7.3. Технологическое оборудование центрального теплового пункта на территории котельной Приморского района г. Вилючинска
Проект системы геотермального теплоснабжения г. Вилючинска предусматривает использование существующей магистральной и распределительной тепловой сети и части существующего теплогенерирующего оборудования котельной Приморского района (паровых котлов, пароводяных подогревателей сетевой воды, сетевых насосов и др. оборудования).
Для обеспечения проектной тепловой нагрузки 75 Гкал/ч системы геотермального теплоснабжения необходимо создать центральный тепловой пункт преобразующий теплоту геотермального источника в теплоту сетевой воды, обеспечивающей отопление и горячее водоснабжение потребителей. Как показано выше потребная пиковая мощность для догрева сетевой воды в отопительный максимум составляет 31,7 Гкал/ч, которая может быть обеспечена пятью существующими паровыми котлами ДКВР-10-13, с тепловой мощностью 6,2 Гкал/ч каждый. Эти котлы переводятся в резерв для покрытия пиковых нагрузок. Остальные 3 паровых котла демонтируются. Освободившееся в котельной место может быть использовано для размещения оборудования ЦТП.
Состав технологического оборудования центрального теплового пункта включает в себя теплообменники для термальной, сетевой и подпиточной воды, сетевые насосы и насосы промежуточного циркуляционного контура, а также 3-х ступенчатую теплонасосную установку, состоящую из нескольких агрегатов. Оборудование ЦТП обвязано трубопроводами и оснащено необходимой запорно-регулирующей арматурой, средствами измерений и автоматики.
7.3.1. Теплообменники
Технологическая схема центрального теплового пункта системы геотермального теплоснабжения г. Вилючинска (рисунок 7.3) включает три теплообменных аппарата в контуре термального теплоносителя ТО-1, ТО-2 и ТО-3. Кроме того в технологической схеме используются теплообменники тепловых насосов (испарители и конденсаторы) а также пароводяные подогреватели сетевой воды, установленные в котельной и задействованные в современной схеме теплоснабжения г. Вилючинска. Конденсаторы и испарители тепловых насосов входят в комплектацию этих агрегатов и не требуют специального выбора. Сетевые подогреватели, входящие в состав котельных, также могут быть использованы для пикового догрева сетевой воды, поскольку их тепловая мощность и характеристики достаточны для использования в реконструируемой системе теплоснабжения.
Выбор тепловой мощности теплообменников ТО-1, ТО-2 и ТО-3 определяется максимальной мощностью, необходимой для обеспечения требуемого температурного режима тепловой сети при любых температурах окружающего воздуха, соответствующих климатологическим данным и максимальной присоединенной нагрузке.
Как видно из расчетных режимов для различных температур воздуха, мощности теплообменников могут увеличиваться и уменьшаться, причем с ростом температуры воздуха рост нагрузки ТО-1 сопровождается :снижением нагрузки ТО-2.
Расчетные нагрузки теплообменников ТО-1, ТО-2 и ТО-3 при различных температурах представлены в таблице 2.7.5. Здесь же определены максимальные расчетные нагрузки теплообменников.
Как видно из приведенных результатов расчетов, максимальная мощность теплообменников ТО-1 составляет от 22 до 30 МВт. Промышленностью выпускаются пластинчатые теплообменники такой единичной мощности, однако, расходы теплоносителей обычно ограничены величиной до 1000 м3/ч. В связи с тем, что максимальный расход сетевой воды, протекающей через теплообменники, составляет до 2200 м3/ч, предлагается устанавливать несколько параллельных теплообменников.
Предлагается в качестве ТО-1 установить три параллельных пластинчатых теплообменника мощностью по 10,00 МВт каждый, для ТО-2 установить два параллельных пластинчатых теплообменника мощностью по 12,10 МВт каждый и для ТО-3 установить два параллельных пластинчатых теплообменника мощностью по 10,95 МВт каждый.
Таблица 7.5 - Расчетные нагрузки теплообменников ТО-1, ТО-2 и ТО-3 при различных температурах окружающего воздуха
Теплообменник
|
Тепловая мощность ТО при температуре оС окружающего воздуха,
Гкал/ч
|
Макс.
мощность ТО,
Гкал/ч (МВт)
|
|
минус 20 ̊С
|
минус15 ̊С
|
минус10 ̊С
|
минус
5 ̊С
|
минус
2,1 ̊С
|
плюс 0,6 ̊С
|
плюс 8 ̊С
|
более
плюс 8 ̊С
|
|
ТО-1
|
4,51
|
9,18
|
14,15
|
19,28
|
22,7
|
25,49
|
14,68
|
6,4
|
25,5(30,0)
|
ТО-2
|
20,79
|
19,13
|
17,37
|
15,54
|
14,33
|
13,35
|
13,35
|
9,6
|
20,8(24,2)
|
ТО-3
|
12,43
|
17,01
|
18,86
|
10,04
|
4,74
|
0,00
|
0,00
|
0,00
|
18,9(21,9)
|
На сегодняшний день на рынке теплообменного оборудования имеется достаточно широкий выбор пластинчатых теплообменников. Необходимо подчеркнуть, что представленные данные получены сугубо для оценки конъюнктуры рынка пластинчатых теплообменников и не привязывают дальнейшее развитие по работе к какому-то определенному поставщику
На рисунке 7.25 представлен чертеж пластинчатого теплообменника «МАШИМПЕКС» серии NT.
Рисунок 2.7.25 - Пластинчатые теплообменники «МАШИМПЕКС» серии NT
Было рассмотрено 2 варианта решений по выбору пластинчатых теплообменников. Один вариант предполагает использование пластин теплообменников из титанового сплава, а другой из нержавеющей стали.
Как следует из химического состава, термальная вода содержит хлориды, концентрация которых составляет около 100 мг/л, вследствие чего имеется опасность коррозионного растрескивания пластин из нержавеющей стали, поэтому была рассмотрена возможность теплообменников с пластинами из титанового сплава. Как видно из предложений цена титановых теплообменников в 4 раза выше цены теплообменников из нержавеющей стали.
С учетом того, что температуры воды невысоки, а теплообменники будут проходить ежегодный профилактический ремонт с разборкой и очисткой пластин от солеотложений, для дальнейшего рассмотрения и учета в сводном расчете стоимости строительства приняты теплообменники с пластинами из нержавеющей стали.
В качестве ТО-1 предложено использовать три пластинчатых теплообменника NT250SHV/B-10/275. Материал пластин – сталь AISI316. Тепловая мощность каждого теплообменника 10,00 МВт, при теплопередающей поверхности 256,62 м2 каждого теплообменника из 275 пластин,.
С одной стороны через теплообменник будет проходит геотермальная вода с Верхне – Паратунского месторождения, с другой - сетевая вода системы теплоснабжения г.Вилючинска. Схема движения теплоносителей – противоток.
Присоединительные патрубки с условным диаметром прохода 250 мм. Толщина набора пластин 1004 мм.
Масса одного теплообменника без воды 3207 кг.
В качестве ТО-2 предложено использовать два пластинчатых теплообменника NT250SHV/B-10/231. Тепловая мощность каждого теплообменника 12,10 МВт, при теплопередающей поверхности 215,26 м2 каждого теплообменника из 231 пластин.. Материал пластин – сталь AISI316. С одной стороны через теплообменник проходит геотермальная вода с Верхне – Паратунского месторождения, с другой - подпиточная вода с артезианского водозабора г.Вилючинска. Схема движения теплоносителей –противоток.
Присоединительные патрубки с условным диаметром прохода 250 мм. Толщина набора пластин 843 мм. Масса одного теплообменника без воды 2975 кг.
В качестве ТО-3 предложено использовать два пластинчатых теплообменника NT250LHV/B-10/361. Тепловая мощность каждого теплообменника 10,95 МВт, при теплопередающей поверхности 514,75 м2, каждого теплообменника из 361 пластины Материал пластин – сталь AISI316 обеспечивает теплообмен между геотермальной водой и водой промежуточного контура.
Присоединительные патрубки с условным диаметром прохода 250 мм. Толщина набора пластин 1318 мм.
Масса одного теплообменника без воды 4819 кг.
7.3.2. Тепловые насосы
В России, (в СССР) первые теплонасосные установки появились в 1972 году, когда лаборатория натурных испытаний Института теплофизики СО АН СССР запустила на Камчатке первую в СССР теплонасосную станцию. В те времена словосочетание «тепловой насос» было малоизвестно, хотя в мире уже тогда работало около 100 000 ТН, правда, в основном, малой мощности (от 10 до 20 кВт). Сегодня и тепловые насосы широко распространены и в мире их сейчас работает уже около 40 млн. штук. Следует отметить при этом, что, как правило, это тепловые насосы имеющие невысокую температуру конденсации (обычно не выше 65 ̊С), которые применяются в системах кондиционирования воздуха.
Преимущественно в мире (более 95%) используются парокомпрессионные ТН, которые различаются по термодинамическим циклам - в основном это циклы Ренкина, Стирлинга, Брайтона, по типу компрессоров - поршневые, винтовые и турбокомпрессорные, по степени герметичности - герметичные, бессальниковые и сальниковые.
Рабочий цикл парокомпрессионного ТН иллюстрирует рисунок 7.26.
Тепло от низкопотенциального источника поступает в испаритель ТН, где отдает свое тепло рабочему телу, например фреону. Образовавшийся пар фреона при сжатии в компрессоре нагревается до 80 ̊С и поступает в конденсатор, где, конденсируясь, отдает свое тепло в систему отопления. Затем жидкий, но еще горячий фреон в теплообменнике отдает тепло холодной воде, нагревая ее до уровня, необходимого для горячего водоснабжения.
Рисунок 7.26 - Схема работы парокомпрессионного теплового насоса
Охлажденный жидкий фреон поступает в дроссель, где дросселируется до давления, при котором фреон переходит в парообразное состояние при температуре низкопотенциального источника, и цикл повторяется.
Эффективность теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования
= Q / Nе ,
где Q – тепло выдаваемое тепловым насосом, а Nе –мощность, затраченная на привод компрессора.
В России лидером по поставке мощных тепловых насосов является ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск). Особенностью их продукции является возможность получения на выходе из ТНУ воды с высокой температурой (до 80оС).
Приведенные выше принципиальные тепловые схемы системы теплоснабжения представлены для удобства в упрощенном варианте, с трехступенчатой теплонасосной установкой (ТНУ). С целью повышения эффективности работы ТНУ целесообразно ее разбиение на большее число ступеней, каждая из которых представляет тепловой насос со своими параметрами в испарителе и конденсаторе.
Предлагается использовать от 7 до 8 тепловых насосов типа НТ-6000 с полезной тепловой мощностью от 2,96 Гкал/ч до 6,48 Гкал/ч, включенных последовательно по сетевой воде.
Тепловой насос НТ-6000 состоит из двух компрессорных агрегатов АТ 1100-4 и агрегата испарительно-конденсаторного АИК.
Общий вид агрегатов компрессорного и испарительно-конденсаторного представлен на рисунках 7.27 и 7.28.
7.3.3. Сетевые, подпиточные и циркуляционные насосы
Циркуляция сетевой воды в системе теплоснабжения г. Вилючинска осуществляется в настоящее время сетевыми насосами входящими в состав котельных районов Приморский и Рыбачий. Кроме того, для восполнения утечек в сети и расхода ГВС установлены подпиточные насосы. Характеристики сетевых и подпиточных насосов соответствуют сети теплоснабжения.
Проектом предполагается использование существующих питательных и подпиточных насосов, расположенных в здании котельной.
Для обеспечения циркуляции в промежуточном контуре для передающем тепло от геотермального источника к испарителям теплонасосных установок предусмотрены циркуляционные насосы.
Расход теплоносителя промежуточного контура составляет 800-900 м3/ч
Предлагается для промежуточного контура использовать насосы типа Д-320-50 с подачей 320 м3/ч и напором 29 м производства ПО «Ливгидромаш» в количестве 4 шт. в том числе 3 рабочих и 1 резервный. Мощность электродвигателей каждого насосного агрегата – 40 кВт.
Рисунок 7.27 - Тепловой насос НТ-6000. Общий вид компрессорного агрегата
Рисунок 7.28 - Тепловой насос НТ-6000. Общий вид испарительно-конденсаторного агрегата
7.3.4. Пиковые котлы и сетевые подогреватели
Система геотермального теплоснабжения г. Вилючинска предполагает использование, для снятия пиковых нагрузок, существующих паровых котлов ДКВР-10-13.
Тепловые расчеты системы готермального теплоснабжения, результаты которых приведены выше показывают, что при расчетной мощности системы равной 75 МВт, достигаемой при температуре воздуха минус 20,0 оС, максимальная пиковая тепловая нагрузка, покрываемая котлами, составляет 31,7 Гкал/ч.
При тепловой мощности котла ДКВР 10-13 составляющей 6,2 Гкал/ч потребуется использование пяти котлов.
Догрев сетевой воды до требуемых по температурному графику 95,0 ̊С производится в пароводяных сетевых подогревателях – бойлерах. В котельной установлено 8 таких бойлеров, суммарная мощность которых достаточна для подогрева сетевой воды в системе геотермального теплоснабжения в периоды пиковых нагрузок.
|
