哈工大-供热工程-第十五章.ppt

第十五章 集中供热系统的热源 n热源：在热能供应范畴中，凡是将天然或人造 的含能形态转化为符合供热系统要求参数的热 能设备与装置，通称为热源。 n本章内容： n15-1 热电厂 n15-2 区域锅炉房 n15-3 其它热源形式 15-1 热电厂 n热电厂是联合生产电能和热能的电厂。联合生产电能和 热能的方式，取决于采用供热汽轮机的型式。 n一、基本热电循环 n 热平衡：输入100% n 锅炉热损12%； n 冷凝器热损失54%； n 发电输出34% n 图15-1基本热电循环原理图 n n n n n 二、背压式汽轮机 图15-2 背压式热电循环图 (a)工作原理图，(b)T-S图 1-锅炉；2-过热器；3-蒸汽汽轮机 4一发电机；5-热用户；6-给水泵 图15-l(a)为背压式汽轮机的工 作 原理示意图。图15-l(b)为其热 力 循环的温熵(T-S)图。其中，1-2 表示过热蒸汽在汽轮机内的绝 热 膨胀过程2-3表示过热蒸汽在外 用户的凝结放热过程; 3-4表示 水 在锅炉中由未饱和水受热成为 饱 和水的定压加热过程;4-5表示 饱 和水在锅炉内的定压汽化过程; 5-1表示饱和蒸汽在过热器内定 压加热成为过热 蒸汽的过程。 面积1673451表示蒸汽从热源吸热量；面积 123451为转变为电能的热量；供应热用户的热量等于 面积26732 。 n 由此可见，如不考虑动力装置及管路的热损失， 理论的背压式热电联合生产的热能利用率为100。 n 背压式汽轮机的热能利用效率最高，但由于热、 电负荷相互制约，它只适用于承担全年或供暖季基本 热负荷的供热量。 n 近年来，一些大型的以供暖为主的集中供热系统 也开始采用背压式汽轮机组，供暖季运行，非供暖季 停运，也取得了较好的经济效益。 三、抽汽式汽轮机 图15-3 单级可调抽汽式汽轮发电机组原理图 图15-4双抽式供热汽轮机的热力系统示意图 A-高压可调节抽汽口；B-低压可调节抽汽口 L-锅炉；2-蒸汽汽轮机；3-发电机；4-主加热器(基本加热器)；5-高峰加热器；6、7，25-减压加湿器 ；8-膨胀箱；9-凝结水泵；10-除氧器；11-水处理站；12-给水泵；13-网路补给水泵；14-网路补水压 力调节器；15-网路循环水泵；16-除污器；17-低压预热器；18-高压预热器；19-凝结水泵；20-锅炉 给水泵；2l-凝结水泵；22-射流预热器；23-膨胀箱；24-冷凝器 n 抽汽式汽轮机的最大优点是抽汽量的多少不影响 额定发电功率，亦即热、电负荷不相互制约，因而运 行灵活。但由于热力循环过程中仍有冷凝器的冷源损 失，热能利用效率低于背压式机组。特别是当抽汽量 减少时，为了保证额定发电功率，进入冷凝器的汽量 增多，冷源损失增加l而且，由于抽汽式汽轮机增设了 节流机构以调节抽汽量，汽轮机内的相对内效率降低 ，甚至比同参数，同容量的纯凝汽式机组的相对内效 率低。 四、抽汽背压式汽轮机 n 图15-5所示为带有抽汽的 背压式汽轮机原则性热力系 统图。汽轮机全部排汽，通 常用来加热网路水，同时还 从中间抽出较高压力的蒸汽 供应工业热用户。抽汽背压 式机组与背压式机组相比， 在供热上具有一定的灵活， 但这种机组仍属于背压式机 组的范畴，热、电负荷相互 制约的缺点仍不能克服。 图15-5 抽汽背压式汽轮机供热系统示意图 1-蒸汽锅炉；2-抽背式汽轮机；3-发电机； 4-主加热器； 5-高峰加热器； 6-除污器；7-补给水泵；8-补水压力调节 器；9-网路循环水泵；lO-回热装置； ll锅炉给水泵 五、凝汽式汽轮机改造 除了采用供热汽轮机组进行热电合供外，凝汽式汽轮机也 可以改装为供热机组，把单纯发电的凝汽式发电厂改为热电 厂。国内目前主要有两种改造方法：一种是在汽轮机的中间 导汽管上抽出部分蒸汽向外供热，另一种方法是使凝汽机组 在供暖期间降低真空运行(称为恶化真空)，把冷凝器作为热 网回水加热器，用热水网路的循环水供暖。无论采用哪种方 法，都降低了机组的发电功率，降低了年总发电量，但由于 实现了热、电联产，提高了电厂的热能利用效率。图15-6 所示为采用恶化真空式供热的原则性示意图。运行时将凝汽 式汽轮机的排汽压力，从原来的4-6kPa提高到 49kPa(O.5ata)，由于冷凝器内真空度降低，在冷凝器中可 将热水网路回水加热到70-75。网路回水一般按50-55设 计。网路温差约为20左右。但采用循环水供热后，原电 厂的发电功率下降，一般减少15-25。同时，供水温度 低，供，回水温差小，外网管径较粗。 图15-6 汽轮机恶化真空式运行的供热系统(循环水供热)示意图 1-蒸汽锅炉； 2-凝汽式汽轮机； 3-发电机； 4-网路循环水泵； 5-补水压力调节器； 6-除污器； 7-补给水泵； 8-冷凝器(热网换热器) ；9-凝结水泵； 10-回热装置； 11-锅炉给水泵。 15-2 区域锅炉房 n 区域锅炉房是城镇集中供应热能的热源。虽 然它的热效率低于热电厂的热能利用效率，但区 域锅炉房中使用燃煤锅炉的热效率也能达到80 以上，比分散的小型锅炉房的热效率(5060 )高得多。此外，区域锅炉房与热电厂相比，共投 资低，建设周期短，厂址选择容易。因此，区域 锅炉房同样是城镇集中供热的最主要热源型式之 一。 n 区域锅炉房根据其制备热媒的种类不同，分 为蒸汽锅炉房和热水锅炉房。 一、蒸汽锅炉房 n1单一蒸汽热媒的蒸汽锅炉房 n2.同时供给汽、水两种热媒的蒸汽锅炉房 n根据蒸汽锅炉房集中制备热水的方式不同，分为： n采用集中热交换站的型式 n采用蒸汽喷射装置的型式 n采用淋水式换热器的型式 （1）采用集中热交换站换热 采用集中热交换站的热源型式， 具有如下的主要优点： 利用热水供暖代替蒸汽供暖，系 统的热能利用率高，节约能源。 凝结水回收率高，水质易于保证 ，因而能较大地减少水处理设施 的投资和运行费 热交换站设在锅炉房内或附近， 管理方便，运行也安全可靠。 它的主要缺点是： 建筑及设备的投资较大I 与利用热水锅炉直接制备热水的 型式相比，。蒸汽锅炉需要定期 和连续排污，热损失较大。 图15-5设置集中热交换站的供热系统示意图 1-燕汽锅炉；2-分汽缸；3-减压阀；4-凝结水箱； 5-汽水换热器；6-凝结水冷却器；7-热网循环水泵 ； 8-热水网路补给水泵，9一锅炉绘水泵l 10一疏水器 （2）采用蒸汽喷射装置加热(利用膨胀水箱定压) 图15-6蒸汽喷射系统示意图(利用膨胀水箱定压) 1-蒸汽锅炉；2-分汽缸； 3-蒸汽喷射器；4-热用户； 5-给水箱；6-给水泵； 7-除污器；8-膨胀水箱。 采用蒸汽喷射装置加热(利用压力调节器定压) 图15-7蒸汽喷射系统示意图(利用压力调节器定压) 1-蒸汽锅炉；2-分汽缸； 3-蒸汽喷射器；4一热用户； 5-给水箱；6-给水泵；7-除污 器；8-回收凝水的压力调节器 9-补水的压力调节器 （3）采用淋水式换热器加热 图15-8蒸汽锅炉房设置淋水式换热器的示意图 1-蒸汽锅炉；2-减压阀 ；3-淋水式换热器；4- 混水器；5-网路循环水 泵；6-除污器；7-补水 压力调节器；8-补给水 泵； 9-锅炉给水箱；10-锅 炉给水泵；ll-淋水式 换热器的下部蓄水箱； 12-淋水盘；13-电磁阀 一、热水锅炉房 n热水供热系统的定压，通常多在热源处 实施。热水锅炉房的集中供热系统按系 统定压方式主要有下列几种方式： n 采用高架水箱定压 n 采用补给水泵定压 n 采用气体定压 n 采用蒸汽定压 （1）采用补给水泵定压 止回阀5-防止缓解锅炉汽化； 将回水管的总阀门8关闭，缓慢 开启锅炉顶部集气罐2上的放 气阀排汽，也可以缓慢开启放 水阀9，使系统放水。随着锅 炉压力下降，上水经止回阀5 流进热水锅炉，从而缓解由于 炉膛余热引起的炉水汽化 止回阀6-防止水击； 止回阀4-防止用户倒空 利用上水压力对网路和用户定压 图15-9热水锅炉房采用补给水泵连续补水定压 （2）采用氮气定压 吾 图15-10 氮气定压方式的原则性系统图 1-氮气瓶；2-减压阀；3-排气阀；4-水位控制器； 5- 氮气罐；6-热水锅炉；7、8-供、回水管总阀门；9-除 污器；lO-网循环水泵；ll-补给水泵；12-排水阀的电 磁阀；13-补给水箱。 （3）蒸气定压 n蒸汽定压比较简单，目前在工程实践上，有下面几种 型式。 n蒸汽锅筒定压方式; n外置蒸汽罐的蒸汽定压方式; 采用淋水式换热器的蒸汽定压方式。 蒸汽锅筒定压方式 图15-11所示为采用蒸汽锅筒定压的方式的热水供热系 统原理图。热水锅炉通常是满水运行的。采用蒸汽锅 筒定压时，锅炉是非满水运行的，可利用蒸汽锅炉改 装而成或采用蒸汽-热水两用锅炉。 图15-11 蒸汽锅筒定压方式系统图 1-蒸汽、热水两用锅炉;2-混水器;3、4-供 回水总阀门；5-除污器；6-网路循环水泵； 7-混水阀；8-混水旁通管；9-补给水泵；10 锅炉省煤器；11-省煤器旁通管 图15-12 混水器（图15-11中2） 该热水供热系统的定压是靠 锅筒蒸汽空间的蒸汽压力p来 保证的。 图15-13是该蒸汽锅筒定压的 热水供热系统的水压压图可 见，为了防止用户处发生汽 化，锅筒汽空间的必须大于 下列三项之和，即 (1)从锅筒到最远或最高用户 顶部的供水管路压降； (2)该用户与锅筒水位的标高差 ； (3)计算温度下的饱和压力。 图15-13 蒸汽锅筒定压的热水供热系统水图 蒸汽锅筒定压系统的优点： (1)系统定压采用锅炉加热过程伴生的蒸汽来定压，经济简 单，无须复杂的设备 (2) 因突然停电而产生的系统定压和补水问题，比较容易 解决。运行时锅炉内部即使出现汽化，也不致出现炉内局 部汽水冲击现象。 (3) 一炉两用，可以同时或分别应供蒸汽和热水。 蒸汽锅筒定压的热水供热系统的缺点： (1)用来定压的蒸汽压力高低，取决于锅炉的燃烧状况。如 锅炉燃烧状况不稳定或不好，就会影响系统的压力状况。 (2)如运行管理不善，操作不当，锅炉出现低水位时，蒸汽 易窜入网路，