К проблеме повышения величины и годовой равномерности полезной тепловой нагрузки теплоэлектроцентралей города Кишинева

Размещено на http://www.allbest.ru/

К проблеме повышения величины и годовой равномерности полезной тепловой нагрузки теплоэлектроцентралей города Кишинева

Введение

В настоящее время многие промышленные предприятия отключились от централизованной системы теплоснабжения г. Кишинева и обеспечивают свои потребности в тепловой энергии с помощью автономных источников. В то же время новые объекты часто строятся с индивидуальными системами теплоснабжения. Все это свидетельствует о том, что полезная тепловая нагрузка теплоэлектроцентралей г.Кишинева (ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2) установилась значительно ниже проектной и в ближайшем будущем существенно не повысится. Вместе с тем, обеспечение энергетической безопасности и развитие экономики Республики Молдова требуют увеличения производства электрической энергии на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2. В сложившихся условиях для увеличения производства электрической энергии необходимо найти полезное применение тепловой энергии, которая производится попутно. Лишь в этом случае можно минимизировать затраты и обеспечить относительно низкую себестоимость производимой электрической энергии.

Не менее важной является задача минимизации тарифа на тепловую энергию. Огромную социально-экономическую значимость этого параметра трудно переоценить. Достаточно отметить, что в настоящее время он влияет не только на уровень жизни городского населения и конкурентоспособность выпускающейся продукции, но и на социально-политическую стабильность в государстве.

Решение перечисленных выше задач должно быть комплексным. Одним из инженерных решений является использование тепловой энергии для производства холода с последующим его применением в системах холодоснабжения зданий различного назначения, например, в системах кондиционирования воздуха, хранилищах фруктов и овощей, системах охлаждения технологического оборудования. Предлагаемое техническое решение обеспечивает полезное использование излишков тепловой энергии в течение всего года, так как охлаждение технологического оборудования необходимо и в зимнее время. Однако особенно важно то, что гарантируется потребление тепла в теплый период года, причем объемы могут быть очень велики и соизмеримы с тепловой нагрузкой ТЭЦ во время отопительного сезона. В результате роста общего потребления тепловой энергии и его годовой равномерности повысится эффективность использования топлива, улучшатся экономические показатели теплогенерирующих предприятий, возникнет возможность минимизации тарифов на тепловую и электрическую энергию.

Реализация предложенной концепции возможна на основе применения современных абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (чиллеров) непрямого нагрева, использующих в качестве основного энергетического источника горячую воду, пар или тепло отходящих дымовых газов.

1. Абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины

Известно, что работа многих холодильных машин основана на принципе испарительного охлаждения. Рабочая жидкость, циркулирующая внутри холодильной машины по замкнутому контуру, попадает на теплообменную поверхность труб, внутри которых охлаждаемая вода движется, испаряется и отбирает тепловую энергию. Затем, с помощью промежуточного теплоносителя тепловая энергия переносится к градирне, откуда отводится в атмосферу.

Абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины по принципу действия классифицируются на одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые.

Принцип работы одноступенчатых машин можно рассмотреть на примере холодильных машин типа SYBDH производства итальянской фирмы “Systema”, использующих в качестве основного энергоносителя горячую воду с температурой 75-120 ⁰С.

Греющая вода поступает в генератор 1 (рис. 1), где нагревает водный раствор LiBr. Благодаря низкому давлению в генераторе происходит испарение воды из раствора и образование пара. Пар поступает в конденсатор 2, охлаждающийся водой, циркулирующей в контуре градирни (не показана).

Образованный конденсат направляется в испаритель 3, где с помощью специальной системы орошения 4 в диспергированном виде омывает теплообменную поверхность труб 5, внутри которых циркулирует охлаждаемая вода. Попадая на теплообменную поверхность труб 5 часть конденсата испаряется, отбирая тепловую энергию. Другая часть скапливается в поддоне 6, откуда насосом 7 повторно направляется в систему орошения 4.

Образующийся в испарителе 3 водяной пар поступает в абсорбер 8. Здесь он конденсируется за счет охлаждения водой контура градирни. Одновременно здесь происходит абсорбция воды концентрированным раствором LiBr, который поступает из генератора 1. Скопившийся в нижней части абсорбера водный раствор LiBr направляется по двум направлениям. Одна часть поступает в систему автоматической очистки 9 и возвращается в абсорбер.

Рис. 1. Схема одноступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины производства итальянской фирмы “Systema”

Вторая часть сначала направляется в теплообменник 10, где нагревает концентрированный раствор LiBr перед его поступлением в абсорбер 8, а затем поступает в генератор 1. Таким образом осуществляется замкнутая циркуляция потоков внутри одноступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины.

Принцип работы двухступенчатых машин можно рассмотреть на примере холодильных машин типа SYBS производства фирмы “Systema” (рис. 2), использующих в качестве основного энергоносителя пар давлением 0,3-0,9 МПа.

Греющий пар поступает в высокотемпературный генератор 1, где нагревает водный раствор LiBr. Образованный пар поступает в низкотемпературный генератор 2, где нагревает и выпаривает слабоконцентрированный водный раствор LiBr. Из низкотемпературного генератора пар поступает в конденсатор 3, который охлаждается водой, циркулирующей в контуре градирни.

Образованный конденсат направляется в испаритель 4, где с помощью специальной системы орошения 5 в диспергированном виде омывает теплообменную поверхность труб 6, внутри которых циркулирует охлаждаемая вода. Попадая на теплообменную поверхность труб 6 часть конденсата испаряется, отбирая тепловую энергию. Другая часть конденсата скапливается в поддоне 7, откуда насосом 8 повторно направляется в систему орошения 5.

Образующийся в испарителе 4 водяной пар поступает в абсорбер 9. Здесь он конденсируется за счет охлаждения водой контура градирни. Одновременно здесь происходит абсорбция воды концентрированным раствором LiBr. Скопившийся в нижней части абсорбера водный раствор LiBr направляется по трем направлениям. Одна часть поступает в систему автоматической очистки 10 и возвращается в абсорбер. Вторая часть направляется сначала в низкотемпературный теплообменник 11, где нагревает концентрированный раствор LiBr перед его поступлением в абсорбер 9, а затем нагревается в конденсаторе греющего пара и поступает в низкотемпературный генератор 2. Третья часть сначала направляется в высокотемпературный теплообменник 12, где также нагревает концентрированный раствор LiBr перед его поступлением в абсорбер 9, а затем поступает в высокотемпературный генератор 1. Таким образом, осуществляется замкнутая циркуляция потоков внутри двухступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины.

Рис. 2. Схема двухступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины производства итальянской фирмы “Systema”

Благодаря описанному принципу работы, автоматизированной системе управления, частотному регулированию всех электрических двигателей насосов, а также целому ряду других технических решений рассмотренные абсорбционные холодильные машины имеют целый ряд преимуществ по сравнению с компрессорными холодильными машинами. Прежде всего, они обеспечивают более высокую эффективность в широком диапазоне нагрузки и низкий уровень потребления электрической энергии.

Рассмотрим возможные технологические схемы применения абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин для использования излишков тепловой энергии Кишиневских ТЭЦ.

2. Производство холода непосредственно у потребителя

Горячая вода по существующим тепловым сетям поступает к потребителям (рис. 3), у которых установлены абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины, например, типа SYBDH или SYBH производства итальянской фирмы “Systema”. Используя данную горячую воду в качестве основного энергоносителя, холодильные машины вырабатывают холод. Хладоносителем является вода с параметрами +7/14 ⁰С, которая циркулирует через гидравлически независимый контур холодильной машины и направляется в систему кондиционирования воздуха или на технологические нужды потребителя.

Рис. 3. Схема производства холода у потребителей

Благодаря использованию существующих тепловых сетей капитальные затраты на холодоснабжение минимальны и сводятся, главным образом, к установке абсорбционных холодильных машин. В отличие от традиционных технологий холодоснабжения на основе компрессорных холодильных машин в данном случае общая установленная электрическая мощность оборудования в 8-10 раз меньше. Зачастую это исключает необходимость реконструкции или строительства электрических подстанций, что дает экономию капитальных затрат.

Сокращение эксплуатационных расходов настолько велико, что для крупных объектов годовая экономия может достигать нескольких десятков тысяч евро в год. В таблице 1 представлены данные технико-экономического сравнения двух вариантов источников тепло/холодоснабжения уже запроектированного в г. Кишиневе административного здания с потребностью в тепле 1620 кВт и потребностью в холоде 1160 кВт. Использованные в расчетах тарифы составляли: электрическая энергия - 7,4 евроцента (1,33 лея) за 1 кВт. ч; природный газ - 233 евро (4192 лея) за 1000 м³. По результатам сравнения видно, что применение абсорбционных холодильных машин более выгодно, так как в течение трех с половиной лет разница в стоимости оборудования компенсируется низкими эксплуатационными расходами, а дальнейшая эксплуатация обеспечивает экономию около 30 тыс. евро в год.

В результате внедрения данной технологической схемы возникает многократный эффект. Потребитель при минимальных расходах получает очень эффективную и экономичную систему холодоснабжения. Производитель тепловой энергии обеспечивает более полное использование произведенной тепловой энергии и равномерную круглогодичную загрузку теплогенерирующего оборудования, что ведет к сокращению срока окупаемости оборудования и позволяет снизить тариф на отпускаемую тепловую энергию.

3. Производство холода на ТЭЦ

Помимо рассмотренной выше технологической схемы возможна и другая, учитывающая аграрную направленность экономики Республики Молдова и потребность г. Кишинева в хранилищах сельскохозяйственной продукции. Данная концепция предусматривает производство холода непосредственно на ТЭЦ с размещением на прилегающей территории хранилищ, например, фруктов и овощей (рис. 4).

Рис. 4. Схема производства холода на территории ТЭЦ

Технологические требования к температуре хранения некоторых видов сельскохозяйственной продукции таковы (таблица 2), что абсорбционные холодильные машины вполне могут быть использованы в качестве источника холодоснабжения.

Для производства холода на ТЭЦ могут устанавливаться:

- абсорбционные машины типа SYBDH фирмы “Systema”, работающие на горячей воде температурой не ниже +70 ⁰С;

- абсорбционные машины типа SYBH, работающие на горячей воде температурой не ниже +140 ⁰С;

- абсорбционные машины типа SYBE и SYBDE, работающие на отходящих дымовых газах;

- абсорбционные машины типа SYBS, работающие на паре давлением 0,3-0,9 МПа;

- комбинированные абсорбционные машины фирмы “Systema”, работающие на горячей воде и дополнительно оснащенные газогорелочным блоком.

Отбор тепла из рабочих контуров ТЭЦ может осуществляться:

- путем отбора отходящих дымовых газов котлов и непосредственного направления их в абсорбционные холодильные машины;

- за счет утилизации тепла отходящих дымовых газов, нагрева горячей воды и подачи этой воды в абсорбционные холодильные машины;

- путем подачи в абсорбционные холодильные машины сетевой или оборотной воды.

Таблица 1. Расчет основных технико-экономических показателей для выбора источников тепло и холодоснабжения для административного здания с потребностью в тепле 1620 кВт и потребностью в холоде 1160 кВт

Таблица. 2. Температура хранения некоторых видов сельскохозяйственной продукции

Выводы

1. Кроме дорогостоящих проектов по строительству новых теплоэлектроцентралей на других, альтернативных природному газу, видах топлива существуют возможности повышения энергетической безопасности Республики Молдова за счет более высокой эффективности использования импортируемого природного газа и снижения потребления электрической энергии для нужд холодоснабжения. Один из способов заключается в использовании тепловой энергии для производства холода.

2. Технико-экономические расчеты показывают, что применение абсорбционных машин, использующих в качестве основного энергетического источника горячую воду или тепло отходящих дымовых газов, целесообразно и дает значительный экономический эффект. Для больших зданий он может достигать нескольких десятков тысяч евро в год.

3. В качестве основного оборудования для решения рассмотренных выше задач могут быть рекомендованы, например, абсорбционные холодильные машины типа SYBDH, SYBH, SYBDE, SYBE, SYBS производства итальянской фирмы “Systema”.

Литература

абсорбционный холодильный схема тэц

1. Concepюia privind renovarea sistemului de termoficare al Republicii Moldova. Ministerul Energeticii al Republicii Moldova. Chiєinгu. 2002. 17 p.

2. План обустройства национальной территории. Постановление Правительства Республики Молдова № 1362 от 07.12.2001.

3. Постановление Административного совета Национального агентства по регулированию в энергетике Республики Молдова № 363 от 14 января 2010 г.

4. Постановление Административного совета Национального агентства по регулированию в энергетике Республики Молдова № 365 от 14 января 2010 г.

Размещено на Allbest.ru