Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Оптимизация температурного графика отпуска тепла в межотопительный период

Н.М. Черковский, ведущий инженер ОАО «Белэнергоремналадка»

 

В системах теплоснабжения и теплопотребления нагрузка горячего водоснабжения относится к категории «условно постоянной». В отличие от нагрузки отопления и вентиляции нагрузка горячего водоснабжения не имеет прямой зависимости от температуры наружного воздуха. Потребление тепла с горячей водой имеет явно выраженный социальный характер, что отражается на суточной и недельной неравномерности. Величина суточных колебаний потребления тепла, например по Южной районной котельной (ЮРК), составляет от 7,8 до 39,6% от присоединенной максимальной тепловой нагрузки. Величина недельных колебаний потребления тепла, например по ЮРК, составляет диапазон от 97% (пятница) до 106% (воскресенье) средненедельной величины, т. е. до 10%. Также на потребление тепла с горячей водой оказывают влияние праздничные и предпраздничные дни, дни подготовки к началу учебного года и т. д. Анализ графиков среднесуточных величин отпуска тепла по ЮРК, расхода питьевой воды по городу и температур наружного воздуха показывает, что невозможно найти два периода с одинаковыми условиями потребления тепла. Таким образом был сделан главный вывод, что сравнивать чисто арифметически периоды с различными температурными параметрами теплоносителя и окружающей среды методически неверно.

Поэтому при сравнении вариантов было проведено приведение параметров к сопоставимым температурным условиям окружающей среды базового периода. И лишь затем, для определения эффективности использования ТЭР в вариантах, был применен метод прямых обобщенных удельных энергозатрат, рекомендованный «Положением по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве республики».

 

Краткое описание схемы и эксплуатационного режима ЮРК в межотопительном сезоне

Система теплоснабжения включает в себя:

1. Водогрейную котельную с водогрейными котлами типа КВГМ-100 (5 шт.) с сетевыми насосами типа СЭ1250-140 (5 шт.).

2. Магистральные трубопроводы с диаметрами головных участков 1020 - 720 мм.

3. Распределительные сети с потребителями тепла - подогревателями горячего водоснабжения (132 шт.), с суммарной максимальной присоединенной нагрузкой - 170,5 Гкал/ч. Около80% присоединенной тепловой нагрузки горячего водоснабжения сосредоточено на 28 центральных тепловых пунктах (ЦТП), остальные20% - на 104 подогревателях индивидуальных тепловых пунктов (ИТП). Уровень контролируемой автоматизации - более 80% (по присоединенной нагрузке).

На период испытаний автоматика подогревателей ЦТП была включена в работу и контролировалась. Автоматика на подогревателях ИТП также была включена в работу, но не контролировалась. Была создана система теплоснабжения, квалифицирующаяся как «автоматизированная система горячего водоснабжения». Для обеспечения устойчивого гидравлического режима при температурах подающей сетевой воды ниже проектных на всех подогревателях были установлены ограничительные дросселирующие устройства (шайбы). Расчетная циркуляция сетевой воды через подогреватели определялась в соответствии с существующей методикой проведения наладочных работ на теплосетях. Установленные дросселирующие устройства не препятствовали работе регулятора при проектных и повышенных температурах подающей сетевой воды, но при нарушениях температурного режима не допускали гидравлическую разрегулировку системы теплоснабжения, сохраняя тем самым ее управляемость.

Расчетный режим характеризовался следующими параметрами:

а)         давление в подающем трубопроводеР1 = 6,0 кг/см2;

б)         давление в обратном трубопроводеР2=2,0 кг/см2;

в)         расход теплоносителя - 2524 т/ч.

 

Краткое описание схемы и эксплуатационного режима ВРК в межотопительном сезоне

Система теплоснабжения от Восточной районной котельной (ВРК) включает в себя следующее.

1. Водогрейную котельную с водогрейными котлами типа ПТВМ-50 (3 шт.), ПТВМ-100 (3 шт.)и КВГМ-50 (1 шт.), с сетевыми насосами типаСЭ1250-140(6шт.).

2. Магистральные трубопроводы с диаметрами головных участков 820 - 720 мм.

3. Распределительные сети с потребителями тепла - подогревателями горячего водоснабжения в количестве 404 шт., с суммарной максимальной присоединенной нагрузкой126,5 Гкал/ч. Более 95% этих подогревателей установлены на индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), остальные - на центральных тепловых пунктах (ЦТП). Уровень контролируемой автоматизации - не более 5% (по присоединенной нагрузке). На период испытаний автоматика подогревателей ИТП не включалась в работу для создания системы теплоснабжения, квалифицирующейся как «неавтоматизированная система горячего водоснабжения». Для обеспечения устойчивого гидравлического режима на всех подогревателях были установлены ограничительные дросселирующие устройства (шайбы). Расчетная циркуляция сетевой воды на подогреватели определялась в соответствии с существующей методикой проведения наладочных работ на теплосетях.

Расчетный режим характеризовался следующими параметрами:

а)         давление в подающем трубопроводеР1 = 6,0 кг/см2;

б)         давление в обратном трубопроводеР2=2,0 кг/см2;

в)         расход теплоносителя -1872 т/ч.

 

Методика проведения испытаний

Испытания проводились на действующем оборудовании в натурных условиях без преднамеренного ухудшения социальных потребностей в горячей воде, в соответствии с программой, согласованной с Витебским горисполкомом.

При проведении испытаний фактически установившийся гидравлический и тепловой режим на начальный момент был использован в качестве базового.

Для создания максимально равных условий для сопоставимости режимов был использован недельный цикл с фиксированными температурными условиями подающего трубопровода в соответствии с программой. Понедельник был использован как переходной день на новый режим, поэтому исключался при обработке данных.

Измерения технологических параметров по системе теплоснабжения проводились исключительно штатными средствами измерений, т. е. использован принцип замера параметров во всех режимах одними и теми же приборами.

 

Методика сопоставления энергозатрат при различных температурных режимах отпуска тепла в межотопительный период

Затраты топлива, связанные с отпуском тепла в сеть,

 

где Втсприв - затраты топлива на производство тепла, отпускаемого в сеть, приведенного по тепловым потерям в тепловых сетях к температурам окружающей среды базового режима, т у.т./ч;

Всобст.н ~ затраты топлива на производство электроэнергии, необходимой для работы механизмов собственных нужд котельной, связанных с отпуском тепла в сеть, т у.т./ч.

Суммарные затраты топлива на подачу горячей воды потребителю:

 

где ВВДКээ- затраты топлива на производство электроэнергии, необходимой для работы механизмов собственных нужд водоканала, связанных с подачей холодной воды, т у.т./ч.

В соответствии с рекомендациями п.1.10 «Положения по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве республики», утвержденными Госкомэнергосбережения РБ [1] для комплексной оценки эффективности использования ТЭР, применяются прямые обобщенные удельные энергозатраты:

 

 

где АП - энергоемкость продукции - отношение прямых обобщенных энергозатрат к объему продукции, произведенной за анализируемый период, ту.т./Гкал (п.4.6.2 [1]);

Атэр - прямые, обобщенные энергозатраты, т у.т./ч (п.4.6.1 [1]). В нашем случае это величина, равная Вкот и Всум;

П - объем продукции, произведенной за анализируемый период, Гкал/ч. В нашем случае это величина, равная отпуску тепла в сеть, приведенного по тепловым потерям в тепловых сетях к температурам окружающей среды базового режима -Q.привтс

 

Анализ результатов обработки данных экспериментальных режимов по системе теплоснабжения от ЮРК

Результаты обработки данных по системе теплоснабжения от ЮРК характеризуются следующими общими закономерностями.

Например, с ростом температуры подающей сетевой воды на источнике устойчиво снижаются:

-   циркуляция сетевой воды;

-   расход электроэнергии на перекачку теплоносителя;

-   расход холодной (питьевой) воды по городу(рис.1).

В это же время температура обратной сетевой воды, хоть и незначительно, но растет, что в совокупности с ростом температуры в подающем трубопроводе приводит к росту тепловых потерь.

Суммарное изменение затрат топлива на транспорт теплоэнергии (перекачка теплоносителя и теплопотери) по системе теплоснабжения при изменении температуры в подающем трубопроводе приведено на рис. 2. На графике видно (линия «АВт. пот. т/с + АВэ сет. нас. ЮРК»), что с 60 до 66 ОС экономия от перекачки выше затрат на теплопотери. На графике также видно (линия «АВсум»), что добавление в баланс затрат топлива изменений затрат «ЖКХ-Водоканала» на перекачку холодной воды приводит к экономии на всем температурном диапазоне эксперимента - от 60 до 75 ОС.

При температуре в подающем трубопроводе 60 ОС отмечались жалобы на недостаточную температуру горячей воды. При температуре в подающем трубопроводе 75 ОС отмечались жалобы на высокую температуру горячей воды.

Режим отпуска тепла с ночным снижением температуры в подающем трубопроводе до 50 ОС несколько снижает средние температуры теплоносителя и, соответственно, теплопотери.

Однако анализ параметров по ЦТП показывает, что температурная волна со сниженной температурой перекрывает утренний максимум потребности в тепле, а температура горячей воды падает ниже 40 ОС, и отмечается рост потребления горячей воды. Из этого можно сделать вывод, что в автоматизированных системах ночное снижение температуры подающей сетевой воды неэффективно.

Комплексный анализ энергопотребления выявил следующее: наименьшие затраты энергоресурсов для выработки и транспортировки до ЦТП (ИТП) 1 Гкал тепла соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 70 ОС (линия «Энергоемкость по ЮРК» на рис. 3,4) и температурой горячей воды после ЦТП - 55 ОС. При включении в анализ изменения затрат энергоресурсов по «ЖКХ-Водоканалу» наименьшие затраты энергоресурсов на выработку, транспортировку и подачу до потребителя 1 Гкал тепла в горячей воде соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 75 ОС (линия «Энергоемкость по ЮРК + + Водоканал» на графиках рис. 3, 4).

 

Анализ результатов обработки данных экспериментальных режимов по системе теплоснабжения от ВРК

Результаты обработки данных по системе теплоснабжения от ВРК характеризуются следующими общими закономерностями.

Например, с ростом температуры подающей сетевой воды на источнике циркуляция сетевой воды и расход электроэнергии на перекачку теплоносителя практически не изменяются (признак неавтоматизированной системы). В это же время температура обратной сетевой воды устойчиво растет, что в совокупности с ростом температуры в подающем трубопроводе приводит к росту тепловых потерь и в целом затрат топлива на транспорт.

Соответственно росту температуры в подающем трубопроводе перед подогревателем растет и температура горячей воды после подогревателя с устойчивой разницей в 7 - 11 ОС для средне-недельных значений. Но потребление тепла не является фиксированной величиной. Анализ потребления тепла по неделям показал отклонение расхода тепла в пределах 5-10% при стабильных температурах подающей сетевой воды.

Комплексный анализ энергопотребления выявил следующее: наименьшие затраты энергоресурсов для выработки и транспортировки до ЦТП (ИТП) 1 Гкал тепла соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 65 ОС (линия «Энергоемкость по ВРК» на графиках рис. 5, 6), и температурой горячей воды после подогревателя ГВС - 55 ОС.

Рис. 5. Энергоемкость отпуска тепла в теплосеть в летнее

время по ВРК г. Витебска в зависимости от температуры подающей сетевой воды и температуры горячей воды

Из анализа температурного режима работы неавтоматизированного ЦТП видно, что разность температур подающей сетевой и горячей воды составляет 7-11 ОС практически на всех режимах (большая цифра относится к суточному максимуму тепловой нагрузки), а разность температур между горячей водой и возвращающейся циркуляционной составляет 3-5 ОС. Из этого следует, что температура сетевой воды на входе в подогреватель должна составлять 66 ОС при условии обеспечения у потребителя 50 ОС в часы максимума теплопотребления (СНиП 2.04.01-85). Это минимальные условия для качественного снабжения потребителей горячей водой. Но при этих условиях работоспособная автоматика подогревателей горячего водоснабжения будет находиться постоянно в открытом состоянии (при настройке на 55 ОС), т. е. будет бесполезной.

 

Выводы и рекомендации

Рост температуры в подающем трубопроводе теплосети в межотопительный период приводит к сокращению потребления холодной воды потребителями в целом по городу.

Комплексный анализ энергопотребления системы теплоснабжения от ЮРК (автоматизированная система) выявил следующее: наименьшие затраты энергоресурсов для выработки и транспортировки до ЦТП (ИТП) 1 Гкал тепла соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 70 ОС (Линия «Энергоемкость по ЮРК» на графиках рис. 3, 4), и температурой горячей воды после ЦТП - 55 ОС. При включении в анализ изменения затрат энергоресурсов по «ЖКХ-Водоканалу» наименьшие затраты энергоресурсов на выработку, транспортировку и подачу до потребителя 1 Гкал тепла в горячей воде соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 75 ОС (Линия «Энергоемкость по ЮРК + Водоканал» на графиках рис. 3, 4).

Для режимов с другими температурами подающей сетевой воды за три летних месяца затраты энергоресурсов (без водоканала) будут большими на величину, приведенную в табл. 1.:

Комплексный анализ энергопотребления для системы теплоснабжения от ВРК (неавтоматизированная система) выявил следующее: наименьшие затраты энергоресурсов для выработки и транспортировки до ЦТП (ИТП) 1 Гкал тепла соответствуют режиму теплоснабжения с температурой в подающем трубопроводе, равной 65 ОС (Линия «Энергоемкость по ВРК» на графиках рис. 5, 6), и температурой горячей воды после подогревателя ГВС - 55 ОС. Для режимов с другими температурами подающей сетевой воды за три летних месяца затраты энергоресурсов будут большими на величину, приведенную в табл. 2.

Необходимо исключить в ночное время понижение температуры прямой сетевой воды от источника теплоснабжения, если хоть у одного потребителя в 5 ч 30 мин не будет заданной температуры перед подогревателем ГВС. В автоматизированных системах ночное понижение температуры прямой сетевой воды от источника теплоснабжения неэффективно.

Для устойчивой работы автоматики горячего водоснабжения температура подающей сетевой воды на выходе из источника теплоснабжения должна быть не менее 70 ОС.

Системы теплоснабжения от ЮРК и ВРК имеют между собой различия по многим характеристикам: по уровню автоматизации, по соотношению нагрузок ЦТП и ИТП, по материальной характеристике трубопроводов теплосети, по характеристикам установленного оборудования на теплоисточниках, т. е. каждая система индивидуальна сама по себе. В связи с этим результаты, полученные в данной работе, могут отличаться от результатов, полученных в других системах теплоснабжения.