К.Н. Илюхин, к.т.н., доцент

А.П. Мельников, аспирант

Д.А. Алейников, аспирант

г. Тюмень

Авторами проведено исследование по выявлению факторов, снижающих энергоэффективность централизованного теплоснабжения на примере магистральных тепловых сетей в контуре Тюменской ТЭЦ-2.

Эксплуатацию системы централизованного теплоснабжения осуществляют три организации:

¦ОАО «Фортум» (Тюменская ТЭЦ-1 и Тюменская ТЭЦ-2);

¦филиал ОАО «УТСК» Тюменские тепловые сети (магистральные тепловые сети);

¦ОАО «Тепло Тюмени» (распределительные тепловые сети).

Целью исследования является рассмотрение гидравлического режима централизованного теплоснабжения. Исходные данные были получены из автоматизированной системы коммерческого учета тепловой энергии (АСКУТЭ), установленной на границе балансовой принадлежности магистральных и распределительных тепловых сетей.

В ходе исследования были решены следующие задачи:

¦проведен анализ температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха;

¦проведен анализ расхода теплоносителя в подающей магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха;

¦проведен анализ давления сетевой воды в обратном трубопроводе для концевых потребителей - наиболее удаленных от источника централизованного теплоснабжения.

Одним из источников централизованного теплоснабжения в городе Тюмени является ТЭЦ-2 с установленной тепловой мощностью 1410 Гкал, которая осуществляет производство в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Система централизованного теплоснабжения - закрытая [1]. Регулирование отпуска тепловой энергии -качественное, путем изменения температуры сетевой воды по отопительному графику 150/70 ^ОС.

Для проведения анализа режимов работы тепловых сетей выбраны две магистральные тепловые камеры - 9К2 и 4К24. Первая из них расположена в непосредственной близости от источника теплоснабжения, вторая - один из конечных потребителей тепловой энергии в контуре ТЭЦ-2.

Близость магистральной тепловой камеры 9К2 к источнику теплоснабжения привела к тому, что согласно диспетчерским данным, полученным из системы АСКУТЭ за декабрь 2011 г., наибольшее превышение расхода теплоносителя в подающем трубопроводе составило 27% по отношению к нормативу, который составляет 654,54 т/ч. Перерасход теплоносителя привел к превышению температуры в обратном трубопроводе на 11,2% при норме в ±5% [2]. Такое отклонение от нормы говорит о том, что у целого ряда потребителей, подключенных к магистральной тепловой камере 9К2, отсутствует возможность ограничения такого значительного расхода теплоносителя. В связи с этим подобную проблему необходимо решать централизованно.

Исследовав параметры конечного потребителя, полученные из системы АСКУТЭ за декабрь 2011 г., был построен график температуры и расхода теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Данные зависимости для магистральной тепловой камеры 4К24 представлены на рис. 1.

Рис. 1. График температуры и расхода теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха для магистральной тепловой камеры 4К24:

t_1гр, t_2гр - соответственно температура в подающей и обратной магистрали согласно температурному графику качественного регулирования тепловой нагрузки, ^ОС;

t_1факт; t_2факт - соответственно фактическая температура в подающей и обратной магистрали, ^ОС;

G_норм - нормативный расход теплоносителя на ответвление, т/ч;

G_факт - фактический расход теплоносителя на ответвление, т/ч.

Завышенная температура в обратном трубопроводе влечет за собой завышение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя с высокой температурой, повышенные тепловые потери по длине трубопровода, а так же снижение выработки электрической энергии на источнике теплоснабжения, работающем по теплофикационному циклу.

На основании проведенного анализа можно предположить, что причиной завышения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, а также расхода в подающей магистрали, является разбалансировка тепловых сетей. При этом стоит отметить еще одну проблему, которая характерна для «концевых» потребителей централизованного теплоснабжения - завышенное давление в обратной магистрали. Для зависимых систем отопления расчетное допустимое давление в обратном трубопроводе составляет 6 кгс/см². Фактический пьезометрический график от камеры 4П9 до 4К25, который представлен на рис. 2, отражает фактический гидравлический режим конечных магистральных тепловых камер в контуре Тюменской ТЭЦ-2 [3].

Рис. 2. Фактический пьезометрический график конечных потребителей от камеры 4П9 до 4К25.

Так, для концевых магистральных тепловых камер 4К24 и 4К25 давление в обратном трубопроводе составляет 59,6 м вод. ст. и 59,3 м вод. ст. соответственно. Располагаемый напор для обозначенных тепловых камер составляет 4,3 и 4,1 м вод. ст., что намного ниже норматива в 15 м вод. ст. на вводе в индивидуальный тепловой пункт [4].

Ситуация ухудшается тем, что увеличивается радиус действия тепловых сетей, а также растет количество потребителей, подключенных к системе централизованного теплоснабжения. При расчете гидравлического режима в комплексном программном обеспечении «ZuluThermo» с учетом перспективной тепловой нагрузки со сроком подключения в 2012 г, давление в обратном трубопроводе превысит нормативное. Расчетный пьезометрический график конечных потребителей от камеры 4П9 до 4К25 с учетом перспективной тепловой нагрузки представлен на рис. 3.

Рис. 3. Расчетный пьезометрический график конечных потребителей от камеры 4П9 до 4К25 с учетом перспективной тепловой нагрузки.

С учетом подключения перспективной тепловой нагрузки напор в обратном трубопроводе для магистральных тепловых камер 4К23, 4К24 и 4К25 составит 60,2, 61,3 и 61 м вод. ст. соответственно при норме в 60 м вод. ст. Данная проблема находит свое отражение в ухудшении качества теплоснабжения наиболее удаленных потребителей тепловой энергии.

В связи с этим для стабилизации гидравлического режима магистральных тепловых сетей предлагается:

¦Установить регуляторы давления на границе магистральных и распределительных тепловых сетей.

¦Установить частотные преобразователи на подкачивающих насосных станциях.

¦Провести модернизацию центральных и индивидуальных тепловых пунктов с использованием автоматических систем регулирования потребления тепловой энергии и переводом на независимую схему подключения системы отопления.

энергоэффективность централизованный теплоснабжение гидравлический

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов/Е.Я. Соколов - М.: Изд-во МЭИ, 2001. - 472 с.

2. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утв. Приказом Минэнерго РФ от 24.03.2003 № 115. - 192 с.

3. Чекардовский М.Н. Прямой расчет средней скорости теплоносителей в пластинчатых теплообменных аппаратах// Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, - 2011. - № 4 (12). - С. 100-104.

4. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети: утв. Госстроем России: взамен СНиП 2.04.07 - 86*: дата введ. 01.09.03. - М.: ГУП ЦПП, 2003 г. - 38 с.

Размещено на Allbest.ru