Тепловые и атомные электрические станции - часть 17

 

131

Пар  для  технологических  процессов,  а  также  по  условиям  его 

транспортировки  требуется  обычно  несколько  перегретый.  Так  как  па-
ропреобразователь  производит  насыщенный  пар,  для  его  перегрева  ус-
танавливается  пароперегреватель 

Пе,  в  котором  используется  теплота 

для перегрева пара из отбора турбины. С дренажом из паропреобразова-
теля вводится в регенеративную систему ТЭЦ большой поток теплоты. 
Чтобы несколько уменьшить его, улучшить использование регенератив-
ных отборов пара и условия работы основных питательных насосов, ус-
танавливается охладитель дренажа 

ОД. 

Тепловую  экономичность  турбоустановки  можно  несколько 

улучшить, если питательную воду паропреобразователя предварительно 
подогреть паром из отбора турбины более низкого давления в предвари-
тельном подогревателе 

ПД, который может служить также конденсато-

ром вторичного пара для возмещения внутренних потерь пара и конден-
сата  (

вт

D ).  Питательная  вода  паропреобразователя  предварительно 

очищается химическим способом и нагревается в охладителе продувки 
паропреобразователя.  Из  воды  должны  быть  удалены  растворенные  в 
ней  газы,  что  осуществляется  в  подогревателе  смешивающего  типа – 
деаэраторе. 

Если обратный конденсат, поступающий от потребителя, не при-

годен  для  питания  котлов  ТЭЦ,  следует  проверить  целесообразность 
использования его (иногда после некоторой очистки) для питания паро-
преобразователя.  Благодаря  этому  могут  быть  уменьшены  производи-
тельность и стоимость установки химической водоочистки. 

Необходимый  расход  пара  на  паропреобразователь  определяется 

из уравнения теплового баланса: 

в

пр

в

п

п

п

п

пп

пп

пп

пп

пп

пп

(

)

(

)

(

)

D h

h

D

h

h

D

h

h

η

′

′′

′

−

=

−

+

−

,             (4.17) 

здесь  

пр

п

пп

пп

,

,

D D

D  – расход соответственно первичного пара, вторичного пара 

и продувочной воды, кг/с;  

п

пп

,

h h′′  – энтальпии первичного (греющего) и вторичного (сухого насы-

щенного) пара, кДж/кг; если греющий пар проходит предварительно че-
рез перегреватель вторичного пара, то его энтальпия снижается до зна-
чения 

0

п

h ,  определяемого  небольшим  остаточным  перегревом  на 20–25 

°С;  

п

пп

,

h h

′

′  – энтальпии  конденсата  греющего  пара  и  испаряемой  воды, 

кДж/кг; 

в

пп

h  – энтальпия воды на входе в паропреобразователь, кДж/кг. Значение 

 

132

пп

D  обычно равно сумме 

вн

вт

D

D

+

. 

Давление вторичного пара 

т.п

P  определяется требованиями потре-

бителя,  давление  первичного  (греющего)  пара – условиями  теплопере-
дачи в паропреобразователе и значением температурного напора 

н

н

пп

п

пп

t

t

t

Δ

= −

 

где  

н

п

t  и 

н

пп

t  – температуры насыщения греющего и вторичного пара. 

Обычно 

пп

t

Δ

= 12+15 °С. Эта величина определяет перепад давле-

ний в паропреобразователе, равный 0,2–0,4 МПа. На значение этого пе-
репада  повышается  давление  пара  в  отборе  турбины  по  сравнению  с 
давлением отпускаемого пара, что приводит к уменьшению работы от-
бираемого пара в турбине и выработки электроэнергии на тепловом по-
треблении на 

э

п

отб

п

м

г

(

)

N

D

h

h

η η

Δ

=

⋅

−

⋅

⋅ .                            (4.18) 

Это  является  основным  недостатком  схемы  отпуска  пара  через 

паропреобразователи, приводящим к перерасходу теплоты и топлива по 
сравнению  со  схемой,  где  пар  отпускается  непосредственно  из  отбора 
турбины, примерно на 2 %. 

Количество отбираемого пара из турбины 

т

D  в данной схеме (см. 

рис. 6.8) равно сумме расхода пара на паропреобразователь 

п

D  и расхо-

да пара в обвод паропреобразователя 

р

о.к

D

D

=

, т.е. 

т

п

о.к

D

D

D

=

+

. 

Расчет  прочих  теплообменников  паропреобразовательной  уста-

новки выполняют на основе уравнений тепловых балансов в соответст-
вии со схемой, расходами и параметрами пара и воды. 

Для возмещения внутренних потерь пара и конденсата возможно 

применение отдельной испарительной установки, производящей пар (и 
дистиллят) высокого качества. Эти потери также можно возместить хи-
мически обессоленной водой. 

В  двух  последних  случаях  производительность  паропреобразова-

теля  составляет 

пп

т.п

о.к

вн

D

D

D

D

=

−

=

,  а  если 

о.к

0

D

= ,  то 

пп

т.п

D

D

=

. 

Применение двух последних схем (см. рис. 6.6 и 6.8), как правило, ме-
нее целесообразно, чем первой (см. рис. 6.7) с возмещением внутренних 
потерь пара и конденсата паропреобразовательной установки. 

Из  трех  рассмотренных  схем  отпуска  пара  преимущественное 

применение  имеет  схема  с  отпуском  пара  непосредственно  из  отборов 
турбины. 

При  проектировании  промышленных  ТЭЦ  с  использованием  вы-

 

133

сокоминерализованной  исходной  сырой  воды  требуется  технико-
экономическое  сравнение  возможных  схем  отпуска  пара  и  подготовки 
добавочной воды. Выбор такой схемы должен быть особенно тщатель-
ным в случае применения на ТЭЦ прямоточных котлов и в особенности 
сверхкритических параметров пара. Применение паропреобразователей 
при  этом  может  обеспечивать  более  надежный  водный  режим  работы 
оборудования ТЭЦ. 

 
 

6.5. ОТПУСК ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ. ВИД ТЕПЛОНОСИ-
ТЕЛЯ, СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. РЕГУЛИРОВАНИЕ 
ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ 

 
Теплоту  для  отопления  и  бытовых  нужд  теплоэлектроцентрали 

отпускают  с  горячей  водой.  В  этом  случае  тепловую  нагрузку  ТЭЦ, 
ГДж/ч, можно выразить как 

от

с.в

п.с

о.с

(

)

Q

G

h

h

=

⋅

−

,                                  (4.19) 

где  

с.в

G  – расход сетевой воды, 10

3

 т/ч;  

п.с

h   и 

о.с

h  – энтальпии  сетевой  воды  до  подогрева  в  теплообменниках 

ТЭЦ и после него, кДж/кг. 

Воду подогревают в пароводяных теплообменниках ТЭЦ в основ-

ном  паром  из  отборов  (противодавления)  теплофикационных  турбин  и 
подают насосами по трубопроводам горячей воды к потребителям. По-
сле охлаждения в отопительных установках вода возвращается на ТЭЦ. 
Система  трубопроводов  горячей  и  охлажденной  воды  образует  тепло-
вую сеть. Соответственно воду, циркулирующую по тепловой сети, на-
зывают  сетевой  водой,  насосы,  установленные  в  тепловой  сети – сете-
выми, а пароводяные теплообменники, размещенные на ТЭЦ, – сетевы-
ми подогревателями. Эти подогреватели часто называют, как было при-
нято ранее, бойлерами. Трубопроводы, по которым нагретая вода пода-
ется  к  потребителям,  называют  подающими,  а  трубопроводы,  по  кото-
рым охлажденная вода возвращается на ТЭЦ, – обратными. 

В отопительных установках (радиаторах) у потребителей исполь-

зуют  обычно  горячую  воду  с  температурой  (как  уже  отмечалось)  не 
выше 90 °С,  ограничиваемой  условиями  безопасности  и  гигиены  (при-
горание пыли). В то же время для уменьшения диаметров трубопрово-
дов и удешевления тепловой сети целесообразно иметь более высокую 

 

134

температуру  воды  в  подающих  линиях.  При  сохранении  температуры 
охлажденной  воды  увеличение  подогрева  воды 

с.в

τ

  приводит  к  умень-

шению  расхода  сетевой  воды 

с.в

G ,  удешевлению  трубопроводов,  сни-

жению расхода электроэнергии на подачу воды [см. (6.19)]. Однако для 
повышения температуры воды в подающей линии к сетевым подогрева-
телям требуется подводить пар более высокого давления. При этом вы-
работка энергии паром теплофикационных отборов снижается и для со-
хранения заданной электрической мощности требуется дополнительная 
конденсационная выработка электроэнергии с дополнительной потерей 
теплоты в конденсаторах турбины, что приводит к увеличению расхода 
топлива на ТЭЦ. 

Таким образом, температуру нагретой воды в тепловых сетях надо 

выбирать на основании технико-экономических расчетов. Для крупных 
городов эта температура при низшей расчетной температуре наружного 
воздуха составляет 150 °С. При подаче потребителям воды температуру 
ее  снижают  до  приемлемого  в  радиаторах  потребителей  уровня  (около 
90 °С)  обычно  подмешиванием  к  ней  охлажденной  обратной  воды  с 
температурой не выше 70 °С. 

Для бытовых нужд населения отпускают теплоту с горячей водой, 

имеющей температуру около 60 – 65 °С. При этом возможны две систе-
мы горячего водоснабжения (снабжения бытовых потребителей горячей 
водой): закрытая с поверхностными теплообменниками (рис. 6.9, 

а, б) и 

открытая (с непосредственным водоразбором) (рис. 6.9

, в). 

 

 

Рис. 6.9. Системы горячего водоснабжения бытовых потребителей: 
а – закрытая одноступенчатая; б – закрытая двухступенчатая; в – открытая (с 
непосредственным водоразбором); От – отопление; БП – бытовые потребители; 
П, П-1 и Л-2 – подогреватели; ПМ и ОМ – подающая и обратная магистрали теп-
ловой сети. 

 
При закрытой системе теплоснабжения (горячего водоснабжения) 

воду для бытовых потребителей берут из сети питьевого водопровода и 

 

135

нагревают  в  водоводяном  подогревателе  горячей  водой  из  подающей 
магистрали,  отводимой  после  охлаждения  в  обратную  магистраль  (см. 
рис. 6.9, 

а).  Более  экономична  закрытая  система  горячего  водоснабже-

ния с двухступенчатым подогревом воды для бытовых нужд в двух по-
следовательно  устанавливаемых  подогревателях:  вначале  подогрев 
осуществляется водой из обратной магистрали тепловой сети, а затем – 
из подающей (рис. 6.9, 

б). 

Принципиально  иной  является  открытая  система  горячего  водо-

снабжения  (с  непосредственным  водоразбором).  При  этом  к  бытовым 
потребителям отводится смесь воды из горячей и холодной линий ото-
пительной  системы  (рис. 6.9, 

в).  Здесь  не  требуются  дополнительные 

теплообменники, что упрощает и удешевляет установки горячего водо-
снабжения. Однако потери воды в тепловой сети резко возрастают и со-
ставляют  от 1 до 40 % расхода  воды  в  ней.  Состав  воды,  подаваемой 
бытовым потребителям, в этом случае ухудшается из-за наличия в ней 
продуктов  коррозии  и  отсутствия  биологической  обработки.  Открытая 
система  энергетически  выгоднее,  так  как  потери  воды  в ней  восполня-
ются холодной водой, для подогрева которой на ТЭЦ можно эффектив-
но  использовать  теплофикационные  отборы  пара  пониженного  давле-
ния. 

В то же время использование открытой системы требует размеще-

ния на ТЭЦ мощной установки химической водоочистки для подготов-
ки добавочной (подпиточной) воды. Кроме того, при открытой системе 
горячего водоснабжения активно развивается коррозия абонентских те-
плообменников  за  счет  кислорода,  содержащегося  в  воде  водопровод-
ной сети. 

Выбор закрытой или открытой системы горячего водоснабжения в 

значительной мере определяется качеством (составом) исходной сырой 
воды, используемой на ТЭЦ. Так, в Москве, располагающей водой с по-
вышенным содержанием солей и других примесей, преобладают закры-
тые  системы  теплоснабжения  (горячего  водоснабжения),  а  открытая 
система  применяется  в  незначительном  объеме  (преимущественно  в 
опытных  целях).  В  Санкт-Петербурге,  где  исходная  вода  из  р.  Невы 
очень  мягкая,  с  малым  содержанием  солей  и  других  примесей,  приме-
няют открытую систему горячего водоснабжения. В большинстве круп-
ных городов в тепловых сетях преобладают закрытые системы. 

Регулирование отпуска теплоты при использовании водяных теп-

ловых сетей возможно двух видов: качественное – изменением темпера-
туры воды в подающей магистрали и количественное – изменением рас-
хода сетевой воды. Из формулы (6.19) следует, что 

 

136

3

от

с.в

с.в

п.с

о.с

от

пом

н

(

)

(

)

Q

G

c

t

t

V t

t

α

=

⋅

⋅

−

=

⋅ ⋅

−

,             (4.19а) 

где  

с.в

c  – удельная теплоемкость сетевой воды, кДж/(кг

⋅К). 

При качественном  регулировании

с.в

G

const

=

; если значение тем-

пературы внутри помещения 

пом

t

 постоянно, то температуры воды в по-

дающей и обратной магистралях изменяются практически линейно в за-
висимости от температуры наружного воздуха

н

t . Верхнее значение тем-

пературы  воды  в  подающей  линии  при  низшей  расчетной  температуре 
наружного воздуха 

н.р

н

t

 определяется технико-экономическими расчета-

ми и составляет для городов России 150 °С. При этом наибольшая тем-
пература «обратной» воды в зависимости от системы теплоснабжения и 
других факторов равна 50–70 °С. 

При температуре наружного воздуха, равной температуре внутри 

помещения (18–20 °С), отопление прекращается, вода как в подающей, 
так  и  в  обратной  линии  теоретически  имеет  температуру,  равную  тем-
пературе  наружного  воздуха,  т.е.  также 18–20 °С.  Следовательно,  гра-
фики изменения температуры воды в подающей и обратной магистралях 
при  качественном  регулировании  являются  прямыми  линиями,  прохо-
дящими соответственно через максимальные значения 

п.с

t = 150 °С и 

о.с

t  

= 55-70 °С при 

н.р

н

t

 (рис. 6.10). 

 

Рис. 6.10. Зависимости температур воды 

п.с

t

 и 

о.с

t

, расходов теплоты 

Q

 и сетевой 

воды 

с.в

G

 в от температуры наружного воздуха 

н

t .

 

 

137

Таблица 6.1. 

Температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях 

Система го-

рячего водо-

снабжения 

Температура 

наружного 

воздуха, °С 

Доля отпуска 

теплоты 

от

α

 

Температура сетевой воды

в подающей магистрали 

п.с

t

, °С, при 

г.в

α

 

Температура сетевой воды 

в обратной магистрали 

о.с

t

, °С, при 

г.в

α

 

 

 

 

0,15 

0,30 

0,15 

0,30 

Закрытая 

-26 

1,0 

151,1 

152,1 

56,7 

43,3 

 

-20 

0,86 

136,0 

137,8 

52,2 

40,4 

 

-15 

0,75 

123,5 

126,0 

49,0 

38,0 

 

-10 

0,64 

110,5 

114,2 

45,0 

34,8 

 

_5 

0,52 

96,5 

102,0 

40,7 

30,7 

 

0 

0,41 

83,8 

80,9 

36,2 

28,2 

 

+5 

0,30 

71,0 

77,7 

32,0 

24,9 

 

+10 

0,15 

70,0 

70,0 

31,5 

23,0 

 

Лето 

0 

70,0 

70,0 

15 

15 

Открытая 

-26

1,0 

145,6

142,4

71,0 

71,3

 

-20

0,86 

129,1

126,4

65,3 

65,6

 

-15 

0,75 

116,2 

113,5 

60,4 

61,1 

 

-10 

0,64 

103,7 

101,6 

55,6 

56,0 

 

-5 

0,52 

90,1 

89,1 

50,0 

50,1 

 

0 

0,41 

77,4 

77,7 

44,5 

44,5 

 

+5 

0,30 

66,0 

66,0 

38,0 

39,0 

 

+10 

0,15 

65,0 

65,0 

29,5 

29,5 

 

Лето 

0 

65,0 

65,0 

15,0 

15,0 

Примечание. 

от

α

 – доля отопительной нагрузки от максимальной при 

н.р

н

t

= -26 °С. 

 
При отключении отопления температура воды в подающей маги-

страли  составляет  примерно 70 °С  и  сохраняется  постоянной  при  всех 

н

t . 

В  табл. 6.1 приведены  значения  температур  сетевой  воды  в  по-

дающей 

п.с

t   и  обратной 

о.с

t   магистралях  при  разных  температурах  на-

ружного воздуха 

н

t  и значениях доли отпуска теплоты при горячем во-

доснабжении 

г.в

α

  для  закрытой  и  открытой  систем  горячего  водоснаб-

жения. 

При температуре воды в подающей линии выше 70 °С расход се-

тевой  воды 

с.в

G

const

=

.  При  постоянной  температуре  сетевой  воды  в 

подающей линии, равной примерно 70 °С и соответствующей темпера-
туре  «обратной»  воды,  отопительная  нагрузка  с  повышением  темпера-
туры наружного воздуха уменьшается, расход сетевой воды 

с.в

G  также 

уменьшается до тех пор, пока при 

н

t  =8–10 °С не отключат отопление. 

При дальнейшем повышении температуры наружного воздуха остается 

 

138

лишь бытовая условно постоянная нагрузка 

г.в

Q

,

 температуры воды при 

этом также постоянны, и, следовательно, расход сетевой воды в данном 
случае 

с.в

г.в

с.в

р

/(

)

G

Q

c

τ

=

⋅

 также постоянная величина. Таким образом, 

в преобладающей части сего диапазона изменения температуры наруж-
ного воздуха 

с.в

G

const

=

 и используется качественное регулирование. 

Качественное  регулирование  позволяет  поддерживать  давление 

греющего пара, поступающего из отборов турбин в сетевые подогрева-
тели, в соответствии с требуемой температурой сетевой воды, понижая 
это  давление  с  повышением  температуры  наружного  воздуха  и  умень-
шением  отопительной  нагрузки.  Такой  метод  регулирования  отпуска 
теплоты  энергетически  наиболее  выгоден  и  получил  в  нашей  стране 
преимущественное распространение. 

Преимуществами  применения  воды  в  качестве  теплоносителя  по 

сравнению с использованием пара являются возможность качественного 
регулирования  отпуска  теплоты,  большая  дальность  теплоснабжения 
(15 км и более), меньшие энергетические потери при транспортировке, 
сохранение на ТЭЦ конденсата греющего пара. По указанным причинам 
в  России  в  качестве  теплоносителя  используется  вода,  тепловые  сети 
называются водяными. Сбор и возврат конденсата из паровой тепловой 
сети связаны с техническими трудностями и повышенными затратами. 

Система  водяной  тепловой  сети  с  одной  подающей  и  одной  об-

ратной магистралями называется двухтрубной. При большом потребле-
нии горячей воды на бытовые нужды и высоком качестве исходной во-
ды возможно применение также однотрубной системы теплоснабжения, 
при  наличии  которой  вода  после  охлаждения  в  отопительных  установ-
ках  используется  на  бытовые  нужды.  Обратная  магистраль  при  такой 
системе не нужна. Транспортировка горячей воды с температурой 170– 
200 °С при этом экономически целесообразна на расстояние 30–40 км. 

 
 

6.6. ТИПЫ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН С ОТОПИТЕЛЬ-
НЫМИ ОТБОРАМИ. ПОКРЫТИЕ ОСНОВНОЙ И ПИКОВОЙ 
ОТОПИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК 

 
На ТЭЦ с отопительной нагрузкой используют турбины с проти-

водавлением или с конденсацией и отборами пара. Применение турбин 
с противодавлением ограничено, так как сезонная отопительная нагруз-
ка  не  обеспечивает  круглогодичного  производства  электроэнергии  на