Получение пара и горячей воды

В качестве основного теплоносителя в теплоиспользующих установках используется пар и горячая вода. Источниками тепла в виде пара и горячей воды являются котельные агрегаты, в которых происходит преобразование химически связанной энергии топлива в тепловую энергию воды и пара [4]. Эти котлы устанавливаются на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), промышленных и районных котельных.

Котельные агрегаты разделяются на 2 основных класса:

а) паровые котлы (парогенераторы) – для получения перегретого пара;

б) водогрейные котлы (теплогенераторы) – для получения горячей воды.

Паровой котел представляет собой систему трубчатых теплообменников, установленных в одном аппарате. Пар заданных параметров образуется из воды, поступающей в трубные поверхности нагрева котла. Нагрев воды и получение пара осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в первой части парогенератора, называемой топочной камерой или топкой.

Процесс получения перегретого пара состоит из трех этапов. Сначала вода нагревается до температуры насыщения (кипения) в теплообменнике змеевикового типа, называемом водяным экономайзером. Затем в специальных испарительных поверхностях нагрева эта вода испаряется с образованием насыщенного пара, имеющего температуру кипения (насыщения) воды. Перегрев пара выше температуры насыщения осуществляется в пароперегревателе.

Таким образом, поверхностями нагрева парогенератора являются водяной экономайзер, испарительные поверхности и пароперегреватель, которые компонуются внутри корпуса котла. Ограждающие поверхности котла выполняются из огнеупорных материалов. В зоне высоких температур, т.е. в топочной камере обмуровка экранируется испарительными трубками для предотвращения их термического разрушения. Эти поверхности получили название топочных экранов.

Производственно-отопительные котельные снабжают технологических потребителей паром и горячей водой (на технологические нужды) в течение двух или трех смен работы. Отопление же работает круглосуточно.

Отопительные котельные в течение отопительного периода работают постоянно. В целях экономии при отоплении общественных и промышленных помещений отпуск теплоты в нерабочее время должен быть уменьшен. Однако на практике это не всегда осуществляется, что приводит к перерасходу энергии, а следовательно, и топлива.

В котельных устанавливают паровые или водогрейные котлы (числом не менее двух). Котельные могут быть и смешанными, т.е. снабженными и паровыми и водогрейными котлами. Котлы должны быть однотипными с одинаковой производительностью.

Суммарную теплопроизводительность котельной рассчитывают исходя из мощности тепловых нагрузок производства и мощности для покрытия расходов теплоты на собственные нужды котельной.

Для анализа работы котельной разрабатывают ее тепловую схему. Тепловые схемы могут быть принципиальными, развернутыми и рабочими (монтажными). На принципиальной тепловой схеме указано лишь главное оборудование (котлы, подогреватели, насосы и др.) и основные трубопроводы без арматуры, на развернутой — рабочее и резервное оборудование. Рабочая же схема выполнена в ортогональном или аксонометрическом изображении с указанием отметок расположения трубопроводов, арматуры и др.

1.3 Когенерация — процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии.. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ(теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КИТТ — до 90 % и даже выше.

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергии создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Дальнейшим развитием когенерации является тригенерация, в которой тепло также используется для создания холода, например для использования в системах кондиционирования воздуха.

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике (мини-ТЭЦ, MicroCHP). И для этого есть следующие предпосылки:

· Тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;

· Электричество используется большей частью в месте получения без накладных расходов поставщиков энергии, и его стоимость для потребителя может быть несколько меньше, чем у энергии из сети.

· Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.

· Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» (например, жилое хозяйство, ЖКХ), когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями - окупаемость проекта значительно затягивается.

Тригенерация — это организация сразу трех энергий: электричества, тепла и холода. Получение первых двух есть когенерация (то есть первые две составляющие). Тригенерация является более выгодной по сравнению с когенерацией, поскольку даёт возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд. Для этого используются абсорбционные бромистолитиевые холодильные установки. Такой подход позволяет использовать генерирующую установку круглый год, тем самым не снижая высокий КПД энергетической установки в летний период, когда потребность в вырабатываемом тепле снижается.

Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств (пусковое устройство, компрессор, теплообменный аппарат или котёл-утилизатор для подогрева сетевой воды для промышленного снабжения).

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей: силовая турбина и электрический генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки. ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе

Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД

Парогазовая установка содержит два отдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к наружному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 °C позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор (схема multi-shaft).

Широко распространены парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае используется только один, чаще всего двухприводный генератор (схема single-shaft). Такая установка может работать как в комбинированном, так и в простом газовом цикле с остановленной паровой турбиной. Также часто пар с двух блоков ГТУ—котёл-утилизатор направляется в одну общую паросиловую установку.

1.4 Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. По принципу действия теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах движущиеся теплоносители разделены стенкой. К этому типу относится большинство теплообменников различных конструкций. В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным, как, например, в кауперах доменных печей. Теплообменники применяются в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, атомной, холодильной, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве. От условий применения зависит конструкция теплообменника. Существуют аппараты, в которых одновременно с теплообменом протекают и смежные процессы, такие как фазовые превращения, например, конденсация, испарение, смешение. Такие аппараты имеют свои наименования:конденсаторы, испарители, градирни, конденсаторы смешения. В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также при взаимно поперечном движении двух взаимодействующих сред.

Электрический котёл (электрокотел) — прибор, предназначенный для нагрева электрическим током теплоносителя в момент протекания через него. Электрокотлы, нагревающие санитарную воду для нужд ГВС, чаще называются электрическими водонагревателями (электробойлерами).

Отопительные электрокотлы обычно поставляются в виде мини-котельной: снабжены циркуляционным насосом, расширительным баком, необходимой автоматикой. При установке требуется соответствующий электрический предохранитель.

Целесообразно применять в небольших (например, дачных) домах, или как резервный источник тепла. Из-за большого потребления электричества и его дороговизны использование электрических котлов для отопления частных домов мало распространено. Нередко электрический котел в частном доме сочетается с другим отопительным оборудованием. Расход средств на электроэнергию можно сократить при наличии многотарифного электросчётчика итеплоаккумулятора, настроив котёл на запасание дешёвой энергии в ночные часы и расход аккумулятора днём. Дополнительно сократить расход эенергии и улучшить комфортность отопления помогают программаторы, автоматически поддерживающзие температуру в здании.

Мощные электрокотельные могут устанавливаться вблизи ГЭС (например, для растапливания льда при заторах).

Устройство, позволяющее передавать теплоту от объекта с одной температурой к объекту с другой температурой, называется термо­трансформатором. Термотраисформатор, предназначенный для полу­чения теплоты при более низкой температуре, чем исходная, назы­вается понижающим, а предназначенный для получения теплоты при более высокой температуре, чем исходная,-- повышающим. Термо­трансформатор, предназначенный для одновременного получения теп­лоты при более высокой и более низкой температурах, называется Термотрансформатором смешанного типа. Итак, цикл любого термо­трансформатора представляет собой сочетание прямого и обратного
циклов.

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.^[1] Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производствохолода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Теплогенератор — нагревательный аппарат, предназначенный для непосредственного получения нагретого теплоносителя в процессе сжигания различных видов топлива. Применяется для индивидуального отопления и горячего водоснабжения помещений или небольших зданий различного назначения. Теплогенераторы применяют, в основном, для организации воздушного отопления и вентиляции промышленных, торговых и складских помещений большого объема, сушки материалов и других технологических процессов, требующих подачи больших масс нагретого воздуха.