Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Комбинированная технология теплоснабжения на композитном жидком топливе с применением внутриквартальных двигателей внутреннего сгорания

Д.т.н. Г.В.Ноздренко,профессор, к.т.н. П.А.Щинников, доцент,
И.В.Бородихин, Новосибирский ГТУ

Энергоснабжение потребителей от ТЭЦ развивается в направлении комбинированных теплофикационных систем [1]. К таким системам можно отнести систему ТЭЦ с внутриквартальными двигателям внутреннего сгорания (ВДВС). В основе технологии лежит комбинированная выработка на ТЭЦ электроэнергии и теплоты с отпуском в магистральную теплосеть при пониженном температурном графике. ДВС, расположенный в непосредственной близости от потребителей теплоты, обеспечивает необходимые параметры в отопительный период за счет контура охлаждения ДВС и тепла, уходящих газов, рис.1. Кроме того, ДВС обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии. Использование в качестве топлива композитного жидкого топлива (КЖТ) позволяет вовлечь в энергобаланс некондиционные, низкосортные и местные виды топлив, что снижает величину топливной составляющей в себестоимости продукции [2].

ТЭЦ с ВДВС имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами энергоснабжения потребителей.

Во-первых – это энергосберегающая технология по следующим причинам. ВДВС вытесняют
пиковые водогрейные котлы (ПВК) и участвуют в покрытии полупиковой и пиковой частей нагрузки теплового графика, а поскольку эксергетический КПД ВДВС примерно в два раза выше эксергетического КПД ПВК, то в системе экономится топливо. Одновременно ВДВС обусловливает переход ТЭЦ с нормативного температурного графика к графику с пониженными температурами прямой и обратной сетевой воды при теплофикационной нагрузке, составляющей 0,65...0,75 от нагрузки по традиционному тепловому графику, что также вызывает экономию топлива в системе и экономию электроэнергии на сетевые насосы (коэффициент собственных нужд ТЭЦ уменьшается на 0,5 %). Кроме того, за счет перехода на пониженный температурный график почти в два раза уменьшаются тепловые потери в магистральных теплопроводах и возрастает КПД транспорта теплоты. При этом снижение температуры прямой сетевой воды до 50…70°С обусловливает уменьшение давления в теплофикационном отборе и, как следствие, увеличение выработки электроэнергии комбинированным способом, что вызывает экономию топлива и служит аварийным резервом в энергосистеме.

Во-вторых, это – затратосберегающая технология. Переход на низкие температуры сетевой воды в магистральных теплопроводах позволяет использовать для них дешевые трубы из синтетических материалов не подверженные коррозии и с долговечностью до 50 лет. При этом принципиально исключаются аварийные режимы со вскипанием сетевой воды. Отпадает необходимость в домовых тепловых пунктах, поскольку сетевая вода будет поступать непосредственно в отопительные приборы. В этом случае капиталовложения в целом уменьшаются в 1,5 раза по сравнению с традиционным вариантом. За счет ВДВС существенно сокращаются сроки ввода теплогенерирующих мощностей. Установка ВДВС может рассматриваться по схеме крышных котельных.

В третьих, это – технология повышенной надежности. В системе теплоснабжения ТЭЦ–ВДВС обеспечивается структурное резервирование теплопотребителей при авариях на магистральных теплопроводах (МТ). Коэффициент готовности традиционной последовательной структуры ТЭЦ–ПВК–МТ не превышает 0,8. Система ТЭЦ–МТ–ВДВС является последовательно–параллельной структурой и поэтому обладает более высоким коэффициентом готовности (при прочих равных условиях). Кроме того, возможно локальное (на уровне ВДВС) качественное регулирование в системе теплоснабжения.

В четвертых, это – экологообеспечивающая технология. Валовые выбросы вредных веществ уменьшаются за счет экономии топлива. ВДВС отключаются летом, улучшая экологию в ареале функционирования.

Экономия топлива за отопительный период в системе ТЭЦ-ВДВС будет определяться по выражению, кг у.т./год:

, ( 1)

где  – удельный расход условного топлива на i -том режиме (при соответствующей температуре окружающей среды и с учетом расхода топлива на замещающей электростанции, так как система ТЭЦ-ВДВС обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии), кг.у.т./(кВт × ч);

 – продолжительность i–го режима по тепловому графику нагрузки, ч.

На рис.2 (линия 1) показана суммарная годовая экономия топлива при различных режимах работы ТЭЦ–ВДВС. На рис.3 показана экономия топлива системы ТЭЦ-ВДВС в зависимости от коэффициента теплофикации и для различных режимов. Легко видеть, что максимальная экономия топлива достигается в зоне температур –10…–20 ° С (рис.2, линия 1) при переходе на новый температурный график с одновременным снижением доли теплоты отпускаемой от ТЭЦ () и повышением КПД транспорта теплоты (), рис.3.



           Так же представляют интерес результаты расчетов показателей надежности, при которых с одной стороны учитывается последовательно-параллельная структура системы энергоснабжения потребителей, рис.4, а с другой – количество последовательно соединенных элементов схеме энергоблока, количество элементов с одним и двойным резервированием, количество присоединенных к ТЭЦ групп ВДВС и количество ВДВС в присоединенной группе, рис.5.

Результаты расчетов показателей надежности сведены в таблицу. Легко видеть, что интегральный
коэффициент готовности, учитывающий режимы функционирования энергоблоков для системы ТЭЦ–ВДВС выше, чем для системы ТЭЦ–ПВК как по отпуску электроэнергии, так и по отпуску теплоты. Это обусловлено как более высоким интегральным коэффициентом готовности ВДВС по сравнению с ПВК, так и параллельной структурой теплоснабжения ТЭЦ–ВДВС, рис.5.

На рис.2 (линия 2) показана удельная экономия топлива с учетом факторов надежности.

Таблица Результаты расчетов показателей надежности

Режимные показатели

надежности

ТЭЦ–ВДВС

ТЭЦ–ПВК

КЭС

ВДВС

ПВК

в ЭС

в ТС

в ЭС

в ТС

Вероятность состояния отказов

P

0,046905

0,059605

0,063205

0

0,016

Стационарный режим

Относительное время функционирования

0,822

0,784

0,465

0,685

0,1897

Коэффициент готовности

0,955

0,963

0,944

0,937

0,941

1

0,984

Режим резерва

Относительное время функционирования

0,009132

0,009132

0,114

0,114

0,571

Коэффициент готовности

0,946

0,954

0,935

0,928

0,820

0,879

0,215

Пусковой режим

Относительное время функционирования

0,005926

0,006096

0,013

0,001164

0,012

Коэффициент готовности

0,949

0,957

0,938

0,931

0,927

0,999

0,972

Регулировочный

режим

Относительное время функционирования

0,021

0,02

0,025

0,036

0,003493

Коэффициент готовности

0,934

0,942

0,923

0,917

0,961

0,963

0,982

Остановочный режим

Относительное время функционирования

0,001438

0,001438

0,003596

0,003493

0,003493

Коэффициент готовности

0,954

0,962

0,942

0,936

0,937

0,997

0,981

Интегральный коэффициент готовности

K Г

0,820

0,827

0,774

0,769

0,569

0,825

0,327

Выводы

1. Предложена технология комбинированного теплоснабжения с применением ДВС на внутриквартальных мини-ТЭЦ и использованием композитного жидкого топлива.

2. Показано, что данная технология обладает лучшими надежностными показателями по сравнению с системой теплоснабжения ТЭЦ–ПВК и обеспечивает системную экономию топлива.

Литература

1. Андрющенко А.И. Комбинирование теплофикационных систем – способ повышения экономичности и надежности теплоснабжения // Энергетика. Изв. вузов СНГ, 1995, №1–3. – С. 12–14.

2. Щинников П.А., Евтушенко Е.А., Овчинников Ю.В. и др. Новая технология сжигания твердого топлива. – Теплоэнергетика, 2001. – №7. – С.30…32.

3. Турбиницин В.И. Надежность электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1997. – 240с.

4. Указания по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками. М.: Союзтехэнерго, 1985. – 51с.