3.2.3. Тепловые схемы электростанций

Приведенные ниже элементы централизованного паро- и теплоснабжения входят составной частью в тепловые схемы промышленных, промышленно-отопительных, коммунальных ТЭЦ, ТЭЦ-ПВС и ТЭЦ-ЭВС металлургических комбинатов, электростанций с ГТУ, ПГУ, а иногда и конденсационных электростанций (КЭС).

Рис. 3.5. Принципиальная схема включения сетевой подогревательной установки с ТК и ПВК

НСП и ВСП – сетевые подогреватели нижней и верхней ступени; ПВК – пиковый водогрейный котел; ТК – теплофикационный пучок конденсатора; СН1 и СН2 – сетевые насосы; КНС - конденсатный насос сетевых подогревателей; ТП потребитель теплоты; К – конденсатор; КН - конденсатный насос основного конденсата; ДН – дренажный насос; ПН – питательный насос; ПНД, ПДВ – подогреватель низкого и высокого давления; ПК – паровой котел; ПЕ - пароперегреватель; Т – турбина; Г - электрогенератор

3.3. Теплофикационные установки аэс

В состав тепловой схемы атомных электростанций конденсационного типа могут входить подогреватели сетевой воды для системы теплоснабжения. Это теплообменники поверхностного типа с применением в качестве греющей среды отборного пара турбины. Конденсат греющего пара после теплообменников возвращается в цикл через систему регенеративного подогрева.

Так как в пар турбин даже двухконтурных станций возможно хотя бы незначительное попадание радиоактивных веществ из первого контура, то при отдаче пара из паропреобразовательной установки радиоактивность распространится за пределы станции. В контролируемых условиях такая радиоактивность вполне допустима, так как имеется возможность ограничить время контакта эксплуатационного персонала с таким оборудованием. За пределами АЭС дозиметрический контроль отсутствует. Поэтому время контакта людей с соответствующим оборудованием не ограничивается, что создает определенную опасность, не говоря уже о возможности использования этого пара, не предусмотренной в технологическом процессе предприятия. Поэтому система открытого отпуска теплоты с паром, подающимся потребителям непосредственно из отбора турбин, неприемлем.

Значительно более благоприятны перспективы использования АЭС при отпуске теплоты потребителю в виде горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (теплофикация). В этом случае давление нагреваемой воды может быть большим, чем давление греющего пара, и тем самым будет исключено перетекание радиоактивной среды в теплоноситель. Однако надо иметь в виду, что в аварийных ситуациях давление сетевой воды может оказаться ниже, например, при разрыве крупной трубы и больших утечках воды. На двухконтурной АЭС даже такая авария не вызовет сколько-нибудь серьезной активации теплоносителя, так как греющий пар может быть заметно радиоактивным только в случае нарушения режима в самом цикле станции. Лишь при совпадении во времени двух аварийных ситуаций возможно попадание радиоактивных примесей в теплоноситель.

Если теплота, отпускаемая энергетическими установками, ограничивается лишь собственными нуждами АЭС и поселка при ней, то количество ее невелико и не должно оказывать влияния на выбор типа станции.

Подача потребителю горячей воды производится для отопления поселка, зданий и помещений АЭС, теплоснабжения калориферов вентиляционных установок, горячего водоснабжения и др. Помещения первого контура и машинный зал отапливаются за счет подогрева приточного воздуха.

На рис. 2.6 показана принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной ТЭЦ (АТЭЦ) с реакторами типа ВВЭР и конденсационными турбинами с отбором пара (типа Т или ТК).

Рис. 3. . Принципиальная схема теплоподготовительной установки атомной ТЭЦ

1 –парогенератор; 2 – паровая турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – 7 - теплофикационные подогреватели нижней, средней и верхней ступеней; 8 – бустерный насос; 9 – сетевой насос; 10 – химводоподготовка; 11 – деаэратор подпиточной воды; 12 – подпиточный насос; 13 – регулятор подпитки; 14 – насос химводоподготовки; 15, 16 – обратный и подающий коллекторы сетевой воды; 17 – ядерный реактор; 18 – компенсатор объема; 19 - насос промежуточного контура; 20 – конденсатный насос; 21 – сепаратор влаги; 22 - регенеративные подогреватели низкого давления; 23 – деаэратор; 24 – питательный насос; 25 - регенеративные подогреватели высокого давления; 26 - пароперегреватель; 27 – редукторы; 28 – регенеративный подогреватель среднего давления

Пьезометрический график

Помимо описанных выше гидравлических расчетов водяных тепловых сетей при их проектировании приходится дополнительно производить расчеты по определению значений давлений воды в различных точках сетей при разных режимах. Такие расчеты требуются для обоснованного выбора насосов, используемых для перекачки сетевой воды, - циркуляционных, подпиточных, подкачивающих, смесительных и т.п. Кроме того, значения давления воды являются исходными при разработке схем присоединения к сетям местных систем теплоиспользования. Так, при давлениях ниже атмосферного неизбежны подсосы воздуха в сети и системы через неплотности в них, что является недопустимым.

Для этих целей широко используется пьезометрический график (сокращенно пьезометр) (рис. 5.1), на котором в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети; по нему легко определить напор (давление) и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.

По абсциссам этих графиков откладываются длины участков сетей от оси сетевых насосов (практически от точки выхода трубопроводов из здания теплоисточника) вплоть до характерного узла на трассе этих сетей, обычно до определяющего теплового пункта. В качестве ординат на этих графиках наносятся отметки поверхности земли по трассе сетей с привязкой к ним в случае надобности высот присоединяемых зданий, затем наносятся графики изменения напоров в подающих и обратных трубопроводах по трассе сетей. Построение графиков начинается с оценки минимально необходимого напора на всасе сетевых насосов, совпадающего с напором на нагнетании подпиточных насосов.

Разработку пьезометрического графика начинают с гидростатического режима, когда циркуляция отсутствует и система теплоснабжения заполнена водой с температурой 100 °С. На основе гидростатического режима из условия непревышения допустимого давления во всех элементах оборудования, включая абонентские установки, проверяют возможность установления общей статической зоны для всей системы теплоснабжения, т.е. возможность поддержания одного и того же полного статического напора во все системе, а также выявляют причины, препятствующие такому решению. Установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным. Наиболее просто эта задача решается при независимой схеме присоединения всех отопительных установок к тепловой сети, т.к. в этом случае механически слабый элемент системы – отопительные чугунные радиаторы – гидравлически изолируются от системы теплоснабжения.

Рис. 5.1. Схема и пьезометрический график двухтрубной тепловой сети

При гидравлическом расчете паровых сетей профиль паропровода можн

Рис. 6 1. Принципиальная тепловая схема ЦТП (ИТП)

1 – подогреватель системы ГВС первой (нижней) ступени; 2 – подогреватель системы ГВС второй (верхней) ступени; 3 – подогреватель отопительной системы; 4 – насос отопительной системы; 5 – насос системы ГВС; 6 – регулятор температуры горячей воды; 7 – регулятор системы отопления; 8 – моделирующее устройство; 9 – управляющий прибор; 10 – тепломер; 11 – обработка воды; 12 – водомер; 13элеватор; 14 – водоразборный стояк; 15 - отопительный прибор; 16 – грязевик фильтр

Задачи, решаемые ЦТП и ИТП, могут быть сформулированы следующим образом:

автоматическое распределение теплоносителя, поступающего от теплоисточника, в количествах, соответствующих потребности присоединенных зданий;

тепломеханический контроль за параметрами поступающего теплоносителя и приборный учет расхода теплоты, полученной потребителями;

автоматическое регулирование параметров теплоносителя, поступающего в квартальные сети и местные системы, в соответствии с характеристиками потребителей;

защита от нарушения гидравлического режима сетей при временных нарушениях теплового режима теплоисточником, а также от утечек в распределительных и квартальных тепловых сетях;

защита местных систем отопления от аварийного повышения давления в магистральных сетях (гидравлические удары и ошибки при переключениях).

Для решения указанных задач тепловые пункты должны иметь:

Смесительные насосы, с помощью которых устанавливается необходимая температура воды в распределительных и квартальных сетях, при этом производится увеличение пропускной способности магистральных сетей как (временно при авариях и ремонтах или постоянно за счет повышения расчетной температуры воды), предохранение систем отоплении от замораживания;

регуляторы температуры воды, подаваемой в систему горячего водоснабжения, и регуляторы отопительно-вентиляционной нагрузки, которые работают от датчиков температуры наружного или внутреннего воздуха, но их указания могут корректироваться диспетчером тепловой сети;

расходомер с электрическим выходом, с помощью которого для каждого ЦТП устанавливается предельная норма расхода теплоносителя, что должно предохранить тепловую сеть от «развала» гидравлического режима при резком снижении температуры подаваемой воды против графика; функции непосредственного ограничителя расхода в этом случае регулятор отопительной нагрузки;

регулятор давления на обратном трубопроводе тепловой сети, обеспечивающий необходимое давление в местных системах теплоснабжения зданий и предохраняющий системы отопления от опорожнения при авариях в магистральных сетях; спуск воды по подающем трубопроводе локализуется обратным клапаном;

сбросное устройство, состоящее из регулятора давления и разрывной мембраны, позволяющее предохранить системы потребителей от повышения в обратном трубопроводе сети и гидравлических ударов;

реле утечки, работающее на принципе сравнения расходов воды в подающем и обратном трубопроводе, что при закрытой системе теплоснабжения позволяет определить наличие утечки горячей воды в распределительных сетях и системах отопления;

задвижки с электроприводом, позволяющие диспетчеру тепловой сети перевести ЦТП на автономную работу или прекратить подачу горячей воды в систему горячего водоснабжения;

средства телемеханического контроля, сигнализации и управления, позволяющие персоналу тепловой сети (диспетчеру) проводить оперативный контроль и управление гидравлическим и тепловым режимом работы тепловой сети.

Присоединение потребителей теплоты к тепловым сетям следует предусматривать по схемам, обеспечивающим минимальный расход воды в тепловых сетях, а также экономию теплоты за счет применения регуляторов расхода теплоты и ограничителей максимального расхода сетевой воды, корректирующих насосов или элеваторов с автоматическим регулированием, снижающих температуру воды, поступающей в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. При закрытых схемах теплоснабжения в зависимости от соотношения максимальных тепловых нагрузок на горячее водоснабжение и отопление присоединение водоподогревателей горячего водоснабжения необходимо принимать:

При Qгв max/Qo max = 0,2 – 1,0 – двухступенчатые схемы;

При остальных соотношениях – одноступенчатую параллельную.

Рис. 6.2. Схема закрытой конденсатосборной установки

1 – сборный бак конденсата; 2 – регулятор давления «после себя»; 3 – регулятор давления «до себя»; 4 – пароводяной подогреватель; 5 – насос; 6 – регулятор уровня; 7 - конденсатоотводчик

Разность высот между уровнем конденсата в баке и осью насоса должна быть достаточна для предупреждения кавитации во всасывающей камере насоса. Давление воды во всасывающей камере насоса должно быть выше давления насыщения, соответствующего температуре воды, на некоторую величину, необходимую для предупреждения кавитации. Эта величина зависит от температуры воды, конструкции насоса и числа его оборотов.

Для контроля качества на конденсатных станциях устанавливаются солемеры с контактными устройствами, дающими импульс на отключение электродвигателей конденсатных насосов при превышении допустимой нормы загрязнения конденсата.

Насосные станции в тепловых сетях

Насосные станции в тепловых сетях предназначены для увеличения располагаемого напора, повышения расхода теплоносителя и изменения давления в трубопроводах теплосети. Автоматизация и телемеханизация насосных станций должны обеспечивать бесперебойную работу станции в отсутствии постоянного обслуживающего персонала. В начальный период эксплуатации (1 – 2 года) насосные станции обычно находятся под постоянным наблюдением эксплуатационного персонала, что необходимо учитывать при компоновке помещений.

В здании насосной станции предусматриваются: машинный зал, в котором размещаются насосные агрегаты; помещение распределительных устройств; щитовое помещение; трансформаторные камеры; мастерская для производства мелкого ремонта; помещения для эксплуатационного персонала; санитарный узел. Расстояние от насосной станции до жилых и общественных зданий принимаются с учетом норм допустимого уровня шума в жилой застройке.

Коллекторы трубопроводов и запорная арматура в насосных станциях тепловых сетей в отличие, например, от насосных станций системы водоснабжения, не резервируются. В подкачивающих насосных в зависимости от режима работы тепловой сети на трубопроводах подающей и обратной сетевой воды могут быть установлены регулятор давления, регулятор рассечки, обратный и сбросной клапаны. Обратные клапаны, а также регулирующие клапаны и другие устройства, в которых происходит потеря давления, устанавливают на напорных трубопроводах насосов. Их не рекомендуется устанавливать на всасывающих линиях насосов во избежание кавитации. Вокруг насосов рекомендуется предусматривать обводную линию для сохранения циркуляции в тепловых сетях в случае остановки насосов. В этом случае на обводной линии устанавливается обратный клапан.

Для защиты от загрязнения оборудования и приборов, перед ними (считая по ходу теплоносителя) располагаются грязевики, фильтры. Запорная арматура позволяет осуществить ремонт или произвести замену оборудования и арматуры без выключения всей насосной. Минимальное число рабочих подкачивающих насосов в насосных станциях принимается равным двум. Независимо от числа рабочих насосов должна быть предусмотрена установка одного резервного насоса.

Автоматизация и контроль. Диспетчеризация

В установках на тепловых сетях следует предусматривать:

- автоматические регуляторы и блокировки, обеспечивающие заданное давление воды в подающем или обратном трубопроводах водяных тепловых сетей с поддержанием в подающем трубопроводе постоянного давления «после себя» и в обратном – «до себя» (регулятор подпора);

деление (рассечку) водяной сети на гидравлически независимые зоны при повышении давления воды сверх допустимого;

включение подпиточных устройств в узлах рассечки для поддержания статического давления воды в отключенной зоне на заданном уровне;

- отборные устройства с необходимой запорной арматурой для измерения

температуры воды в подающих (выборочно) и обратных трубопроводах перед секционирующими задвижками и, как правило, в обратном трубопроводе ответвлений Dу ≥ 300 мм перед задвижкой по ходу воды;

давления воды в подающих и обратных трубопроводах до и после секционирующих задвижек и регулирующих устройств, и, как правило, в подающих и обратных трубопроводов ответвлений Dу ≥ 300 мм перед задвижкой;

расхода воды в подающих и обратных трубопроводах ответвлений Dу ≥ 400 мм;

давления пара в трубопроводах ответвлений перед задвижкой.

Автоматизация насосных станций должна обеспечивать:

постоянное заданное давление в подающем или обратном трубопроводах насосной при любых режимах работы сети;

включение резервного насоса, установленного на обратном трубопроводе, при повышении давления сверх допустимого во всасывающем трубопроводе насосной или установленного на подающем трубопроводе – при снижении давления в напорном трубопроводе насосной;

автоматическое включение резервного насоса (АВР) при отключении работающего или падении давления в напорном патрубке.

На рис. 6.3 показана принципиальная схема системы автоматического регулирования отпуска теплоты на отопление,, выполненной в ЦТП (ИТП) с независимым присоединением нагрузки отопления и двухступенчатой последовательной схемой присоединения нагрузки горячего водоснабжения.

Средства автоматизации и контроля должны обеспечивать работу тепловых пунктов и насосных станций без постоянного обслуживающего персонала (с пребыванием персонала не более 50% рабочего времени).

На предприятиях тепловых сетей, сооружения которых территориально разобщены, предусматривается диспетчерское управлении, которое следует разрабатывать с учетом перспективного развития тепловых сетей всего района.

Для тепловых сетей, как правило, предусматривается одноступенчатая структура диспетчеризации с одним центральным диспетчерским пунктом. Для крупных систем теплоснабжения (города с населением свыше 1 млн. чел.) или особо сложных по структуре необходимо предусматривать двухступенчатую структуру с центральным и районными диспетчерскими пунктами.

Рис.6.3. Принципиальная схема группового автоматического программного регулирования отпуска теплоты на отопление по наружной температуре

1 – регулятор температуры горячего водоснабжения; 2 – регулятор давления «после себя»; 3 – датчик инерционного расходомера; 4 – измерительный блок индукционного расходомера; 5 – инерционный термометр сопротивления; 6 – усилитель; 7 – нелинейный преобразователь; 8 – линейный регулирующий прибор; 9 – блок управления; 10 – исполнительный механизм; 11 – регулирующий клапан

Диспетчеризация тепловых сетей с тепловым потоком 100 МВт и менее определяется структурой управления городских (заводских) коммунальных служб и, как правило, является частью объединенной диспетчерской службы города, района или предприятия.

Для тепловых сетей города с населением свыше 1 млн. чел. допускается предусматривать АСУ ТП при технико-экономическом обосновании.