На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Опыт

01.01.2009 Энергосбережение в системах централизованного теплоснабжения

 

Энергосбережение в системах централизованного теплоснабжения

 

В нынешнем отопительном сезоне в одной из котельных г. Запорожья (Украина) будет сожжено значительно меньше газа. В районе действия котельной находится центральный тепловой пункт (ЦТП), в котором по инициативе специалистов концерна «Городские тепловые сети» впервые реализуется нетрадиционная схема погодного регулирования в ЦТП.

Более 20 лет назад было впервые [1] предложено использовать рекуперативный теплообменник в тепловом пункте, возложив на него задачу снижения температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в процессе погодного регулирования. Сегодня, когда задача уменьшения потребления тепловой энергии стала очень актуальной, мы вернулись [2] к этой теме, предложив, возможно, самый дешевый способ реальной экономии топлива при помощи рекуперативных теплообменников, устанавливаемых в ЦТП.

 

В традиционной схеме погодного регулирования в ЦТП используется смесительный насос, а процесс регулирования сопровождается уменьшением расхода сетевой воды. Однако это приводит к нарушению гидравлического режима тепловой сети. Энергосберегающий эффект при этом снижается, поскольку сетевая вода, сэкономленная на одном ЦТП, перетекает в другие тепловые пункты.

Принципиальная схема нетрадиционного погодного регулирования, которая реализуется при постоянном расходе сетевой воды и без смесительного насоса, приводится на рис. 1.

При отсутствии потребности в регулировании теплоноситель из подающего трубопровода (Т1) направляется через открытый для прямоточного движения трехходовой клапан (8) непосредственно в системы отопления (2). При необходимости сокращения потребления тепла системой отопления часть сетевой воды из подающего трубопровода при изменении положения регулирующего органа электрического трехходового клапана (8) будет направлена в теплообменник (9). Там теплоноситель из подающего трубопровода охладится до нужной температуры в результате теплообмена с водой из обратного трубопровода системы отопления.

Главная особенность этой схемы состоит в том, что в результате регулирования в котельную возвратится теплоноситель с более высокой температурой, и для его подогрева в котлах потребуется меньше газа. Такое регулирование не затрагивает гидравлических режимов тепловой сети, и расходы воды во всех ее магистралях и ответвлениях в результате регулирования не станут перераспределяться. Это означает, что установка регуляторов хотя бы на одном ЦТП позволит тотчас же экономить газ в котельной.

 

Исполнение узла погодного регулирования

Тепловая мощность систем отопления в ЦТП на районной котельной г. Запорожья составляет 9,48 МВт. Расход сетевой воды в тепловой сети, работающей с расчетной разностью температур в магистралях 80 °С, составляет 102 т/ч. Для этого расхода удалось подобрать трехходовой поворотный клапан Danfoss Dy 150, характеризующийся пропускной способностью 400 м3/ч. При этом потеря давления в открытом на проход клапане составит 6,5 кПа. С учетом разности давлений в трубопроводах на вводе в ЦТП 240 кПа было принято решение работать с этим трехходовым клапаном.

Ключевым элементом узла регулирования является рекуперативный теплообменник. Необходимость вписаться в хитросплетения существующих трубопроводов ЦТП при ограниченных свободных площадях этого производственного здания предопределила выбор интенсифицированных теплообменников ТТАИ украинского производства, которые обеспечивают наибольшую компактность узла при минимальной его стоимости.

Определяющими параметрами для выбора теплообменника стали температура теплоносителя и допустимые потери давления. При выборе температурного режима регулирования было принято, что температура воды в подающем трубопроводе в режиме регулирования должна опуститься до 55 °С, что станет причиной понижения температуры в обратном трубопроводе до величины t2, которую для тепловых сетей, работающих при расчетных температурах 150–70 °С, определяют по формуле:

 

t2 = 18 + 0,35t1 = 18 + (0,35 × 55) = 37,25 °C.

Таким образом, самые низкие температуры в магистральных трубопроводах квартальной тепловой сети составляют t1 = 55 °C и t2 = 37,25 °C.

Понижать температуру теплоносителя еще больше не нужно, потому что отопительный прибор, температура которого опускается ниже температуры руки человека, субъективно ощущается нами как холодный предмет. Такое ощущение порою служит поводом для жалоб независимо от реальной температуры воздуха в помещении.

Существенно важным для выбора теплообменника параметром является допустимая потеря давления при прохождении через оба его контура расчетного расхода теплоносителя. Изготовителем было предложено три варианта теплообменного узла (табл. 1).

Таблица 1

Варианты узлов из теплообменных аппаратов ТТАИ

Параметр теплообменного узла

Значение параметра в вариантах

1

2

3

Схема обвязки

Размеры одного аппарата ТТАИ

диаметр, мм

200

150

200

длина, мм

1 600

1 550

1 450

Количество аппаратов ТТАИ

1

2

2

Масса, кг

49

52

92

Стоимость, тыс. грн

18,6

23,2

35,3

Потеря давления, кПа

60

50

20

 

Несмотря на более высокую стоимость третьего варианта, пришлось остановиться именно на нем. Сравнительно небольшая разность давления в подающем и обратном трубопроводах (240 кПа) определяет необходимость применения оборудования, создающего наименьшее гидравлическое сопротивление.

Значения расчетных параметров теплоносителя в теплообменном узле представлены в табл. 2. Узел погодного регулирования в ЦТП, запроектированный на параметры, указанные в табл. 2, представлен на рис. 2. Мы видим, что узел регулирования занимает немного места. В существующем ЦТП он без проблем размещается непосредственно перед тем, как трубопроводы Т1 и Т2 уходят в подпольный канал, соединенный с квартальной тепловой сетью, по которой теплоноситель подается к отопительным системам зданий.

 

 

 

 

Таблица 1

Расчетные параметры теплоносителя в теплообменном узле

Контур теплообменника

Параметры контура

Температура, °С

Расход, т/ч

Потеря давления, кПа

на входе

на выходе

Нагревающей воды

70

55

102

10

Нагреваемой воды

37,2

52,5

102

10

 

На фото с изображением места узла регулирования в существующем ЦТП белыми линиями показано место нового узла регулирования. Его старые трубопроводы, вероятно, будут приведены в надлежащий вид в процессе реализации проекта реконструкции.

Если бы разность давлений в подающем и обратном трубопроводах ЦТП не была столь близкой к критическому для элеваторных вводов значению, то можно было бы успешно применить теплообменный узел по первому варианту с характеристиками, описанными в табл. 1. Он был бы еще компактнее и вдвое дешевле. Вместе с тем в первой установке такого рода целесообразно дать оценку эффективности самого неблагоприятного варианта, полагая, что во всех остальных случаях эффективность будет еще выше.

 

Экономическая оценка

Сметная стоимость реконструкции ЦТП по нашему проекту составляет 102 тыс. гривен (около 12,5 тыс. долл.). При тепловой мощности отопительных систем 8 Гкал/ч за отопительный период на нужды отопления обычно используется около 15 тыс. Гкал тепловой энергии, что требует сжигания в котельной примерно 2,2 млн м3 природного газа в год.

На основании имеющегося опыта можно утверждать, что средствами погодного регулирования можно снизить потребление газа на отопление жилых домов в среднем на 15 % в год, т. е. на 330 тыс. м3. Даже при очень низкой (по сравнению с европейским уровнем) цене на газ реконструкция ЦТП окупится за первых три месяца отопительного периода. А учитывая сложившуюся ситуацию с поставками газа на Украину, срок окупаемости сократится до первых 6–7 недель отопительного периода.

 

Возможное техническое решение для крупного ЦТП

Номенклатура серийных трехходовых клапанов, представленных на украинском рынке производителями тепловой автоматики, ограничена условным проходом 150 мм, что не позволяет применять их на крупных ЦТП. В этом случае один трехходовой клапан можно заменить двумя проходными, один из которых должен открываться, а другой – одновременно закрываться.

Вместе с тем, возможно, удастся реализовать схему (рис. 3), в которой можно будет обойтись только одним проходным клапаном. При закрытом клапане (1) весь расход нагревающей воды направляется в системы отопления через обратный клапан (4) и рекуперативный теплообменник (2), в котором вода охлаждается, а после чего поступает в системы отопления. При полностью открытом клапане на участке трубопровода между инжектором (3) и обратным клапаном (4) будет создаваться разрежение, но расход при этом будет нулевым, поскольку движению воды воспрепятствует обратный клапан.

Задача инжектора (рис. 4) в этой схеме состоит в том, чтобы создать разрежение на участке трубопровода между всасывающим патрубком и обратным клапаном при нулевом расходе воды на этом участке. В то же время теория струйного аппарата [3] исходит из условия непременного всасывания жидкости, без которого струйный насос не выполняет своей основной функции.

Чтобы применить эту теорию в нашем случае, следует задать минимальное значение коэффициента смешения, например, β = 0,05, где аG1 и G2 – расходы воды перед инжектором (G1) и во всасывающем патрубке (G2 – при условно отсутствующем обратном клапане). При этом инжекция обеспечивается, если диаметр d1 трубопровода, по которому нагнетается жидкость, будет определен по формуле:

 

где d2 – диаметр всасывающего трубопровода;

n – коэффициент, величину которого при низких значениях коэффициента смешения принимают равной 0,5;

ηД – КПД инжектора, величина которого принимается 0,15.

Если бы схема с инжектором была применена в запорожском ЦТП, то при d2 = 250 мм диаметр d1 нагнетательного трубопровода должен был бы быть не менее:

 

Для надежности можно было бы применить трубу Dy 150 мм со скоростью истечения воды 1,6 м/с и при расходе = 102 т/ч. При этом гидравлическое сопротивление инжектора не превысило бы 2 тыс. мм вод. ст.

С помощью инжектора можно уменьшить стоимость узла регулирования.

Первый шаг к масштабному энергосбережению?

Как нас заверили в г. Запорожье, это, возможно, будет первый реальный шаг на пути к крупномасштабному энергосбережению в системах централизованного теплоснабжения, потому что такого рода реконструкция доступна любому теплоснабжающему предприятию. Ведь никто не заинтересован в экономии газа больше, чем предприятия коммунальной теплоэнергетики, покупающие этот газ оптом в огромных количествах и продающие тепловую энергию в розницу миллионам мелких потребителей, многие из которых уклоняются от оплаты за тепло.

После реализации первого проекта теплоснабжающие организации получат в свои руки инструмент, с помощью которого они смогут экономить газ: сразу и много.

 

Виталий ВОРОН, кандидат технических наук, директор ООО «Теплообмен» (Украина)

 

Литература

1. Гершкович В. Ф., Мардер Е. Я., Опимах Е. Н., Подгорный В. Ю. Устройство для регулирования тепловой мощности системы отопления. Авт. свид. СССР № 1423989. Бюлл. № 34, 1988.

2. Сокращать потребление газа в котельных можно прямо сейчас // Энергосбережение в зданиях. – 2007. – № 2.

3. Пеклов А. А. Гидравлические машины и холодильные установки. Вища школа, Киев, 1971.

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком