Размещено на http://www.allbest.ru/

Способы регулирования тепловой нагрузки систем теплоснабжения. Перспективы развития

П.В. Ротов

Эффективность традиционных технологий выработки теплоты на ТЭЦ в последние годы существенно снизилась. В отечественных системах теплоснабжения почти повсеместно нарушаются основные принципы качественного регулирования, не работает прежняя структура отпуска теплоты. Это обусловлено целым рядом причин, о которых неоднократно говорилось в работах [1-3]. На фоне снижения эффективности централизованного теплоснабжения существенно повысилась привлекательность децентрализованных систем теплоснабжения.

Сложилась ситуация, когда термодинамически более эффективные централизованные системы из-за нерациональной технической и сбытовой политики руководства энергетических компаний не могут конкурировать с децентрализованными системами. Нередки случаи, когда потребителям для подключения к централизованной системе теплоснабжения руководство энергетических компаний выдает неосуществимые технические условия. Часто потребители добровольно отключаются от централизованных систем теплоснабжения. В большинстве случаев децентрализованные системы применяются для ухода от централизованного теплоснабжения, а не в результате технико-экономического сравнения различных систем.

В настоящее время необходимо полностью пересмотреть концепцию отечественного теплоснабжения. Изменившаяся структура отпуска теплоты подразумевает применение новых более экономичных технологий в системах теплоснабжения. Одним из перспективных направлений развития отечественного теплоснабжения является совершенствование технологий регулирования тепловой нагрузки путем перехода к низкотемпературному теплоснабжению, количественному и качественно-количественному регулированию.

Методы центрального регулирования были разработаны с учетом технических и технологических возможностей первой половины ХХ века, которые претерпели значительные изменения.

При корректировке принципов регулирования тепловой нагрузки возможно частичное использование зарубежного опыта по применению других методов регулирования, в частности, количественного регулирования.

Перевод систем теплоснабжения на количественное и качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки является, как показывает опыт зарубежных стран, эффективным энергосберегающим мероприятием [1]. Проведем сравнительный анализ способов регулирования тепловой нагрузки.

Качественное регулирование

теплоснабжение регулирование город централизованный

Преимущество: стабильный гидравлический режим тепловых сетей.

Недостатки:

низкая надежность источников пиковой тепловой мощности;

необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя;

повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении;

большое транспортное запаздывание (тепловая инерционность) регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения;

высокая интенсивность коррозии трубопроводов из-за работы системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с температурами теплоносителя 60-85 ОС;

колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов;

снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха;

при переменной температуре сетевой воды существенно осложняется эксплуатация компенсаторов.

Количественное и качественно-количественное регулирование

Преимущества:

увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении за счет понижения температуры обратной сетевой воды;

возможность применения недорогих методов обработки подпиточной воды теплосети при t, i110°C;

работа системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с пониженными расходами сетевой воды и значительной экономией электроэнергии на транспорт теплоносителя;

меньшая инерционность регулирования тепловой нагрузки, т.к. система теплоснабжения более быстро реагирует на изменение давления, чем на изменение температуры сетевой воды;

постоянная температура теплоносителя в подающей магистрали теплосети, способствующая снижению коррозионных повреждений трубопроводов теплосети;

наилучшие тепловые и гидравлические показатели по режиму систем отопления за счет уменьшения влияния гравитационного напора и снижения перегрева отопительных приборов;

возможность применения при ф^110 ОС в местных системах и квартальных сетях долговечных трубопроводов из неметаллических материалов;

поддержание температуры сетевой воды постоянной, которое благоприятно сказывается на работе компенсаторов;

отсутствие необходимости в смесительных устройствах абонентских вводов.

Недостатки:

переменный гидравлический режим работы тепловых сетей;

большие, по сравнению с качественным регулированием, капитальные затраты в теплосети.

В работах [1, 7] показано, что в будущем в отечественных системах теплоснабжения все большее распространение получат способы количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки. Однако количественное и качественно-количественное регулирование, которое обладает целым рядом преимуществ перед качественным регулированием, как было показано выше, не может быть внедрено в существующих системах теплоснабжения без их определенной модернизации и применения новых технологических решений. В настоящее время отсутствуют схемы ТЭЦ, на которых возможно реализовать новые способы регулирования.

В научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (НИЛ ТЭСУ) под руководством проф. Шарапова В.И. разработаны технологии количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки применительно к действующим ТЭЦ с водогрейными котлами [1, 4, 7]. Особенность новых технологий заключается в параллельном включении пиковых водогрейных котлов и сетевых подогревателей турбин.

За счет понижения максимальной температуры нагрева теплоносителя до 100- 110 ОС и использования количественного или качественно-количественного регулирования новые технологии позволяют повысить надежность пиковых водогрейных котлов ТЭЦ и шире использовать преимущества теплофикации.

При разделении сетевой воды на параллельные потоки снижается гидравлическое сопротивление в оборудовании ТЭЦ, более полно используется тепловая мощность сетевых подогревателей турбин, а также водогрейных котлов за счет увеличения температурного перепада на их входе и выходе до 40-50 ОС, а также увеличивается электрическая мощность ТЭЦ и возрастает абсолютная величина комбинированной выработки электрической энергии.

Существующие методики расчета способов количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки разработаны в 50-60 гг. ХХ века и не учитывают многих факторов, например, нагрузки на ГВС.

В НИЛ ТЭСУ разработаны методики расчета количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки [1, 7]. В основу методик расчета положено уравнение гидравлики, связывающее потери напора в теплосети с расходами воды на отопление и ГВС. Существенной особенностью предложенных методик является более полный учет влияния нагрузки ГВС на работу систем отопления.

В результате расчетного исследования построены зависимости относительного располагаемого напора на коллекторах станции и относительного эквивалента расхода воды на отопление от температуры наружного воздуха при количественном регулировании (рис. 1, 2).

Построенные зависимости можно использовать в качестве графиков регулирования при осуществлении количественного и качественно-количественного регулирования нагрузки в открытых системах теплоснабжения.

При количественном и качественно-количественном регулировании организацию переменного расхода сетевой воды в теплосетях необходимо сопровождать полным оснащением местных систем теплопотребления приборами автоматического регулирования параметров теплоносителя и гидравлической защиты от возникновения аварийных режимов. В НИЛ ТЭСУ разработан ряд технических решений по стабилизации гидравлического режима местных систем отопления при переменном расходе воды в теплосети (рис. 3) [1].

Особенностью одного из предложенных решений является то, что регулирование тепловой производительности местной системы теплопотребления производят изменением расхода обратной сетевой воды с помощью регулятора расхода, установленного после системы отопления. Установка регулятора расхода после системы отопления позволяет свести к минимуму влияние нагрузки ГВС на работу системы отопления без значительного увеличения расхода сетевой воды в тепловой сети.

Полное оснащение всех потребителей тепловой энергии приборами автоматического регулирования и гидравлической защиты способствует перенесению основной доли регулирования на местные системы. Роль центрального регулирования при этом сводится к корректировке параметров теплоносителя на коллекторах теплоисточника в зависимости от параметров теплоносителя на абонентских вводах.

В НИЛ ТЭСУ УлГТУ разработаны технологии комбинированного теплоснабжения, особенностью которых является покрытие базовой части тепловой нагрузки системы теплоснабжения за счет высокоэкономичных отборов пара теплофикационных турбин ТЭЦ и обеспечение пиковой нагрузки с помощью автономных пиковых источников теплоты, установленных непосредственно у абонентов. Один из вариантов таких систем теплоснабжения [8] изображен на рис. 4.

В такой системе теплоснабжения ТЭЦ работает с максимальной эффективностью при коэффициенте теплофикации равном 1.

В качестве автономных пиковых источников теплоты могут быть использованы газовые и электрические бытовые отопительные котлы, электрообогреватели, тепловые насосы. В НИЛ ТЭСУ УлГТУ разработан и запатентован ряд технологий комбинированного теплоснабжения от централизованных и местных источников. Преимуществом этих технологий является возможность каждого абонента самостоятельно выбирать момент включения пикового теплоисточника и величину нагрева воды в нем, что повышает качество теплоснабжения и создает более комфортные условия индивидуально для каждого потребителя. Кроме того, при аварийных ситуациях на ТЭЦ и перебоях с централизованным теплоснабжением в работе остаются автономные источники теплоты абонентов, которые будут работать в качестве основных, что позволяет защитить систему теплоснабжения от замерзания и существенно повысить ее надежность.

Технико-экономическое исследование основных технических параметров систем теплоснабжения позволило доказать целесообразность перевода систем теплоснабжения на новые технологии регулирования тепловой нагрузки. Расчеты показывают, что приведенные затраты в системе теплоснабжения при реализации количественного регулирования тепловой нагрузки на 40-50% меньше затрат при качественном регулировании тепловой нагрузки.

Выводы

1. В настоящее время необходимо пересмотреть положения концепции централизованного теплоснабжения, касающиеся регулирования тепловой нагрузки и структуры покрытия тепловых нагрузок потребителей. Одним из перспективных направлений развития отечественных систем теплоснабжения является низкотемпературное теплоснабжение при количественном и качественно-количественном регулировании тепловой нагрузки.

2. Разработанные в НИЛ ТЭСУ технологии позволяют добиться повышения экономичности и надежности работы систем теплоснабжения за счет повышения эффективности работы пиковых источников тепловой мощности, экономии топливно-энергетических ресурсов и увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении, снижения расхода энергии на транспорт теплоносителя.

3. Разработана методика расчета количественного и качественно-количественного способов регулирования тепловой нагрузки. Построены зависимости относительного располагаемого напора на коллекторах станции и относительного эквивалента расхода воды на отопление от температуры наружного воздуха при количественном регулировании. Эти зависимости применимы в качестве графиков регулирования при осуществлении количественного и качественно-количественного регулирования нагрузки в открытых системах теплоснабжения.

4. Предложены технологии стабилизации гидравлического режима местных систем отопления при переменном расходе воды в теплосети. Полное оснащение всех потребителей тепловой энергии приборами автоматического регулиро- 3. вания и гидравлической защиты способствует перенесению основной доли регулирования на местные системы. Роль центрального регулиро- л. вания при этом сводится к корректировке параметров теплоносителя на коллекторах теплоисточника в зависимости от параметров теплоно- 5. сителя на абонентских вводах.

5. Предложены технологии комбинированного теплоснабжения потребителей. Преимуществом этих технологий является возможность каж- 6. дого абонента самостоятельно выбирать момент включения пикового теплоисточника и величину нагрева воды в нем, что повышает качество теплоснабжения и создает более комфортные условия индивидуально для каждого потребителя.

6. Произведено технико-экономическое сравнение различных способов регулирования 8. нагрузки систем теплоснабжения. Способы количественного и качественно-количественного регулирования по большинству показателей превосходят распространенный в настоящее время способ качественного регулирования.

Литература

Шарапов В. И., Ротов П.В. Технологии регулирования нагрузки систем теплоснабжения. Ульяновск: УлГТУ, 2003. - 160 с.

АндрющенкоА.И., Николаев Ю.Е. Возможности повышения экономичности, надежности и экологичности систем теплофикации городов // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: Материалы Третьей Российской научно-технической конференции. Ульяновск: УлГТУ. 2001. С. 194-197. Андрющенко А. И. Возможности повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения городов // Промышленная энергетика. 2002. № 6. С. 15-18. Шарапов В.И., Орлов М.Е. Пиковые источники теплоты систем централизованного теплоснабжения. - Ульяновск: УлГТУ. 2002. 204 с.

Пат. 2184312(RU), МКИ7F22D 1/00, F24H1/00. Способ работы пиковой водогрейной котельной/В. И. Шарапов, М.Е. Орлов, П.В. Ротов//Бюллетень изобретений. 2002. № 18.

Пат. 2184313(RU), МКИ7F22D 1/00, F24 H 1/00. Способ работы пиковой водогрейной котельной / В. И. Шарапов, М.Е. Орлов, П.В. Ротов// Бюллетень изобретений. 2002. № 18.

Шарапов В.И., Ротов П.В. О регулировании нагрузки открытых систем теплоснабжения// Промышленная энергетика. 2002. № 4. С. 46-50.

Пат. 2235249 (RU). МКИ7 F24 D 3/08. Способ теплоснабжения / В.И.Шарапов, М.Е.Орлов, П.В. Ротов, И.Н.Шепелев // Бюллетень изобретений. 2004. №24.

Размещено на Allbest.ru