Либерман - Справочник по проектированию котельных систем централизованного теплоснабжения (1979)

Либерман Н. Б. Справочник по проектированию котельных  установок систем централизованного теплоснабжения: (Общие вопросы проектирования и основное  оборудование).1979.

Справочник содержит основные технологические нормы  проектирования тепломеханической части котельных установок и  рекомендации по проектированию их отдельных узлов. Изложены порядок  выполнения проектов, их содержание и объем. Приведены сведения об основных типах котлоагрегатов и топочных устройств, даны  рекомендации по их выбору.

Книга рассчитана на специалистов, работающих в области  проектирования тепломеханической части котельных установок и  комплексного проектирования промышленных предприятий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Централизованное теплоснабжение промышленности и жилищно-коммунального хозяйства от котельных в настоящее время и на  перспективу является, наряду с теплофикацией, одним из основных  направлений развития теплоснабжения в СССР. Последнее десятилетие характеризуется техническим прогрессом в области котельных установок, освоением новых видов котельно-топочного и вспомогательного оборудования.

Развитие котлостроения для котельных осуществляется в  направлении создания паровых котлоагрегатов низкого давления  производительностью до 100 т/ч и среднего давления — до 150 т/ч, а также водогрейных котлоагрегатов теплопроизводительностью до 180 Гкал/ч, газомазутных и угольных.

Совершенствование топочного оборудования направлено на  создание универсального оборудования для сжигания широкой гаммы твердых топлив и высокоэкономичных газомазутных горелочных устройств.

Наблюдающийся в теплоэнергетике переход на внедрение блочного оборудования и оборудования повышенной заводской  готовности постепенно распространяется и на котельные централизованного теплоснабжения. Повышение нижней границы эффективности применения  комбинированной схемы энергоснабжения и соответствующее расширение диапазона тепловых нагрузок для раздельной схемы связано с  укрупнением тепловой мощности котельных и относительным повышением технико-экономических показателей систем теплоснабжения. В связи с этим к проектным решениям по котельным централизованных  систем теплоснабжения предъявляются повышенные требования в  части экономичности и современного технического уровня. Между тем при разработке проектов котельных многочисленными проектными организациями до сих пор встречается подход к их проектированию как к решению локальной задачи, без учета требований схем  теплоснабжения по выбору источников тепла.

Указанное вызвало необходимость в создании специального справочника по проектированию котельных установок  централизованных систем теплоснабжения. Справочник посвящен вопросам проектирования  тепломеханической части котельных установок мощностью от 25 до 600 Гкал/ч, рассматривает общие вопросы проектирования котельных и их основное оборудование. При этом нашли отражение: основные  направления в развитии централизованного теплоснабжения, условия топливоснабжения котельных, выбор систем теплоснабжения и их оптимальных мощностей; порядок проектирования котельных, состав и объем проектно-сметной документации.

Кроме того, приводятся справочные сведения и рекомендации по выбору и поверочным расчетам котельно-топочного оборудования. Отдельный раздел посвящен тепловому расчету котлоагрегатов.  Сведения об оборудовании, выпускаемом промышленностью, приведены по состоянию на 1 января 1978 г.

Раздел первый

ПРОИЗВОДСТВО ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

1-1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СССР

Потребление тепловой энергии по СССР для периода 1970—1980 гг. по  промышленности, жилищно-коммунальному  хозяйству и сельскому хозяйству приводится в табл. 1-1. Направление развития теплоснабжения отраслей народного хозяйства до 1980 г. определено в решении Научно-технического совета Министерства энергетики и  электрификации СССР, рассмотревшего технико-экономические исследования по развитию теплоснабжения СССР в период 1971— 1980 гг., выполненные институтом ВНИПИ- энергопром [32, 43].

При составлении общей схемы теплоснабжения народного хозяйства на 1976— 1980 годы приняты дальнейшее экономически обоснованное развитие теплофикации на базе мощных паротурбинных ТЭЦ на органическом топливе как основное  направление централизованного теплоснабжения; централизация теплоснабжения городов и промышленных узлов с ограниченными  тепловыми нагрузками —от районных  отопительных и промышленных котельных,  используемых в перспективе в системе  теплофикации; вывод из эксплуатации мелких неэкономичных ТЭЦ и котельных.

Значительные расходы органического топлива на теплоснабжение определили перспективу использования ядерного  топлива для целей централизованного  теплоснабжения от атомных ТЭЦ и котельных. В десятой пятилетке предусматривается организация подготовительных работ по внедрению ядерных источников в  теплофикацию, в том числе разработка  оптимального оборудования для атомных  котельных.

Централизация теплоснабжения  обеспечивает повышение его качества, экономию топлива и трудовых ресурсов, снижение загрязнения окружающей среды.  (Суммарный выброс в атмосферу вредных веществ за счет теплофикации и централизации теплоснабжения снижается примерно на 15%). Строительство значительного числа промышленных комплексов и развитие  жилищно-коммунального хозяйства городов, для которых экономически оправданной оказывается раздельная схема  энергоснабжения с оптимальной степенью  централизации теплоснабжения, обусловливают  распространение в качестве источников  теплоснабжения крупных промышленных и районных отопительных котельных. 

Концентрация теплопотребления определяет  изменение структуры источников тепла с  увеличением доли централизованного отпуска тепла. При этом существует сейчас и  останется ев дальнейшем значительное  количество городов и поселков городского типа с тепловой нагрузкой менее 500 Гкал/ч и со средней расчетной тепловой нагрузкой одного города менее 50 Гкал/ч,  теплоснабжение которых на базе крупных  источников теплоснабжения не может быть  осуществлено и потребует строительства  квартальных, групповых и промышленных  котельных с максимальным их укрупнением.

Структура обеспечения тепловых  нагрузок по СССР различными источниками  теплоснабжения в период 1970—1980 гг.  приведена в табл. 1-2. Из данных таблицы видно, что, несмотря на прирост к 1980 г. тепловых нагрузок, покрываемых от ТЭЦ (более 100% к уровню 1970 г.),  значительно увеличивается теплоснабжение от  районных и промышленных котельных по  отношению к уровню 1970 г.: для районных котельных в 3,3 раза, для промышленных— в 1,7 раза, за счет снижения доли  теплоснабжения от децентрализованных  источников.

Таким образом, если к системам  централизованного теплоснабжения отнести ТЭЦ, районные, промышленные и  квартальные котельные, то удельный вес  централизованного теплоснабжения в общем тепло- потреблении городов и поселков городского типа, равный в 1975 ,г. 72,9%, к 1980 г. составит 75,9% (в общем теплопотреблении СССР — соответственно 58,3 и 61,5%). Доля отпуска тепла на нужды  промышленности от систем централизованного  теплоснабжения растет и опережает рост  суммарного теплопотребления. Темпы роста централизованного теплоснабжения  жилищно-коммунального хозяйства более  значительны, однако пока еще недостаточны для ликвидации многочисленных источников тепла децентрализованных систем  теплоснабжения. Повышение нормы расхода  тепла на горячее (водоснабжение и развитие сети культурно-бытового обслуживания  увеличивает удельный расход тепла  жилищно-коммунальным хозяйством городов с 4 Гкал/(чел-год) в 1970 г. до 5 Гкал/(чел-год) в 1980 г.

Наиболее эффективным методом  централизованного теплоснабжения является теплофикация, получившая наибольшее  распространение в области промышленного теплопотребления. Наряду с развитием  теплофикации продолжает увеличиваться доля котельных и обеспечении тепловой энергией городов и поселков городского типа. Это объясняется тем, что централизация  теплоснабжения всегда экономически  целесообразна: в промышленности в пределах  одного или группы рядом расположенных  предприятий; в жилищно-коммунальном  хозяйстве при высокой плотности городской застройки, в то время как целесообразность теплофикации может быть оправдана  только высокой степенью концентрации и  большими значениями тепловых нагрузок,  позволяющими сооружать ТЭЦ повышенной мощности, что (вызвано большими  капитальными вложениями в строительство ТЭЦ и магистральных тепловых сетей, а также повышенной экономичностью крупных  районных котельных и КЭС. Дополнительным условием экономичности сооружения ТЭЦ является наличие подготовленной тепловой нагрузки.

Изменение структуры котельных  характерно повышением доли крупных  котельных централизованного теплоснабжения (табл. 1-3). В современных условиях  централизованного теплоснабжения строительство ТЭЦ тепловой мощностью менее 500—600 Гкал/ч в европейской части страны и менее 900— 1000 Гкал/ч в Восточной Сибири и в  Южных районах, как правило, экономически не оправдано, что соответственно расширяет зону раздельного энергоснабжения при  централизации теплоснабжения от районных отопительных «отельных, являющихся  основным источником тепла. Районные  котельные сооружаются в центрах теплопотребления как опережающие источники тепла до ввода ТЭЦ на подготовленную тепловую нагрузку с использованием их в  дальнейшем как пиковых. Районные котельные сооружаются с целью осуществления схем централизации теплоснабжения в условиях существующей застройки с  децентрализованными источниками тепла. Основные технические направления  развития котельных, принятые на период 1971—1980 гг., по технико-экономическим исследованиям, выполненным ВНИПИэнергопромом [32, 40, 43]: укрупнение котельных, в особенности угольных, при теплопроизводительности  отопительных котельных до 300—600 Гкал/ч; укрупнение единичной мощности котло- агрегатов отопительных котельных  (применение водогрейных котлоагрегатов КВ-ГМ и КВ-ТК — газомазутных и пылеугольных теплопроизводительностью 50, 100 и 180 Гкал/ч); развитие и укрупнение промышленно-отопительных котельных на базе  применения паровых котлоагрегатов паропроизводительностью 25, 50, 100 и 150 т/ч, а  также пароводогрейных котлоагрегатов; совершенствование технологических  процессов с заменой пара горячей водой.

1-2. ВЫБОР СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

В настоящее время применяются три системы теплоснабжения- теплофикация, централизованное и децентрализованное теплоснабжение от котельных. Теплофикация централизованное теплоснабжение от ТЭЦ на базе  комбинированной выработки тепла и  электроэнергии. Централизованное  теплоснабжение от котельных —  теплоснабжение от крупных районных отопительных и промышленно-отопительных котельных, промышленных и квартальных котельных (производительностью 20 Гкал/ч и более). Децентрализованное  теплоснабжение — теплоснабжение от мелких квартальных и групповых котельных  производительностью до 20 Гкал/ч,  промышленных котельных одного предприятия,  домовых котельных и отопительных печей. Принципиальная особенность систем теплоснабжения состоит в том, что они производят и распределяют  преобразованные виды тепловой энергии — пар и  горячую воду и включают в себя  трубопроводные связи (тепловые сети), потребителей тепла и теплогенерирующие установки (источники тепла); отличаются  ограниченным радиусом теплоснабжения при  массовом применении. Особенность  теплофикационных систем заключается в том, что они формируются для обеспечения  теплоснабжения, а входящие в них ТЭЦ являются одновременно элементом  электроэнергетических систем и выполняют функции  электроснабжения Для децентрализованных систем характерны короткие трубопроводные связи между источниками теплоснабжения и потребителями тепла или теплоснабжение от источника тепла, расположенного  непосредственно у потребителя.

Каждая из систем теплоснабжения имеет свою оптимальною область  применения. При выборе систем теплоснабжения городов и промышленное различные  системы должны сочетаться в пропорциях, обеспечивающих наибольшую  технико-экономическую эффективность теплоснабжения. При выборе системы теплоснабжения от котельных задача заключается в  определении экономически целесообразных  границ централизации путем сравнения  вариантов теплоснабжения: децентрализованного и централизованного от районных котельных, централизованного от районных котельных и теплофикации.

Основные параметры,  обусловливающие выбор систем и границы  целесообразной централизации теплоснабжения: для городской отопительной  (жилищно-коммунальной) нагрузки — величина теплопотребления и «плотность тепловой нагрузки q, Гкал/(ч-га); для промышленно-отопительной нагрузки — коэффициент тепловой  технологической нагрузки утех — доля  технологической нагрузки в общем теплопотреблении.

Плотность тепловой нагрузки для  заселенной территории зависит от этажности застройки, типа домов и принятых в них условий комфорта. Коэффициент тепловой технологической нагрузки зависит от  количества, мощности, характера производства и теплоемкости промышленных  предприятий.

При выборе систем теплоснабжения  основным критерием является показатель сравнительной экономической  эффективности капитальных вложений — минимум  приведенных затрат на производство,  транспорт и потребление тепла, позволяющий определить зоны применения вариантов теплоснабжения [20].

Каждый вариант рассматриваемых  систем относится к одному теплоснабжаемому району или его зоне. Сравниваемые варианты должны обеспечивать  энергетическую и экономическую сопоставимость. Условия энергетической  сопоставимости. Взаимозаменяемость вариантов при одинаковом энергетическом эффекте, т. е. удовлетворение потребителей одним и тем же количеством энергии,  одного и того же качества и одинаковое  участие сравниваемых вариантов в балансе мощностей энергосистемы. При этом  установленная мощность и выработка энергии источниками тепла различны за счет  особенности их технических и режимных  характеристик. Каждый вариант  рассматривается при оптимальных для него параметрах.

Условия экономической  сопоставимости. Определение капитальных вложений и ежегодных издержек  производства всех вариантов для одного и того же уровня цен при равной  достоверности исходных материалов. Стоимость топлива при этом определяется по  замыкающем затратам [46].