Увеличение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения методом оптимизации теплогидравлических режимов

Д. В. Жуков, В.З. Дмитриев Омский филиал ОАО «Территориальная генерирующая компания №11»

Инструкция

В данной работе рассматриваются вопросы увеличения эффективности водяных систем централизованного теплоснабжения методом оптимизации термических и гидравлических эксплуатационных режимов. Рассмотрены вопросы разработки, управления, контроля и анализа тепло-гидравлических режимов на примере системы централизованного теплоснабжения городка Омска. Отражены результаты проведения наладки, также показаны особенности оперативного централизованного регулирования термических режимов с учетом динамических параметров системы централизованного теплоснабжения.

1. ВВЕДЕНИЕ

Русская Федерация относится к странам с высочайшим уровнем централизации теплоснабжения. Теплоснабжение городских населенных пт обеспечивается термическими источниками (ГРЭС, ТЭЦ, котельными) различной мощности методом транспортировки термический энергии по водяным термическим сетям.

Неэффективное теплоснабжение приводит к большому перерасходу энергетических, вещественных и денежных ресурсов. В критериях неизменного роста цен на энергоэлементы действенное внедрение энергетических ресурсов стало одним из самых животрепещущих и приоритетных направлений гос политики, о чем свидетельствует принятый в ноябре 2009 года Федеральный закон «Об сбережении энергии и о повышении энергетической эффективности».

Эффективность функционирования систем централизованного теплоснабжения почти во всем находится в зависимости от режимов работы термических сетей и систем теплопотребления. Потому задачка оптимизации режимов, проведения наладки и регулирования термических и гидравлических режимов в сложных системах больших городов является очень животрепещущей.

2. Короткая Черта СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Городка ОМСКА

Город Омск является областным центром и относится к наикрупнейшим в Русской Федерации с довольно высочайшей степенью комфортности. До 70 % всей термический нагрузки централизованного теплоснабжения городка Омска обеспечивается пятью термическими источниками Омского филиала ОАО «ТГК-11». Присоединенная нагрузка в жаркой воде к термическим сетям составляет 2942 Гкал/ч по средней нагрузке ГВС. На 3-х термических источниках ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5 выработка термический и

электронной энергии осуществляется по комбинированному циклу.

Протяженность магистральных термических сетей Омского филиала ОАО «ТГК-11» составляет 260,7 км термических сетей средним поперечником 574 мм и поболее 700 км распределительных термических сетей, эксплуатируемых другими организациями.

К термическим сетям подключено 12,5 тыщ термических пт, в том числе 59 ЦТП и ТПНС. Для роста пропускной возможности термических сетей установлено 13 ПНС. Присоединение потребителей к термическим сетям выполнено в главном по зависимой схеме, и только маленькая часть (~3%) подключена по независящей схеме через ИТП и ЦТП. Горячее водоснабжение осуществляется по открытой (-50 %) и закрытой схемам (-50 %) разных видов. Системами автоматического регулирования отопительно-вентиляционной нагрузки и ГВС обустроено только -12 % термический нагрузки.

Схема термических сетей от термических источников Омского филиала ОАО «ТГК-11» характеризуется собственной сложностью, а конкретно: схема радиально-кольцевая, большая протяженность термических сетей от источника до конечного потребителя (более 20 км), низкая резервируемость. Термические источники работают с приближенными к проектным рабочими давлениями 14,0 — 14,5 кгс/см2, расчетный температурный график 150-70 °С (со срезкой 130 °С).

3. ОПТИМИЗАЦИЯ И НАЛАДКА РЕЖИМОВ РАБОТЫ Термических СЕТЕЙ

Оптимизация режимов работы термических сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, не требующих значимых денежных издержек на внедрение, но приводящая к значительному экономическому результату и понижению издержек на топливно-энергетические ресурсы.

В работе по управлению и наладке режимов работы термических сетей задействованы фактически все структурные подразделения «Тепловых сетей». Они разрабатывают рациональные тепло-гидравлические режимы и мероприятия по их организации, анализируют фактические режимы, делают разработанные мероприятия и наладку САР, также оперативно управляют режимами, держут под контролем потребление термический энергии и др.

Разработка режимов (в отопительный и межотопительный периоды) проводится раз в год с учетом анализа режимов работы термических сетей в прошлые периоды, уточнения черт по термическим сетям и системам теплопотребления, ожидаемого присоединения новых нагрузок, планов полгого ремонта, реконструкции и технического перевооружения. С внедрением данной инфы осуществляются теплогидравлические расчеты с составлением списка наладочных мероприятий, в том числе с расчетом дроссельных устройств для каждого термического пт.

Разработка режимов работы термических сетей в течение последних лет ведется с помощью программного обеспечения «СКФ-ТС». По системе централизованного теплоснабжения городка Омска сформирована база данных, включающая все магистральные трубопроводы и ПНС, квартальные трубопроводы, схемы присоединения и нагрузки потребителей. В текущее время в базе данных содержится несколько сотен тыщ частей.

Кроме расчетов хороших режимов и разработки наладочных мероприятий «СКФ-ТС» также позволяет оперативному и инженерно-техническому персоналу, включая управляющих компаний, на современном сверхтехнологичном уровне в едином информационном пространстве делать:

1) анализ технического состояния системы теплоснабжения, фактического состояния сетей, режимов, повреждаемости трубопроводов;

2) моделирование нештатных ситуаций, в том числе аварийных;

3) оптимизацию планирования замен трубопроводов с расстановкой ценностей подмены;

4) проектирование и модернизацию систем теплоснабжения, в том числе оптимизацию планирования модернизации и развития термических сетей.

Главным аспектом оптимизационной задачки при разработке режимов и перераспределения термических нагрузок является понижение издержек на создание и транспорт термический энергии (загрузка более эконом термических источников, разгрузка ПНС) при имеющихся технологических ограничениях (располагаемые мощности и черта оборудования термических источников, пропускная способность термических сетей и свойства оборудования перекачивающих насосных станций, допустимые рабочие характеристики систем теплопотребления и т.д.).

В городке Омске в итоге планомерно проводимой работы по оптимизации режимов функционирования термических сетей в течение последних пары лет кардинально стало лучше качество теплоснабжения потребителей и повышена эффективность всей системы централизованного теплоснабжения от термических источников ОАО «ТГК-11», а конкретно:

1) сокращены лишние расходы горючего за счет перегрева потребителей в переходные периоды;

2) сокращены расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя на 10% за счет сокращения циркуляционных расходов теплоносителя при подключении новых потребителей;

3) сокращены расходы горючего на выработку электроэнергии за счет приведения в норму и понижения температуры оборотной сетевой воды;

4) стопроцентно исключены работы систем теплопотребления «на сброс» из-за недостающих располагаемых напоров;

5) сокращены расходы подпиточной воды на 11%;

6) подключены новые потребители.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ Термических РЕЖИМОВ

Основной задачей регулирования отпуска теплоты в системах теплоснабжения является поддержание комфортабельной температуры и влажности воздуха в отапливаемых помещениях при изменяющихся в протяжении всего отопительного периода наружных погодных критериях и неизменной температуре воды, поступающей в систему жаркого водоснабжения при переменном в течение суток расходе [1, 2]. Выполнение этого условия является одним из критериев оценки эффективности системы.

4.1. Методы регулирования

Оптимизация теплогидравличесих режимов и эффективность работы СЦТ почти во всем находится в зависимости от используемого способа регулирования термический нагрузки.

Главные методы регулирования могут быть определены из анализа совместного решения уравнений термического баланса нагревательных устройств по общеизвестным формулам [3,4] и находится в зависимости от:

— температуры теплоносителя;

— расхода теплоносителя;

— коэффициента теплопередачи;

— площади поверхности термообмена. Централизованное регулирование от термических источников может быть производить методом конфигурации 2-ух величин: температуры и расхода теплоносителя. В целом регулирование отпуска термический энергии может осуществляться 3-мя методами:

1) высококачественным — заключающимся в регулировании отпуска термический энергии методом конфигурации температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении неизменным количества расхода теплоносителя, подаваемого в регулируемую установку;

2) количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты методом конфигурации расхода теплоносителя при неизменной температуре на входе в регулируемую установку;

3) качественно-количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты методом одновременного конфигурации расхода и температуры теплоносителя.

Для поддержания комфортабельных критерий снутри построек регулирование должно быть минимум двухуровневым: централизованное (на источниках тепла) и местное (на термических пт).

В большинстве городов Рф, в том числе в Омске, централизованное регулирование, обычно, является единственным видом управления и осуществляется в главном по нагрузке отопления либо по совмещенной нагрузке отопления и жаркого водоснабжения [5] методом конфигурации температуры теплоносителя в подающих трубопроводах зависимо от метеорологических характеристик, сначала температуры внешнего воздуха, при условно неизменном расходе теплоносителя, хотя в неких городках (Москва, С-Петербург, Уфа и др.) была проведена всеохватывающая автоматизация [6].

Обширно применяемый в практике график высококачественного регулирования отопительной нагрузки указывает зависимость температур теплоносителя в подающем и оборотном трубопроводах зависимо от температуры внешнего воздуха. Расчет графика делается по общеизвестным формулам, которые выводятся из уравнения баланса нагревательного прибора при расчетных и других температурных критериях [3, 7, 8].

Данные методики расчета температурных графиков центрального регулирования вначале разрабатывались для задач проектирования систем теплоснабжения, потому в их принят ряд допущений и упрощений, а именно условие стационарности процессов термообмена. В реальности все теплообменные процессы, происходящие в элементах системы теплоснабжения, нестационарные, и эта особенность должна быть учтена при анализе и регулировании термический нагрузки. Но на практике эта особенность не учитывается и проектные графики применяются при эксплуатации и оперативном управлении.

4.2. Термический режим построек

Термический режим построек формируется как итог совокупного воздействия безпрерывно изменяющихся наружных (конфигурации температуры внешнего воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха) и внутренних (изменение подачи тепла от системы отопления, выделение тепла при изготовлении еды, работа электроосветительных устройств, действие солнечной радиации через остекление, тепло, выделяемое людьми) возмущающих воздействий [2].

Главным параметром, определяющим качество теплоснабжения потребителя и сотворения комфортабельных критерий, является поддержание температуры воздуха снутри помещений в границах допустимых отклонений ± (К2) °С [9].

Нестационарный термический баланс воздуха в отапливаемом здании описывается дифференциальным уравнением последующего вида:

Увеличение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения методом оптимизации теплогидравлических режимов

4.3. Особенности оперативного регулирования термических режимов

Основная методика оперативного регулирования термический нагрузки была описана только в «Правилах использования термический и электронной энергии», которые с 01.01.2000 были отменены приказом Минтопэнерго №2 от 10.01.2000. В данных правилах предусматривалось регулирование температуры теплоносителя в подающих трубопроводах в согласовании с принятым температурным графиком методом ее ступенчатого конфигурации на базе прогноза об ожидаемой температуре внешнего воздуха: дважды в день при разнице температуры денька и ночи более 8 °С и один раз в день при колебании температуры наименее 8 °С.

В согласовании с действующими нормативными документами [10] регулирование термический нагрузки предусматривается методом конфигурации температуры теплоносителя в подающей полосы в согласовании с утвержденным для системы теплоснабжения температурным графиком, данной по усредненной температуре внешнего воздуха за просвет времени в границах 12-24 ч, определяемый диспетчером термический сети зависимо от длины сетей, погодных критерий и других причин.

Невзирая на довольно ординарную формулировку пт в данных правилах, данная задачка является очень сложной в критериях неопределенности наружных причин, трудности схемы теплоснабжения, прогнозных данных с учетом фактического состояния оборудования СЦТ, сначала, термических сетей. По данным статистики и бессчетных аналитических материалов по эксплуатации износ оборудования систем теплоснабжения составляет около 60-70 % и продолжает возрастать из-за значимого понижения объемов подмены трубопроводов. Проведенный анализ повреждаемости трубопроводов указывает, что основная часть повреждений происходит конкретно в процессе конфигурации температуры теплоносителя из-за конфигурации напряжений в трубопроводах.

Прогнозирование динамики конфигурации температуры внутреннего воздуха снутри помещений согласно формуле (1) при всех предсказуемых конфигурациях температур внешнего воздуха с учетом динамических параметров системы теплоснабжения позволяет разрабатывать диспетчерский график термических нагрузок с неизменной температурой теплоносителя в существенно большем временном интервале. При всем этом качество теплоснабжения и комфортабельные условия конечных потребителей не ухудшаются. Но при всем этом следует учесть степень автоматизации термических нагрузок, схемы присоединения и гидравлическую устойчивость СЦТ, потому что проведенные исследования эксплуатационных режимов теплообменного оборудования термических пт демонстрируют, что понижение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе на 1 °С приводит:

— в системах автоматического регулирования отопительной нагрузки зависимой схемы присоединения

— к повышению циркуляционного расхода до 8 %;

— в системах автоматического регулирования отопительной нагрузки независящей схемы присоединения — к значительному повышению расхода в первом контуре (до 12 % на каждый градус) и повышению температуры теплоносителя в оборотном трубопроводе на 1 °С;

— в системах ГВС закрытой схемы присоединения к повышению циркуляционного расхода до 20 % и повышению температуры теплоносителя в оборотном трубопроводе на 1 °С.

Повышение расходов теплоносителя наращивает гидравлические утраты. Потому данное регулирование может быть в критериях достаточности гидравлической стойкости и резерва по оборудованию ПНС. Также необходимо подчеркнуть, что систематическое понижение температуры в подающих трубопроводах приводит к повышению расходов теплоносителя с следующей разрегулировкой всей системы теплоснабжения.

Таким макаром, разработку диспетчерского графика и централизованное регулирование отпуска тепла нужно вести с учетом динамических черт системы теплоснабжения, аккумулирующих возможностей построек и переменности наружных и внутренних воздействий. Повышение периода регулирования до 24-48-72 ч и поболее в определенных границах конфигурации наружных и внутренних воздействий фактически не оказывает влияние на качество теплоснабжения потребителей, что дает возможность эксплуатировать оборудование в «мягком» режиме.

Оперативное регулирование с учетом вышеуказанных особенностей приводит к:

1) уменьшению вероятности повреждений трубопроводов и увеличение надежности;

2) увеличению экономичности:

— при производстве энергии за счет разности приростов расхода горючего на выработку энергии на ТЭЦ при различных температурах теплоносителя;

— при транспорте и рассредотачивании термический энергии за счет разности прироста теплопотерь трубопроводами при различных температурах теплоносителя;

3) понижению количества пусков-остановов основного теплогенерирующего оборудования, что также увеличивает надежность и экономичность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе показана возможность увеличения эффективности водяных систем централизованного теплоснабжения за счет оптимизации термических и гидравлических режимов. Оптимизация режимов работы термических сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, которая не просит значимых денежных издержек на внедрение, но приводит к значительному экономическому результату и понижению издержек на топливно-энергетические ресурсы. Поддержание хороших режимов может быть только при соблюдении температурных режимов. Разработку диспетчерского графика и централизованное регулирование отпуска тепла нужно вести с учетом динамических черт системы теплоснабжения, аккумулирующих возможностей и переменности наружных и внутренних воздействий.

Перечень ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГВС — горячее водоснабжение;

ИТП — личный термический пункт;

ПНС — перекачивающая насосная станция;

САР — система автоматического регулирования;

СКФ-ТС— программное обеспечение «Система контроля

функционирования термических сетей»; СЦТ — система централизованного теплоснабжения; ЦТП — центральный термический пункт.

Перечень ЛИТЕРАТУРЫ

1. Яковлев Б.В. Увеличение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения. М.: Анонсы теплоснабжения, 2008. — 448 с.

2. Автоматические системы теплоснабжения и отопления / С.А. Чистович, В.К. Аверьянов, Ю.Я. Тем-пель, СИ. Быков. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987, 248 с.

3. Соколов Е.Я. Теплофикация и термические сети: учебник для вузов. — 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001.-472 с.

4. Методические советы по оптимизации гидравлических и температурных режимов функционирования открытых систем коммунального теплоснабжения. -М.: Роскоммунэнерго, 2005.

5. СНиП 41-02-2003. Термические сети. М.: Госстрой Рф, ФГУП ЦПП, 2004.

6. Трубопроводные системы энергетики: Управление развитием и функционированием / Н.Н. Новицкий, Е.В. Сеннова, М.Г. Сухарев и др. Новосибирск: Наука, 2004. -461с.

7. Наладка и эксплуатация водяных термических сетей: Справочник / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1988. -432 с.

8. Проектирование термических сетей: Справочник проектировщика / под ред. А.А. Николаева. М., 1965. 360 с.

9. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

10. Правила технической эксплуатации термических установок. СПб.: Издательство ДЕАН, 2003. — 256 с.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru