VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В конце ХХ века компании, вырабатывающие тепловую и (или) электрическую энергию, получили на свое вооружение большое количество эффективных технологий и новое оборудование, позволяющее значительно (до 50%) повысить надежность и экономичность работы уже существующих систем теплогазоснабжения.

Разработка современных энергосберегающих элементов и применение эффективного оборудования для производства и использования теплоносителя и экономии топливных ресурсов (сжиженного природного газа) является одним из наиболее перспективных направлений мировой энергетики.

Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой криогенную жидкость, являющуюся смесью углеводородов ряда С 1 …С 10 и азота с преобладающей долей метана (0,85…0,99). Он получается из природного газа методом охлаждения его до криогенных температур: –160…–130 ⁰ С [1]. Физико-химические свойства и компонентный состав СПГ соответствуют требованиям и нормам ТУ 51-03-03-85.

При переводе СПГ в газообразное состояние (газификации) свойства соответствуют свойствам природного газа из магистрального газопровода (ГОСТу 5542-87). Из одной тонны данного газа получается около 1 400 нм³ природного газа.

Сжиженный природный газ, как топливо, имеет еще целый ряд преимуществ:

• метан, который легче воздуха, и в случае аварийного разлива он быстро испаряется.

• он не токсичен, не вызывает коррозии металлов.

• СПГ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит.

• Газоиспользующие установки, работающие на природном газе, имеют больший КПД; – до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой;

• низкая температура кипения гарантирует полное испарение СПГ при самых низких температурах окружающего воздуха, не требуется периодической чистки камеры сгорания котлов и дымовой трубы котельной;

• отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы;

• эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных [1].

В современных условиях мероприятия, способствующие энергосбережению в системах теплоснабжения, можно условно разделить по месту их внедрения:

• на участке производства тепловой энергии (котельная или ТЭЦ);

• на участках транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

• на участках потребления тепловой энергии (энергоснабжаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения [2,3,4,5,6].

В качестве источников тепловой энергии используются тепловые электростанции (ТЭЦ) и котельные: районные, автономные, встроенные, крышные, поквартирные.

Наиболее выгодной является выработка тепловой энергии на ТЭЦ. Конденсационные станции (КЭС) используют только кинетическую энергию пара и вырабатывают только электрическую энергию, при этом ~50% тепла отработавшего пара выбрасывается с охлаждающей водой конденсатора через градирни в атмосферу. На ТЭЦ пар, вырабатываемый в котельных агрегатах, используется сначала для выработки электрической энергии, а затем отработавший пар более низких параметров направляется в теплообменники-подогреватели и нагревает сетевую воду для теплоснабжения зданий.

Тепловая энергия вырабатывается, как правило, путем использования органического топлива, при сжигании которого образуется и выбрасывается в воздушный бассейн целая гамма токсичных продуктов сгорания [7] , поэтому необходима разработка экологически эффективных систем для создания и поддержания требуемых параметров микроклимата.

Приоритетные загрязняющие вещества:

- бенз(а)пирен – канцерогенное вещество (1-й класс опасности);

- оксиды азота и серы, взвешенные вещества и сажа (3-й класс опасности);

- оксид углерода (4-й класс опасности).

Среднегодовое превышение гигиенических нормативов в крупных промышленных центрах (более 1 ПДК) наблюдается, в основном, по 2 веществам - бенз(а)пирену (162 города) и диоксиду азота (106 городов).

Средние за месяц концентрации бенз(а)пирена превышают 5 ПДК в 45 городах с населением 13,6 млн. человек.

Использование энергосберегающих технологий в котельных и ТЭЦ приводит к существенному снижению вредных выбросов в атмосферу [7] .

Рассмотрим мероприятия по энергосбережению в системе теплоснабжение собора св. А. Невского.

Теплота системы теплоснабжения расходуется на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и горячее водоснабжение зданий соборного комплекса.

Потребители соборного комплекса получают теплоту централизованно от Сормовской ТЭЦ.

Для распределения и регулирования теплоты в подвалах зданий запроектированы тепловые вводы, оснащённые современным оборудованием.

В тепловом вводе происходит обработка, распределение и снабжение тепловой энергии системы отопления здания. Качество работы оборудования теплового ввода зависит в основном от стабильности параметров теплоносителя в тепловых сетях. Даже незначительное отклонение этих параметров во многом влияет на температуру воздуха в отапливаемых помещениях. Неравномерное распределение потоков теплоносителя по направлениям колец системы отопления имеет прямое влияние на общий расход теплоты, так как невозможно точно поддерживать одинаковые температуры воздуха в угловых помещениях и помещениях, находящихся в центральной части здания. Это приводит к перерасходу тепловой энергии, и, как следствие увеличению расхода топлива на котельную, что приводит к увеличению вредных выбросов и ухудшению экологической обстановки.

Реконструкция теплового ввода собора святого А. Невского была вызвана необходимостью обеспечения теплотой построенного в 2004 г. автосалона «Автомобили Баварии» (в настоящее время это салон «Опель Шевроле»), расположенного на расстоянии 100 м. от собора. В результате расчетов гидравлического режима тепловых сетей МУП «Теплоэнерго» подводящий трубопровод тепловой сети к зданию собора был заменён на меньший диаметр (с диаметра 159х4,5 на 108х4,0). Для обеспечения требуемых параметров микроклимата была спроектирована независимая система подключения здания к тепловой сети. Независимая схема подключения здания к тепловым сетям характеризуется наличием двух контуров – внешнего (тепловая сеть) и внутреннего – система отопления.

Для сравнения приведём расчётные данные по сокращению экологического ущерба при экономии 1 МВт тепловой энергии.

На рисунках 1 - 6 представлены результаты расчета валового выброса вредных веществ на 1 МВт тепловой энергии. Проведен сравнительный анализ выброса при сжигании различных видов топлива:

- оксидов азота (NO и NO₂ - см. рисунок 1, 2);

- оксида углерода (СО) и диоксида серы (SО₂ – см. рисунок 3, 4);

- золы и бенз(а)пирена.

Рис.1 Валовый выброс NO2 Рис. 3 Валовый выброс СО Рис. 5 Валовый выброс золы

Рис. 2 Валовый выброс NO Рис. 4 Валовый выброс SО2 Рис. 6 Валовый выброс бенз(а)пирена

В результате анализа проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Использование природного газа в качестве топлива позволяет существенно сократить массу выброса вредных веществ в атмосферу воздуха.

2. Присоединение здания к тепловой сети по независимой схеме позволяет экономить электрическую энергию, потребляемую насосами в индивидуальном тепловом пункте.

3. Автоматическое регулирование потребляемой зданием тепловой энергии в соответствии с температурным графиком отпуска тепла и температурой наружного воздуха позволяет снизить теплопотребление до 20%.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. К. Акиньшин, "Мосавтогаз"-динамично развивающая компания, М.,ж. АвтогГазо Заправочный Комплекс +Альтернативное топливо, № 2, 2005г.

2. Моисеев Б.В., Илюхин К.Н., Налобин Н.В. Пути энергосбережения и жизнеобеспечения при реформировании ЖКХ в г. Тюмени. Энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России: Материалы третьего Всероссийского совещания. - Томск, 2002. - С. 95-96.

3. Моисеев Б.В. Надежность функционирования системы теплоснабжения на нефтепромыслах Западной Сибири. Изв. вузов. Нефть и газ. - Тюмень. - 1998. - № 3. - С. 90-95.

4. Налобин Н.В. Пути энергосбережения и надёжности систем жизнеобеспечения при строительстве на севере Тюменской области/ Н.В. Налобин, В.Ю. Абышев // Сборник работ лауреатов регионального конкурса студенческих научных работ. – Тюмень: Тюменский юридический институт МВД России, 2003. – С. 108-110.

5. Размазин Г.А., Моисеев Б.В. Повышение эффективности и надёжности систем теплоснабжения в нефтеперерабатывающем регионе Западной Сибири // Матер. 57-ой науч.-практ. конф. НГАСУ. –Новосибирск, 2000. – С.30.

6. Чикишев В.М., Шаповал А.Ф., Моисеев Б.В. и др. Энергосберегающие технологии, оборудование и материалы при строительстве объектов в нефтегазодобывающем регионе Западной Сибири. - СПб.: ООО «Недра», 2004. – 90 с.

7. Энергосберегающие технологии в теплогенерирующих установках. Кочева М.А., Лебедева Е.А., Шаров А.В., Лучинкина А.Е., Хохлова Е.Н. Приволжский научный журнал. 2010. № 3. С. 82-78.

Код для цитирования: Скопировать