Анализ возможности сокращения «перетопа» тепловых потребителей при «изломе» температурного графика теплосети

Самарский государственный технический университет.

Анализ возможности сокращения «перетопа» тепловых потребителей при «изломе» температурного графика теплосети

Л.П. Шелудько В отопительный период регулирование тепловой нагрузки потребителей производится ТЭЦ по качественному принципу. При температурах наружного воздуха, близких к О ОС, температура прямой сетевой воды понижается, и для подачи в системы горячего водоснабжения (ГВС) воды с температурой 70−75 ОС производят «излом» температурного графика теплосети. Как правило, при этом расход сетевой воды остается постоянным.

По статистическим данным, для различных городов России, в зависимости от их географического положения и континентальности климата, суммарная годовая продолжительность стояния среднесуточных температур наружного воздуха т_изл_₈ от температуры, соответствующей моменту «излома» температурного графика теплосети, до расчетной температуры 8 ОС (начала и конца отопительного сезона), меняется весьма существенно, например, от 1128 часов для Саратова до 3216 часов для Новороссийска.

В первом квадранте рис. 1 приведен температурный график теплосети, во втором — годовой график теплофикационных нагрузок ТЭЦ по продолжительности. Точки 1 и 4 соответствуют «излому» температурного графика, соответственно при более высокой t1п_р и более низкой температуре прямой сетевой воды t^_p в точках «излома». Им соответствуют температуры наружного воздуха t1Н_В и tН_В4. Промежутки времени т_ас и т_вс соответствуют осенне-весенним периодам года, когда ТЭЦ работает в диапазоне температур воздуха, изменяющихся от + 8 ОС до «излома» графика tНВизл.

В этот период, по сравнению с качественным регулированием тепловой нагрузки (отрезок 1 -3), при «изломе» графика в точке 1, возникает перерасход тепла из-за «перетопа» потребителей, соответствующий площади 1231. Снижение температуры сетевой воды в точке 4 до tп_р уменьшает суммарный перерасход тепла на площадь 1254.

В точке «излома» графика часовая тепловая нагрузка отопления и вентиляции:

где: QОТР, Qg фот". Фв" ¹ ~ тепловые нагрузки отопления, вентиляции и их относительные тепловые нагрузки при расчетной температуре наружного воздуха.

Среднесуточная часовая нагрузка ГВС QГВССР при «изломе» графика остается неизменной.

Суммарная часовая тепловая нагрузка потребителей:

При «изломе» графика и стабилизации температуры прямой сетевой воды tиз^лпрза период времени т_изл_₈, при повышении температуры наружного воздуха от tизлНВ до + 8 ОС возникает значительный «перетоп» в системах отопления и вентиляции потребителей. Теоретически величина «перетопа» при температуре наружного воздуха + 8 ОС равна:

Среднечасовая величина перерасхода тепла в результате «перетопа»:

Продолжительность периода т_изл_₈ и соответствующая ей температура воздуха t^изл_НВ зависят от температурного графика, типа теплосети и температуры прямой сетевой воды t^изл_пр точке излома графика.

Анализ показывает, что в течение ряда последних лет излом температурного графика теплосети для нескольких ТЭЦ Самарской области, работающих на открытые тепловые сети, производился при температуре воздуха t^изл_НВ =0,3 ОС и температуре прямой сетевой воды t^изл_пр =75 ОС. При этом в отопительный сезон 1996;1997 гг. продолжительность периода с «изломом» графика составила ф_изл-8⁼1224 ч. Характерно, что длительность этого периода заметно меняется по годам. Так, в отопительный период 1997;1998 гг. она равнялась 1848 ч.

В большинстве случаев при работе ТЭЦ как на закрытые, так и на открытые системы теплоснабжения температура прямой сетевой воды при изломе графика устанавливается на уровне 75−70 ОС. При наличии горячего водоснабжения, минимальная температура сетевой воды в подающем трубопроводе для закрытых систем должна быть не ниже 70 ОС, а для открытых — не ниже 60 ОС. Согласно постановлению правительства, температура горячей воды в системах ГВС потребителей должна поддерживаться в пределах 50−60 ОС. Таким образом, излом температурного графика можно производить при пониженных температурах прямой сетевой воды, особенно при работе ТЭЦ на открытые теплофикационные системы.

При открытой теплосети, в случае «излома» температурного графика при пониженной температуре прямой сетевой воды tизл, неизменных значениях тепловой нагрузки ГВС Q_ГBC ^и расхода прямой сетевой воды G_СВ, произойдет увеличение расхода воды на ГВС G_ГВС и соответствующего ему расхода подпиточной воды GГВСt1под в тепловую сеть.

Расход сетевой воды через теплообменные аппараты систем отопления и вентиляции тепловых потребителей будет уменьшаться, соответственно изменению расхода подпиточной воды:

Совместно решая систему уравнений теплового баланса и теплопередачи в теплообменных аппаратах систем отопления и вентиляции потребителей, записанных для случаев «излома» температурного графика, при изломе графика с исходной t^излt_gh измененной температурах сетевой воды t^излt1_gh:

после некоторых преобразований, получим выражение для температуры обратной воды теплосети в точке «излома» графика (при температуре воздуха в помещениях 18 ОС).

Принято, что коэффициенты теплопередачи к и поверхность F теплообменных аппаратов в системах отопления потребителей не изменяются. тепловой нагрузка электростанция перетоп Очевидно, что излом графика в вариантах с пониженной t_пр^излt1 производится при более высоких температурах наружного воздуха t_пр^нвизлt1. Учитывая, что относительная тепловая нагрузка при новом значении температуры прямой сетевой воды в точке излома графика t_пр^излt1определится как:

получим выражение для температуры наружного воздуха, соответствующей «излому» графика при температуре прямой сетевой воды t^излt1_пр:

Излом графика при пониженной величине t_пр^излt1 вызывает снижение температуры обратной сетевой воды t_обр^излt1. При этом также уменьшается средняя разность температур между температурой наружного воздуха и средней температурой воды в прямом и обратном трубопроводе теплосети и тепловые потери теплотрассы AQ_TP=kFAt_TP.

Здесь At_TP=tcB-tH_B — разность температур между средней температурой сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах теплосети и средней температурой наружного воздуха в период времени т_изл_₈. Анализ показывает, что среднечасовое уменьшение тепловых потерь теплотрассы за этот период можно определить с достаточной точностью по выражению.

где ?t^изл_пр— снижение температуры прямой сетевой воды в точке «излома», Q₂ — среднечасовая суммарная тепловая нагрузка ТЭЦ при t^изл_пр.

Для одной из ТЭЦ Самары, работающей на открытую теплосеть, расчетная тепловая нагрузка отопления и вентиляции в отопительный период 1996;1997 гг. равнялась QОТ. ВР ⁼ = 1425Гкал/ч, при этом среднечасовая нагрузка ГВС QГВСср⁼¹81 Гкал/ч, а расходы сетевой и подпиточной воды были равны G_CB=20 330 т/ч и G_под=3718 т/ч. В точке «излома» графика, при температуре наружного воздуха t_НВ^изл =0,3 ОС, суммарная тепловая нагрузка отопления и вентиляции составляла QОТ. В0,3⁼517 Гкал/ч. При температуре наружного воздуха t_НВ=8 ОС она равнялась QО_Т.В8=303 Гкал/ч. Расчетная величина часового «перетопа» потребителей, относительно варианта с качественным регулированием тепловой нагрузки, при t_НВ=8 ОС составляла AQ®_ep=Qgf_B-Q$_TB=214 Гкал/ч. Суммарный «перетоп» в системах отопления и вентиляции потребителей за период т_ОЗ-8⁼1224 ч был равен Qсрпе_р=131 427 Гкал, а в 1997;1998 гг. при т₀ з-8⁼1848 ч он уже достиг Qпе_рср=197 805 Гкал.

Расчеты показывают, что для упомянутой ТЭЦ, в случае снижения температуры прямой сетевой воды при изломе графика с 75 до 60 ОС, расходы сетевой воды на ГВС и подпиточной воды теплосети G_п^о_дt1 увеличиваются на 44,7%. При этом на 10% уменьшается расход сетевой воды в системах отопления и вентиляции потребителей. В точке «излома» температурного графика теплосети температура обратной сетевой воды снижается на 26,4%. И если при t^J* =75 ОС теоретическая величина «перетопа» в системах отопления была больше нормативного значения на 71%, то при t_пер^излt1 =60 ОС она составила лишь 36,4% относительно теоретического варианта с качественным регулированием тепловой нагрузки.

В рассматриваемом случае снижение t^излt1_пер до 60 ОС приводит к излому температурного графика теплосети при температуре наружного воздуха 4,37 ОС вместо 0,3 ОС и к сокращению времени работы ТЭЦ т_{0 3}_8 ^в режимах с поддержанием постоянной температуры прямой сетевой воды. В результате за этот период существенно сокращается суммарный перерасход тепла на «перетоп» потребителей. Так, при снижении t_пер^излt1 с 75 ОС до 60 ОС суммарная величина «перетопа» за этот период уменьшается с 131 427 Гкал до 33 365 Гкал, т. е. почти в 4 раза, при снижении длительности периода т_ОЗ-8 с 1224 ч до 605 ч — более чем в 2 раза. Из диаграммы режимов турбины Т-110 следует, что если при первоначальном варианте с «изломом» графика при 75 ОС электрическая мощность и теплофикационная нагрузка равнялись 90 МВт и 120 Гкал/ч, то при t_пр ^излt1=60 ОС мощности 90 МВт и уменьшении тепловой нагрузки до 100 Гкал/ч, давление в нижнем теплофикационном отборе турбины уменьшается с 0,543 кг/см² до 0,2883 кг/см², а расход пара на турбину снижается на 5,4% - с 370 до 350 т/ч. Но в связи с тем, что при изломе температурного графика теплосети с понижением температуры прямой сетевой воды будет происходить снижение теплофикационной нагрузки, а возможно также и увеличение доли конденсационной выработки электроэнергии на ТЭЦ, окончательный вывод о экономически целесообразном уровне температуры сетевой воды при изломе температурного графика тепловой сети может быть сделан только на базе комплексного технико-экономического анализа, выполненного для конкретных ТЭЦ, с учетом ряда климатических, режимных и экономических факторов. При этом необходим анализ изменения расхода топлива на ТЭЦ, отпуска электрической и тепловой энергии и ее реализации потребителям, с учетом тарифов на топливо, электрическую и тепловую энергию.