На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Опыт

01.03.2009 Сокращать использование газа без ущерба для потребителей тепла

 

Сокращать использование газа без ущерба для потребителей тепла

 

В наследство от СССР нам достались мощные системы централизованного теплоснабжения. Они позволяют избавить горожан от серьезных проблем, непосредственно связанных с получением и сжиганием топлива в котлах. Жители многих крупных населенных пунктов в Европе хотели бы иметь у себя такую удобную и экологически чистую систему теплоснабжения, но лишь немногие муниципалитеты сумели преодолеть трудности выкупа земель под теплотрассы.

У нас этих трудностей не было, и в большинстве городов централизованное теплоснабжение, несмотря на значительные потери последних лет, все еще функционирует. Осталось лишь привести его к современному техническому уровню. Решающим шагом на пути к этому является модернизация тепловых пунктов.

От модернизации ИТП пока один только вред

 

Потенциал экономии природного газа, достигаемой в процессе модернизации тепловых пунктов зданий, оценивается для Украины примерно в 3 млрд м3 в год. И затраты при этом относительно невелики, и срок их окупаемости – в пределах года. Да только дело все равно не идет. Реконструкция отдельных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) – не в счет, поскольку от нее, как ни странно, пока один только вред.

Поясним на примере. Представим систему теплоснабжения, которая подает тепло в 100 домов от одной котельной. Сетевые насосы котельной подают в систему 1 тыс. т/ч теплоносителя по 10 т/ч в каждый дом. В двадцати домах тепловые пункты оборудованы приборами учета и автоматикой, которая в теплые дни зимы сокращает расход теплоносителя до 5 т/ч. Теплосчетчики этих двадцати домов фиксируют снижение теплопотребления, и жители платят меньше. Но сетевые насосы котельной по-прежнему подают 1 тыс. т/ч теплоносителя, что распределяется по тепловым пунктам оставшихся без автоматики зданий, через которые циркулирует теплоноситель в количестве уже не по 10, а в среднем по 11,25 т/ч. В этих домах жарко (теплый день), окна открыты, а газ в котельной расходуется, как обычно, подогревая свою штатную 1 тыс. т/ч до нужной температуры.

Очевидно, что никакого энергосбережения не получилось в результате того, что в 20  % зданий модернизированы тепловые пункты. Но даже не это главное. Газ сжигается в котельной в прежнем объеме, но пятая часть жителей стала платить за отопление меньше. Теплоснабжающая организация должна заплатить за газ сполна, но денег на это уже не хватит, даже если все жители исправно заплатят по своим счетам. За тепло, ушедшее через открытые окна домов, в которых нет автоматики, платить некому. В таких условиях теплоснабжающие организации вынуждены поднимать тарифы на тепловую энергию.

Но вернемся к нашей условной системе теплоснабжения, которая подает тепло в 100 домов от одной котельной, и проследим, что произойдет после того, как половина домов будет оборудована автоматизированными тепловыми пунктами. Те 50 домов, которые потребляют в теплые дни зимы по 5 т/ч вместо 10, посредством дросселирования потока теплоносителя на своих абонентских вводах заметно увеличат гидравлическое сопротивление системы теплоснабжения. При этом давление, создаваемое сетевыми насосами, увеличится, что повысит вероятность возникновения аварий. Чтобы этого не случилось, нужно оснастить приводы сетевых насосов частотными регуляторами. Таким образом, реконструкция тепловых пунктов зданий не должна проводиться в отрыве от модернизации источников теплоснабжения.

Мы видим, что надежды на бессистемное решение проблемы экономного теплоснабжения нет. Неразумно вкладывать бюджетные или кредитные ресурсы в беспорядочную модернизацию отдельных, разбросанных по разным районам зданий. Реконструкция централизованных систем теплоснабжения может быть успешной, если она будет выполняться системно, по хорошо продуманной программе, разработанной соответственно финансовым возможностям. Если эти возможности невелики, то имеющиеся денежные средства должны быть сконцентрированы на одной системе, получающей тепло от одного источника. Но в этой пусть и небольшой системе модернизировано должно быть все.

Приходится признать, что путем реконструкции ИТП можно достичь успеха, лишь вкладывая в этот процесс крупные централизованные инвестиции.

Но ведь есть еще ЦТП.

Пока еще есть ЦТП…

О том, что от центральных тепловых пунктов (ЦТП) нужно избавляться, написано немало. Но дело это нескорое, да и начинать его у нас пока никто всерьез не собирается.

Все еще неизвестно, когда у нас начнется (и начнется ли?) системная модернизация систем централизованного теплоснабжения, в рамках которой будут планомерно реконструированы все индивидуальные тепловые пункты, которые могли бы взять на себя функции ЦТП. В любом случае закончится такая модернизация нескоро, а экономить природный газ нужно уже сейчас.

Модернизация ЦТП сулит определенные выгоды уже только потому, что количество ЦТП в любой системе в несколько раз меньше, чем количество ИТП. Казалось бы, схему регулирования теплового потока в ЦТП можно не придумывать, поскольку она предусматривалась типовыми проектами, разработанными в 80-х гг. – как раз в ту пору, когда у нас проектировались и строились последние ЦТП.

На рис. 1 показана проектная схема основных узлов ЦТП. Предполагалось, что температура подающего теплоносителя тепловой сети (1), сохраняющаяся на постоянном уровне 70 °С в режиме срезки температурного графика, перед подачей в квартальную тепловую сеть (2) будет понижаться в результате подмешивания воды из обратного трубопровода. Для возможности такого подмешивания проектировался смесительный насос (9), а для погодного регулирования должен был служить регулирующий клапан (8).

В большинстве ЦТП схема со смесительным насосом практически не работает. Если восстановить ее, но не на всех ЦТП, а выборочно, то общий энергосберегающий эффект будет близким к нулю – подобно тому, как это происходит при выборочном переоборудовании индивидуальных тепловых пунктов.

Рассмотрим другую схему (рис. 2). Оставим без внимания водоподогреватели ГВС (поскольку они на обоих рисунках изображены одинаково) и сосредоточимся на теплообменнике (10), которого на первом рисунке не было. При необходимости сократить потребление тепла системой отопления часть сетевой воды из подающего трубопровода при изменении положения регулирующего органа электрического трехходового клапана (8) будет направлена в теплообменник (10), где теплоноситель охладится до нужной температуры в результате теплообмена с водой из обратного трубопровода системы отопления.

У этой схемы очень много преимуществ (о них мы поговорим позже), но начать обсуждение стоит с одного очевидного недостатка, на который уже наверняка обратили внимание специалисты. Рассматривая рисунок, становится ясно, что делается попытка посягнуть на незыблемость одной из важнейших эксплуатационных догм, которая на производственном сленге звучит бесспорным императивом: «не завышать обратку!».

Понимая всю абсурдность такого посягательства (действительно, температуру воды в обратном трубопроводе, как правило, повышать не рекомендуется), попробуем все же оправдать его в нашем случае. Для этого проанализируем причины, которые сформировали представление о недопустимости повышения температуры в обратном трубопроводе тепловой сети. Таких причин три.

1. Высокая температура в обратном трубопроводе системы отопления свидетельствует об избыточном расходе сетевой воды и, как следствие, об избыточном отоплении в одних домах при недостаточном в других.

2. При теплоснабжении от ТЭЦ высокая температура в обратном трубопроводе тепловой сети может стать причиной уменьшения выработки электрической энергии на тепловом потреблении.

3. Высокая температура в обратном трубопроводе способствует избыточным потерям тепла в тепловой сети.

Рассматривая схему рис. 2, нетрудно прийти к выводу, что первую причину в этом случае можно вообще не принимать во внимание. Расход сетевой воды здесь не увеличивается, избыточность отопления совершенно исключается, поскольку основное назначение этой схемы как раз и состоит в том, чтобы сократить потребление тепла системами отопления.

О второй причине также можно всерьез не говорить, потому что регулирование в ЦТП будет работать только при срезке температурного графика. В этом случае минимальная температура в подающем трубопроводе тепловой сети (70 °С) будет соответствовать самому низкому давлению отбора пара теплофикационной турбины, и какая при этом будет температура в обратном трубопроводе (40 или 50 °С) для выработки электроэнергии, практически не имеет никакого значения. Что касается централизованного теплоснабжения от котельных, то там повышение температуры обратной воды даже полезно, потому что при этом исключается образование конденсата в продуктах сгорания.

Остается только третья причина. Потери тепла в тепловой сети если и увеличатся, то незначительно, поскольку целый ряд обстоятельств будет способствовать их минимизации. Во-первых, потери тепла увеличатся только в магистральных сетях, а в квартальных тепловых сетях, подающих теплоноситель от ЦТП к зданиям, они, наоборот, уменьшатся. Во-вторых, потери тепла увеличатся только в обратном трубопроводе, в то время как в подающем трубопроводе при прокладке обоих трубопроводов в одном канале они даже несколько уменьшатся. И, наконец, увеличившаяся температура в обратном трубопроводе приведет к увеличению тепловой мощности первой ступени водоподогревателя горячего водоснабжения, что является несомненным положительным фактором.

Все это дает повод вернуться к схеме рис. 2, рассматривая ее как возможную, чтобы, оценив теперь ее преимущества окончательно, отвергнуть ее или же принять как оптимальную.

Одно из бесспорных преимуществ данной схемы по сравнению со схемой рис. 1 в том, что при ее реализации не будет расходоваться электроэнергия. При давлении на вводе в ЦТП 4 бара на 1 Гкал/ч тепловой мощности систем отопления потребуется смесительный насос мощностью 2 кВт, который за один отопительный период израсходует примерно 3 тыс. кВт•ч электрической энергии, для выработки которой потребуется сжечь на тепловой электростанции 1 т у.т. В то же время система автоматического регулирования присоединенной к ЦТП отопительной системы мощностью 1 Гкал/ч сможет сэкономить около 200 Гкал в год, или около 30 т у.т. Это значит, что электрический смесительный насос уменьшит фактическую экономию топлива на одну тридцатую часть, или примерно на 3  %.

Самое удивительное, кстати, в том, что именно повышенная температура воды в обратном трубопроводе магистральной тепловой сети составляет главное преимущество схемы регулирования с теплообменником в ЦТП, потому что для подогрева этой воды в котлах до заданной отопительным графиком температуры потребуется меньше газа.

Важно и то, что для достижения этого эффекта совсем необязательно модернизировать все ЦТП системы и сетевые насосы котельной. Модернизация даже одного центрального теплового пункта приведет к повышению (пусть незначительному) температуры в обратном магистральном трубопроводе. При этом начнется немедленное и ощутимое сокращение потребления газа в котлах.

Процесс модернизации по данной схеме не требует крупных и централизованных инвестиций. Он может проходить постепенно, и начинать его можно уже сейчас.

 

Технические решения и их экономическая оценка

 

Устроить теплообмен между теплоносителями из подающего и обратного трубопроводов несложно. На рис. 3 в двух вариантах установки показаны габаритные размеры аппарата ТТАИ, подобранного для крупного ЦТП, характеризующегося тепловой мощностью присоединенных к нему систем отопления 4,8 Гкал/ч.

Теплообменный аппарат является главным элементом узла регулирования в ЦТП, и его стоимость в основном определяет общие затраты на модернизацию ЦТП, которые с учетом стоимости регулятора, арматуры и монтажных работ не превысят 25 тыс. грн (около 3 тыс. долл.). Для сравнения стоит отметить, что стоимость современного смесительного насоса, который потребовался бы для такого же ЦТП, если бы его пришлось модернизировать по обычной схеме (рис. 1), составляет около 35 тыс. грн (более 4 тыс. долл.), а общие расходы на модернизацию составили бы не менее 50 тыс. грн (более 6 тыс. долл.).

Таким образом, схема регулирования с теплообменником в ЦТП (рис. 2) выигрывает по сравнению с обычной схемой (рис. 1) по следующим показателям:

• реальная экономия газа в центральной котельной начинается с момента запуска первой установки на одном ЦТП;

• не нарушается устоявшийся в тепловой сети гидравлический режим, не требуется модернизация сетевых насосов и регуляторов расхода;

• эта схема может внедряться постепенно и выборочно, по мере возможностей;

• реализуется компактно, не требует много места;

• недорогая реализация;

• схема будет работать, не потребляя электроэнергию.

Столь впечатляющие показатели, возможно, станут поводом для их внимательного рассмотрения теми руководителями, которые хотят улучшать экономическое положение теплоснабжающих организаций не только путем повышения тарифов на тепловую энергию, но и посредством снижения расходов на покупку природного газа, улучшая при этом качество теплоснабжения.

Чтобы еще рельефнее оценить целесообразность нового технического решения, оценим его выгодность на примере. Вернемся к нашей условной системе теплоснабжения. При расчетных температурах теплоносителя 150–70 °С номинальная отопительная тепловая мощность котельной составляет 80 Гкал/ч, а в переходный период, когда теплоноситель выходит из котельной с температурой 70 °С и возвращается с температурой 40 °С, тепловая мощность падает до 30 Гкал/ч. При этом в котлах сжигается примерно 4,2 тыс. м3/ч природного газа.

Предположим, что эта система теплоснабжения включает в себя 10 ЦТП, к каждому из которых присоединены 10 домов, и теплоснабжающая организация имела возможность модернизировать по новой схеме пока только два ЦТП, затратив на это около 50 тыс. грн. В день, когда на улице +10 °С, температура воды, возвращающейся от этих двух ЦТП, в результате работы погодных регуляторов и теплообменников поднимется до 55 °С. Когда эта вода смешается с обратной водой от оставшихся пока без модернизации восьми ЦТП, общая температура теплоносителя на входе в котельную составит 43 °С. Чтобы нагреть 1 тыс. т/ч воды от 43 до положенных 70 °С, потребуется тепловая мощность 27 Гкал/ч, и в котлах будет сжигаться только 3,78 тыс. м3/ч природного газа, т. е. на 0,42 тыс. м3/ч меньше, чем до реконструкции.

 

Как сократить импорт газа?

 

Примерно на 2,5 млрд м3 в год можно было бы сократить импорт в Украину природного газа, если бы удалось повсеместно автоматизировать ЦТП по схеме с теплообменником.

Предельный годовой потенциал экономии газа, достижимый при модернизации теплопунктов, может составить около 3 млрд м3. В полной мере реализовать этот потенциал можно только на ИТП, где наряду с погодным регулированием можно обеспечить еще и программное регулирование в общественных зданиях, а также пофасадное регулирование в зданиях с четко выраженной ориентацией фасадов. Задача эта остается актуальной, и модернизация ЦТП не исключает проведения работ по реконструкции индивидуальных тепловых пунктов, которая будет выполняться в основном владельцами зданий и за их счет. При этом схема регулирования с теплообменником в ИТП будет столь же эффективна, как и в ЦТП.

Что касается реконструкции ЦТП, то это задача теплоснабжающих организаций, которым ЦТП принадлежат. И задача эта могла бы быть решена очень быстро – буквально за один год.

 

Виктор ГЕРШКОВИЧ,
кандидат технических наук, член-корреспондент Украинской академии архитектуры

 

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