XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Климатические условия на территории России, несомненно, разнообразны: от арктического и субарктического до субтропиков. Данные для расчета тепловых нагрузок тоже имеют большой разброс: температура наиболее холодной пятидневки от -3 (Краснодарский край) до -58 (Якутия), продолжительность отопительного периода, от 93 сут (Краснодарский край) до 298 сут. (республика Коми) [1]. Россия занимает первое место в мире по масштабам теплоснабжения, объему произведенного тепла и, конечно, по протяженности сетей. Теплоснабжение по расходу первичных топливно-энергетических ресурсов является самым крупным сегментом в энергообеспечении страны.

По данным [2] половина централизованно произведенной тепловой энергии используется на нужды населения и бюджетных организаций, а количество потребления тепла за 2019 год составило 1 177 млн. Гкал в год. Поэтому системы теплоснабжения должны отвечать многим требованиям надёжности и экономичности, постоянно развиваясь.

На сегодняшний день в этой сфере накопилось немало проблем. К основным проблемам можем отнести:

- Чрезмерные потери при транспортировке теплоносителя в тепловых сетях. В национальном докладе «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса» [3] представлены следующие данные:

реальные тепловые потери составляют 20-50% выработки тепла зимой и 30-70% летом, это подтверждается резким уменьшением необходимой выработки тепла при переходе на индивидуальные источники и замерами тепловых потерь на реальных тепловых сетях;

утечки теплоносителя превышают нормы, принятые в развитых странах, в миллионы раз;

замена трубопроводов из-за коррозии происходит в 4 – 5 раз чаще, чем принято в других странах.

Рис. 1 - Абсолютные значения (млн Гкал) и % потерь тепловой энергии

- Изношенность оборудования, тепловых сетей; использование устаревших теплоизоляционных материалов. К примеру, в Якутске, самом крупном городе, расположенном в зоне многолетней мерзлоты, износ сетей по данным [4] составляет более 60 %. Теплоизоляция в основном выполнена матами минераловатными прошивными по рубашке из пергамина, с покровным слоем из рубероида или стеклоткани. Подобная конструкция не долговечна (срок службы 1-2 года). Подобная картина наблюдается и в многих других регионах России.

- Перерасход топлива из-за несовершенства регулирования тепловой нагрузки, упомянутого ранее износа сетей и потерь теплоты, как в котельном агрегате, так и в тепловой сети. Наибольшей из потерь теплоты в котельных агрегатах является потеря теплоты с уходящими газами. В производственно-отопительных котельных потери теплоты с уходящими газами составляют порядком 4–8%. Помимо этого, более 10% вырабатываемой теплоты теряется со скрытой теплотой парообразования. Это обусловлено тем, что низкотемпературные поверхности установок и дымовые трубы выполнены из коррозионных материалов, к примеру сталь или чугун, что вынуждает поддерживать температуру уходящих газов выше температуры конденсации водяных паров.

- Загрязнение воздушного бассейна продуктами сгорания. Процессы сжигания органического топлива оказывают серьезное воздействие на состояние воздуха. Продукты полного сгорания топлива – диоксид углерода и водяные пары не являются токсичными. Однако они так же оказывают негативное воздействие на окружающую среду: парниковый эффект, увеличение теплового загрязнения атмосферы. В случае неполного сгорания топлива воздух загрязняется токсичными веществами: оксид углерода, сажа, бенз(а)пирен и др.)

Для решения данный проблем были разработаны и разрабатываются различные технологии и материалы, информация о некоторых из них приведена ниже.

На сегодняшний день для снижения потерь тепла в тепловых трассах разработано множество различных утеплителей: минеральная вата, ППУ изоляция заводского исполнения, пенополимерминеральная (ППМ) изоляция заводского исполнения и т.д. Перспективным теплоизоляционным материалом также является вспененный каучук. На сегодняшний момент на рынке представлены новые виды предварительно изолированных теплопроводов. Тепловые потери такого трубопровода - 13,21 Вт/м против обычной стальной трубы с теплоизоляцией - 120 Вт/м.

Для устранения высоких потерь теплоты в котельных агрегатах обычно проводятся мероприятия по снижению потерь теплоты за счет использования скрытой теплоты продуктов сгорания топлива, а именно установка различных утилизаторов, к примеру конденсационных теплообменников. [5].

Упрощенная схема с использованием конденсационного аппарата выглядит так: после котла продукты сгорания проходят через поверхностный экономайзер, где отдают свою теплоту для нагрева питательной воды. После экономайзера часть продуктов сгорания поступают в конденсационный теплообменник. При понижении температуры происходит частичная конденсация водяных паров и передача скрытой теплоты парообразования сетевой воде для ее нагрева. После конденсационного теплообменника остывшие продукты сгорания смешиваются с оставшимся объемом уходящих газов и с помощью дымососа удаляются через дымовую трубу.

Использование конденсационного оборудования применяется с целью повышения эффективности использования топлива (снижение на 6-9%). Помимо уменьшения потерь теплоты наблюдается экологический эффект, т.к. в процессе конденсации происходит частичное растворение токсичных веществ (снижение выброса диоксида азота на 20-27%) [5].

Литература

1. СП 131.13330.2020 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»

2. Информационно-аналитический доклад «О состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в российской федерации в 2019 году» Доклад Министерство энергетики Российской Федерации ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России

3. Национальный доклад Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса книга 1. Под ред. Семенова В.Г. – Москва: Программа развития ООН – 2001 г. – 81 с.

4. Приложение к постановлению Окружной Администрации города Якутска «Схема теплоснабжения городского округа «город Якутск» до 2032 года. Актуализация на 2020 год.»

5. Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2010 .-196с.