Разработка мероприятий по повышению эффективности энергетического хозяйства поселка Шексна-Северная, отапливаемого котельной предприятия ООО "Шекснинский комбинат древесных плит"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

На сегодняшний день значимость энергетики в экономическом и техническом развитии России очень велика, потому что в настоящее время Россия занимает второе место в мире по потреблению энергоресурсов. При этом Россия является обладателем одного из самых больших в мире потенциалов топливно-энергетических ресурсов - это её несомненное конкурентное преимущество [1-3].

При всех видимых положительных тенденциях развития энергетики России сохраняются её основные недостатки - низкая энергоэффективность использования энергетических ресурсов. В настоящее время до одной трети всех производимых в стране энергоресурсов расходуется непроизводительно либо в виде прямых потерь в нефтегазовых факелах, при перевозке угля, в теплотрассах либо в производствах, работающих сами на себя, не приносящих населению ни прямых, ни косвенных энергетических услуг.

Следует отметить, что на сегодняшний день одним из перспективных направлений в энергетике является энергосбережение. По экспертным оценкам, возможности сбережения энергии здесь достигают 40 %, и этот потенциал может быть эффективно использован при внедрении энергосберегающих технологий.

Путь повышения эффективности энергетического хозяйства - внедрение программ и мероприятий позволяющих получить качественное, бесперебойное, дешёвое снабжение потребителей теплом и горячей водой.

Тепловые сети являются одним из самых ответственных и технически сложных элементов систем трубопроводов городского хозяйства и промышленности. Высокие рабочие температуры и давления теплоносителя -- воды -- обусловливают повышенные требования к надежности сетей теплоснабжения и безопасности их эксплуатации. Традиционные технологии и материалы, применяемые в настоящее время при их строительстве и ремонте, приводят к необходимости проведения через каждые 10-15 лет капитальных ремонтов с полной заменой труб и теплоизоляции, а также потерям до 25 % транспортируемого тепла. Кроме того, необходимо постоянно осуществлять профилактические работы. Все это требует больших затрат материалов, денежных средств 1-3.

Упадок ЖКХ, как отрасли, спровоцирован нехваткой средств, плохой ее организацией и устаревшей структурой, которые мало изменились с советских времен. Бюджетное дотирование ЖКХ было связано с ростом подавленной инфляции и политикой удешевления стоимости строительства, что вело к увеличению расходов на эксплуатацию.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что проблемы жилищно-коммунального комплекса имеют не только экономический и структурный характер. Одним из «слабых мест» является энергетическая составляющая. Неэффективное энергоиспользование ведёт к увеличению расхода топливных ресурсов, росту тарифов. Необходимы срочные меры по повышению эффективности работы энергетических составляющих всего жилищно-коммунального комплекса. Целью данного дипломного проекта является разработка мероприятий по повышению эффективности энергетического хозяйства поселка Шексна-Северная, отапливаемого котельной предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит». С этой целью в рамках данной дипломной работы производится решение следующих задач:

1) обследование и описание системы теплоснабжения, расчет ее гидравлического режима, расчет радиуса эффективности, расчет надежности и ТЭО регулировки ее гидравлического режима;

2) расчет технико-экономической эффективности инвестиций в проект совершенствования тепловых сетей.

Дипломная работа выполняется в двух вариантах: первый - стандартный, выполненный на листах формата А4, второй - компакт-диск, содержащий информацию, отраженную в первом варианте дипломной работы.

1. Обзор литературы

1.1 Законодательные акты, постановления правительства

В июле 2010 года Государственная Дума приняла Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2010 г. N 190-ФЗ «О теплоснабжении» [2], который имеет декларативный характер и направлен на улучшение теплоснабжения страны. Принятие этого закона длилось около 10 лет, поэтому до его появления в стране не было четкого и всеобъемлющего регулирования отношений в сфере теплоснабжения.

Данный Федеральный закон устанавливает правовые основы экономических отношений, возникающих в связи с производством, передачей, потреблением тепловой энергии, тепловой мощности, теплоносителя с использованием систем теплоснабжения, созданием, функционированием и развитием таких систем, а также определяет полномочия органов государственной власти, органов местного самоуправления поселений, городских округов по регулированию и контролю в сфере теплоснабжения, права и обязанности потребителей тепловой энергии, теплоснабжающих организаций, теплосетевых организаций[2].

Федеральный закон «О теплоснабжении» является основным, опорным нормативно-правовым актом при разработке схем теплоснабжения.

В соответствии с Федеральным законом «О теплоснабжении» одним из необходимых к утверждению нормативных актов является постановление Правительства Российской Федерации от 22 февраля 2012 года № 154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» [3]. Данный документ устанавливает требования к составу схем теплоснабжения поселений, городских округов, разрабатываемых в целях удовлетворения спроса на тепловую энергию и теплоноситель, обеспечения надежного теплоснабжения наиболее экономичным способом при минимальном воздействии на окружающую среду, а также экономического стимулирования развития систем теплоснабжения и внедрения энергосберегающих технологий. В этом документе подробно излагаются виды работ, которые необходимо сделать при составлении схем теплоснабжения.

Постановление Правительства является основным документом, определяющим полный состав схемы теплоснабжения.

В соответствии с пунктом 3 постановления Правительства Министерством энергетики Российской Федерации совместно с Министерством регионального развития Российской Федерации были утверждены и введены в действие 29 декабря 2012 года методические рекомендации по разработке схем теплоснабжения [4]. Методические рекомендации состоят из 13 разделов, которые включают в себя 142 пункта, а также из 17 приложений.

Методические рекомендации разработаны в целях обеспечения единого методического подхода при разработке схем теплоснабжения уполномоченными органами местного самоуправления поселений, городских округов, уполномоченным органам исполнительной власти городов федерального значения Москвы и Санкт-Петербурга, юридическими лицами, осуществляющими разработку схем теплоснабжения поселений, городских округов (разработчики схем теплоснабжения) [4].

Методические рекомендации являются основным документом, подробно разъясняющим необходимый перечень и ход работ при разработке схем теплоснабжения.

1.2 Интернет источники

Первым рассмотренным интернет-источником является сайт «ProTown.ru» - сайт о городах России [1]. Данный сайт является федеральным порталом и содержит в себе географические, экономические, исторические сведения о городах России и обо всей стране в целом. Сайт имеет разделы по почтовым индексам России, руководителям страны, экономике государства, антикоррупционным организациям, регионам страны и т.д. Для данной дипломной работы сайт интересен тем, что на нем размещены экономико-статистические сведения об основных показателях деятельности государства. В частности, сайт содержит информацию по современному состоянию теплоснабжения, по основным проблемам в этой области.

Вторым интернет-источником является сайт «РосТепло.ru» [5]. Данный сайт представляет собой информационную систему по теплоснабжению. На нем размещено большое количество рекламы организаций, предлагающих свои услуги в области теплоснабжения. Сайт содержит разделы по нормативной и технической литературе, по каталогам оборудования, по правовой информации в теплоснабжении. На нем размещаются последние новости из сферы теплоснабжения. Сайт «РосТепло.ru» имеет собственный форум, на котором обсуждается большое количество вопросов и проблем теплоснабжения. Зарегистрированные на сайте пользователи имеют возможность вести свои блоги и просматривать и комментировать блоги других. Также на сайте иметься энциклопедия теплоснабжения, в которой размещены различные справочники, списки ТЭЦ страны, информация по городам России и др. Для данной дипломной работы сайт «РосТепло.ru» интересен тем, что на нем размещена необходимая нормативно-правовая литература. В частности, интересен раздел сайта «Закон «О теплоснабжении». В данном разделе размещен текст самого закона «О теплоснабжении» во всех его вариантах с изменениями, а также перечень подзаконных актов, проектов подзаконных актов, документов и рецензий к закону. В дополнение к этому на форуме сайта можно посмотреть обсуждение закона, ознакомиться с мнением россиян.

Третьим интернет-источником является официальный сайт «Российской газеты» [6]. Данный сайт является информационным порталом, содержащим следующие рубрики: Власть; Экономика; В мире; Происшествия; Общество; Спорт; Культура.

На главной странице сайта размещаются последние новости в стране и в мире. Для данной дипломной работы «Российская газета» актуальна тем, что является основным местом для опубликования нормативно-правовых актов (Федеральных законов РФ, постановлений Правительства РФ). Поэтому Федеральный закон РФ «О теплоснабжении» и постановление Правительства «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» были взяты из «Российской газеты».

Следующим был рассмотрен сайт «Энергоэффективная Россия» (energosber.info) [7]. Данный сайт является многофункциональным общественным порталом и принадлежит федеральному государственному бюджетному учреждению «Российское энергетическое агентство» (РЭА). ФГУ «Российское энергетическое агентство» является подведомственным учреждением Министерства энергетики Российской Федерации и обеспечивает реализацию Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Основная задача сайта «Энергоэффективная Россия» - пропаганда рационального использования энергоресурсов жителями и организациями Российской Федерации, путем предоставления энергопотребителям доступной информации и удобных инструментов для разработки и реализации энергосберегающих мероприятий. При разработке сайта были использованы передовые российские и зарубежные идеи и технологии - интерактивные сервисы, персонализированные инструменты, виртуальные демонстрационные зоны, широкофункциональная справочно-информационная система и многие другие возможности, призванные создать интернет-пользователям комфортные условия для быстрого погружения в тему энергосбережения, оценки собственной энергоэффективности и разработки реальных мероприятий по энергосбережению. Внимательно наблюдая за процессом модернизации российской экономики и оперативно отслеживая новые тенденции, портал постоянно развивается и совершенствуется [7]. Сайт «Энергоэффективная Россия» содержит большое количество информации по энергосбережению, энергоаудиту, энергосервису.

Также при обзоре интернет-источников была рассмотрена «Государственная информационная система (ГИС) в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности» (gisee.ru) [8]. Данная информационная система - это актуальная база справочных, аналитических и статистических материалов в области ресурсосбережения для широкой аудитории: от учащихся и студентов до профессионалов отрасли.

Она представляет собой совокупность информации, установленной российским законодательством об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, а также комплекс информационных технологий и технических средств, обеспечивающих обработку информации. Создание и обеспечение функционирования государственной информационной системы осуществляется в соответствии с законодательством РФ об информации, информационных технологиях и о защите информации, Федеральным законом от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и иными нормативными правовыми актами РФ. Государственная информационная система создается и функционирует в целях представления физическим лицам, организациям, органам государственной власти и органам местного самоуправления актуальной информации о требованиях законодательства об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о ходе реализации его положений, а также получения объективных данных об энергоемкости российской экономики (в том числе ее отраслей), о потенциале снижения такой энергоемкости, о наиболее эффективных проектах и о выдающихся достижениях в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности [8].

2. Исходные данные для выполнения дипломного проекта

2.1 Описание существующей системы теплоснабжения п. Шексна

Централизованное теплоснабжение поселка Шексна осуществляется от пяти источников тепловой энергии: котельной №1 ШКДП, котельной №2 «Центральная», котельной №3 «Спецшкола», котельной № 4 СЖД и котельной № 5 «Балтика».

Общая протяженность трубопроводов системы теплоснабжения в двухтрубном исчислении от пяти котельных составляет 72,3492 км. Суммарная нагрузка потребителей от всех котельных составляет 48,2 Гкал/ч. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы теплоснабжения - минус 32 оС, средняя за отопительный период - минус 4 оС, скорость ветра - 4 м/с. Длительность отопительного периода - 228 день (5544 часов). Зоны действия источников тепловой энергии представлены на рисунке 2.1.

В настоящее время предприятие ОАО «Шексна-Теплосеть» коммунальное хозяйство» отвечает всем требованиям критериев по определению единой теплоснабжающей организации, а именно: 1) Владение на праве собственности или ином законном основании источниками тепловой энергии с наибольшей совокупной установленной тепловой мощностью в границах зоны деятельности единой теплоснабжающей организации или тепловыми сетями, к которым непосредственно подключены источники тепловой энергии с наибольшей совокупной установленной тепловой мощностью в границах зоны деятельности единой теплоснабжающей организации. На балансе предприятия ОАО «Шексна-Теплосеть» находится большая часть магистральных тепловых сетей и тепловых источников. 2) Статус единой теплоснабжающей организации присваивается организации, способной в лучшей мере обеспечить надежность теплоснабжения в соответствующей системе теплоснабжения.



Рисунок 2.1 - Зоны действия источников тепловой энергии п. Шексна

На рисунке 2.1 представлены зоны действия источников тепловой энергии Зоны действия индивидуальных теплоисточников ограничиваются потребителями, находящимися вне зоны действия источников централизованного теплоснабжения.

2.2 Описание котельной ШКДП

Котельная ШКДП находится в собственности ОАО «Шексна-Теплосеть» и расположена на территории предприятия ООО "Шекснинский комбинат древесных плит".

Установленная мощность 42,13 Гкал/ч. Котельная включает в свой состав 4 котлоагрегата - два котла ТТ 100-01 мощностью 16500 кВт и два котла ТТ 100-01 мощностью 8000 кВт. Схема котла представлена на рисунке 2.2.

Техническое описание котлов

1. Назначение.

Котлы серии ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100-01 - это трехходовые водогрейные газотрубные котлы; изготавливаются мощностью от 1,0 до 16,5 МВт (основные параметры и технические характеристики котлов приведены в таблицах 1 и 2). На фронтальной крышке каждого котла прикреплена заводская табличка с маркировкой паспортных данных в соответствии с требованиями ПБ 10-574-03. Котлы ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100-01 предназначены для теплоснабжения зданий и сооружений, обеспечения технологических процессов различного назначения. Область применения: стационарные, блочно-модульные и транспортабельные котельные, используемые в закрытых и открытых системах теплоснабжения. Котлы могут перевозиться железнодорожным, автомобильным и водным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на каждом виде транспорта. Поставка котлов осуществляется в собранном виде одним транспортабельным блоком. Гарантийный срок при соблюдении условий транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации - 36 месяцев со дня ввода в эксплуатацию, но не более 42 месяцев со дня отгрузки с завода- изготовителя.



Рисунок 2.2 - Схема котла ТТ 100-01: 1 - Жаровая труба 2 - Дымогарные трубы второго хода 3 - Дымогарные трубы третьего хода 4 - Первая поворотная камера 5 - Торосферическое днище 6 - Вторая поворотная камера 7 - Футеровка фронтальной дверцы 8 - Фронтальная дверца котла 9 - Горелка 10 - Смотровой люк 11 - Люк 12 - Патрубок входа воды 13 - Патрубок выхода воды 14 - Патрубок аварийной линии 15 - Водонаправляющий элемент 16 - Горелочная плита17 - Смотровой глазок 18 - Патрубок отвода дымовых газов 19 - Рамное основание 20 - Теплоизоляция 21 - Рифленое алюминиевое покрытие 22 - Дренажный трубопровод 23 - Сливной штуцер

2. Состав и работа котла.

Котел ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100-01 сконструирован как трехходовой котел газотрубного типа. Принципиальная схема работы котла ТТ100-01 представлена на рис. 2. Камера сгорания - жаровая труба 1 и корпус котла имеют цилиндрическую форму. Конвективные поверхности нагрева образованы дымогарными трубами второго и третьего хода 2 3 , расположенными осесимметрично вокруг камеры сгорания. Двух - трехрядная схема расположения дымогарных труб второго хода обеспечивает высокую интенсивность теплообмена, повышая коэффициент полезного действия котла. Полностью омываемая первая поворотная камера 4 образована задней трубной доской и торосферическим днищем 5 . Вторая поворотная камера 6 - передней трубной доской и углублением футеровки фронтальной дверцы котла 7 , выполненной в специальном исполнении. Фронтальная дверца котла 8 может полностью открываться с установленной горелкой 9 в любую сторону. При открытой фронтальной дверце обеспечивается удобный доступ к камере сгорания и дымогарным трубам при техническом обслуживании и чистке котла. Осмотр и чистка первой поворотной камеры производится через камеру сгорания. Для осмотра дымогарных труб со стороны теплоносителя в верхней части корпуса котла предусмотрен смотровой люк 10 . Чистка коллектора дымовых газов производится через люк в сборной камере дымовых газов котла 11 . Патрубки входа и выхода воды 12 13 , а также патрубки аварийной линии 14 расположены сверху котла. Котлы ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100-01 в соответствии с ПБ 10-574-03 имеют два патрубка аварийной линии. В конструкции патрубков входа 12 и выхода 13 воды предусмотрены штуцеры для датчиков температуры. Под патрубком входа воды установлен водонаправляющий элемент 15 , обеспечивающий наиболее эффективное внутрикотловое распределение теплоносителя. Широкое межтрубное пространство и большой объем воды в котле обеспечивают наиболее оптимальный режим работы котла во всем диапазоне теплопроизводительности. Для монтажа горелки на фронтальной дверце имеется горелочная плита 16 . Визуальный контроль пламени в камере сгорания осуществляется через смотровой глазок 17 . Патрубок отвода дымовых газов 18 расположен в верхней части задней стенки котла и оснащен присоединительным фланцем. Для равномерного распределения весовой нагрузки котел имеет две стальные несущие опоры, приваренные к нижней части корпуса котла, они могут быть установлены без дополнительного фундамента на ровном, прочном полу, выдерживающем нагрузку 19 . Высокоэффективная сплошная теплоизоляция котла 20 состоит из ламинированных минераловатных матов толщиной 100 мм. Поверхность котла облицована рифленым алюминиевым покрытием, обеспечивающим эффектный внешний вид на протяжении всего срока службы 21 . Дренажный трубопровод 22 в нижней части котла позволяет при необходимости полностью удалить теплоноситель. В нижней части предусмотрен сливной штуцер 23 для удаления конденсата. Для перемещения котла во время монтажа и погрузочно-разгрузочных работ на корпусе котла предусмотрены подъемные петли, расположенные симметрично относительно центра масс котла. Трехходовая схема газового тракта котла с низкой теплонапряженностью камеры сгорания обеспечивает удобную настройку режимов горения котла и минимальные выделения вредных продуктов сгорания. Низкое аэродинамическое сопротивление котла позволяет наиболее оптимально подобрать горелочное устройство. Крепление первой поворотной камеры котла на едином опорно-скользящем или жестком (для котлов свыше 8,0 МВт) анкере конструкции топки котлов обеспечивает компенсацию циклических тепловых напряжений и, тем самым, большой срок службы котлов.

Таблица 2.1 - Технические характеристики котлов ТТ100-01

Типоразмер котла	8000	16500
Номинальная
теплопроизводительность, кВт
КПД*, %	92,3	92
Расход воды номинальный для At=15°C, м3/ч	100	206
Гидравлическое сопротивление водяного тракта при расходе теплоносителя для At=15° кПа	0,23	0,3
Расход дымовых газов, кг/с	3,54	7,32
Аэродинамическое сопротивление газового тракта для максимальной мощности, Па	1210	2174
Температура уходящих газов,°С	190	196
Объем топки, м3	6,6	13,8
Водяной объем котла, м3	9,6	20
Масса сухого котла (допуск на массу 4,5%), кг	17493	30432

2.3 Описание системы теплоснабжения от котельной ШКДП

Котельная предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит» расположена в поселке Шексна (Вологодской области) на территории предприятия.

В районе, обслуживаемом котельной, осуществляется централизованное отопление и горячее водоснабжение.

Тепловая сеть двухтрубная тупиковая. Система теплоснабжения потребителей закрытого типа, центральное регулирование качественное, температурный график 115-700С.

Годовые расходы тепловой энергии жилыми и общественными зданиями определялись по справочным данным исходя из расчетной нагрузки, числа часов работы, режима и т.д.

Тепловая сеть котельной предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит» имеет следующие характеристики.

Конструктивно сеть выполнена двухтрубной тупиковой из труб стальных электросварных по ГОСТ 10704-91 [9]. Прокладка тепловой сети большей частью выполнена подземно в непроходных каналах.

Общее количество объектов теплопотребления 209. Из них 159 жилых домов, 40 общественных зданий. Общая длина тепловых сетей в однотрубном исчислении 21436,3 метра, подземного исполнения - 12120,3 метра, надземного исполнения - 9316 метров. Условные диаметры трубопроводов от 15 до 600 мм, преимущественно 70-100 мм. Минимальное расстояние от котельной до потребителя 473 метра. До самого удаленного потребителя 3483 метров до потребителя по адресу ул. Сенная, д. 6. Тепловая изоляция трубопроводов выполнена из пенополиуретана, а также из минеральной ваты, покрывной слой из 2-3 слоев изола или бризола при подземной прокладке трасс и из листов оцинкованной стали при надземной прокладке трасс. Для устранения усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб, используют П-образные гнутые и сварные компенсаторы, а также естественные повороты трассы.

Для закрепления трубопроводов в отдельных точках, и разделения его на независимые по температурным деформациям участки используют неподвижные опоры. При подземной прокладке в непроходных каналах - щитовые, а при надземной прокладке лобовые хомутовые. Также применяются подвижные опоры для восприятия и передачи на грунт веса трубопроводов. Для обеспечения свободного перемещения трубопровода при температурных деформациях - скользящие опоры. Запорная арматура в тепловой сети применяется с ручным приводом, в основном стальная, а также из ковкого чугуна с фланцевым соединением к трубопроводу.

Для обслуживания ответвлений тепловой сети используются тепловые камеры из сборного железобетона. В камерах установлена запорная арматура, а также дренажные и воздушные краны. На вводе абонентов имеются тепловые пункты.

Расход сетевой воды в отопительный сезон 846.546 т/час, расход воды на подпитку сети до 50 т/час.

Полная схема тепловой сети п. Шексна - Северная представлена в приложении Б.

В таблице 2.1 представлен фрагмент характеристик отводящих трубопроводов тепловой сети от котельной ШКДП.

В таблице 2.2 представлен фрагмент характеристик трубопроводов тепловой сети от котельной ШКДП.

Полные таблицы характеристик тепловой приведены в электронном файле на листе «Характеристика ТС».

Таблица 2.2 - Фрагмент паспорта тепловой сети

Балансодержатель	Наименование начала участка	Наименование конца участка	Длина участка, м	Внутpенний диаметp тpубопpовода, м
ОАО Шексна-Теплосеть	1Су-4	1Су-5	92	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	1Су-5	1Су-6	18	0,5
ОАО Шексна-Теплосеть	1Су-6	1ТК-1	93	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-1	Пожарная часть	50	0,032
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-1	1ТК-2	265	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-2	1Су-7	72	0,15
ОАО Шексна-Теплосеть	1Су-7	1ТК-2А	30	0,08
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-2А	Новая 9	10	0,08
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-2	1ТК-3А	294	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-3А	1ТК-3	92	0,3
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-3А	1ТК-24	189	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	Котельная ШКДП	1Су-1	505	0,4
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-3	1Су-8	57	0,08
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-4	Юбилейная 16	28	0,1
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-4	Новая 6	40	0,025
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-3	1ТК-5	12	0,3
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-5	Юбилейная 14	25	0,08
ОАО Шексна-Теплосеть	1ТК-5	Юбилейная 12	50	0,07

На рисунке 2.3 представлена диаграмма диаметров трубопроводов системы теплоснабжения от котельной ШКДП.

Рисунок 2.3 - Диаметры трубопровода в системе теплоснабжения от котельной ШКДП

На рисунке 2.3 представлены диаметры трубопровода в системе теплоснабжения от котельной ШКДП. Материальная характеристика сети (произведение наружного диаметра трубопроводов на длину) составляет 2485,5 .

2.4 Описание потребителей тепловой энергии

Потребителями являются жилые и общественные здания, расположенные на территории микрорайона п. Шексна - Северная. В таблице 2.3 представлен фрагмент описания потребителей тепловой энергии. Полная таблица представлена в электронном файле на листе: «Исходные данные». Подогреватели горячего водоснабжения присоединены по параллельной схеме.

Определение нагрузок на отопление и на ГВС

Определяем часовой расход теплоты на отопление по формуле [11]:

, Мкал/ч. (2.1)

Расход тепловой энергии на отопление зданий за отопительный период определяется по формуле [11]:

, Гкал, (2.2)

где-поправочный коэффициент, учитывающий зависимость тепловой характеристики здания qo от расчетной температуры наружного воздуха, =0,98;

- наружный строительный объем зданий, м3;

- удельная отопительная характеристика здания, зависящая от его назначения и объема, ккал/(м3 ч °С);

- усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92), °С [10];

- средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, °С [10];

- продолжительность отопительного периода, сут [10].

Зная общую нагрузку для теплоснабжения можно определить расход сетевой воды для обеспечения теплоснабжения [11]:

, т/ч, (2.3)

где - температура сетевой воды в подающем трубопроводе, °С;

- температура сетевой воды в обратном трубопроводе, °С.

Расходы теплоты на горячее водоснабжение: суточный Qсут в Мкал/сут, средний часовой Qср в Мкал/ч и максимальный часовой в Мкал/ч определяют по формулам соответственно (2.4), (2.5) и (2.6)

, Мкал/сут; (2.4)

, Мкал/ч; (2.5)

Мкал/ч, (2.6)

где m - фактическое число потребителей горячей воды в здании;

Gсут - суточная норма расхода горячей воды в литрах на одного потребителя при средней температуре разбираемой воды tг=55 С, л/сутпотр;

tг - средняя температура разбираемой потребителями горячей воды, tг=60 С;

tх - средняя температура холодной воды в отопительном периоде, tх=5 С;

- плотность горячей воды, при температуре tг=55 С, =0,986 кг/л;

Кт.п = Qтп/Qпотр - коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты Qтп трубопроводами горячей воды от среднечасовой величины теплопотребления, Qпотр=Qср-Qтп; при определении Кт.п считают, что примерно 5% от Qпотр теряется в наружных сетях ГВ от котельной до зданий, 10% - во внутридомовой сети ГВ при наличии тепловой изоляции стояков ГВ и 20% при отсутствии изоляции стояков, 10% - в полотенцесушителях, если они присоединены к СГВ; принимаем Кт.п =0,25;

T - период работы системы горячего водоснабжения в течение суток, принимаем T=24 час/сут;

Кч - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, Кч зависит от вида здания и числа потребителей m в здании.

Коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды определяем по универсальной формуле, позволяющей определить Кч в зданиях любого назначения в зависимости от количества потребителей m в них и от норм расхода горячей воды:

, (2.7)

где Gч - норма расхода горячей воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления, л/сутпотр;

Gо - часовой расход воды водоразборным прибором, л/ч.

Значения Gсут, Gч и Gо для различных зданий приведены в [11].

Расход теплоты на горячее водоснабжение в зимний период , в Гкал, определяется:

, Гкал. (2.8)

Расход сетевой воды на горячее водоснабжение объектов определяется по формуле:

, т/ч, (2.9)

где - расчетное максимальное теплопотребление на нужды горячего водоснабжения объекта, ккал/ч;

Общий часовой расход теплоносителя определяется по формуле:

, т/ч. (2.10)

Общий часовой расход теплоты на здание определяется по формуле:

, Мкал/ч. (2.11)

Общий расход теплоты за зимний период определяется по формуле:

, Гкал. (2.12)

Фрагмент результатов расчета часовых расходов теплоносителя потребителей тепловой энергии приведены в таблице 2.3. Полная таблица находится в электронном файле на листе «отопление и ГВ».

Таблица 2.3 - Фрагмент результатов расчета тепловой нагрузки потребителей от котельной ШКДП

Адрес узла ввода	Наименование узла	Геодезическая отметка, м	Высота здания потpебителя, м	Номер схемы подключения потребителя	Расчетная нагрузка на отопление, Гкал/ч	Расчетная нагрузка на ГВС, Гкал/ч
Первомайская 2	ж/д	118	15	18	0,4	0,285
Первомайская 6а	ж/д	118	15	18	0,19	0,19
Шлюзовая 17	Баня 2	116	0	2	0,01317	0
Первомайская 6б	ж/д	118	15	18	0,13	0,15
Первомайская 6в	ж/д	118	15	18	0,19	0,19
Труда 3	Труда 3 тп2	118	12,2	19	0,0737	0,0204
Молодежная 3	ж/д	105	15	18	0,2	0,2
Заводская 2	Пожарная часть	119	6	19	0,1167	0,0005
Новая 9	Новая 9	111	14,5	19	0,1602	0,0283
Новая 6	Новая 6	111	3	4	0,0027	0
Юбилейная 16	Юбилейная 16	111	14,1	19	0,2972	0,05
Юбилейная 14	Юбилейная 14	111	11	19	0,1451	0,015
Юбилейная 8	Юбилейная 8 тп3	111	14,2	19	0,08	0,039
Юбилейная 14А	Юбилейная 14А	118	11	19	0,1451	0,015
Юбилейная 10	Юбилейная 10	118	14	19	0,2163	0,0278
Юбилейная 4	Юбилейная 4	107	14	19	0,1818	0,021
Юбилейная 2	Юбилейная 2	107	13,65	19	0,1768	0,028
Молодежная 7	ж/д	105	15	18	0,2	0,2
Труда 3	Труда 3 тп1	118	14,2	19	0,0737	0,0204
Труда 4	Труда 4	118	14,5	19	0,2824	0,0448
Шоссейная 52	Шоссейная 52	118	5,6	2	0,0392	0
Первомайская 12	Первомайская 12 тп1	118	14	19	0,112	0,0186
Первомайская 16	Первомайская 16	118	0	19	0,266	0,0425
Сапожникова 1	Сапожникова 1 тп1	118	14,05	19	0,074	0,017
Сапожникова 1	Сапожникова 1 тп2	118	14,05	19	0,074	0,017
Сапожникова 1	Сапожникова 1 тп3	118	14,05	19	0,074	0,017
Сапожникова 1	Сапожникова 1 тп4	118	14,05	19	0,074	0,017
Сапожникова 5	ЦРБ	118	6	2	0,0388	0
Первомайская 3б	начальная школа 1	118	6,6	19	0,1388	0,0031
Сапожникова 3	Сапожникова 3	118	14,5	19	0,2824	0,0378
Починковская 11	Починковская 11 тп2	116	14	19	0,096	0,0139
Починковская 11	Починковская 11 тп3	116	14	19	0,096	0,0139
Починковская 11	Починковская 11 тп4	116	14	19	0,096	0,0139
Юбилейная 12	Юбилейная 12	111	11	19	0,1451	0,015
Юбилейная 8	Юбилейная 8 тп1	111	14,2	2	0,08	0
Юбилейная 8	Юбилейная 8 тп2	111	14,2	2	0,08	0

Котельная предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит» отапливает 209 зданий. Из них 105 имеют горячее водоснабжение. Также сетевая вода из котельной поступает в центральный тепловой пункт, который обеспечивает отопление в микрорайоне Барбач.

Отапливаемые здания в поселке Шексна - Северная разнообразны и имеют строительный объем от 300 до 25000 м3. На рисунке 2.4 показано распределение тепловой нагрузки на СО потребителей от котельной ШКДП.



Рисунок 2.4 - Распределение тепловой нагрузки по потребителям от котельной ШКДП

2.5 Остальные исходные данные

Основные параметры климата п. Шексна согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» [10] следующие:

1. Средняя температура наиболее холодной пятидневки -32 0С;

2. Средняя температура за отопительный период -40С;

3. Продолжительность отопительного периода 228 день.

Климат характеризуется воздействием северных морей, умеренно-континентальный, неустойчив в течение года. Преобладающими ветрами являются ветры юго-западного направления.

А также задаемся следующими величинами:

1. Коэффициент тепловых потерь 0,25;

2. Температура холодной воды на входе в ПГВ зимой 50С;

3. Температура холодной воды на входе в ПГВ летом 150С;

4. Температура горячей воды на выходе из ПГВ 650С;

5. Период работы системы ГВС в течение суток 24 час/сут;

6. Эквивалентная шероховатость труб 0,002 м;

7. КПД сетевых насосов 0,6

Фактический тариф на теплоснабжение составляет Тт = 1698,02 руб/Гкал (Приказ РЭК области №828 от 15.12.2015);

Фактический тариф на электроэнергию Тэ = 3,06 руб/квт*ч (Приказ РЭК области №745 от 09.12.2015).

2.6 Выводы и список задач

Одним из важных элементов системы теплоснабжения (СТ) является тепловая сеть, во многом определяющая эффективность работы всей системы.

К сожалению, в настоящее время тепловые сети (ТС) обладают сравнительно низкой эффективностью работы.

При общей длине тепловых сетей РФ более 200 тыс. п.км. [1] и среднем диаметре 250 мм нормативные годовые тепловые потери в ТС составляют около 150 млн. Гкал в год. Общие тепловые потери через тепловую изоляцию можно в отсутствие более достоверных данных, принимать равными 300 млн. Гкал в год. Потери сетевой воды (без расхода на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения) составляют около 0,7 м3/Гкал или 1,5 млрд. м3/год, а с учетом потерь в сетях ГВС около 2 млрд. м3, что соответствует тепловым потерям 150 млн. Гкал/год. Суммарные тепловые потери в сетях составляют около 450 млн. Гкал/год. Потенциал экономии за счет прогрессивных способов теплоизоляции, оперативного устранения утечек, уменьшения диаметров трубопроводов, частичной децентрализации теплоснабжения концевых потребителей, составляет около 300 млн. Гкал/год.

Сложившаяся с СТ ситуация привела к росту тарифов на тепловую энергию. Снижения тарифа можно достичь уменьшением финансовых затрат на производство, транспортировку и распределение тепловой энергии.

Экономически обоснованное проведение энергоресурсосберегающих мероприятий (ЭРСМ) может в значительной мере сократить расходы системы теплоснабжения. Энергосбережение в СТ возможно следующими путями:

1. Совершенствование источника тепловой энергии (котельная или ТЭЦ);

2. Регулировка тепловых сетей;

3. Повышение энергетической эффективности потребителей теплоты;

Список задач, решаемых в дипломной работе:

1. Произвести анализ существующей системы теплоснабжения, на основе исходных данных;

2. Разработать мероприятия по улучшению работы системы теплоснабжения;

3. Рассчитать технико-экономическую эффективность от проведения мероприятий.

3 Анализ основных параметров системы теплоснабжения от котельной ШКДП

3.1 Результаты гидравлического расчета системы теплоснабжения

Разработанная электронная модель системы теплоснабжения от котельной ШКДП поселка Шексна представлена на рисунке 3.1.

Расчет выполнен в табличной форме с помощью программного комплекса ГИС Zulu (Результаты расчетов в электронном виде прилагаются). Результаты гидравлического расчета приведены в таблице 3.1.

По данным гидравлического расчета построен пьезометрический график котельной. За основное направление принята магистраль от котельной до 1ТК-24. График приведен на рисунке 3.2.

По результатам гидравлического расчета можно сделать вывод, что напора, создаваемого насосами котельной, достаточно для подачи теплоносителя самому удаленному потребителю. Избыточный напор в теплосети устраняется с помощью дроссельных диафрагм (шайб). Если расчетный диаметр шайбы менее 3 мм, то устанавливается балансировочный клапан. Ведомость диаметров дроссельных диафрагм, устанавливаемых в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), приведена в приложении 3.

3.2 Радиус эффективного теплоснабжения

Исходя из результатов гидравлических расчетов и отсутствия ограничений по использованию тепловой мощности строительство, реконструкция и техническое перевооружение источников тепловой энергии нецелесообразно.

Радиус эффективного теплоснабжения - максимальное расстояние от теплопотребляющей установки до ближайшего источника тепловой энергии в системе теплоснабжения, при превышении которого подключение теплопотребляющей установки к данной системе теплоснабжения нецелесообразно по причине увеличения совокупных расходов в системе теплоснабжения.

Рисунок 3.1 - Фрагмент электронной модели системы теплоснабжения от котельной ШКДП

Таблица 3.1 - Фрагмент результатов гидравлического расчета системы теплоснабжения от котельной ШКДП

Наименование начала участка	Наименование конца участка	Длина участка, м	Внутpенний диаметp подающего тpубопpовода, м	Расход воды в подающем трубопроводе, т/ч	Потери напора в подающем трубопроводе, м	Расчетная нагрузка на отопление, Гкал/ч	Расчетная нагрузка на ГВС, Гкал/ч	Рекомендуемый диаметр сопла элеватора, мм	Фактический коэффициент смешения	Диаметр шайбы на под. тр-де перед СО, мм	Количество шайб, шт	Потеpи напоpа на шайбе, м
1ТК-11	Первомайская 18	18	0,1	6,7503	0,028	0,238	0,0454	16,2	2,35	11,14	1	19,23
1ТК-11	Первомайская 16	39	0,1	7,3249	0,071	0,266	0,0425	17,18	2,36	11,8	1	19,14
1РА-17	Первомайская 6	5	0,1	7,3101	0,009	0,19	0,19	14,47	0	10,57	1	14,98
1ТК-32	Первомайская 10	40	0,1	5,0694	0,035	0,1928	0,0245	14,53	2,31	10,7	1	14,46
1РА-3	Первомайская 5 тп4	48	0,05	2,7285	0,574	0,1	0,015	10,5	2,09	7,4	1	17,54
1РА-3Б	Первомайская 5 тп1	29	0,08	2,7416	0,025	0,1	0,015	10,5	2,09	7,3	1	18,29

Подключение дополнительной тепловой нагрузки с увеличением радиуса действия источника тепловой энергии приводит к возрастанию затрат на производство и транспорт тепловой энергии и одновременно к увеличению доходов от дополнительного объема ее реализации. Радиус эффективного теплоснабжения представляет собой то расстояние, при котором увеличение доходов равно по величине возрастанию затрат. Для действующего источника тепловой энергии это означает, что удельные затраты (на единицу отпущенной потребителям тепловой энергии) являются минимальными:

руб./Гкал/ч, (3.1)

где A - удельная стоимость сооружения тепловой сети, руб./Гкал/ч; Z - удельная стоимость сооружения котельной, руб./Гкал/ч.

В основу расчета положены полуэмпирические соотношения, которые представлены в «Нормах по проектированию тепловых сетей», изданных в 1938 году. Аналитическое выражение для оптимального радиуса теплоснабжения предложено в следующем виде, км:

, (3.2)

где B - среднее число абонентов на 1 км2; s - удельная стоимость материальной характеристики тепловой сети, руб./м2; П - теплоплотность района, Гкал/ч*км2; Дф - расчетный перепад температур теплоносителя в тепловой сети, оС; ф - поправочный коэффициент, зависящий от постоянной части расходов на сооружение, принимаемый 1,3.

При этом предложено некоторое значение предельного радиуса действия тепловых сетей, которое определяется из соотношения, км:

, (3.3)

где Rnped - предельный радиус действия тепловой сети, км; p - разница себестоимости тепла, выработанного на ТЭЦ и в индивидуальных котельных абонентов, руб./Гкал; C - переменная часть удельных эксплуатационных расходов на транспорт тепла, руб./Гкал; K - постоянная часть удельных эксплуатационных расходов на транспорт тепла при радиусе действия тепловой сети, равном 1 км, руб./Гкал*км.

Результаты расчета радиуса эффективного теплоснабжения каждой системы теплоснабжения п. Шексна приведены в таблице 3.2

Удельная стоимость материальной характеристики тепловой сети определена на основании данных структуры затрат на оказание услуг по передаче тепловой энергии путем выборки затрат, относящихся непосредственно к конструктивной части тепловой сети (материальной характеристики). Такими статьями затрат являются: аренда имущества, амортизация и затраты на ремонт тепловых сетей. Для существующей котельной: = 13576,3 руб./мІ при материальной характеристики тепловой сети 2485,5 мІ.

Таблица 3.2 - Радиусы эффективного теплоснабжения источников тепловой энергии п. Шексна

Источник теплоснабжения	Тепловая нагрузка, Гкал/ч	П, Гкал/ч*км2	Дф, оС	Количесво абонентов	В, аб./км2	Rопт
Котельная ШКДП (115/70)	39.42064	88,41	45	209	70	2,03

Из выше представленной таблицы видно, что котельная работает эффективно.

3.3 Надежность теплоснабжения

За последние пять лет аварий и инцидентов на тепловых сетях не было. Время восстановления теплоснабжения потребителей после аварийных отключений подачи тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения города статистика не ведется.

Общие положения.

Оценка надежности теплоснабжения разрабатываются в соответствии с подпунктом «и» пункта 19 и пункта 46 Требований к схемам теплоснабжения. Нормативные требования к надёжности теплоснабжения установлены в СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» в части пунктов 6.27-6.31 раздела «Надежность».

В СП 124.13330.2012 надежность теплоснабжения определяется по спообности проектируемых и действующих источников теплоты, тепловых сетей и в целом систем централизованного теплоснабжения обеспечивать в течение заданного времени требуемые режимы, параметры и качество теплоснабжения (отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, а также технологических потребностей предприятий в паре и горячей воде) обеспечивать

В качестве основных критериев надёжности тепловых сетей и системы теплоснабжения приняты:

1) вероятность безотказной работы [Р];

2) коэффициент готовности системы [КГ];

3) живучесть системы [Ж].

Минимально допустимые значения показателя вероятности безотказной работы:

1) источника тепловой энергии - РИТ = 0,97;

2) тепловых сетей - РТС = 0,9;

3) потребителя тепловой энергии - РПТ = 0,99;

4) системы в целом - РСЦТ = 0,86;

5) коэффициент готовности системы теплоснабжения КГ = 0,97.

Соблюдение данных нормативных показателей в конкретной системе теплоснабжения (источник тепловой энергии, тепловая сеть, потребитель) означает, что:

1) при отказах в системе теплоснабжения температура в отапливаемых помещениях жилых и общественных зданий в период отказа не будет опускаться ниже плюс 12°С, в промышленных зданиях - ниже плюс 8 °С. Математическое ожидание отказа не более 14 раз за 100 лет;

2) расчётная температура воздуха в отапливаемых помещениях плюс 18- 20°С будет поддерживаться в течение всего отопительного периода, за исключением 264 часов. В течение 264 часов температура воздуха может опускаться до плюс 16 - 18 °С.

Результаты расчета надежности в программе Zulu.

По участкам тепловой сети

1) Trep_nad, Время восстановления, ч

2) Mrep_nad, Интенсивность восстановления, 1/ч

3) Lambda_nad, Интенсивность отказов, 1/(км*ч)

4) Omega_nad, Поток отказов, 1/ч

5) Qot_nad, Относительное кол. отключ. нагрузки

6) Pbreak_nad, Вероятность отказа

По задвижкам

1) Trep_nad, Время восстановления, ч

2) Mrep_nad, Интенсивность восстановления, 1/ч

3) Lambda_nad, Интенсивность отказов, 1/(км*ч)

4) Omega_nad, Поток отказов, 1/ч

5) Qot_nad, Относительное кол. отключ. нагрузки

6) Pbreak_nad, Вероятность отказа

По потребителям и обобщенным потребителям

1) R_nad, Вероятность безотказной работы

2) K_nad, Коэффициент готовности

3) Qlost_nad, Средний суммарный недоотпуск теплоты, Гкал/от. период

Вероятность безотказной работы тепловых сетей

При расчете надежности системы транспорта теплоносителя в поселке

Шексна использовались следующие исходные данные:

1) расчетная температура наружного воздуха для систем отопления

2) Шексна сельского поселения (Вологодская область) - минус 32°С;

3) расчетная температура внутреннего воздуха для жилых помещений -

4) плюс 20°С;

5) повторяемость температур наружного воздуха определена по СНиП

6) 2.01.01-82;

7) внутренние тепловыделения - 40% от фактической расчетной

8) нагрузки отопления при соответствующей температуре наружного воздуха;

9) коэффициент тепловой аккумуляции здания - =40;

10) минимальная внутренняя температура воздуха, сохраняемая в течение

11) всего ремонтно-восстановительного периода - tmin - плюс 12°С;

12) нормативный показатель вероятности безотказной работы тепловых

13) сетей - PТС =0,9 (по СНиП 41-02-2003);

14) время восстановления поврежденного элемента трубопровода рассчитывалось по методике, предложенной профессором Е.Я. Соколовым.

Одной из важнейших характеристик надежности элементов является интенсивность отказов, которую можно определить как вероятность того, что элемент, проработавший безотказно время t, откажет в последующий отрезок времени dt.

Можно считать, что функция надежности элементов системы теплоснабжения подчиняется экспоненциальному закону.

Из теории вероятностей известно, что вероятность совместного появления двух событий или вероятность их произведения равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого при условии, что первое событие произошло. Таким образом, вероятность появления двух и более отказов на тепловых сетях одновременно ничтожно мала и не будет учитываться в данной работе.

Расчет безотказной работы проводился для каждого участка тепловой сети.

На основе анализа полученных данных расчётов будут, при рассмотрении перспективы развития СЦТ, рекомендованы к строительству новые участки, а также реконструкция существующих со сроком службы близким к критическому возрасту.

В таблице 3.3 приведены результаты расчёта коэффициента безотказной работы главной магистрали при различных сроках эксплуатации трубопроводов тепловой сети.



Рисунок 3.2 - Трассировка участка «Котельная ШКДП- ЦТП Барбач»

Таблица 3.3 - Результаты расчёта коэффициента безотказной работы главной магистрали от Котельной ШКДП до ЦТП Барбач на 2017 год

Рисунок 3.3 - Трассировка участка «Котельная ШКДП- ЦТП Барбач»

3.4 Групповые изменения характеристик объектов (участков тепловых сетей, потребителей) по заданным критериям с целью моделирования различных перспективных вариантов схем теплоснабжения

Теплоснабжение многоквартирных жилых домов и общественных зданий предполагается осуществлять от централизованных источников теплоснабжения. Прогнозы приростов объемов потребления тепловой мощности с разделением по видам теплопотребления в зоне действия каждого из существующих источников тепловой энергии приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Перспективные приросты тепловых нагруз...