6.3. Выбор теплоносителя: водяные и паровые системы теплоснабжения.

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зави­сит главным образом от типа источника те­плоты и вида тепловой нагрузки. Рекомен­дуется максимально упрощать систему теп­лоснабжения. Чем система проще, тем она дешевле в сооружении и надежнее в эксплуатации. Наиболее простые решения дает применение единого теплоносителя для всех видов тепловой нагрузки.

Если тепловая нагрузка района состоит только из отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, то при теплофикации при­меняется обычно двухтрубная водяная сис­тема. В тех случаях, когда кроме отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в районе имеется также небольшая техноло­гическая нагрузка, требующая теплоты по­вышенного потенциала, при теплофикации рационально применение трехтрубных во­дяных систем. Одна из подающих линий системы используется для удовлетворения нагрузки повышенного потенциала.

В тех случаях, когда основной тепловой нагрузкой района является технологическая нагрузка повышенного потенциала, а сезонная тепловая нагрузка невелика, в качестве теплоносителя применяется обычно пар.

При выборе системы теплоснабжения параметров теплоносителя учитываются технические и экономические показатели по всем элементам: источнику теплоты, сети, абонентским установкам. Энергетически вода выгоднее пара. Применение многоступенчатого подогрева воды на ТЭЦ позволяет повысить удельную комбинированную выработку электрической и тепловой энергии, благодаря чему возрастает экономия топлива. При использовании паровых систем вся тепловая нагрузка покрывается обычно отработавшим паром более высоко давления, отчего удельная комбинированная выработка электрической энергии снижается.

Паровые системы сооружаются двух типов: с возвратом конденсата и без возврата конденсата.

Системы с возвратом конденсата наиболее широко применяется. По прямой трубе передается пар, по обратной конденсат. Схема подачи пара на технологические нужды, как правило, на зависимой открытой схеме.

Если имеет место паровая технологическая нагрузка и ГВС, то применяется независимая схема с пароводяными подогревателями. Конденсат отводится конденсатоотводчиками в сборный резервуар и перекачивается обратно на станцию, сбор конденсата от теплопотребляющих установок и возврат его к источнику теплоты имеют важное значение для надежности работы котельных установок ТЭУ. Обычно обессоливающие установки ТЭУ дороги, поэтому мощность их ограничена. Кроме того,

невозврат конденсата требует дополнительного расхода химических реагентов и тепловой энергии.

Нередко пар после использования на технологические нужды сильно загрязняется. Загрязненный конденсат нельзя возвращать на ТЭУ. Однако его очистка не всегда экономически оправдана. Поэтому на промышленных предприятиях применяются иногда паровые системы без возврата конденсата (слив в канализацию). В этом случае упрощаются и удешевляются тепловая сеть, экономится электроэнергия на перекачку, не требуются затраты а конденсатопроводы. Но тепловую энергию конденсата в этом случае следует использовать для первой ступени системы ГВС.

Основные преимущества воды как теплоносителя по сравнению с паром:

1) большая удельная комбинированная выработка электрической энергии на базе теплового потребления;

2) сохранение конденсата на ТЭЦ, что имеет особенно важное значение для электростанций высокого давления;

3) возможность центрального регулирования однородной тепловой нагрузки или определенного сочетания разных видов нагрузки при одинаковом отношении расчетных грузок у абонентов, что упрощает местное регулирование;

4) более высокий КПД системы теплоснабжения вследствие отсутствия в абонентских установках потерь конденсата и пара, имеющих место в паровых системах;

5) повышенная аккумулирующая способность водяной системы.

Основные недостатки воды как тепло-носителя:

1) больший расход электроэнергии на закачку сетевой воды по сравнению с ее расходом на перекачку конденсата в паровых системах;

2) большая «чувствительность» к авариям, так как утечки теплоносителя из паровых сетей вследствие значительных удельных объемов пара во много (примерно 20—40) раз меньше, чем в водяных систе­мах (при небольших повреждениях паро­вые сети могут продолжительно оставаться в работе, в то время как водяные системы требуют остановки);

3) большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы.

По условиям удовлетворения теплового режима абонентских установок, определяе­мого средней температурой теплоносителя в абонентских теплообменниках, вода и пар могут считаться равноценными теплоноси­телями. Только в особых случаях, когда пар используется непосредственно для техно­логического процесса (обдувка, пропарка и т.д.), он не может быть заменен водой.

При теплоснабжении от котельных пар применяется и при тепловых нагрузках низ­кого потенциала.

Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. При теп­лоснабжении от котельных рационально, как правило, выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспортировки теплоты по сети и использования ее в абонентских установ­ках. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепло­вой сети и снижению расходов по перекачке (при воде). При теплофикации необходимо учитывать влияние параметров теплоноси­теля на экономику ТЭЦ.

Выбор водяной системы теплоснабже­ния закрытого или открытого типа зависит главным образом от условий водоснабже­ния ТЭЦ, качества водопроводной воды (жесткости, коррозионной активности, окисляемости) и располагаемых источни­ков низкопотенциальной теплоты для горя­чего водоснабжения.

Обязательным условием как для откры­той, так и для закрытой систем теплоснаб­жения является обеспечение стабильного качества горячей воды у абонентов в соответствии с ГОСТ 2874—73 «Вода питье­вая». В большинстве случаев качество ис­ходной водопроводной воды предопределя­ет выбор системы теплоснабжения.

Преимущественное применение каж­дой из рассматриваемых систем тепло­снабжения определяется следующими по­казателями исходной водопроводной во­ды. При закрытой системе: индекс насы­щения J > -0,5; карбонатная жесткость Ж_к < 1 мг-экв/л; (Cl + SO₄) < 200 мг/л; перманганатная окисляемость не регламенти­руется.

При открытой системе: перманганатная окисляемость О < 4 мг/л; индекс насыще­ния, карбонатная жесткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентируются.

При повышенной окисляемости (O > 4 мг/л) в застойных зонах открытых систем тепло­снабжения (радиаторы отопительных уста­новок и др.) развиваются микробиологиче­ские процессы, следствие которых — суль­фидное загрязнение воды. Так вода, отби­раемая из отопительных установок для го­рячего водоснабжения, имеет неприятный сероводородный запах.

По энергетическим показателям и по на­чальным затратам современные двухтруб­ные закрытые и открытые системы тепло­снабжения являются в среднем равноцен­ными. По начальным затратам открытые системы имеют некоторые экономические преимущества при наличии на ТЭЦ источ­ников мягкой воды, не нуждающейся в водоподготовке и удовлетворяющей санитар­ным требованиям к питьевой воде. При ис­пользовании открытых систем вода для го­рячего водоснабжения отбирается из тепло­вой сети, что, с одной стороны, разгружает сеть холодного водопровода и создает в ря­де случаев дополнительные экономические преимущества, а с другой — часто вынуж­дает подводить к ТЭЦ магистральные водо­воды, что увеличивает капитальные затра­ты. По эксплуатационным расходам открытые системы несколько уступают закрытым в связи с дополнительными затратами на водоподготовку. В эксплуатации открытые системы сложнее закрытых из-за неста­бильности гидравлического режима тепло­вой сети, усложнения санитарного контро­ля плотности системы.

При дальней транспортировке теплоты в районах с относительно большой нагруз­кой горячего водоснабжения при наличии вблизи ТЭЦ или котельной источников во­ды, удовлетворяющей санитарным требова­ниям, экономически оправдано применение открытой системы теплоснабжения с одно­трубным (однонаправленным) транзитом, и двухтрубной распределительной сетью.

При суперсверхдальней транспортиров­ке теплоты на расстояние порядка 100— 150 км и более целесообразно проверить экономичность применения химотермической системы передачи теплоты, т.е. транс­портировки теплоты в химически связан­ном состоянии.