 домов с ис­пользованием для этой цели пара паровых машин. Первоначаль­ная длина подземных паропроводов составляла 2 км. В это же время было осуществлено насосно-водяное отопление, совмещен­ное с горячим водоснабжением большой группы домов в Бантедте (штат Нью-Йорк).

6 Следующей страной, осуществившей центральное теплоснабже­ние, была Германия. Здесь система централизованного парового теплоснабжения появилась в 1900 г. в г. Дрездене. Пар с давлением 0,8 МПа подавался на расстояние 1050 м к двенадцати потребителям. В начале XX в. в связи с серийным производством электродвигателей получает развитие центральное водяное теплоснабжение. Однако капиталистический строй с его частной собственностью на землю и средства производства создавал серьезные препятствия для развития централизованного теплоснабжения в крупных масштабах. В дореволюционной России теплоснабжение находилось на низком техническом уровне. В большинстве домов были комнат­ные печи. На каждом предприятии строилась своя отдельная котельная. Имелось лишь несколько фабрично-заводских теплоси­ловых установок, отработавший пар которых использовался для теплоснабжения (Трехгорная мануфактура, Даниловская камвольно прядильная фабрика и др.). Прогрессивными русскими учеными неоднократно предпринимались попытки использовать теплофикационные установки не только для теплоснабжения промышленных предприятий, но и для теплоснабжения жилых и общественных зданий. К ним следует отнести систему теплоснабжения ряда корпусов городской детской больницы, осуществленную в 1903 г. по проекту А. К. Пав­ловского и В. В. Дмитриева. 1 ПДж= 10 Дж.

7 Только при социалистической системе народного хозяйства появились все условия для наиболее эффективного развития централизованного теплоснабжения на базе крупных теплоэлектро­централей и районных котельных. Отсутствие частной собственности на землю, здания и сооружения жилого, промышленного и культурно-бытового назначения позволяет в плановом порядке рационально строить и эксплуатировать теплоснабжающие установки, руководствуясь при этом исключительно соображениями общегосударственной целесообразности планомерного развития отраслей народного хозяйства. В настоящее время СССР занимает первое место в мире как по общей протяженности тепловых сетей, так и по мощности теплофикационных установок (табл. В.З). Идея широкого применения комбинированной выработки элек­трической и тепловой энергии была заложена еще в Государственном плане электрификации России (ГОЭЛРО), разработанном по инициативе В. И. Ленина и одобренном VIII Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г. Председатель комиссии по разработке плана ГОЭЛРО акад. Г. М. Кржижановский, выступая на Первом Всесоюзном съезде по теплофикации в 1930 г., говорил: «Нельзя разделять электрификацию от теплофикации. Это два великих крыла, у которых каждому свое, которые объединяются в одном нашем общем учении об энергофикации нашего хозяйства, такой энергофикации, которая является основной строительной базой всего нашего народнохозяйственного плана. Начало советской теплофикации было положено в 1924 г., когда по инициативе проф. В. В. Дмитриева и инж. Л. Л. Гинтера были сооружены теплопроводы от 3-й Ленинградской элек­тростанции к тепловым потребителям на набережной р. Фонтанки. Эта станция' стала прообразом будущих отопительных ТЭЦ. 25 ноября 1924 г. по теплопроводам впервые была подана тепловая энергия. Большой вклад в защиту идей теплофикации внесли советские ученые и инженеры: Л. Л. Гинтер, М. О. Гринберг, В. В. Дми­триев, А. А. Крауз, Ж. Л. Танер-Танненбаум, В. М. Чаплин и др. Широкое развитие теплофикации началось в 30-е годы, после постановления июньского (1931 г.) Пленума ЦК ВКП(б) «О Мос­ковском городском хозяйстве и развитии городского хозяйства страны», В нем, в частности, указывалось на то, что в дальнейшем плане электрификации страны должна быть во всем объеме учтена' задача развернутого строительства мощных теплоэлектро­централей.

8 С того времени централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и районных котельных прошло в СССР бурный путь развития. В настоящее время в стране работает свыше 1000 ТЭЦ, снабжаю­щих теплом более 800 городов, промышленных районов и насе­ленных пунктов. Теплофикация достигла значительного развития в большинстве новых промышленных районов и городов. В таких городах, как Ангарск, Краснотурьинск, Волжский, Норильск и другие, ТЭЦ обеспечивают около 90% суммарного теплового по­требления. Теплоснабжение большинства вновь сооружаемых крупных промышленных предприятий и жилых районов ориенти­руется на мощные ТЭЦ и крупные районные котельные. В послевоенный период централизованное теплоснабжение по­лучило большое развитие в странах социалистического лагеря. Теплофикация в социалистических странах базируется на районные теплоэлектроцентрали, от которых тепло отпускается как промышленным предприятиям, так и расположенным поблизости городам и населенным пунктам. Централизованное теплоснабжение в нашей стране развива­ется на строго научной основе. Научно- исследовательская работа широко ведется в ряде крупных научных учреждений и учебных институтов ВТИ, ЦКТИ, МЭИ, ЭНИН, АКХ, ТЭП, МИСИ, ЛИСИ и др. Значительный вклад в развитие теории и практики теплоснабжения внесли и вносят, кроме названных выше ученых, Б, М. Якуб, Е. Я. Соколов, Б. Л- Шифринсон, С. Ф. Копьев, А. В. Хлудов, Е. Ф. Бродский, И. С. Ланин, В. К. Дюскин, Л. К. Якимов, В. Б. Пакшвер,.Е. П. Шубин, Л. А. Мелентьев, Н. К. Громов, А. П. Сафонов, Н. М. Зингер и др. Перспективы развития централизованного теплоснабжения определяют большие задачи совершенствования и повышения эф­фективности строительства и эксплуатации источников, систем транспорта и потребителей тепла. Одна из главных тенденций развития централизованного теплоснабжения заключается в ук­рупнении единичной мощности источников тепла, которое сопро­ вождается увеличением радиуса передачи тепловой энергии. Дальность действия тепловых сетей в современных крупных си­стемах составляет 1020 км, а в отдельных случаях достигает 30 км. Расширение районов теплоснабжения, в свою очередь, при­водит к увеличению разности геодезических отметок в отдельных точках сети и необходимости сооружения многих насосных под­станций.

9 Применяемые параметры воды в тепловых сетях °С явно не соответствуют повышению экономичности работы систем теплоснабжения, особенно при транспорте тепла на большие рас­стояния. Эффективным способом снижения стоимости тепловых сетей явится повышение расчетных температур теплоносителей и совершенствование режимов отпуска тепла. Оптимальное значе­ние расчетной температуры сетевой воды в подающих теплопроводах от ТЭЦ и районных котельных находится в пределах °С для районов дорогого топлива и °С для районов дешевого топлива. В Институте высоких температур АН СССР под руководством проф. С. Ф. Копьева проведены работы, показывающие целесообразность применения еще более высоких температур °С и даже 250°С. За рубежом уже длитель­ное время применяют высокие начальные температуры: в Чехо­словакии °С, в ГДР 200°С, во Франции °С. При значительном удалении источника тепла от района теп­ловых нагрузок (более 10 км) представляется целесообразным применение однотрубного транспорта тепла, в первую очередь, ' на транзитных участках между ТЭЦ и пиковыми котельными. Для снижения стоимости тепловых сетей и индустриализации строительства большие перспективы имеют бесканальные прокладки в индустриальном исполнении с надежной защитой от наружной коррозии. Требует проработки совместная работа нескольких источников теплоснабжения на единую тепловую сеть, что обусловливает переменный характер ее гидравлического режима. Значительные изменения претерпела структура теплового по­требления в результате увеличения доли горячего водоснабжения. Так, в районах нового жилищного строительства годовой отпуск тепла на горячее водоснабжение достигает в настоящее время около 80% от расхода на отопление. В связи с этим резко увели­чилось влияние меняющегося в течение суток расхода горячей воды населением на тепловой и гидравлический режимы систем отопления.

10 Важным этапом современного развития техники централизо­ванного теплоснабжения крупных городов, особенно в связи со строительством зданий повышенной этажности, является повыше­ние надежности теплоснабжения путем внедрения независимых схем присоединения абонентских систем к магистральным тепловым сетям, сооружение резервных связей между тепломагистралями и контрольно- распределительными пунктами. Намечается продолжение работы по экономии тепла путем уменьшения бесполезных потерь горячей воды и пара у потреби­телей, автоматизации подачи тепла, снижения температуры воздуха ночью в жилых домах, общественных и промышленных зданиях, не работающих в ночное время и в выходные дни. Необходимо продолжить работы по дальнейшему совершенст­вованию структуры управления теплоэнергетическими предприятиями путем их централизации и укрупнения.