Размещено на http://allbest.ru

Ульяновский государственный технический университет

О возможностях совершенствования городских теплофикационных систем

Д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, член редколлегии «НТ»,

заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция»,

руководитель НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки»

О возможностях совершенствования городских теплофикационных систем

В последнее время, когда централизованные теплофикационные системы городов длительное время не обновлялись, а не всегда разумная политика энергетических компаний привела к существенному росту тарифов на продукцию теплофикационнных систем (электрическую и тепловую энергию), нередко можно услышать рассуждения о том, что век этих систем прошел. Можно, например, обойтись простенькими автономными системами теплоснабжения (вплоть до квартирных). В каких-то частных случаях при определенных временных соотношениях капитальных затрат и цен на топливо можно получить опять же временный выигрыш.

Однако основные положения, связанные с термодинамической выгодой комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на базе централизованного теплоснабжения (то, что по определению Е.Я. Соколова, и является теплофикацией) не могут быть оспорены или опровергнуты.

Научно-исследовательская лаборатория «Теплоэнергетические системы и установки» (НИЛ ТЭСУ) Ульяновского технического университета занимается практически всем спектром проблем эксплуатации городских теплофикационных проблем.

Наши работы достаточно хорошо представлены в книгах, статьях в центральных научно-технических журналах, в том числе, в журнале «Новости теплоснабжения», потому настоящая статья носит обзорный характер. Наряду с автором существенный вклад в разработку рассматриваемых решений внесли его ученики, а ныне сотрудники М.Е. Орлов, П.В. Ротов, М.М. Замалеев, М.Р. Феткуллов и ряд других работников лаборатории.

В тематику работ лаборатории входят следующие крупные разделы.

1. Совершенствование технологий подогрева сетевой и подпиточной воды систем теплоснабжения на ТЭЦ.

2. Разработка современных структур городских теплофикационных систем.

3. Совершенствование технологий регулирования тепловой нагрузки в городских теплофикационных системах.

4. Повышение надежности теплофикационных систем путем эффективной противокоррозионной обработки подпиточной воды теплосети при максимальной экономичности ТЭЦ и защиты сетевой воды от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами в системе теплоснабжения.

Работы по совершенствованию схем и режимов подготовки подпиточной и сетевой воды выявили огромные возможности использования для этих целей тепловых источников низкого потенциала, что позволило существенно увеличить выработку электрической энергии на тепловом потреблении и, соответственно, энергетическую эффективность ТЭЦ.

Основные решения внедрены на крупнейших ТЭЦ сверхкритического давления с теплофикационными турбоустановками Т-250-240. Показано, что применение новых решений дает экономию до 30 тыс. т у.т. в год на каждую тысячу тонн в час производительности водоподготовительной установки.

Для ТЭЦ с относительно малыми расходами обрабатываемой воды (до 500 т/ч) применены решения, изложенные в монографии [2]. Изложенные в указанной работе высокоэкономичные решения рекомендуются для ТЭЦ с турбинами. Т-100-130 или их аналогами. Очень важно, что срок окупаемости предложенных в [2] схем не превышает двух месяцев.

С целью повышения и развития преимуществ теплофикации, в НИЛ ТЭСУ УлГТУ разработаны технологии комбинированного теплоснабжения [3-5], которые объединяют в себе структурные элементы централизованных и децентрализованных систем теплоснабжения (см. рисунок).

Для повышения экономичности теплоснабжения целесообразно покрытие базовой части тепловой нагрузки системы теплоснабжения за счет высокоэкономичных отборов пара теплофикационных турбин ТЭЦ и обеспечение пиковой нагрузки с помощью автономных пиковых источников теплоты, установленных непосредственно у абонентов. В качестве автономных пиковых источников теплоты могут быть использованы газовые и электрические бытовые отопительные котлы, электрообогреватели, часть пиковой нагрузки может обеспечиваться тепловыми насосами.

Использование индивидуальных отопительных котлов в качестве местных пиковых источников теплоты является даже более выгодным по сравнению с крупными пиковыми водогрейными котлами ТЭЦ, поскольку снижаются потери теплоты в тепловых сетях, и КПД современных отопительных котлов составляет 90-92%, что на 5-10% больше, чем пиковых водогрейных котлов. Экономия условного топлива при использовании этого варианта обеспечения пиковой тепловой нагрузки составляет 20-50%.

Главными преимуществами всех технологий комбинированного теплоснабжения является пониженный температурный график работы теплосети, повышение надежности теплоснабжения за счет резервирования централизованных теплоисточников, более гибкое и оперативное регулирование тепловой нагрузки. Технология комбинированного теплоснабжения внедрена в г. Ульяновске в здании медицинского Гемодиализного центра. автоматический теплофикационный гидравлический

Способы центрального регулирования нагрузки были разработаны с учетом технических и технологических возможностей первой половины ХХ в., которые на сегодняшний день претерпели значительные изменения и требуют существенной корректировки, а в ряде случаев и пересмотра целого ряда положений, в том числе фундаментальных для теплоснабжения, например, принципов выбора технологий регулирования тепловой нагрузки.

В большинстве городских теплофикационных систем России применяется центральное качественное регулирование тепловой нагрузки на теплоисточниках, которое предусматривает изменение температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха при постоянном расходе теплоносителя.

Основным преимуществом качественного регулирования тепловой нагрузки является стабильный гидравлический режим системы теплоснабжения.

Обследования систем ЦТ в ряде городов России показали, что в настоящее время во многих теплофикационных системах нарушаются основные принципы центрального регулирования тепловой нагрузки, что приводит к снижению качества теплоснабжения потребителей, экономичности и надежности работы систем централизованного теплоснабжения [2].

Энергоснабжающие предприятия это нарушение обосновывают высокими тарифами на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР), высокой дебиторской задолженностью потребителей тепловой энергии, значительным износом основного оборудования и т.п.

Большинство теплоисточников работает по температурным графикам с необоснованными срезками температуры сетевой воды в подающем трубопроводе при низких температурах наружного воздуха.

В прошлые годы внедрению качественного способа регулирования способствовали низкие цены на ТЭР и отсутствие в связи с этим острой необходимости энергосбережения в энергетической отрасли.

Кроме того, реализация количественного и качественно-количественного способов регулирования тепловой нагрузки была затруднена отсутствием или несовершенством приборов автоматического регулирования. Поэтому эти способы регулирования тепловой нагрузки не получили широкого распространения в отечественном теплоснабжении.

В настоящее время в связи с радикально изменившимися экономическими условиями и появившимися новыми техническими возможностями внедрение в системах теплоснабжения этих способов регулирования позволяет добиться существенного энергосберегающего эффекта, повысить качество теплоснабжения.

Сравнительный анализ различных способов регулирования приведен низе. Перевод систем теплоснабжения на количественное и качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки является, как показывает опыт зарубежных стран, эффективным энергосберегающим мероприятием [6].

В работах [6, 7] показано, что в будущем в отечественных системах теплоснабжения все большее распространение получат способы количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки.

Однако эти виды регулирования, которые обладают целым рядом преимуществ перед качественным регулированием (см. таблицу), не могут быть внедрены в существующих системах теплоснабжения без их определенной модернизации и применения новых технологических и структурных решений.

Для обеспечения высокого качества теплоснабжения необходимо применять комбинированное регулирование, которое принципиально должно являться рациональным сочетанием трех ступеней регулирования - центрального, местного и индивидуального.

К сожалению, в нашей стране применение индивидуального количественного регулирования тепловой нагрузки возможно лишь в перспективе, т.к. потребуются большие начальные затраты и определенное время, чтобы оснастить всех потребителей индивидуальными регуляторами. Поэтому в большинстве случаев регулирование ограничивается только двумя уровнями - центральным и местным.

В последние годы в НИЛ ТЭСУ большое внимание уделено разработке и внедрению одного важного практического вопроса - разработке и массовой оптимизации регулирования нагрузки в так называемые переходные периоды (в относительно теплые части отопительного периода), которые составляют значительную часть года [8].

Выявлено, что за счет отказа от так называемого излома температурного графика работы теплосети, можно существенно повысить экономичность как ТЭЦ, так и местных систем ГВС при обеспечении нормального качества горячей воды.

Традиционно лаборатория серьезно занимается проблемами деаэрации воды для систем теплоснабжения, повышения ее качества и энергетической эффективности. Посвященные этим проблемам монографии [9, 10] стали широко известными в стране.

Вместе с тем выявлено, что во многих городских системах теплоснабжения до 90% внутренней коррозии обусловлено не столько качеством подготовки воды на теплоисточнике, сколько повторным насыщением подпи- точной и сетевой воды коррозионно-активными газами при ее хранении и транспортировке [11]. Разработан широкий спектр решений как по повышению качества водоподготовки, так и по предотвращению повторной аэрации воды.

Способ регулирования тепловой нагрузки Качественный

Преимущество:

1. Стабильный гидравлический режим тепловых сетей.

Недостатки:

1. Низкая надежность источников пиковой тепловой мощности.

2. Необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя.

3. Повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

4. Большое транспортное запаздывание (тепловая инерционность) регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения.

5. Высокая интенсивность коррозии трубопроводов из-за работы системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с температурами теплоносителя 60-85 ^ОС.

6. Колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов.

7. Снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха.

8. При переменной температуре сетевой воды существенно осложняется эксплуатация компенсаторов.

Способ регулирования тепловой нагрузки Количественный и качественно-количественный

Преимущества:

1. Увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении за счет понижения температуры обратной сетевой воды.

2. Возможность применения недорогих методов обработки подпиточной воды теплосети при х₁<110 ^ОС.

3. Работа системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с пониженными расходами сетевой воды и значительной экономией электроэнергии на транспорт теплоносителя.

4. Меньшая инерционность регулирования тепловой нагрузки, т.к. система теплоснабжения быстрее реагирует на изменение давления, чем на изменение температуры сетевой воды.

5. Постоянная температура теплоносителя в подающей магистрали теплосети, способствующая снижению коррозионных повреждений.

6. Наилучшие тепловые и гидравлические показатели по режиму систем отопления за счет уменьшения влияния гравитационного напора и снижения перегрева отопительных приборов.

7. Возможность применения при ф₁<110 ^ОС в квартальных сетях долговечных трубопроводов из неметаллических материалов.

8. Поддержание температуры сетевой воды постоянной, которое благоприятно сказывается на работе компенсаторов.

9. Отсутствие необходимости в смесительных устройствах абонентских вводов.

Недостатки: Переменный гидравлический режим работы тепловых сетей. Большие, по сравнению с качественным регулированием, капитальные затраты в тепловые сети.