VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В статье представлены результаты оценки энергоэффективности источников теплоснабжения. Дана оценка потенциала энергосбережения в натуральных и финансовых показателях. Предложены малозатратные мероприятия по повышению энергоэффективности.

Estimation results of energy efficiency of heat sources. Potential of energy saving is evaluated using natural and financial values. Cost effective actions to increase energy efficiency are offered.

На сегодня для России проблема эффективности теплоэнергетики является ключевой. Она нашла свое отражение в федеральных законах «О теплоснабжении» и «Об энергосбережении», а также в «Энергетической стратегии России». Забайкальский край обладает резко континентальным климатом, что сильно сказывается на режимах работы систем теплоснабжения [1]. В данной работе постараемся дать оценку энергоэффективности источников теплоснабжения Забайкальского края (табл.1) и предложить возможные и наиболее эффективные пути повышения энергоэффективности.

Таблица 1

Основные источники теплоснабжения Забайкальского края [2, 3]

Показатель	ТЭЦ (Читинская ТЭЦ-1; Читинская ТЭЦ-2; Шерловогорская ТЭЦ; Приаргунская ТЭЦ)	Котельные (1129 котельных в различных отраслях и ведомствах)	Всего
Расчетная тепловая мощность, Гкал/ч	1514	3127	4641
Отпуск тепловой энергии, тыс. Гкал	3332	9850 (определено расчетом, фактические данные отсутствуют)	13182

Удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии по четырем основным ТЭЦ Забайкальского края (рис. 1) лежит в пределах 150,34 - 170,66 кг.у.т./Гкал [2]. ТЭЦ обеспечивают основную потребность в тепловой энергии крупных населенных пунктов, имея суммарную установленную тепловую мощность 1514 Гкал/ч, вырабатывая при этом 64 % электроэнергии в теплофикационном режиме. Суммарный годовой отпуск тепла 3 332 тыс. Гкал или около 25 % общего отпуска тепла в Забайкальском крае. Более 70 % этого отпуска тепловой энергии приходится на население и бюджетную сферу. Учитывая моральную и физическую изношенность данных ТЭЦ (ввод в эксплуатацию 1936 - 1965 г. г.) показатели имеют достаточно хорошее значение, соответствующее КПД ТЭЦ по отпуску тепловой энергии 95 – 83,7 % (по низшей теплоте сгорания). Существующее оборудование с требуемой регулярностью испытывается и ремонтируется, производится поэтапная реконструкция теплофикационных установок ТЭЦ. Однако ощутимо повысить энергоэффективность существующего оборудования рассматриваемых ТЭЦ конструктивными мероприятиями практически невозможно. Необходим подход комплексной оптимизации всей системы теплоснабжения, что в конечном итоге повлияет на эффективность работы ТЭЦ.

Рис. 1.Удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии с коллекторов ТЭЦ Забайкальского края, кг. у. т./Гкал

Более негативная с точки зрения энергоэффективности ситуация наблюдается в Забайкальском крае при выработке тепловой энергии в котельных (рис. 2). Главным методом выявления причин низкой эффективности работы котлов являются тепловые экспресс-испытания. Выполненные ООО «Учебно-научный центр ТЭС» тепловые испытания большого количества водогрейных котлов могут дать представление о существующей ситуации. Все испытания проводились в соответствии с требования руководящих документов по их проведению, а измерения выполнялись только сертифицированными приборами (ультразвуковые расходомеры, электронные газоанализаторы и т.п.). Для определения потерь тепла и КПД котла также осуществлялся отбор проб угля, золы и шлака, которые направлялись на анализ в сертифицированную лабораторию. Испытания котлов проводились на трех режимах, соответственно с минимальной, средней и максимальной нагрузкой. Для проведения анализа взяты результаты испытаний 30 разных котлов для систем теплоснабжения, котлы расположены в разных районах Забайкальского края, работают на топливе разных месторождений, в основном бурые угли (доля потребления других топлив менее 2%). Фактическая теплота сгорания топлива по результатам анализа составляет от 2907 до 3921 ккал/кг. Установленная суммарная тепловая мощность испытанных котлов составляет 170 Гкал/ч, установленная единичная мощность котлов от 0,2 до 20 Гкал/ч. 98 % котлов в системах теплоснабжения Забайкальского края также имеют установленную мощность от 0,2 до 20 Гкал/ч [3].

По результатам испытаний были определены значения удельного расхода топлива по выработке тепловой энергии для котлов. Средневзвешенные значения по результатам испытаний на трех режимах лежит в пределах 174,89 – 863,24 кг.у.т./Гкал, этим значениям соответствует КПД по низшей теплоте сгорания 81,68 - 16,55 %. Средние значения по анализируемой группе котлов на максимальной нагрузке соответственно 294,69 кг.у.т./Гкал или 48,5 %, в то время как КПД котлов, работающих в условиях Забайкальского края на буром угле, допускается равным 60 % [3] и, следовательно, ему соответствует удельный расход топлива 238,1 кг.у.т./Гкал. Таким образом, перерасход топлива по рассматриваемой группе котлов при установленной тепловой мощности:

Если привести эти данные к среднеотопительной температуре наружного воздуха (-12 ⁰С для г. Чита) и соответственно среднеотопительной тепловой мощности 94 Гкал/ч:

.

Следовательно, перерасход топлива за отопительный период (5712 ч для г. Чита) составит:

.

При средней цене топлива для рассматриваемых котлов Цт = 2465 руб./т. у. т.[2] ожидаемые финансовые потери из-за низкой энергоэффективности по рассматриваемой группе котлов:

.

Рис. 2.Средневзвешенный удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии по результатам испытаний на трех режимах 30 котлов в системах теплоснабжения Забайкальского края, кг. у. т./Гкал

Если распространить полученные данные на все котлы, эксплуатируемые в котельных Забайкальского края (2700 котлов суммарной тепловой мощностью 3127 Гкал/ч) ожидаемый перерасход топлива составит при финансовых затратах 1,35 млрд. руб./год.

Согласно ГОСТ 30735-2001 КПД водогрейных котлов мощностью выше 4 кВт, сжигающих твёрдое топливо, должен быть не менее 65 % для топлива 3 класса и не менее 75 % при сжигании топлива 1 и 2 класса. Учитывая, что современные водогрейные котлы выпускаются с паспортным КПД 75 % и выше, перерасход топлива и финансовых средств составляет:

Для суммарной тепловой мощности 3127 Гкал/ч ожидаемый перерасход составит: .

Поскольку цена топлива для конечного потребителя может превышать указанную, реальные финансовые потери могут быть значительно выше рассчитанных.

По результатам испытаний и анализа полученных данных [3] выявлено множество причин снижения эффективности работы котлов, основными из которых являются следующие:

1. Большинство котлов не несет номинальную нагрузку (нагрузка меньше на 30-90%).

2. Практически у всех котлов на всех режимах завышены расходы воздуха, что приводит к снижению нагрузки и к увеличению потерь с уходящими газами, которые в большинстве случаев являются основными в балансе потерь.

3. Во многих случаях выявлено неудовлетворительное состояние обмуровок котлов.

4. Наблюдались случаи, когда температуры уходящих газов были ниже точки росы (на малых нагрузках).

5. Практически для всех водогрейных котлов малой мощности характерно повышенное содержание горючих в шлаке, провале и уносе, определяющего потери теплоты с механическим недожогом.

6. Отсутствие водоподготовки, что отрицательно сказывается как на поверхностях нагрева котлоагрегатов, так и на состоянии тепловых сетей и внутренних коммуникациях зданий. Слой накипи в экранных и конвективных поверхностях нагрева (в отдельных случаях толщиной до 20 мм) снижает тепловосприятие и, соответственно, тепловую нагрузку, и может привести к пережогу труб.

В качестве мероприятий по устранения причин неэффективной работы котлов можно предложить следующие мероприятия:

1. Наладка и эксплуатация котлоагрегата по контрольно-измерительным приборам.

2. Устранение неплотности обмуровки.

3. Организация режима горения правильным регулированием расхода воздуха.

4. Равномерное распределение топлива по решетке (рекомендуемая толщина слоя 150-300 мм).

5. Равномерность подачи топлива для поддержания оптимального режима горения.

6. Предварительная подготовка угля к сжиганию путём рассевки на ситах. Куски не должны превышать размеры 50 мм.

7. По возможности нагружать котельные агрегаты до номинальной теплопроизводительности, поскольку в таком режиме удельный расход топлива минимален.

8. Организовать механическую подготовку топлива в дробилках и механическую загрузку в топку (на сегодня большинство котельных ее не имеют).

Для большинства вышеназванных энергосберегающих мероприятий срок окупаемости от 0,5 до 10 месяцев, и они позволяют почти полностью реализовать оцененный потенциал энергосбережения.

В современных условиях стали массово производиться конденсационные котлы с глубоким охлаждением дымовых газов и использованием теплоты конденсирующихся водяных паров. Расчёт КПД таких котлов следует вести не по низшей, а по высшей теплоте сгорания, иначе результат может превысить 100 %, что иногда используется в маркетинговых целях. Для адекватного сопоставления эффективности различных источников теплоты их КПД также следует пересчитать на высшую теплоту сгорания.

У топлив с высоким содержанием влажности, к каковым относятся и Харанорский уголь с W^r=40 %, потери из-за скрытой теплоты парообразования достигают 5-10 %. Установка дополнительных поверхностей нагрева сопряжена со значительными трудностями: металлоёмкость котла заметно повышается, поскольку при небольших температурных напорах требуются большие площади теплообмена; поверхность должна быть коррозионно стойкой, что увеличивает её стоимость; увеличивается потребляемая мощность дымососов. Однако теплота парообразования водяных паров представляет собой существенный резерв тепловой мощности, и её утилизация в будущем станет повсеместной.

Выводы.

1. Выявлена низкая эффективность большинства котельных в системе теплоснабжения, ожидаемый перерасход топлива по всем котельным Забайкальского края по предложенному способу оценки составляет .

2. Финансовые затраты из-за неэффективного сжигания угля в котельных превышают 2,4 млрд. руб./год.

3. Основные причины низкой эффективности работы водогрейных котлов устраняются малозатратными методами.

4. В перспективе следует рассмотреть установку новых котлов и реконструкцию действующих с конденсирующими поверхностями нагрева.

Список литературы

1. Batuhtin A. G., Bass M. S., Batuhtin S. G. Optimization for the Equipment in Combined Heating Systems //Modern Applied Science. – 2015. – Т. 9. – №. 5. – С. p 93.

2. Открытое акционерное общество «Территориальная генерирующая компания №14» (http://www.tgk-14.com/)

3. Эффективность использования тепловой энергии на объектах ЖКХ Забайкальского края: монография /М.С. Басс, С.А. Требунских – Чита: ЗабГУ, 2012. – 156 с.

Код для цитирования: Скопировать