Развитие теплофикации в России

Размещено на http://www.allbest.ru/

Развитие теплофикации в России

Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам XIX столетия. В 1877 г. в г. Локпорте (США) была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Однако, в США длительное время (до 1937 г.) централизованное теплоснабжение не связывалось с организацией комбинированной выработки электроэнергии, т.е. не являлось теплофикацией.

Первые районные теплофикационные установки в Европе появились в начале XX в. В 1900 г. была пущена в работу первая районная теплофикационная установка в Германии (г. Дрезден).

Комбинированная выработка тепла и электроэнергии нашла применение в России с начала XX в. на предприятиях с теплоемкими технологическими процессами, например, на сахарных заводах и текстильных предприятиях. Для этой цели создавались теплосиловые блок-станции, тепловая энергия от которых поступала группе зданий, принадлежащих одному владельцу. Так, в 1902 г. была построена блок-станция на генераторной станции С.-Петербургского Политехнического института. В 1903-1912 гг. по инициативе и по проектам проф. Электротехнического института В.В. Дмитриева в С.-Петербурге создаются несколько теплоэлектрических блок-станций для снабжения теплом и электроэнергией Синодальной типографии, детской больницы (17 зданий), 37 корпусов больницы им. Петра Великого (ныне им. Мечникова), дома предварительного заключения (тюрьма Кресты), здания электротехнического института.

В Москве также имелись отдельные предприятия, на которых отработавший пар паросиловых установок использовался для теплоснабжения, но реализация такого технического решения, как и в С.-Петербурге, ограничивалась пределами владения одного собственника (Трехгорная мануфактура, текстильная фабрика Циндель и ряд других предприятий).

Исходя из положительного опыта работы созданных теплоэлектрических блок-станций, проф. В.В.Дмитриев, начиная с 1908 г., на специальных лекциях в Электротехническом институте и в докладах пропагандировал идею теплоэлектроцентралей и руководил разработкой проектов теплоснабжения. Одним из них был проект «Электростанция с использованием отходящего тепла для отопительных и бытовых нужд центрального района города». В этом проекте, изложенном В.В. Дмитриевым в 1923 г. на собрании Русского технического общества, предлагалась идея переоборудования в ТЭЦ 3-й Петроградской ГЭС на Фонтанке, подлежащей закрытию из-за ее неэкономичности. Этот проект являлся темой дипломной работы студента Е.Ф. Бродского - ученика В.В. Дмитриева. Идея проекта - сплошная теплофикация района города, прилегающего к 3-й ПГЭС с превращением этой ГЭС в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). В этом районе располагались здания как с печным, так и с центральным водяным отоплением. В рамках этого проекта печное отопление зданий должно было быть заменено центральным водяным. Летом 1924 г. Л.Л. Гинтер при консультациях с В.В. Дмитриевым и Е.Ф. Бродским составляет свой вариант проекта, более реального с охватом только зданий, имеющих системы центрального отопления.

В январе-марте 1924 г. на территории электростанции был заложен в земле первый опытный участок (стенд) для теплового испытания конструкции и изоляции теплопровода. В результате проведенных испытаний была установлена недостаточность изоляционных свойств воздушного цилиндрического зазора между трубой и стенкой канала. Хорошие результаты были получены при использовании изолирующих полуцилиндров из пробки. Так, при транспорте воды с температурой 90 °С со скоростью 1,5 м/с по трубе диаметром 100 мм падение температуры составило менее 1 °С на 1 км. Прокладка трубопровода в непроходном канале и теплоизоляция его пробковыми полуцилиндрами была выбрана для дальнейшего использования.

25 ноября 1924 г. в дом № 96 на набережной р. Фонтанки было подано тепло от 3-й Ленинградской ГЭС (острый пар), причем циркуляция воды в системе отопления здания осуществлялась пароводяным инжектором. Эта дата считается началом теплофикации России. После окончания в 1927 г. перевода (реконструкции) конденсационной турбины мощностью 680 кВт фирмы Броун-Бовери на ухудшенный вакуум в трубопровод стала подаваться сетевая вода. Нагрев сетевой воды стал происходить за счет тепла отработавшего в турбине пара в бойлере-конденсаторе. По результатам испытаний реконструированной турбоустановки, проведенной в апреле 1929 г. проф. Е.Н. Яковлевым, температура нагретой в бойлере сетевой воды достигала 90 °С. Для дополнительного нагрева сетевой воды и в качестве резерва служили специально разработанные пароводяные струйные подогреватели.

Все работы по превращению турбины в теплофикационную были выполнены на Ленинградском металлическом заводе под руководством М.И. Гринберга, будущего разработчика мощных паровых турбин. Циркуляция сетевой воды в системе теплоснабжения осуществлялась насосом с приводом от паровой турбинки.

В январе 1925 г. горячая сетевая вода от 3-й Ленинградской ГЭС стала подаваться в баки Егорьевских бань на расстоянии 250 мот ГЭС.

Летом 1925 г. от того же источника прокладывается магистраль (400 м) к котельной Обуховской больницы (ныне больница им. Нечаева) с пересечением Веденского канала по специальному мостику (надземная прокладка). В котельной больницы были установлены скоростные теплообменники для подогрева воды, циркулирующей с помощью электронасосов в системах отопления основных зданий. В зданиях были смонтированы теплообменники для нагрева сетевой водой воды системы горячего водоснабжения. Таким образом, первые установки теплоснабжения были выполнены по закрытой независимой схеме.

Присоединение систем отопления к тепловой сети, кроме Обуховской больницы, проводилось по зависимой схеме. В связи с подключением к тепловой сети в основном старых систем отоплением и опасениями за их прочность было принято к реализации предложение проф. Б.М.Аше о присоединении таких систем с помощью расширительного сосуда и петли, играющей роль водяного затвора. В системах с естественной циркуляцией, а их было большинство, подмешивание обратной воды к сетевой осуществлялось без элеваторов. В некоторых зданиях применялась принудительная циркуляция (насосами). Лишь позже, по примеру Москвы, состоялся переход к элеваторной схеме присоединения систем отопления.

Регулирование подачи тепла было принято местное количественное с поддержанием в сети постоянной температуры порядка 100 Тис повышением ее до 115 °С при низких температурах наружного воздуха.

В Москве с 1928 г. начали проводиться аналогичные работы на экспериментальной ТЭЦ ВТИ. Горячая вода от ТЭЦ стала подаваться расположенным вблизи ВТИ заводам («Динамо» и «Парострой») и бане. В начале сетевая вода нагревалась острым паром, а впоследствии паром из нерегулируемого отбора одной из старых паровых турбин, который был обнаружен заглушённым.

В итоге по чисто случайным обстоятельствам (наличие малоценного, но пригодного для экспериментов оборудования) 3-я Ленинградская ГЭС оказалась прообразом будущих отопительных ТЭЦ, а ТЭЦ ВТИ - прообразом промышленно-отопительных ТЭЦ. Обе ТЭЦ, несомненно, соответствовали районным, поскольку обслуживали разнородных потребителей.

Существенно важным для последующего оказалось то, что полученный в эксплуатации экономический эффект от теплофикации оказался весьма значительным. Электростанция со старой изношенной конденсационной турбиной 680 кВт фирмы Броун-Бовери, имевшая до реконструкции удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии 1046 г у.т./кВт-ч, после реконструкции показала на испытаниях расход топлива на теплофикационном режиме 238 г у.т./кВт-ч.

Начатое в 1924 г. строительство тепловых сетей от 3-й Ленинградской ГЭС развивалось и к 1929 г. суммарная протяженность теплотрасс достигла 8,6 км. Эта сеть снабжала теплом 34 абонента с годовым потреблением тепла 53 тыс. Гкал.

В связи с тем, что часовой расход тепла от турбины Броун-Бовери мощностью 680 кВт покрывал слишком малую долю отпущенного тепла, в 1929 г. на Ленинградской ГЭС была смонтирована турбина фирмы «Лаваль» мощностью 5 МВт с противодавлением 1,2-2,0 ата и соответствующие пароводяные подогреватели.

В Москве в 1929 г. построена Краснопресненская ТЭЦ, снабжавшая паром текстильную фабрику - Трехгорную мануфактуру. Через год от ТЭЦ косметической фабрики «ТЭЖЕ» (ныне ТЭЦ-8) был подан пар к заводам «Клейтук», «Новый мыловар» и ГПЗ-1. Длина паропровода составила более 1500 м, диаметр - 300 мм.

В те же годы проводились работы по теплофикации центра города. В 1931 г. от ГЭС-1 был проложен первый в Москве водяной двухтрубный теплопровод диаметром 250 мм по Раушской набережной, Старому Москворецкому мосту, улице Варварка к Зданию ВСНХ в Китай-городе. В этот период в ВТИ была разработана первая генеральная схема теплофикации Москвы с крупными ТЭЦ на периферии города (Б.М. Якуб).

До войны 1941-1945 г. в Москве были построены ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11, оснащенные отечественными паровыми турбинами на параметры пара: 30 ата и 400 °С. Суммарная установленная мощность теплофикационных турбин достигла 25 МВт. К 1941 г. в Москве в работе находилось 6 ТЭЦ. В городе имелось 63 км водяных и 13 км паровых тепловых сетей, к которым были подключены 445 жилых здания и несколько десятков промпредприятий.

Включение в работу первых теплофикационных установок в Ленинграде и Москве явилось стимулом для развития теплофикации в Иванове, Казани, Ростове, Самаре, Ярославле и других городах. Активная работа по пропаганде и внедрению теплофикации проводилась Отделом промышленной энергетики, а затем созданным при Главэнерго ВСНХ Комитетом по теплофикации, руководимым проф. Ж.Л. Тамер-Таненбаумом.

Особенно широкое развитие теплофикации в России началось в 1931 г. Наряду с дальнейшим строительством ТЭЦ небольшой и средней мощности при отдельных промышленных предприятиях и в небольших городах началось строительство мощных по тому времени (100-200 МВт) ТЭЦ для районного теплоснабжения в крупных городах и при вновь создаваемых крупных промышленных комбинатах.

К 1940 г. перед началом Великой Отечественной войны, мощность действующих в стране ТЭЦ составила 2000 МВт, протяженность магистральных тепловых сетей 650 км и годовой отпуск тепла 100 млн ГДж (24 млн Гкал). теплоснабжение электроэнергия москва

Во время войны много предприятий и электростанций было эвакуировано на восток. Всего было эвакуировано более 60 электростанций суммарной мощностью 5800 МВт, из них 1000 МВт - мощности ТЭЦ. По мере освобождения территории страны от фашистских захватчиков, началось восстановление ТЭЦ в Европейской части страны. К 1950 г. установленная мощность ТЭЦ составила 5000 МВт при годовом отпуске тепла 293,3 млн ГДж (70 млн Гкал).

Начиная с 1950 г., начался интенсивный рост эффективности энергоснабжающих установок. На ТЭЦ стали устанавливаться турбины на высокие параметры пара. В 1957 г. ЛМЗ изготовил первую теплофикационную турбину типа ПТ-50-130/2 мощностью 50 МВт на начальные параметры пара: давление 13 МПа и температуру 565 °С с двумя регулируемыми отборами пара. Повышение начальных параметров пара на ТЭЦ дает также близкие к КЭС (на такие же параметры) показатели по расходу топлива при работе по конденсационному циклу. Основным условием эффективной работы ТЭЦ остается требование максимальной выработки электроэнергии по теплофикационному циклу, для чего требуется длительная загрузка отборов турбин ТЭЦ по отпуску тепла. Для отопительных ТЭЦ такой рост выработки электроэнергии возможен за счет присоединения круглогодовой нагрузки горячего водоснабжения, а также работы при оптимальном коэффициенте теплофикации, находящемся в пределах 0,5-0,65. Нагрузки горячего водоснабжения на ТЭЦ в период 1950-1960 г. благодаря интенсивному жилищному строительству достигли 15 %. Такая доля нагрузки горячего водоснабжения дала возможность увеличить годовое число часов использования номинальной тепловой мощности отборов турбин до 3700 часов в год.

Повышение максимальных температур сетевой воды до 150 °С было практически повсеместно достигнуто к 1955 г., а новые типы турбин, начиная с 1948 г., выпускались с верхним пределом давления пара регулируемого отбора 0,25 МПа. Перевод режимов ТЭЦ на отпуск тепла от турбин с коэффициентом теплофикации 0,5 задержался из-за существенного их удорожания, связанного с установкой дорогостоящих парогенераторов, необходимых для подачи через РОУ пара на пиковые сетевые подогреватели. Кардинальное решение этой задачи последовало лишь в 1959 г., когда на ТЭЦ появились пиковые водогрейные котлы конструкции ВТИ и Орг-энергостроя. Массовая установка таких котлов на ТЭЦ для подогрева воды с 110-115 °С до 150 °С обеспечила почти повсеместный переход ТЭЦ на работу с оптимальным коэффициентом теплофикации, равным 0,4-0,5. При таких его значениях и доле горячего водоснабжения 10-15% число часов использования отборов турбин возросло до 4000-4500 с соответствующим сокращением выработки электроэнергии по конденсационному циклу.

Начиная с 1954 г., в связи с ростом нефтедобычи в Приуралье началось сооружение ряда нефтеперегонных заводов большой производительности, для которых потребовались ТЭЦ мощностью 200-300 МВт. Для этих ТЭЦ турбины 25 МВт целесообразно было заменить турбинами с единичной мощностью 50-60 МВт. Такие двух отборные турбины были созданы в 1956 г. на давление 9,0 МПа на ЛМЗ и в 1957 г. на УТМЗ на давление пара 13,0 МПа. По мере роста технологической тепловой нагрузки на таких заводах, а также с началом строительства химических комбинатов для производства удобрений, пластмасс и искусственного волокна, имевших потребность в паре до 600-800 т/ч, возникла необходимость в возобновлении производства противодавленческих турбин, но уже на высокие параметры пара, а именно на 13,0 МПа. Выпуск таких противодавленческих турбин мощностью 50 МВт был начат на ЛМЗ в 1962 г.

Изготовление турбин Р-50-130 взамен турбин ЛМЗ ВР-25-2 на давление 9,0 МПа решало одновременно три задачи:

повышение начальных параметров пара с 9,0 до 13,0 МПа и

понижение противодавления с 1,8 до 1,0 МПа, что в совокупности давало рост удельной выработки на тепловом потреблении с38,2 до 50 кВт-ч/ГДж,

повышение мощности противодавленческих турбин до50 МВт, т.е. выравнивание их мощности с турбинами ПТ-50.

Отсутствие в номенклатуре изготовляемого оборудования турбин 50 МВт для отопительных ТЭЦ привело к необходимости использования на таких ТЭЦ турбин типа ПТ, например, на ТЭЦ № 9, 11, 12,16, 20 и 22 Мосэнерго и др. Это увеличивало на них долю выработки электроэнергии по конденсационному циклу и существенно снижало удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении.

К этому времени развитие жилищного строительства в крупных жилых центрах (Москва, Ленинград и др.) создало базу для сооружения значительного числа отопительных ТЭЦ мощностью 300-400 МВт и более. В этот период во Всероссийском теплотехническом институте были разработаны профили новых типов основного оборудования ТЭЦ: теплофикационных турбин мощностью 50 и 100 МВт (проф. Я.М. Рубинштейн, проф. Е.Я. Соколов), пиковых водогрейных котлов (проф. Л.Б. Кроль, Н.И. Жирнов). По этим разработкам УТМЗ (Д.П. Бузин, Е.И. Бененсон) были выполнены проекты и изготовлены новые турбины на 50 МВт (1960 г.) и 100 МВт (1962 г.), отличающиеся повышенной экономичностью и являющиеся до настоящего времени наиболее распространенным основным оборудованием ТЭЦ. Разработанные водогрейные котлы получили широкое распространение не только в качестве пиковых на ТЭЦ, но и как основное оборудование районных котельных.

Принципиальным отличием этих новых типов турбин было применение в них двухступенчатого подогрева сетевой воды с использованием нижнего отбора 0,05-0,2 МПа и верхнего отбора 0,06-0,25 МПа и возможностью перевода турбин в режим работы с противодавлением при конденсации выхлопного пара в выделенной в конденсаторе турбины специальной поверхности (сетевой пучок) для подогрева сетевой или подпиточной воды.

Наиболее эффективной была работа таких турбин на ТЭЦ, к которым присоединялись тепловые сети с потребителями горячего водоснабжения, включенными по закрытой схеме нагрева водопроводной воды. В такой схеме обратная вода из системы отопления дополнительно охлаждается и поступает на ТЭЦ с температурой 30-50 °С. Сочетание схем ТЭЦ с новыми турбинами, имеющими два теплофикационных отбора, и схемы абонентских вводов с последовательным соединением теплообменников горячего водоснабжения дало возможность повысить на ТЭЦ в теплые дни отопительного сезона значение удельной выработки электроэнергии до 148 кВт-ч/ГДж. В результате повышения начальных параметров пара было достигнуто снижение среднего удельного расхода условного топлива с 440 до 395 г у.т./кВт-ч при средних расходах условного топлива на КЭС тех же параметров 437 г у.т./кВт-ч.

За 10 лет (с 1950 по 1960 г.) на ТЭЦ было установлено более 500 турбин с давлением 9,0 МПа суммарной мощностью около 9 млн кВт.

Установка на ТЭЦ турбин мощностью 50-100 МВт с давлением пара 13 МПа, начавшаяся после 1960 г., имела следствием значительный рост эффективности работы ТЭЦ.

К 1970 г. в системе Минэнерго было сооружено более 100 новых ТЭЦ и установлено более 600 теплофикационных турбин. Суммарная мощность теплофикационных турбин увеличилась с 16,6 млн кВт до 47,0 млн кВт.

К 1975 г. мощность турбин, установленных на ТЭЦ, возросла до 58,5 млн кВт при годовом отпуске тепла около 3820 млн ГДж.

В составе оборудования отопительных ТЭЦ появилась турбина Т-250/300-240 на за критические параметры пара 24,0 МПа и 540 °С с применением промперегрева, а для промышленных ТЭЦ УТМЗ в 1973 г. была изготовлена турбина ПТ-135/165-130 на давление 13,0 МПа.

Следует отметить выдающуюся роль в становлении теплофикации ученых и инженеров, посвятивших свою профессиональную деятельность теоретическому ее обоснованию, практическому внедрению и подготовке квалифицированных кадров.

Это, кроме упомянутых выше: проф. Сергей Федорович Копьев (ОРГРЭС, МИСИ), проф. Ефим Яковлевич Соколов (МЭИ, ВТИ), акад. Лев Александрович Мелентьев (СЭИ), проф. Елизар Федорович Бродский (ЛИСИ), инж. Евсей Петрович Шубин (ГИ-ПРОКОММУНЭНЕРГО), к.т.н. Николай Константинович Громов (Теплосеть Мосэнерго), к.т.н. Исаак Соломонович Ланин (Теплосеть Ленэнерго), к.т.н. Борис Иосифович Генкин (ОРГРЭС), к.т.н. Александр Петрович Сафонов (Теплосеть Мосэнерго), проф. Владимир Бернардович Пакшвер (ВТИ), инж. Александр Александрович Николаев (ТЭП), к.т.н. Семен Яковлевич Белинский (МЭИ), к.т.н. Василий Петрович Корытников (ВНИПИЭНЕРГОПРОМ), а также многие другие ученые и инженеры, отдавшие делу развития теплофикации свои силы и знания. Многие из упомянутых ученых являются авторами фундаментальных монографий и учебников, которыми специалисты в области теплофикации пользуются до настоящего времени.

Размещено на Allbest.ru