автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Теплоснабжение промышленных центров на основе использования тепловых ВЭР предприятий черной металлургии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ КИЕВСКИЙ ИШЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

• На йравах рукописи

КРАСНШО ТАТЬЯНА ИВАНОВНА

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ' ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ. ЮР ПРЕДПРИЯТИЙ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

05.23,03 - Теплоснабжение, газоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха и освещение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киеэ - 1992

Диссертационная работа вшолнена в Харьковском инженерно-строительном институте.

Научяий руководитель - доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки УССР П.С.Колобков

Официальные оппоненты - доктор технических; наук, профессор

В.В.Иванов;

кандидат технических наук, профессор Л.Ф.Тдущенко

Ведущая организация - 1Ш Харьковский Сангехпроект.

Заишта состоится " /У " марта г. в {5 .часов

на заседании специализированного совета К 058.05.08 Киевского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института по адресу: 252037, Киев-37, Воздухофлотскей пр., 31, аудитория 3 19 . . *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КИСЙ. Авторефераг разослан " 7 " (ребралА 19£2 г.

7чэный секретарь ' ;

специализированного совета /

кандидат технических наук, ■ ,у

профессор ,'¡¿¡¿1 — В.Ф.Накорчевская

■ ОБЩАЯ ХШКХЕРИСТИКА РАБОТЫ

%

псс^л'са:^'¡Актуальность проблемы. Использование тепловых вторичных энергоресурсов (ТЗЗГ) наиболее эффективно в структуре теплоснабжения промцентроа (город я иромцредариятия), особенно - профиля черной неталлургяи. Такое направление позволяет передавать от предприятий в город ТБЭР на горячее водоснабжение (ГВС) и избытки теплоты теплофвкавдонннх турбин - на отопление и вентиляцию (ОБ). Эти избытки образуются увеличением теплофикационных отборов вследствие замещения производственных - тепловыми ТВ ЭР.

Комбинаты (заводы) черной металлургии, располагая ТЭД, ПВО и значительным количеством ТВЗР, мо1ут быть основным источником теплоснабжения промцентра с переходом районных котельных города ' на роль пиковых, полупшювых.

При этом вопросы теплоснабяения прошентра являлись новыми и гребущими решений, не и»"вших аналогов. Круг таких вопросов возгдак при работе кафадрн ТГВ и ТВЭР ШСИ то тематике НОТ для конкретных объектов.

Разработки кафедры для четырех объектов по заказу НПО Электросталь и 70 ВННПКЭнергопром, как головной организации, определили экономию условного топлива (на перспективу 2000 г.) порядка 6 шн.т в год.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является обеспечение проблемы комплексом технических решений, позволявших получить максимальную экономию топлива на теплоснабжение промцентра при минимальных начальных затратах с оптимальным использованием существующего энергооборудования. .

Поставлены и решены следувдие задачи: определение исходных условий оптимального применения действующих схем использования тепловых ВЭР в сети районного тепло- . снабжения;

разработка новой схемн - блокировки теплоисточников пром-предприятия с районными котельными города; ее оптимизация и создание методики расчета;

выявление наиболее рационального сочетания способов использования тепловых БЭР предприятий при теплоснабжении провдентра, в том числа - избытка пара ТВЭР в неотопительяый период.

.Научная новизна работы;

обоснован выбор схемы использования тапловнх ВЭР отводом в районную теплосеть;

разработана новая блокировочная схема передачи теплоты теплоисточников прошредпрштия на теплоснабжение города;

выполнена оптимизация блокировочной сети по наружной температуре и разработана методика определения ее оптимального значения для расчета сети;

систематизирован!! и проработаны сочетания способов' использования ТВЗР - наиболее рациональные при теплоспабяаении провдентра на '1аза теплоисточников прошредариятия;

разработан способ использования избнтка пара ТВЭР в неото-пптелький период в проточной пасти турбин.

Практическая аеннооть и реализация работы. Практическая направленность работы обусловлена возникновением теш из трэбо-

ваний народного хозяйства, выразившихся в разработке оптимальных охеы теплоснабжения о использованием ТВ5Р для прошшлвшшх центров (тематика ГОНТ СССР, задание 04.02 научно-технической проблемы 14.2-1-Т.235-081-ТП согласно постановлению Л 328 от-.' . 02.04.81),.® значительной экономией топлива.

Практическое значе :ша имеют следующие положения работы: ,

Блокировочная схема, 'обеспечивает минимальные капиталовложения на тепловые сети, а это - основная часть затрат в сес.зш тэплоснабзэнвя промценгра на базе теплоисточников предприятия. Разработанная методика расчета блокировочной схемы с составлением программы для ЕВМ позволяет реша^ъ эту задачу на проектном уровне. Использование летнего избытка пара ТВЗР осуществлялось лишь при давлении порядка 4 Ша сооружением теплоутилизационных электростанций - дорогих и не экономичных. Способ подачи пара ТВЭР с давлением I Ша, а не 4 Ша в проточную часть турбин ТЭЦ затрат практически нэ требует.

Блокировочная схема и новнй способ использования пара ТВЭР в летнее время применены в научно-исследовательской работе "... повышение степени использования вторичных энергетических » ресурсов на предприятиях Криворожского промузла" (согласно программе ГКНТ "Энергия", головная организация - 70 ВНШШЭнерго-проы).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные вопросы охрана окру,:ащэй среди от антропогенного воздействия" (Севастополь, 1£8£); на зональном семкнаре "Пути повышения оМектквности и надежности систем теплоснабжения и теп-лопотреблешш" (Пенза, 1?8£); на шквузовскок научном сежнаре по, проблэгам повышения эффективности проектируема теплсэнерге-- Ь -

тических установок и энергосбережения (Саратов, 1Ш9); на научно-технических конференциях Харьковского иняенерно-строительно-го института (1$8е-1?91)$ на У научной конференции строительного факультета Познанского политехнического института (Познань, Польша, 12£0).

Публикации. По. теш диссертации опубликовано 14 печатных работ, получено Г авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссерташя состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературных источников из 103 наименований, 5 приложений. Работа излонена на 173 е., содержит 34 рис., 3 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор отечественных и зарубежных публикаций по теш работы подтвердил ее актуальность. \ '

Разработанн и охарактеризованы положения, являющиеся основой теплоснабжения района на базе использования тепловых ВЭР и котлотурбооборудования. энаргосганциГ: металлургических предприятий.

При вклпчении ТВЭР в тепловой баланс предприятие возможна реконструкция ТЭЦ, ПВО (двух давлений) с радикальным.повышением экономичности без замены физически пригодного оборудования .путем перекотуникащш тепловой схаш.

Использование избытка пяра ТВ2Р в неотопительннй период решается подачей его в патрубки производственного отборе турбин 1'Щ при давлении пара порядка 1 Ша вшего сооружения дорогостоящих и малоэконотчных утилизационных ТЩ (ТУЭС) на давлении пара 3,5-4 Ша.

Наиболее рациональное сочетание способов использования ТВ5Р, показанное на схеме рис.1, отвечает наибольшей экономии топлива.

Рис.1, Рациональная очередность использования ТВЭР тгв.д.» ТГс,д# - турбогенераторы на Р = £ и 3,5 Ша соответственно; ТКс.д. - турбокомпрессор с турбиной на Р до 3,5 Ша; Кв.д.» кс.д. - паровые котлы на Р = 10 и 4 Ша соответственно; ПЕ, ПЕ' - газовый и паровой пароперегреватели.

Сравнительный анализ существующих схем использования тепловых ВЭР с сетевой водо^в сети районного топлоснабкения - последовательной и параллельно-последовательной - показывает, что они эффективно применимы при расположили основного теплоисточника в районе. Если ке основным источником теплоскабганпя является предпреттие (ГВЕР и теплофикационные турбшш), то необхо-

дама новая схема.

'3 качестве такой схемы предло;хена блокировочная, осуществляющая связь районной котельной (или ТЕЩ города с теплоисточниками предприятия. Особенности схеш: передача в район с теплотой TBSP (на ГЯС) также и теплоты от теплофикационных турбин ТЭЦ предприятия (на ОБ) ; нагрев обратной сетевой воды тепловыми БЭР за основными подогревателями ТЩ; высокая (в основном не менее 150°С) и стабильная температура ее; минимальные капитало-влзжешш на соединительные теплосети.

На схею (рис.2) звенья нагрева, соответственно использующие: I - низкотемпературные TBSP - с^.-г ;2 - теплофикационные отборы турбин - <}-г.о ; 3 - пар противодавления теплофикационных пиковых турбин (P-I2-35/4) - Cjr.n ; 4 - высокотемпературные ТВ2Р - CjS.r . Некоторые звенья (I, 3) могут отсутствовать. ВК -водогрейные котлы районной котельной; СН^ - ее сетевые насосы; СНц, CHjj - сетевые насосы предприятия. ( G1+C1) - расход сетевой вода для района, a Cj - ответвляемой на предприятие для нахрева до температуры t-r ; tn и t0 - температуры подагацей и обратной воды в городской сети. На рис.2б - Кн - конденсаторы турбин; ЕЛ - водоподготовка.

В работе приведена аннотация на разработку теплоснабжения прошентра Кривой Рог, где впервые приганены блокировочная схема и использование пара ТВЗР в проточной части турбин ТЗД.

Оптимизация расчета блокировочной сети по наружной температуре показала, что при расчете блокировочной сети на наруйную тсмпэратуру выше расчетной , т.е. to 4 to , дополнительно сникаетоя расход воды, ответвляемой на предприятие G-* < G-2 с возможностью уменьшения диаметра сети dx< d или

Ог. СНп

ОиО-г г

СНк

I

а

г*

ПРЕДПРИАШИ!

Ьат Т^тр ТЧтЛСНп И\т

А) СНп

Рис. 2. Блокировочная схема передачи теплоты от теплоисточников предприятия в город: а)пря закрытой системе ГВС; б) при открытой - 9 -

расхода энергии на перекачку теплоносителя, но возможно недоио-пользованиэ теплоты теплофикационных отборов турбин дОн в интервале от тЗзс до Т?р . ■

На рис.3 представлены для климатических условий Уральского промрегиона слева , график температуры воды и ^т при расчете сети на ^ (для 1?р ) и на 11* (для ). Справа - график по длительности стояния т)" за время отопительного периода По.п и график отпуска теплоты в город - С| при расчете сети на 1о .

Недоиспользование теплоты, отцгскаемой в город от теплофикационных отборов турбин, при определяется заштрихованной площадкой •

брн - 9^») ^ (царь))

Установлена связь мезду. ^ , - и д (Зн при различных

Д. ЭС «1. Р

значениях = 36(37); 40; 45; 50; 55° С и 1т = 140; 160; 180° С для климатических условий Уральского и Сотого (Украинского) промрегионов.

Из графика рис.4 видно, что максимальная величина отношения дС|и /с^ • п о,п отвечает наименьшим значениям ^ , и наиболее суровым климатическим условиям.

Б большом числе случаев если система теплоснабжения города и предприятия базируется на общей ТЕП, недоиспользованную в -системе теплоснабжения городского района теплоту л С)н можно перебросить в систему геплосиабкешш предприятия и недоиспользование будет д.0нп_ при ^ близкому 0. В иных случаях такок возможности нет .и у -=1.

- 10 -

tí = /40°С при tfx tr

tno

Si-

tie

■or

Уральский промоегион

tr -140°с tí - 40°С

9i«Crzc(t?-t?)

t? -ti

- ur L0

ДП,

o.n

—¡ 04

-03

■ 0.2

Яг. мвт

1.0 h o.íi oa 0.7 03 0.5

■СИ

-30-3+ 1000 гООО ЗООoVx 4000 5000 Э832

S7 Wvïhô -го

Рис. 3. Графики tT дО_н в зависимости от

fr

1_\ ... , _I_1-,_I.. ,I

-5 -г -8 -13 . -19 -25

Рис. 4. Зависимость

для : • • • . . Уральского нромрэгиона _— — Кйшого пронфегиона

Величина коэффициента переброски недоиспользуемой теплоты -определяется соответственно графиками рис.5. Трафики покрытия тепловой нагрузки городского сектора (рис.5а) и предприятия

(рис.56) построены для коэффициента теплофикации оС- ^оР^- ,

н

где - суша предназначенных для предприятий С|вт и ;

расчетная нахрузка на ОВ и ПЗС промрайона.

Значение у в зависимости от исходных условий: при

ЧпI» / Яг.о * 0,45; АС]™о I; Д$н.п = 0; ^ = О (на

рис.56 - кривая лс]т.о - * соответствует лЯт"/Л9™Х = I»

/ЯРГ.С = 0,45). В этом случае = 1?и . ^ „Р / „Р « .. пЛп / птах __

При Чпр / Яг.с< 0,45; ЛС|Т,0 < I дС)нп?0

ц-ДОм О ¿и - 0,025 (кривая 2 соответствует

о дОн р / р

д^пчп 0,75; ^пр/Ягс3 ~ меньшее вряд ли реально).

Если отпуск теплоты в гор о а и на предприятие производится от разных взаиыоудалбННых ТЗЦ и переброска теплоты исключается,* = I, а д()н.п= л Q н .

- В этом случае значение определяется технико-экономи-

ческим расчетом по максимальной величине экономического эффекта, 'определяемого выражением

Э = Е н' А.к + лС - л Б-,

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовлояя-ний; д. К - уменьшение капиталовложений за счет с1к< с1 , руб.; дБ - количество топлива, компенсирующее дОн »т усл.топ./год; д. С - изменение расхода на перекачку теплоносителя^; ^ад" за~ мыкающие затраты на единицу перерасходованного топлива, руб/т усл. топ.

Возможны два'варианта: 1-е уменьшением диаметра, с/я< с] ; П - с неизменным диаметром, с!^ = с| • - 13 -

Рис. 5. Графики тепловой нагрузки ОВ и ГВС : а Городского сектора; б) предприятия

Штодика расчета подробно разработана, дополнена программой для ЭВМ, проиллюстрирована конкретными примерами.

При ^ = 0; Ц-а и = 36 ( 37° С); при у, = I:

для I варианта 11о - 50° С, для П - несколько выше.

основные: вывода

1. Сравнительный анализ схем использования тепловых ВЭР на районную теплосеть - параллельной, последовательной и параллельно-последовательной - показывает, что они эффективно применимы при размещении основного теплоисточника в районе, но не подходят, если он в виде ТВЭР и теплоты от теплофикационных турбин находится на предприятии. В этом отвечающем исходно!,у условию темы случае необходимо создание новой схемы.

2. Разработана новая - блокировочная схема, обеспечиванцая передачу теплоты ТВЭР (на горячее водоснабжение) и избытков теплоты от теплофикационных турбин (на отопление) от предприятия

к районным котельным города (превращаюцихся в пиковые) при минимальных затратах на соединительные сети. Остальные характеризующие черты схемы: нагрев обратной сетевой вода тепловыми ВЭР за основными подогревателями ТЭЦ; высокое значение и стабильность ее температуры.

3. Разработана методика определения наруяной температуры, оптимальной для расчета блокировочной схеш (шншум капиталовложений и расхода энергии на перекачку теплоносителя) с учетом многообразия влияющих факторов.

4. Заново решенным вопросом является использование избыт- • ка пара ТВ5Р с давлением порядка I Ша в неотопительный период предложенным способом подачи в патрубск производственного отбо-

ра аурбш ТЭЦ предприятия (а.с. ¿i I6I2097) вместо сооружения дорогих теплоутилизационных ТЗД.

5. Решена задача выбора по у словив наибольшей эффективности способов использования тепловых BSP кавдого вида при теплоснабжении прощенгра в соответствии о иоходкыш данными о разработкой результативной схемы.

6. Результаты работа пришнены с болышш экономическим эффектом в разработке оптимальной схемы теплоснабжения промцэнт-ров черной металлургии (по тематика ПиП СССР). Для одного из них (Криворожского) экономя условного тсшшва за счет применения блокировочной схемы и использования пара ТВЗР в проточной части турбин ТЗЦ - 270 тыс.т в год. Материалы теш использованы в учебном пособии (Колобков П.С. Использование тепловых вторичных энергоресурсов в теплоснабжении; Учеб.пособ. Харьков: Изд-во Основа при НУ, IS9I. 221 с.) и учебном процесое по специальности 2S07.

Основное содержание диссертации отражено в следующих ' публикациях:

1. Колобков П.С., Краоненко Т.Н. Основные положения по проблею использования тепловых вторичных энергоресурсов в теплоснабжении промышленных центров //Изв. вузов. Строит, и архигект.

. IS8B.- К II.- C.SB-S7.

2. Колобков П.С., Николаенко В.Е., Демин В.Ы., Краснен-

ко Т.Н. Применение в теплоембжении турбин на паре тепловых вторичных энергорэсурсов //Сб. науч. тр. Вопросы теплообмена в строительстве.- Ростов-на-Дону: Рост, инж'.-строит. ин-т, 1989,-C.S3-S6.

3.'Колобков П.С., Николаенко В.Е., Демин В.М., Краснен-

ко Т.И. Возможности увеличения турбогенераторной мощности заводских энергостанций при тех же котлах за счет использования тепловых ВЭР //Тез. докл. к зонально од ссм. Пути повышения эффективности и надежности систем теплоснабжения и теплопогребления. Пенза, IS8S.- С.З£-40.

4. Колобков П.С., Красненко Т.И. Схеш использования тепловых вторичных энергоресурсов в сети районного теплоснабжения

// Referat/ gosci ЬопогоиусЬ. У Konferencija naukowa wydzialu budownictwa ladowego polttecimiki Poznanbkiej.-MaJ 1990. - 3. 135 - 141.

Б. Колобков П.С,, Ленин В.М., Красненко Т.И., Николаенко В.Е., Переверзев В.А. Использование в неотопительнкй период пара теплоЕых ВЭР с давлением I Ша в проточной части турбин заводских TSC, ПВО //Изв. вузов. Энергетика. ISSO.- J3 I.- С.107-110,

6. Колобков П.С., Красненко Т.И. Выбор схеш использования ■хэплввых вторичных энергоресурсов отводом. теплоты с сетевой водой //Изв. вузов. Строит, и архитект. 1290.- J" I.- C.G6-7I.

7. Колобков П.С,, Красненко Т.И. Блокировочная схема завод- " ских теплоисточников с городскими котельными //Сб. науч.тр. Оптимизация систем теплоснабжения и вентиляции аграрно-проыышлен-ного номплвкса. Ростов-на-Дону: Рост. шея.-стр. ин-т, К£С,-

С.42-44.

8. Красненко Т.И. Коммуникационные варианты блокировочной схемы заводских теплоисточников с городскими котельными //Там лее.- С.82-84.

5. Колобков П.С., йи!Н В.М., Николаенко В.Е. 1фаснен-

ко Т.Н., Переверзев З.А. Способ утилизации вторичных энергоресурсов // A.c. СССР Jj ISI2CS7.0T 08.12.68.

10. Красненко Т.Н. Сравнение схеи использования тепловых вторичных эннргоресурсов в сети районного теплоснабжения //Сб. науч.тр. Оптимизация систем теплоснабжения и вентиляции аграрно-прошшлеиного комплекса. Ростов-на-Дону: Рост, шгс.-строиг. ин-т, 1££0,— С.114-120.

УСЛШШ СГОЗШШНШ II СОКРАЩЕНИЙ

с/ - диаметр трубы, м; й - расход воды, кг/с, т/ч; По г1 -длительность отопительного периода, ч/гсд; Р - давление, Ша; б] - тепловой поток, т.е. часовое количество теплоты, ЧВг; 0 -годовое количество теплота, '.Вт.ч/год; t - температура сетевой води, °С: , - при переходной (8°С) и расчетной для отопления температурах нарузкного воздуха; tт - нагретой на предприятии; -¿и - излом температурного графика; ск - коэффициент теп-лойикаши; $ - температура наружного воздуха, °С; - расчетная для отопления; - переходная; - при изломе температурного графика; ^ - температура покрытия. '

ГЗС - горячее, водоснабжение; ОБ - отопление и вентиляция; ПВС -паровоздуходувная станция;.Щ - питательный цикл (подогрей и деаэрация) ; Рц - регенеративный цикл турбины; ТВЭР - тепловые вторичные .энергетические ресурсы; ИТ, Р - типы турбин (с произвол- • ственнкм и теплофикационными отборами пара, с противодавлением); ТН - технологические нузды; Т/ЗЧ - теплоутилизационная электростанция; Т2Ц - теплоэлект:роЕ.ентраль.

Никние индексы относятся: в.г -к ТВЭР; г.в - к горячему водоснабжению; т.н - к технологическим нуждам; т.о - к теплофикационным отборам турбин; к - к котельной; т.п - к турбинам с противодавлением; п - к сетевой воде в подащем теплопроводе; о - то'?;;е в обратном; в.д - к высокому давлению; о.д - к среднему; н - к недоиспользованию теплоты; пр - к предприятию; г.с -к городское сектору; 2 - к часовому выходу теплоты предприятия на теплоснабжение города и к расходу сетевой воды, ответвляемой на предприятие для нагрева.

У3*