Предложения по изменению схем существующих СЦТ

В качестве основных направлений для достижения поставленных выше целей следует в первую очередь рассматривать предложения позволяющие осуществить возможную децентрализацию источников тепла и снижение температурного графика тепловых сетей.

Для систем теплоснабжения с традиционной структурой снижение температурного графика тепловых сетей является дорогостоящей и трудновыполнимой задачей. Это определяется в основном возможностями регулирования подачи тепла на отопление в тепловых пунктах потребителей и принятыми при проектировании тепловых сетей диаметрами трубопроводов.

Ниже предлагается возможный вариант изменения структуры эксплуатирующихся в настоящее время СЦТ, осуществление которого позволит с наименьшими затратами обеспечить выполнение указанных условий.

Предлагается провести реконструкцию системы теплоснабжения, перенося пиковые источники тепла с ТЭЦ в районы теплопотребления. При этом требующие реконструкции пиковые котлы на ТЭЦ демонтируются, а новые пиковые источники тепла оборудуются на тепловых сетях всех крупных выводов ТЭЦ и подключаются к существующим магистралям в промежуточных точках. Принципиальная схема системы теплоснабжения при таком переносе пиковых источников приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема СЦТ: 1 — теплофикационное оборудование ТЭЦ; 2 — пиковый источник; 3 — тепловой потребитель

водогрейный конденсационный теплоэлектроцентраль турбина В качестве пиковых источников могут использоваться водогрейные котлы, а также различные другие типы теплогенерирующего оборудования, включая ПГУ или ГТУ ТЭЦ. Выбор типа пикового источника в общем случае определяется на основании результатов технико-экономических расчетов.

Перенос пиковых источников в районы теплопотребления разбивает тепловые сети с присоединенными потребителями на две зоны: зону между ТЭЦ и точкой подключения пикового источника (зона ТЭЦ); и зону после пикового источника (зону пиковой котельной). При этом в обеих зонах могут поддерживаться различные температурные (температурные графики) и соответствующие гидравлические режимы. Как это показано на рис. 1, включение пиковых источников по сетевой воде может производится как последовательно с теплофикационным оборудованием ТЭЦ, так и параллельно оборудованию ТЭЦ. Каждая из схем подключения имеет свои преимущества или недостатки.

При последовательном подключении через пиковый источник будет проходить большой расход воды с относительно высокой температурой перед источником, что имеет значение при использовании водогрейных котлов. Такая схема предусматривает подачу тепла только в зону пикового источника при отсутствии возможности выдачи тепловой мощности в зону ТЭЦ.

При параллельном подключении через пиковый источник проходит сниженный расход с температурой обратной линии на входе, но при этом имеется возможность подачи воды и тепла в тепловые сети зоны ТЭЦ, обеспечивая тем самым возможность резервирования тепловой мощности ТЭЦ. На пиковом источнике при этом устанавливается насос смешения.

В реальных условиях может одновременно использоваться как параллельное, так и последовательное присоединение пиковых источников. Выбор конкретных схем определяется гидравлическими характеристиками существующих тепловых сетей и необходимыми условиями резервирования.

Предлагаемое изменение структуры системы теплоснабжения позволяет снизить тепловую мощность, отпускаемую непосредственно от ТЭЦ до уровня мощности теплофикационного оборудования турбин. При этом условии по существующим трубопроводам без изменения диаметра может быть пропущен прежний расход воды, что обуславливает возможность перехода в зоне ТЭЦ на пониженный температурный график.

Протяженность тепловых сетей после пикового источника сравнительно меньше общей протяженности сети изначальной системы, что позволяет допустить большие потери давления (напора) при условии обеспечения прежнего располагаемого напора у наиболее удаленных потребителей. В соответствии с этим в сетях после пикового источника также возможно перейти на пониженный график с увеличенными расходами сетевой воды.

Предлагаемая структурная схема СЦТ приводит к децентрализации источников тепла с возможностью их взаимного резервирования и одновременно позволяет перейти на пониженный температурный график в тепловых сетях, что должно обеспечить повышение надежности теплоснабжения. Переход на предлагаемую структурную схему СЦТ потребует только доведения до необходимого уровня автоматизацию тепловых пунктов потребителей.

Кроме указанных преимуществ, предлагаемая схема позволяет увеличивать присоединенную нагрузку и мощность системы теплоснабжения по отдельным направлениям тепловых сетей за счет наращивания мощности пиковых источников, не изменяя диаметры трубопроводов остальной сети и характеристики других источников тепла, входящих в СЦТ.

Следует отметить, что гидравлические и тепловые режимы тепловых сетей и источников тепла кроме прочих условий зависят также от места подключения пикового источника к тепловой сети, т. е. от удаления подключаемого пикового источника от ТЭЦ.

В качестве примера определения показателей режимов и оценки основных условий реконструкции СЦТ были рассмотрены требуемые параметры и режимы работы при изменении схемы системы централизованного теплоснабжения с условной расчетной тепловой нагрузкой потребителей 1 Гкал/ч.

К изначальной тепловой сети присоединены потребители только с нагрузкой отопления при расчетной температуре в помещениях +18С. При этих условиях и температурном графике традиционной схемы 150/70С расход воды в сети постоянен и равен 12.5 т/ч.

Принималось, что коэффициент теплофикации для изначальной традиционной схемы равен 0.5, т. е. из теплофикационных отборов турбин покрывается половина расчетной нагрузки системы. Другую половину обеспечивает пиковая котельная. График покрытия тепловой нагрузки системы теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха (относительной нагрузки отопления), принятый исходя из условия максимальной загрузки по теплу теплофикационных турбин ТЭЦ приведен на рис. 2.

Рис. 2. График покрытия тепловой нагрузки системы теплоснабжения

Для предварительного анализа будем считать, что присоединение тепловой нагрузки распределено равномерно по тепловой сети, которая представляет собой одну тупиковую магистраль переменного по длине сети диаметра. Общая относительная протяженность сети равна 1.

Для оценки изменения гидравлических режимов системы теплоснабжения было принято, что в тепловой сети при традиционной схеме имеет место линейное изменение напора по длине трубопроводов. При этом относительный располагаемый напор на ТЭЦ при традиционной схеме равен 1, а устойчивость сети (отношение располагаемого напора на абонентском вводе к располагаемому напору на ТЭЦ) составляет 0.2, т. е. располагаемый напор у последнего потребителя равен 20% от развиваемого напора на ТЭЦ.

По результатам проведенных расчетов будет в основном показана техническая возможность реализации переноса пикового источника в район теплопотребления и рекомендуемые при этом режимы работы системы теплоснабжения. Следует учитывать также, что выбор основных параметров и решений (соотношение мощностей, место расположения пикового источника, принимаемые температурные графики и т. д.) очевидно определяется не только чисто техническими, но и технико-экономическими условиями. В предлагаемом материале технико-экономические условия не рассматриваются.

Для новой системы теплоснабжения принят тот же график покрытия суммарной тепловой нагрузки системы, что и для изначальной сети, который приведен на рис. 2, т. е. пиковый источник обеспечивает при расчетных условиях половину нагрузки и коэффициент теплофикации для СЦТ в целом остается равным 0.5.

Будем считать, что для потребителей, подключенных к сети после перенесенного пикового источника (зона ПК) принимается отопительный температурный график 130/70С. Для потребителей зоны ТЭЦ расчетный температурный график принят более низким исходя из возможности теплофикационных отборов турбин и равным 120/70С.

При условии автоматизации тепловых пунктов потребителей температура в обратной линии сети при реконструкции не изменится и останется равной этой температуре для исходной тепловой сети.

Возможная точка подключения пикового источника к тепловым сетям при принятых условиях определяется гидравлическим режимом исходной системы и условиями получаемых гидравлических режимов при переносе пикового источника, для которых должно быть выполнено требование обеспечения прежних располагаемых напоров на присоединенных потребителях.

Как показали проведенные расчеты теплогидравлических режимов преобразованной системы теплоснабжения наиболее близкая к ТЭЦ точка подключения пикового источника при условии обеспечения заданных располагаемых напоров у присоединенных потребителей составляет 60% от общей протяженности первоначальной тепловой сети, т. е удалена на 0.6 относительных единиц общей протяженности сети от ТЭЦ. При этом, расчетная тепловая нагрузка потребителей зоны ТЭЦ составит 0.6 Гкал/ч, а зоны пиковой котельной 0.4 Гкал/ч.

Для СЦТ после реконструкции сохраняется исходный график покрытия суммарных тепловых нагрузок системы. Однако графики покрытия нагрузок зон ТЭЦ и пиковой котельной для условий рис. 2 имеют более сложный характер.

График покрытия тепловых нагрузок потребителей зоны ТЭЦ в зависимости от относительной нагрузки отопления приведен на рис. 3, график покрытия тепловых нагрузок потребителей зоны пиковой котельной — на рис. 4.

Рис. 3.

На рис. 3 показаны графики изменения нагрузки потребителей зоны ТЭЦ и отпуска тепла от ТЭЦ. Приведен также график подачи тепла от ТЭЦ в зону пикового источника (в зону ПК). Последний, при относительных нагрузках больших 0.83 (при низких температурах наружного воздуха) имеет отрицательные значения, что говорит о необходимости подачи тепла в зону ТЭЦ от пикового источника.

На рис. 4 приведены графики нагрузки потребителей зоны ПК и отпуска тепла от пикового источника. На этом же рис. показан также график подачи тепла в зону ПК от ТЭЦ, который при относительных нагрузках больших 0.83 имеет отрицательные значения, свидетельствующие, как уже отмечалось, о подаче тепла от пикового источника в зону ТЭЦ.

Рис. 4.

Температурные графики СЦТ для зоны ТЭЦ и пиковой котельной приведены на рис. 5, на котором для сравнения показан также температурный график исходной СЦТ.

Рис. 5.

Как следует из рис. 5, температурный график от ТЭЦ преобразованной системы теплоснабжения имеет сложную зависимость от температуры наружного воздуха. Максимальная температура при расчетных условиях соответствует, как указывалось ранее 120С, а минимальная температура сетевой воды от ТЭЦ в точке начала (окончания) отопительного периода принята равной 70С. Рассматриваемый график имеет точку излома при относительной нагрузке равной 0.5, соответствующей точке включения пиковой котельной. Температура в этой точке определяет наибольший расход воды в трубопроводах зоны ТЭЦ, передаваемый в зону ПК, что обуславливает наиболее напряженный гидравлический режим зоны ТЭЦ и системы теплоснабжения в целом. Температура в точке излома определялась исходя из условий обеспечения необходимых гидравлических условий для присоединенных потребителей при принятой точке подключения переносимого пикового источника.

Следует отметить, что уровень температур в подающей линии от теплофикционной части ТЭЦ определяет эффективность комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и чем он ниже, тем выше удельная комбинированная выработка.

Соответствующие приведенным выше данным по температурам в различных частях схемы СЦТ при принятой точке переноса пикового источника графики расходов воды в зависимости от относительной нагрузки отопления (температуры наружного воздуха) на различных участках схемы системы теплоснабжения приведены на рис. 6. Для сравнения на рисунке приведен требуемый график расхода сетевой воды от ТЭЦ для исходной системы теплоснабжения при температурном графике 150/70С.

Рис. 6.

Как следует из рис. 6 расход воды от ТЭЦ в реконструируемой системе теплоснабжения существенно ниже изначального значения в 12.5 т/ч и возрастает при понижении температуры наружного воздуха от 6.5 до 10.0 т/ч. Расход воды через пиковый источник при понижении температуры воздуха сначала снижается от 4.1 до 3.6 т/ч и далее возрастает до максимального значения при расчетных условиях, равного 8.7 т/ч.

Так же как и при отпуске тепла, в реконструируемой СЦТ имеют место перетоки воды между зоной ТЭЦ и зоной ПК. Расходы воды по зонам приведены на рис. 7 и 8.

Рис. 7.

На рис. 7 приведены график суммарного расхода воды для потребителей зоны ТЭЦ, график расхода воды от ТЭЦ и график подачи воды в зону ТЭЦ от пикового источника. Последний имеет отрицательные значения для относительных нагрузок менее 0.83 и показывает, что при этих относительных нагрузках имеет место подача воды из трубопроводов зоны ТЭЦ (от ТЭЦ) на пиковый источник.

Рис. 8.

На рис. 8 приведены графики расходов воды в зоне пикового источника, а также графики расходов воды для потребителей зоны ПК, расхода воды через пиковый источник и расходов воды от ТЭЦ в зону ПК. При этом максимальное значение расхода воды, подаваемого от ТЭЦ на пиковый источник отмечается при относительной нагрузке, равной 0.5 и соответствующей точке включения пиковой котельной. Величина этого расхода составляет 3.3 т/ч.

По приведенным выше данным о расчетном гидравлическом режиме исходной сети и условиях подключения тепловой нагрузки были проведены расчеты гидравлических режимов и построены пьезометрические графики реконструируемой сети для характерных относительных нагрузок (температур наружного воздуха), приведенные на рис. 9.

Рис. 9.

На рис. 9 показаны пьезометрические графики при расчетной температуре наружного воздуха, при наиболее напряженном гидравлическом режиме, соответствующем относительной нагрузке в точке начала работы пикового источника и, для сравнения, пьезометрический график тепловой сети исходной системы теплоснабжения. Как следует из рис. 10 требования по гидравлическим режимам для преобразованной СЦТ (требования по располагаемым напорам присоединенных потребителей) выполняются при всех режимах.

Полученные результаты расчетов показывают возможность технической реализации предлагаемого изменения схемы СЦТ, при этом результаты приведены для одного из возможных вариантов. Для принятых условий изменения схемы возрастают затраты на перекачку теплоносителя и ухудшаются показатели удельной комбинированной выработки тепловой энергии, поскольку отпуск тепла от теплофикационного оборудования ТЭЦ производится при более высоких температурах в подающей линии тепловой сети зоны ТЭЦ, чем для исходной схемы СЦТ. Однако для измененной схемы системы теплоснабжения снижется уровень максимальных температур в подающей линии, что вместе с децентрализацией источников тепла позволит повысить надежность теплоснабжения при некотором снижении его экономичности.

Технико-экономические показатели рассмотренного выше варианта реконструкции СЦТ при заданных расчетных температурных графиках определяются принятой точкой присоединения к тепловой сети пикового источника тепла. Так удаление точки подключения пикового источника от ТЭЦ приводит улучшению показателей гидравлических режимов, а именно к увеличению располагаемых напоров в тепловой сети. Это обстоятельство позволяет или увеличить расход воды от ТЭЦ при снижении температуры в подающей линии зоны ТЭЦ и улучшить тем самым показатели комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, или снизить располагаемые напоры на ТЭЦ и пиковом источнике, снижая дополнительный расход электроэнергии на перекачку теплоносителя. При этом следует учитывать также изменение тепловых потерь в тепловых сетях, связанное с изменением температурного режима тепловых сетей.

Выбор основных параметров изменяемой схемы СЦТ является результатом технико-экономических оптимизационных расчетов и в предлагаемом материале не рассматривается.