Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

К вопросу переключения тепловой нагрузки котельных на ТЭЦ

Д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция»;
П.Е. Чаукин, аспирант, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновск

За прошедшую четверть века произошли большие изменения в системах теплоснабжения городов. На большинстве ТЭЦ наблюдается тенденция по снижению теплофикационных нагрузок, связанная с установкой потребителями приборов учета тепловой энергии и переводом существующих элеваторных узлов внутридомовых систем теплоснабжения на автоматизированное (погодное) регулирование теплоносителя. Так за последние 3 отопительных сезона произошло значительное снижение циркуляционного расхода, отпускаемого от Ульяновской ТЭЦ-2, - примерно на 20% (рис. 1).

В связи с этим открываются новые возможности присоединения к ТЭЦ дополнительной тепловой нагрузки без осуществления крупных капиталовложений и инвестиций в конструкцию тепловых электростанций и перекладки существующих тепловых сетей.

В целом по некоторым городам в настоящее время наблюдается оптимизация теплофикационных систем с котельными, работающими на один контур теплоснабжения города совместно с ТЭЦ. Целью такой оптимизации, как правило, является вывод из работы источника тепловой энергии (котельной), работающего без выработки электрической энергии.

В качестве таких примеров можно привести объекты теплоснабжения, расположенные в правобережной части Ульяновска, подключенные к Ульяновской ТЭЦ-1 (УлТЭЦ-1) и Ульяновской ТЭЦ- 3 (в настоящее время котельный цех УлТЭЦ-1), а также Центральную отопительную котельную (ЦОК) и Безымянскую ТЭЦ (БТЭЦ) в Самаре, имеющие единый контур теплоснабжения [1].

Также, в соответствии с утверждением Схемы теплоснабжения г. Ульяновска до 2027 г., ведется работа по переводу тепловых нагрузок 14 районных котельных на централизованное теплоснабжение от УлТЭЦ-1. При этом основной задачей является полный вывод из работы существующих котлов рассматриваемых котельных и строительство новых ЦТП, которые будут предусматривать установку автоматизированных узлов смешения теплоносителя для обеспечения качественного теплоснабжения вновь подключаемых абонентов. Основные характеристики переключаемых котельных сведены в табл. 1. На рис. 2 представлены зоны действия централизованного теплоснабжения Ульяновска и расположение районных котельных.

Таблица 1. Характеристика переключаемых котельных.

Считаем, что в рамках оптимизации покрытия тепловой нагрузки Ульяновска и передачи нагрузки части районных котельных на УлТЭЦ-1 необходимо проанализировать целесообразность использования существующих источников теплоснабжения (районных котельных) в качестве пиковых и резервных источников тепловой энергии. Полный перевод пиковой нагрузки на УлТЭЦ-1 не всегда выгоден, т.к. установленные на станции котлы ПТВМ-100/180 в значительной степени уступают по экономичности использования рассмотренным котельным. Также основным недостатком водогрейных котлов ТЭЦ является их гидравлическое сопротивление, которое может составлять от 24 до 35 м вод. ст. в зависимости от загрязненности котла и особенностей его эксплуатации.

Также стоит отметить, что при отказе от пиковых котлов, установленных на УлТЭЦ-1, можно изменить температурный график станции с уменьшением температуры сетевой воды в подающем трубопроводе до 90 ОС, а на котельных, которые будут служить в качестве пиковых источников тепловой нагрузки, можно осуществлять подогрев теплоносителя до необходимой температуры и количественное регулирование тепловой нагрузки с помощью циркуляционных насосов [2, 3]. В то же время данные источники могут выполнять функцию резервных. В случае аварии на ТЭЦ они могут использоваться в качестве базового источника теплоты, для чего местную систему теплоснабжения потребителя отключают от подающей и обратной магистралей централизованной системы теплоснабжения (ЦСТ) запорными органами, установленными на подающем и обратном сетевых трубопроводах местной системы теплоснабжения, а циркуляцию сетевой воды через автономный источник теплоты и местную систему теплоснабжения осуществляют с помощью циркуляционного насоса [4-17].

В связи со снижением температуры теплоносителя в подающем трубопроводе до τ1′=90 ОС уменьшится температура и обратной сетевой воды, возвращаемой на станцию до τ2″=45 ОС, как видно из рис. 3 [18], что приведет к увеличению удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении на ТЭЦ.

Рассмотрим алгоритм расчета энергетической эффективности предлагаемой технологии и сравнение ее с традиционной работой ТЭЦ, по удельной выработке электроэнергии на тепловом потреблении (метод УВЭТП) [19, 20].

1. Мощность Νтф, кВт, развиваемая турбиной на тепловом потреблении за счет отборов пара на подогрев теплоносителя (дополнительная теплофикационная мощность), определяется по формуле:

Nтф=Dотб*(i0—iотб)*ηэм, (1)

где Dотб - расход пара, отпускаемого из отбора на подогрев потоков подпиточной воды, кг/с; i0, |отб - энтальпии острого пара и пара из отбора, кДж/кг; ηэ, ηм - электрический и механический КПД турбогенератора.

2. Мощность Nрег, кВт, которая вырабатывается паром регенеративных отборов, расходуемым на подогрев конденсата пара, используемого для подогрева теплоносителя, определяется по формуле:

Nрег=Dрег*(i0—iрег)*ηэм, (2)

где Dрег - расход пара условного эквивалентного отбора для регенеративного подогрева конденсата отбора после подогрева потоков воды, кг/с; iрег - энтальпия условного эквивалентного регенеративного отбора, кДж/кг

3. Величина iрег , кДж/кг, определяется как:

iрег =0.5 *(i0+iотб) (3)

4. Величина йрег, кг/с, определяется из теплового баланса условного регенеративного подогревателя:

Dрег =Dотб*(tпв-tд) / (iрег-tпв), (4)

где tпв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; tд - энтальпия конденсата отбора после подогрева потоков воды, кДж/кг

5. Изменение мощности, потребляемой насосами, N^, кВт, можно представить, как:

где Gсн - расход учитываемого потока, т/ч; Δр - давление, создаваемое насосом, кПа; ηн - КПД насоса.

6. Определить величину изменения выработки электроэнергии γтфувэтп, кВт*ч, можно по уравнению:

7. Экономия условного топлива ΔΒ, т, определяется по изменению величины γтфувэтп, кВт*ч:

ΔB= γтфувэтп *(bэк-bэт)*10-3, (7)

где bэк =0,4 кг/(кВт*ч) - удельный расход условного топлива на конденсационную выработку электроэнергии; bэт =0,15 кг/(кВт*ч) - удельный расход условного топлива на теплофикационную выработку электроэнергии.

8. Экономичность в денежном выражении представленной технологии можно определить, как:

ΔЭ=ΔB*ЦT, (8)

где Цт - цена условного топлива, для Ульяновска Цт=3700 руб./т.

В результате расчета определено, что годовая экономия в денежном эквиваленте предлагаемой технологии по сравнению с традиционной схемой работы ТЭЦ составляет 35,428 млн руб. (табл. 2).

Таблица 2. Сравнение энергетической эффективности работы оборудования ТЭЦ.

В то же время, подключение районных котельных к ЦСТ от ТЭЦ предполагает капитальные единовременные затраты на строительство новых тепловых сетей от существующих трубопроводов сетевой воды до рассматриваемых котельных, с модернизацией и устройством пунктов автоматизированного качественно-количественного регулирования в зданиях котельных.

Суммарные затраты на необходимые работы по переводу тепловых нагрузок 14 районных котельных на ТЭЦ составляют более 136 млн руб. (табл. 3).

Таблица 3. Предварительные затраты на подключение 14 котельных Ульяновска к ЦСТ от УлТЭЦ-1.

Для оценки инвестиционной привлекательности проекта проведен расчет следующих показателей экономичности: обычного и дисконтированного сроков окупаемости инвестиций, чистого дисконтированного дохода (NPV), внутренней нормы доходности (IRR). Результаты расчета экономических показателей реализации проекта представлены в табл. 4.

Таблица 4. Экономические показатели реализации проекта.

Приведенные показатели доказывают экономическую обоснованность проекта по оптимизации покрытия тепловых нагрузок Ульяновска за счет перевода 14 районных котельных на централизованный источник теплоснабжения УлТЭЦ-1. При достаточно высокой ставке дисконта в 15% дисконтированный срок окупаемости проекта составляет 7,1 лет.

Выводы

1. Рассмотрена оптимизация покрытия нагрузок Ульяновска за счет переключения тепловой нагрузки части районных котельных к централизованной системе теплоснабжения от УлТЭЦ-1.

2. Проанализирована целесообразность использования существующих источников теплоснабжения (районных котельных) в качестве пиковых и резервных источников тепловой энергии.

3. Произведен расчет энергетической эффективности используемой технологии и сравнение ее с традиционной схемой работы ТЭЦ методом удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

4. Для оценки инвестиционной привлекательности проекта проведен расчет показателей экономичности, согласно которому при достаточно высокой ставке дисконта в 15% дисконтированный срок окупаемости проекта составит 7,1 лет.

Литература

1. Шарапов В.И., Замалеев М.М., Чаукин П.Е. Проблемы оптимизации работы городских теплофикационных систем //Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 1(28). С. 76-79.

2. Пат. 2235249 (RU). Способ теплоснабжения/В.И. Шарапов, М.Е. Орлов, П.В. Ротов, И.Н. Шепелев // Бюллетень изобретений. 2004. № 24. Заявл. 28.03.2003, № 2003108707/06. Опубл. 27.08.2004.

3. Пат. 2235250 (RU). Система теплоснабжения/В.И. Шарапов, М.Е. Орлов, П.В. Ротов, И.Н. Шепелев // Бюллетень изобретений. 2004. № 24. Заявл. 28.03.2003, № 2003108708/06. Опубл. 27.08.2004.

4. Пат. 2467255 (RU). Способ теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 32. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011123013/12. Опубл. 20.11.2012.

5. Пат. 2467258 (RU). Способ теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 32. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011122993/12. Опубл. 20.11.2012.

6. Пат. 2467257 (RU). Способ теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 32. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011123023/12. Опубл. 20.11.2012.

7. Пат. 2467256 (RU). Способ теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 32. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011123018/12. Опубл. 20.11.2012.

8. Пат. 2468300 (RU). Способ теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 33. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011123016/12. Опубл. 27.11.2012.

9. Пат. 2468299 (RU). Способ теплоснабжения/М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин // Бюллетень изобретений № 33. 2012. Заявл. 07.06.2011, № 2011122991/12. Опубл. 27.11.2012.

10. Пат. 2470234 (RU). Способ теплоснабжения/М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин// Бюллетень изобретений № 35. 2012. Заявл. 07.06.2011, 2011123024/12. Опубл. 20.12.2012.

11. Пат. 2470233 (RU). Способ теплоснабжения/М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин// Бюллетень изобретений № 35. 2012. Заявл. 07.06.2011, 2011123028/12. Опубл. 20.12.2012.

12. Пат. 2495331 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 28. 2013. Заявл. 20.07.2012, 2012131187/12. Опубл. 10.10.2013.

13. Пат. 2496057 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 29. 2013. Заявл. 20.07.2012, 2012131188/12. Опубл. 20.10.2013.

14. Пат. 2496059 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 29. 2013. Заявл. 20.07.2012, 2012131197/12. Опубл. 20.10.2013.

15. Пат. 2496058 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 29. 2013. Заявл. 20.07.2012, 2012131196/12. Опубл. 20.10.2013.

16. Пат. 2496056 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 29. 2013. Заявл. 03.07.2012, 2012127947/12. Опубл. 20.10.2013.

17. Пат. 2495330 (RU). Система теплоснабжения / М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, В.А. Мордовин//Бюллетень изобретений № 28. 2013. Заявл. 03.07.2012, 2012127949/12. Опубл. 10.10.2013.

18. Орлов М.Е., Ротов П.В., Шарапов В.И. Повышение надежности и энергетической эффективности теплофикационных систем // Надежность и безопасность энергетики. 2012. № 1. С. 22-26.

19. Шарапов В.И., Пазушкин П.Б., Цюра Д.В., Макарова Е.В. Расчет энергетической эффективности технологий подготовки воды на ТЭЦ: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. С.45-48.

20. Шарапов В.И. Методика оценки энергетической эффективности структурных изменений в тепловых схемах ТЭС // Труды Академэнерго. 2015. № 2. С. 27-37.

В.И. Шарапов, П.Е. Чаукин, К вопросу переключения тепловой нагрузки котельных на ТЭЦ

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №9 (193) 2016 г. , www.rosteplo.ru/nt/193

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи: