Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация режимов работы тепловых сетей крупных систем централизованного теплоснабжения

Д.В. Жуков,

Город Омск является областным центром и относится к одним из крупнейших в Российской Федерации с достаточно высокой степенью комфортности. Примерно 70% всей тепловой нагрузки централизованного теплоснабжения (ЦТ) города Омска обеспечивается пятью тепловыми источниками Омского филиала ОАО «ТГК-11». Присоединенная нагрузка в горячей воде к тепловым сетям составляет 3008 Гкал/ч по средней нагрузке ГВС. На трех тепловых источниках ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5 выработка тепловой и электрической энергии осуществляется по комбинированному циклу, на ТЭЦ-2 и КРК вырабатывается только тепловая энергия.

Протяженность магистральных тепловых сетей Омского филиала ОАО «ТГК-11» составляет 262,9 км средним диаметром 600 мм, распределительных тепловых сетей, эксплуатируемых другими организациями, более 730 км.

К тепловым сетям подключено 13,3 тысяч индивидуальных тепловых узлов. Часть тепловых узлов (16% по тепловой нагрузке) подключена через центральные тепловые пункты и тепловые насосные станции (59 ЦТП и ТПНС). Для увеличения пропускной способности тепловых сетей установлено 13 перекачивающих насосных станций (ПНС), которые работают в режиме понижения давления в обратных трубопроводах, а одна ПНС также еще и в режиме повышения давления в подающем трубопроводе. Присоединение потребителей к тепловым сетям выполнено в основном по зависимой схеме, и лишь небольшая часть (~3%) подключена по независимой схеме через ИТП и ЦТП. Горячее водоснабжение осуществляется по открытой (~49%) и закрытой схемам (~51%) различных видов. Системами автоматического регулирования отопительно-вентиляционной нагрузки и ГВС оснащено только ~12% тепловой нагрузки. Присоединение новых систем теплопотребления осуществляется при помощи автоматизированных тепловых пунктов.

Схема тепловых сетей от тепловых источников Омского филиала ОАО «ТГК-11» характеризуется своей сложностью, в частности: схема радиально-кольцевая, большая протяженность тепловых сетей от источника до конечного потребителя (более 20 км), низкая гидравлическая устойчивость, разнообразие схем присоединения систем теплопотребления с разной степенью автоматизации. Тепловые источники работают с приближенными к проектным рабочими давлениями 14,0-14,5 кгс/см2. Расчетный температурный график 150-70 ОС (со срезкой 130 ОС).

Опыт оптимизации и наладки режимов работы тепловых сетей

Оптимизация режимов работы тепловых сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, не требующих значительных финансовых затрат на внедрение, но приводящая к значительному экономическому результату и снижению затрат на топливно-энергетические ресурсы.

В работе по управлению и наладке режимов работы тепловых сетей задействованы практически все структурные подразделения «Тепловых сетей», которые разрабатывают оптимальные тепло-гидравлические режимы и мероприятия по их организации, анализируют фактические режимы, выполняют разработанные мероприятия и наладку систем автоматического регулирования (САР), а также оперативно управляют режимами и контролируют потребление тепловой энергии и др.

Разработка режимов (в отопительный и межотопительный периоды) проводится ежегодно [1] с учетом анализа режимов работы тепловых сетей в предыдущие периоды, уточнения характеристик по тепловым сетям и системам теплопотребления, ожидаемого присоединения новых нагрузок, планов капитального ремонта, реконструкции и технического перевооружения. С использованием данной информации осуществляются теплогидравлические расчеты с составлением перечня наладочных мероприятий, в том числе с расчетом дроссельных устройств (дроссельные диафрагмы и сопла элеваторов). Расчет дроссельных устройств осуществляется для каждого теплового узла с учетом снижения температуры теплоносителя за счет потерь тепловой энергии по трубопроводам от источника до теплового узла. Расчеты на отопительный период выполняются при 3-х режимах: наладочный (соотношение долей ГВС открытой схемы из подающего и обратного трубопровода соответственно 60 и 40%), в результате которого определяются диаметры дроссельных устройств, зимний (при расчетной температуре наружного воздуха и ГВС открытой схемы 100% из обратного трубопровода) и переходный (при температуре наружного воздуха, соответствующей началу/окончанию отопительного периода и ГВС открытой схемы 100% из подающего трубопровода). При проведении расчетов в последние два года к расчетным (договорным) нагрузкам применяются повышающие или понижающие коэффициенты, определенные по фактическому потреблению тепловой энергии. Учет фактических тепловых нагрузок позволяет более точно рассчитывать режимы, проводить наладку и, в конечном итоге, свести к минимуму отклонения от расчетных режимов.

Разработка режимов работы тепловых сетей в течение последних 10 лет ведется при помощи программного обеспечения «СКФ-ТС». По системе централизованного теплоснабжения города Омска сформирована подробная схема тепловых сетей и база данных, содержащая характеристики всех элементов схемы (участки магистральных и внутриквартальных трубопроводов, насосного оборудования, запорной и регулирующей арматуры, ПНС, ЦТП и ТПНС, схемы присоединения и нагрузки тепловых узлов (потребителей). В настоящее время в базе данных содержатся характеристики более 130 тысяч элементов (рисунок).

Помимо расчетов оптимальных режимов и разработки наладочных мероприятий «СКФ-ТС» также позволяет оперативному и инженерно-техническому персоналу в едином информационном пространстве выполнять: теплоснабжение трубопровод гидравлический температурный

1) анализ технического состояния системы теплоснабжения, фактического состояния сетей, режимов, повреждаемости трубопроводов;

2) моделирование нештатных ситуаций, в том числе аварийных;

3) оптимизацию планирования замен трубопроводов с расстановкой приоритетов замены;

4) проектирование и модернизацию систем теплоснабжения, в том числе оптимизировать планирование модернизации и развития тепловых сетей.

Основным критерием оптимизационной задачи при разработке режимов и перераспределению тепловых нагрузок является снижение затрат на производство и транспорт тепловой энергии (в частности, загрузка наиболее экономичных тепловых источников ТЭЦ-5 и ТЭЦ-3, разгрузка ПНС) при имеющихся технологических ограничениях (располагаемые мощности и характеристика оборудования тепловых источников, пропускная способность тепловых сетей и характеристики оборудования перекачивающих насосных станций, допустимые рабочие параметры систем теплопотребления и т.д.).

Разработанные режимы работы тепловых сетей согласовываются с тепловыми источниками, утверждаются и направляются для руководства и планирования режимов работы оборудования на тепловые источники и в эксплуатационные подразделения. При разработке режимов также разрабатываются и утверждаются необходимые мероприятия по организации режимов по магистральным тепловым сетям и по системам теплопотребления, которые выдаются в эксплуатационные районы и потребителям для исполнения до начала отопительного периода. По системам теплопотребления установка дроссельных устройств выполняется жилищными управляющими компаниями и другими собственниками под контролем персонала абонентских отделов тепловых районов при приемке в повторную эксплуатацию. Кроме того, специалистами осуществляется контроль за исполнением данных мероприятий, в том числе выборочно по системам теплопотребления. После начала отопительного периода проводятся наладочные работы на узлах регулирования, настраиваются регуляторы, проводятся регулировочные работы по системам теплопотребления.

В течение отопительного периода осуществляется многоуровневый контроль и анализ отпуска и потребления тепловой энергии.

1) Оперативный контроль осуществляет диспетчерская служба по дистанционно передаваемым данным с приборов учета тепловых источников, а также по периодически передаваемым данным с контрольных точек.

2) Ежесуточный контроль параметров теплоносителя, отпуска тепловой энергии и теплоносителя по каждой тепломагистрали и в целом по тепловому источнику передается на сервер (расходы сетевой, подпиточной и исходной воды, температуры и давление теплоносителя) с внесением оперативных корректировок в диспетчерский график тепловых нагрузок.

3) Контроль за потреблением тепловой энергии потребителями осуществляется инспекторами и специалистами абонентских отделов с периодичностью 1 раз в месяц. Также по распечаткам с приборов учета производится анализ режимов потребления потребителей с приборами учета для выявления нарушений потребления тепловой энергии (увеличенный расход, превышение температуры обратной сетевой воды и т.д.).

4) Контроль температуры обратной сетевой воды по границам и по ответвлениям (проводится еженедельно персоналом теплового района для выявления ответвлений с повышенной температурой обратной сетевой воды и проведением регулировки).

По вопросам регулирования режимов теплоснабжения и наладки еженедельно проводятся рабочие совещания, в которых участвуют руководители и специалисты управления, инспекции, абонентских отделов, оперативно-ремонтный персонал тепловых районов. Кроме того, еженедельно проводятся совещания в СП «Тепловые сети» по вопросу прохождения отопительного периода с рассмотрением всех проблемных вопросов по теплоснабжению и горячему водоснабжению города. На данных совещаниях присутствуют представители Управляющих компаний жилищного фонда, транспортирующей организации МП «Тепловая компания», ОАО «Омскводоканал», Администрации города.

Особенности разработки диспетчерского графика тепловых нагрузок

Наладка гидравлических режимов неразрывно связана с регулированием температурных режимов от тепловых источников. Основной задачей регулирования в системах теплоснабжения является поддержание температуры воздуха внутри отапливаемых помещений в заданных допустимых пределах при изменении внешних и внутренних возмущающих факторов.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации» температура воды в подающей линии водяной тепловой сети в соответствии с графиком задается по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12-24 ч, определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов [1]. В связи с отсутствием разработанных методик и рекомендаций, определение задаваемых параметров теплоносителя (температура, давление) и времени задания, как правило, осуществлялось на основе опыта и интуиции диспетчера.

Возрастание доли автоматизации систем теплопотребления и переход на количественно-качественное регулирование при низкой гидравлической устойчивости системы приводит к существенной переменности гидравлических режимов, поэтому требования к организации и оперативному управлению тепловыми и гидравлическими режимами систем ЦТ существенно возрастают.

Анализ динамики изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в г. Омске в отопительные периоды показывает, что изменение температуры носит случайный характер, при этом в отдельные периоды имеют место значительные амплитуды изменения суточных температур (до 15ч17 ОС), что при качественном регулировании предполагает изменение температуры в подающих трубопроводах более 30 ОС.

Постоянные изменения внешних возмущающих факторов приводят к необходимости изменения тепловой нагрузки, режимов и состава работающего оборудования ТЭЦ, а также к возникновению знакопеременных напряжений в трубопроводах тепловых сетей, что увеличивает вероятность их повреждений и снижает надежность.

В целях исключения негативных моментов при оперативном регулировании тепловых нагрузок в тепловых сетях Омского филиала ОАО «ТГК-11», упрощения процесса разработки диспетчерского графика тепловых нагрузок разработана «Инструкция по заданию температурного режима работы теплоисточников» и форма расчета температурных параметров на последующие сутки. Основные положения данной инструкции основаны на модели, учитывающей динамические характеристики системы теплоснабжения, аккумулирующие способности зданий, а также динамику изменения и влияние основных возмущающих воздействий (температура наружного воздуха) в течение нескольких дней (фактические и прогнозные) на тепловой режим отапливаемых зданий.

При формировании диспетчерского графика также предусмотрена корректировка задания, которая может быть введена по внешней инициативе, либо при значительном отклонении фактических температур от прогнозных. Данная температура может быть задана на период регулирования либо, с учетом корректировки, на несколько периодов регулирования.

В тепловых сетях Омского филиала ОАО «ТГК-11» с 2009 г. применяется регулирование с учетом динамических характеристик системы теплоснабжения. Как показала практика, в определенных пределах изменения внешних факторов позволяют увеличить периоды регулирования до 24-72 ч и более, при этом увеличение периода практически не влияет на качество теплоснабжения потребителей, что дает возможность эксплуатировать оборудование тепловых источников и тепловых сетей в более «щадящем» режиме [2].

Основные результаты

В системе ЦТ от тепловых источников Омского филиала ОАО «ТГК-11» в результате планомерно проводимой работы по оптимизации и наладке режимов функционирования тепловых сетей в течение последних 6-7 лет кардинально улучшилось качество теплоснабжения потребителей и повышена эффективность всей системы централизованного теплоснабжения от тепловых источников ОАО «ТГК-11», а именно:

1) решены вопросы теплоснабжения и горячего водоснабжения в целых микрорайонах города (пос. 40 лет Октября, пос. Сибзавода, пос. Свердлова, микрорайонов № 5, № 6, № 10, № 11 Левого берега, Центральной части города, жилых кварталов по ул. Поселковая, ул. Тюленина, ул. Труда), а также отдельных потребителей;

2) полностью исключены работы систем теплопотребления «на сброс» по причине недостаточных располагаемых напоров;

3) сокращены излишние расходы топлива за счет перегрева потребителей в переходные периоды;

4) сокращены расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя на 14% (с 53 до 46 млн кВт.ч) за счет сокращения циркуляционных расходов теплоносителя при одновременном подключении новых потребителей;

5) сокращены расходы топлива на выработку электроэнергии за счет снижения и приведения в норму температуры обратной сетевой воды;

6) сокращены расходы подпиточной воды на 21% (с 40,2 до 31,9 млн м3);

7) подключены новые потребители;

8) снижена повреждаемость трубопроводов. Таким образом, при комплексном подходе к процессу управления режимами работы могут быть оптимизированы режимы и значительно повышена эффективность функционирования системы ЦТ.

Литература

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: НЦ ЭНАС, 2008. - 264 с.

2. Жуков Д.В., Дмитриев В.З. Повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации теплогидравлических режимов. - В сб. «Труды ВНПК «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» - Энерго - 2010. В 2 томах. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - T. 1. 304 с. ил. С. 229-232.

Размещено на Allbest.ru