Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методика и результаты анализа тепловой экономичности теплоснабжающих комплексов 75
1.1. Методические особенности исследования систем теплоснабжения 75
1.2. Аналитические выражения для оценки топливной экономичности ТСК 79
1.3. Влияние режимов теплопотребления и климатических факторов на тепловые характеристики источников и тепловых сетей 93
1.4. Системный анализ топливной экономичности ТСК с различными источниками 103
1.5. Влияние комбинирования источников на тепловую экономичность комплексов 115
ГЛАВА 2. Основы экономического выбора наивыгоднейших схем, параметров теплоснабжающих комплексов 123
2.1. Критерии экономической эффективности сравниваемых вариантов 123
2.2. Обеспечение заданной надежности и защиты окружающей среды при исследовании ТСК 131
2.3. Учет динамики ценовых факторов в технико-экономических расчетах 138
2.4. Разработка экономико-математической модели для исследования источников и систем теплоснабжения 142
ГЛАВА 3. Эффективность современных и перспективных систем теплофикации 151
3.1. Оценка достигаемой экономии топлива в зависимости от КПД тепловой сети 151
3.2. Эффективность теплофикации на базе паротурбинных ТЭЦ, сжигающих природный газ 156
3.3. Определение эффективности теплофикации в перспективных ценах 161
ГЛАВА 4. Технико-экономическая эффективность перевода котельных в малые ТЭЦ 166
4.1. Особенности схем реконструкции котельных 166
4.2. Анализ влияния количества сбрасываемых продуктов сгорания ГТУ на характеристики серийных котлов 168
4.3. Методика и результаты оценки максимальной электрической мощности ГТУ при сбросе продуктов сгорания в серийные котлы 177
4.4. Оценка затрат на обеспечение надежности энергоснабжения от малых ТЭЦ с различным типом двигателя 183
4.5. Эффективность глубокого охлаждения продуктов сгорания энергоустановок 185
4.6. Выбор наивыгоднейшего коэффициента теплофикации малых ТЭЦ 196
4.7. Определение экономической эффективности реконструкции котельных с переводом в малые ТЭЦ 206
4.8. Определение рационального варианта развития малых ТЭЦ 211
ГЛАВА 5. Малозатратные технологии совершенствования систем теплоснабжения 219
5.1. Реконструкция ТСК путем догрузки теплофикационных отборов турбин ТЭЦ и замещения низкоэкономичных котельных 219
5.2. Оценка целесообразности перевода ТЭЦ среднего давления в котельные 232
5.3. Влияние источника теплоснабжения на оптимальный уровень тепловой защиты трубопроводов 235
5.4. Рациональное использование вторичных энергоресурсов промышленных предприятий в централизованных системах теплоснабжения 250
5.4.1. Использование избыточных ВЭР предприятий для теплоснабжения городов 250
5.4.2. Применение ТНУ для теплоснабжения при утилизации низко- -потенциальных выбросов 259
ГЛАВА 6. Реконструкция систем теплоснабжения при использовании различных источников 271
6.1. Выбор коэффициентов теплофикации при совместном использовании малых и районных ТЭЦ 271
6.2. Определение наивыгоднейшей тепловой мощности ТНУ при \fi охлаждении обратной сетевой воды ТЭЦ 282
6.3. Эффективность однотрубного дальнего теплоснабжения городов и поселков от паротурбинных КЭС 296
6.4. Особенности и эффективность реконструкции городских ТЭЦ с использованием газотурбинных и парогазовых технологий 309
5 6.5. Сравнительная эффективность способов реконструкции ТСК
городов 315
Основные выводы и рекомендации 321
Литература
- Аналитические выражения для оценки топливной экономичности ТСК
- Учет динамики ценовых факторов в технико-экономических расчетах
- Анализ влияния количества сбрасываемых продуктов сгорания ГТУ на характеристики серийных котлов
- Оценка целесообразности перевода ТЭЦ среднего давления в котельные
Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшими задачами современного этапа развития энергетики страны является повышение тепловой, экономической эффективности, надежности и экологичности энергетического комплекса. Особое место в решении этих задач отводится дальнейшему развитию источников и систем теплоснабжения.
Анализ технико-экономических показателей теплоснабжающих комплексов (ТСК) городов России за последние 10-12 лет показал на заметное их ухудшение. В результате сокращения промышленного производства уменьшился отпуск тепловой энергии от ТЭЦ и котельных, увеличилась себестоимость производства и транспорта теплоты. Стоимость производства тепловой энергии на новых газовых котельных оказалась меньшей, чем при комбинированном производстве на ТЭЦ с учетом транспорта. Возросли потери тепловой энергии при транспорте теплоносителей до 25 - 30%. Из-за дефицита финансовых ресурсов для замены теплосетей увеличилось количество аварий в системах теплоснабжения, а топливные ограничения ТЭЦ и котельных приводят к недоот-пуску теплоты потребителям. Внедрение передовых технологий во всех звеньях теплового хозяйства происходит медленными темпами и не отвечает современным требованиям технического перевооружения отрасли. Таким образом, в теплоснабжении накопилось множество технических, организационных, экономических, социальных проблем, создающих кроме того социальную напряженность в обществе, без решения которых невозможно дальнейшее развитие страны.
Для выхода из кризисного состояния теплового хозяйства особую актуальность приобретает проблема модернизации и реконструкции ТСК с целью улучшения показателей тепловой и экономической эффективности, повышения надежности энергоснабжения и сокращения вредного воздействия на окружающую среду. Отмеченные недостатки существующих систем теплоснабжения определили выбор предмета исследования диссертационной работы, заключающегося в обосновании и исследовании способов повышения экономической эффективности источников и систем теплоснабжения городов.
Работа выполнена в рамках научного направления Проблемной научно исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок электростанций СГТУ в соответствии с межвузовской научно-технической программой основного научного направления развития науки и техники Российской Федерации «Топливо и энергетика», федеральной программой фундаментальных исследований по направлению «Физико-технические проблемы энергетики» (раз дел «Фундаментальные проблемы энергосбережения и эффективного использования топлива»), а также программой конкурса грантов Министерства образования РФ 1995, 1997 г.г. в области энергетики и электротехники по разделу «Экономия топлива и тепловой энергии».
Объектом исследования являются ТСК в которые входят источники и системы теплоснабжения, передовые технологии их усовершенствования, обеспечивающие прирост экономической эффективности.
Целью настоящей диссертации является теоретическое обоснование и разработка схемно-параметрических решений по повышению эффективности ТСК с учетом системных факторов в рыночных условиях.
Основными задачами работы являются:
Т 1. На основании анализа проблем в ТСК разработать способы модернизации и реконструкции оборудования источников и систем теплоснабжения, которые позволят повысить экономичность, надежность и экологичность энерго "[% снабжения.
2. Разработка методики анализа тепловой экономичности ТСК с различными источниками в составе энергосистем. 3. Разработка методики экономического выбора наивыгоднейших схем и параметров ТСК с учетом системных факторов и в условиях рыночных отношений.
4. Определение эффективности теплофикации на современном этапе и в перспективе.
5. Исследование эффективности реконструкции котельных с переводом в малые ТЭЦ при установке паротурбинных, газотурбинных, дизельных двигателей и тепловых насосов.
6. Обоснование рациональных способов малозатратной модернизации источников и систем теплоснабжения при догрузке теплофикационных отборов ТЭЦ за счет замещения низкоэкономичных котельных, перевода ТЭЦ среднего давления в котельные, выбора рациональной тепловой защиты трубопроводов, использования вторичных энергоресурсов промпредприятий в системах теплоснабжения.
7. Определение эффективности реконструкции ТСК при совместном использовании районных и малых ТЭЦ, теплонаносных установок, схем дальнего теплоснабжения от загородных КЭС на твердом топливе, использования парогазовых технологий.
8. Сравнение способов преобразования ТСК.
9. Разработка рекомендации по повышению эффективности ТСК.
Методология исследований. Теоретической основой исследований являются: системный подход в энергетике; фундаментальные закономерности технической термодинамики; теплообмена; математическое моделирование; экономика энергетики.
Научную новизну диссертации составляют следующие положения, выносимые на защиту:
1 .Методические подходы к исследованию городских систем теплоснабжения, заключающиеся в установлении взаимосвязей между отдельными звеньями комплекса, позволяющими получить новые результаты. 2. Методика оценки тепловой эффективности ТСК с различными источниками и при их комбинировании, базирующаяся на предложенном критерии удельного расхода топлива, отнесенного к полезно использованной теплоте потребителем.
3. Математические модели для выбора экономически наивыгоднейших схем, параметров источников и систем теплоснабжения с учетом системных факторов и в условиях рыночных отношений.
4. Результаты оценки тепловой и экономической эффективности систем теплофикации на современном уровне и в перспективе. Обосновании экономической целесообразности снижения тепловой и электрической мощности перспективных источников и систем теплоснабжения.
5. Практические рекомендации малозатратной модернизации и реконструкции ТСК, выбору наивыгоднейших коэффициентов теплофикации малых ТЭЦ и комбинированных систем теплоснабжения.
6. Новые схемы и энергетическое оборудование, защищенные авторскими свидетельствами, направленные на повышение эффективности источников и систем теплоснабжения.
Практическая ценность результатов работы.
Внедрение методических разработок и рекомендаций в проектную практику повысит экономическую эффективность, надежность и экологичность действующих и сооружаемых источников, систем теплоснабжения, помогут проектным организациям, региональным Правительствам выбрать наиболее эффективные направления преобразования ТСК.
Результаты работы использованы при разработке стратегии развития топливно-энергетического комплекса Саратовской области, в проектном институте ПОВОЛЖ СЭП при обосновании сооружения малой ТЭЦ с ДВС для завода строительных материалов (г. Саратов), а также в учебном процессе кафедры теплоэнергетики при чтении курса «Производство и распределение энергоносителей», при организации научно-исследовательской работы аспирантов и студентов, в дипломном проектировании (см. приложение).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 1996-2001 г.г. (г. Саратов), на научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения Саратовской области» (г. Саратов, 1997 г.), на межвузовской конференции «Вопросы повышения эффективности теплоэнергетических установок и систем» (г. Саратов, 1997 г.), на международной конференции «Энергосбережение: деловое партнерство» (г. Балаково, 1999 г.), на межвузовской конференции «Проблемы повышения эффективности и надежности систем теплоснабжения (г. Саратов, 2000 г.), на международной конференции. «Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения» (г. Саратов, 2001 г.), на международном коллоквиуме по тепловым электростанциям (г.Дрезден, 2002 г.), на 3 и 4 Российских научно-технических конференциях (г. Ульяновск, 2001, 2003 г.г.), на кафедре ПТС Московского энергетического института (2003 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 печатных работ [8, 10, 21, 29, 57, 66, 89, 90, 129, 130-143, 147, 151, 154, 155, 157, 163, 165, 166, 168, 223,226,227, 233,234, 293], из них 24 - в центральных издательствах, 20 - в научных сборниках, одна монография. Получено девять авторских свидетельств на изобретения, выпущено 5 отчетов.
Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, приложения. Общий объем 363 стр., из них 238 стр. текста, имеет 120 рисунков и 40 таблиц. Список литературы содержит 295 наименований, в том числе 39 иностранных.
Автор выражает глубокую благодарность основателю школы саратовских энергетиков заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору, академику МАНВШ Андрющенко А.И., доктору технических наук, профессору Хлебалину Ю.М. за ценные консультации и советы, а также коллективам кафедр теплоэнергетики, тепловых электрических станций, котельных установок и теплофикации, теплогазоснабжения и вентиляции, промышленной теплотехники и проблемной лаборатории теплоэнергетических установок электростанций за высказанные замечания и участие в обсуждении диссертации.
Аналитические выражения для оценки топливной экономичности ТСК
Современные системы теплоснабжения городов разделяются на три основных группы. Первая группа объединяет теплофикационные системы, в которых источниками являются крупные ТЭЦ, осуществляющие совместную выработку тепловой и электрической энергии. В таких системах покрытие базовой тепловой нагрузки (основная часть отопительной нагрузки и полная нагрузка горячего водоснабжения) осуществляется на современных ТЭЦ отборным паром или отработанными в ГТУ газами. Таким образом осуществляется на ТЭЦ (всех типов) комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. Пиковая же часть нагрузки в этих системах покрывается от специально сооружаемых пиковых котлов, то есть является частью тепловой нагрузки, покрываемой за счет раздельной выработки теплоты на самой ТЭЦ или у потребителя. При этом годовая доля теплоты, вырабатываемой на ТЭЦ комбинированным способом, количественно оценивается коэффициентом теплофикации агт, а вырабатываемой раздельно, для покрытия пиковой части теплопотребления составляет соответственно (і - агт).
Во вторую группу входят централизованные системы теплоснабжения от районных котельных с паровыми или водогрейными котлами большой или средней мощности, осуществляющими раздельную выработку теплоты.
В третью группу входят децентрализованные системы теплоснабжения от индивидуальных теплогенераторов, блочных, крышных или местных отопительных котельных малой мощности. Особенностью таких систем является то, что источник теплоты находится в непосредственной близости от потребителя, в связи с чем тепловые сети имеют очень незначительную протяженность или вообще отсутствуют. С самого начала теплофикации в нашей стране считалось, что наиболее эффективными являются системы первой группы, а наименее эффективными третьей. Такое мнение основывалось на том, что в первой половине прошлого столетия основным топливом в энергетике являлся уголь и КПД котельных не 1 J превышал 40-50%. Даже при невысоких параметрах термодинамического цикла на КЭС и ТЭЦ, это позволяло получить заметную экономию топлива. С повы шением начальных параметров пара на КЭС, ТЭЦ, прогрессом в котельной КА технике и переходом на сжигание газообразного топлива величина достигаемой экономии существенно уменьшилась. Кроме того, несовершенство центрального и местного регулирования теплопотребления привело к известному явлению перетопа зданий, а увеличение радиуса теплоснабжения при низком техническом состоянии тепловых сетей, обусловило дополнительное снижение экономии топлива от теплофикации. Поэтому с появлением на Российском рынке эффективной котельной техники, в том числе и импортной, с КПД 92-94%, а при глубоком охлаждении продуктов сгорания природного газа и расчете по низшей теплоте сгорания топлива — более 100%, внедрении автоматизации систем теплопотребления, во многих случаях экономически более выгодным для потребителей является создание собственных котельных малой мощности, включая крышные и групповые котельные, индивидуальные квартирные тепло \і генераторы. Применение таких источников теплоты позволяет снизить экс плуатационные затраты, повысить надежность и качество теплоснабжения по сравнению с традиционными системами теплофикации на базе крупных паро ..V турбинных ТЭЦ. Определенное влияние имеет тот факт, что общий расход топ лива, сжигаемого городскими ТЭЦ по выработке ими не только тепловой, но и электрической энергии, оказывается несколько большим, чем при децентрализованном теплоснабжении. Особо это важно при работе ТЭЦ на природном газе. Вместе с тем полная децентрализация теплоснабжения городов не являет ся рациональной по причине сокращения комбинированной выработки элек троэнергии и теплоты, являющейся главным источником экономии топлива [3, 7]. В этом отношении полезным является опыт ведущих зарубежных стран США, Германии, Финляндии, Дании и др., где сочетается комбинированный способ производства энергии с децентрализацией теплоснабжения путем со V оружения ТЭЦ малой и средней мощности на основе газотурбинных и парога зовых технологий, создания новых конструкций тепловых сетей, полной автоматизации регулирования теплопотребления [64,290]
Таким образом, с появлением новых высокоэффективных источников де централизованного теплоснабжения, имеющих небольшие тепловые сети или при их отсутствии, оснащенных системами автоматического регулирования теплопотребления, изменяются границы теплофикационной системы. В нее кроме источника и магистральных тепловых сетей, насосных подстанций дополнительно должны быть включены распределительные, квартальные сети, теплопункты, местные системы теплопотребления. Совокупность указанных элементов назовем теплоснабжающим комплексом. Эти дополнительные элементы системы теплоснабжения ранее не учитывались при оценке эффективности теплофикации, так как в качестве источника теплоты в раздельной схеме рассматривалась районная котельная и затраты в них оставались постоянными.
С расширением границы теплофикационной системы изменяется количе м К ственный показатель отпускаемой теплоты потребителю. Во всех альтернатив ных вариантах он не только должен быть одинаковым, но и рассчитываться по внутриквартирной оптимальной теплоотдаче. Назовем его количеством полезно \гу использованной теплоты потребителем (Qnorp)- Таким способом учитывается существенное превышение отдаваемого количества теплоты в тепловых узлах жилых домов над его потребным количеством при совершенной системе регулирования.
Учет динамики ценовых факторов в технико-экономических расчетах
Полученные по (2.26), (2.27) коэффициенты необходимо сравнить с нормативными К б, Коб - При Кэо6 К б и К% Кдб заданная надежность энергоснабжения обеспечивается, напротив, невыполнение указанных условий требует разработки мероприятий по ее повышению. В случае работы ТЭЦ по тепловому графику нагрузки с выдачей избыточной электроэнергии в систему, достаточным является выполнение условия К б К б, так как резервирование электроснабжения осуществляется в энергообъединении сооружением резервной мощности.
Нормативные значения К б, К„б определяются потребителем и системами транспорта. Для коммунально-бытовых потребителей нормируется уровень температуры воздуха внутри зданий tBH . Согласно [112, 123] 1 рангу отказа соответствует снижение tBH 0 С, 2 рангу - tBH 10 С, 3 рангу - tBH 15 С, 4 рангу BH 20 С. Указанным рангам отказов рекомендованы показатели надежности, представляющие собой вероятности достижения приведенных температур, которые равны Pi=0,97, Р2=0,86. Третий и четвертый ранги характеризуют уровень комфортности в отапливаемых помещениях, поэтому для них рекомендованы коэффициенты готовности системы, равные соответственно Кз=0,97
С учетом их выполнения в [88] рекомендованы К б для различных систем теплоснабжения. В системах теплоснабжения тепловой мощностью 20-50 МВт и диаметре головного участка теплосети до 350 мм К б = 0,99. В этом случае при отключении отдельных потребителей или системы tBH 10 С, так как с учетом аккумулирующей способности зданий время восстановления теплосети в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха не превысит 6,5-9,5 часа. В крупных системах теплоснабжения (Q=500-3000 МВт) с целью повышения надежности отпуск теплоты от ТЭЦ производится по нескольким выводам, на тепломагистралях предусматривается секционирование и кольцевание от соседних теплопроводов. В случае аварийной ситуации потребители попадают в режим лимитированной подачи теплоты, а время ликвидации повреждений на трубопроводах больших диаметров увеличивается до 18-35 часов. В зависимости от мощности системы и расчетной температуры относительная тепловая нагрузка лимитированного теплоснабжения находится в пределах 0,56-0,8, а величину К б рекомендуют на уровне 0,9 [88].
Обеспечение заданного уровня надежности энергоснабжения требует учета дополнительных эксплуатационных и капитальных затрат в резервные установки. Эти затраты могут быть рассчитаны по следующим зависимостям, руб: где К„бОСН,КобОСН - коэффициенты обеспечения заданного отпуска электрической и тепловой энергией основным оборудованием ТЭЦ; Ьэез,Ьдез - удельные расходы топлива резервными установками на отпуск тепловой и электрической энергии, кг/кВт-ч, кг/ГДж; Срез - стоимость топлива, сжигаемого резервными установками, руб/кг; Зрем, Зпуск — затраты на проведение аварийно-восстановительных работ и пуски-остановы основного оборудования, руб/год; Ррез— коэффициент, учитывающий отчисления от капиталовложений на амортизацию, ремонт, заработную плату и прочие расходы резервной установки, 1/год; и - коэффициент резерва электрической мощности в системе; kpe3,kpe3 - удельные капиталовложения в резервные установки по выработке электрической и тепловой мощности, руб/кВт; Qpe3 — тепловая мощность резервных котлов, МВт.
Работа ТСК сопровождается выбросами вредных веществ в окружающую среду. Воздействие этих выбросов зависит от типа источников теплоснабжения, вида сжигаемого топлива, способов их сокращения. Одним из условий сравнения вариантов является обеспечение условия одинакового экологического воздействия на окружающую среду и не превышение предельно-допустимых концентраций вредных веществ по сравнению с нормами. Методические положения учета экологических факторов приведены в [9, 201], где условия сопоставимости записаны в виде, мг/м3:
Анализ влияния количества сбрасываемых продуктов сгорания ГТУ на характеристики серийных котлов
Совместная работа ГТУ с котлом по сбросной схеме оказывает влияние на его тепловые характеристики. Для исследования этого влияния при изменении количества сбрасываемых газов ГТУ в топку серийного котла по разрабо тайной программе выполнены тепловые расчеты теплогенераторов ДКВР-10 13, ДЕ-6,5-14, КВГМ-30, КВГМ-6,5, нашедших широкое распространение в котельных. Характерной особенностью этих котлов является работа на искусственной тяге с разряжением в газоходах, применение каркасной и облегченной натрубной обмуровки, широким использованием в качестве топлива природно 169 го газа. Учитывая невозможность их работы под наддувом, дымосос сохраняется в схеме котельной установки. Технические и конструктивные характеристики котлов приведены в [46,182].
Анализируя типоразмеры авиационных и судовых газовых турбин мощностью 0,6-20 МВт [73, 149, 205], которые потенциально могут быть установлены в небольших котельных, следует отметить следующие их особенности: применение начальной температуры газа 800-1200 С, степени повышения давления в компрессоре 6-27, температуры на выходе из газовой турбины 420-560 С. При указанных параметрах ГТУ коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания находится в пределах 2,7-4,3, а объемное содержание кислорода 12,7-15,8%. Принимая во внимание исследования [38, 124] по сжиганию топлива в среде окислителя с пониженным содержанием кислорода, следует принять нижнюю границу его концентрации на уровне 15-16%, что может быть достигнуто путем подачи дополнительного воздуха на дожигание топлива в котле.
Учитывая отмеченные особенности совместной работы, расчеты выполнены при следующих исходных данных: Q =37310 кДж/м3, удельные объемы воздуха, трехатомных газов, водяных паров и азота -VB = 9,91 м 3/м3, VR0 = 1,06 м /м , VH 0 =2,2 м /м , VN =7,84 м /м . Температура газов на выходе из ГТУ принята равной 440 С, потери теплоты от химического недожега q3=0.5%, от наружного охлаждения - в пределах 0,9-2,8% [217]. Изменение количества сбрасываемых газов от ГТУ в топку оценивалось коэффициентом 5 = ВГГ/ВДЖ приВдж 0, (4.1) где Вгг, Вдж - расходы натурального топлива в камере сгорания ГТУ и в котле, м3/с.
Количество поступающих продуктов сгорания от ГТУ ограничивалось предельными скоростями в конвективных поверхностях нагрева 15-20 м/с [218]. Блок-схема программы расчета котла со сбросом газов от ГТ представлена на рис.4.3. Результаты расчетов приведены на рис.4.4-4.9. На рис.4.4 пока 170 Ввод исходных данных: характеристики топлива, котла, q3, qs, Да, а Нгг, 5, г02 Расчёт объёмов продуктов сгорания, тепловой баланс котла Расчёт теплообмена в топке Расчёт теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котла Расчёт Вгг, Ns, уТф Печать результатов расчёта: V!K " Д гиЛк» Ctyx -Одж) - гт iN3
Блок схема теплового расчёта котла со сбросом продуктов сгорания от ГТУ зано изменение относительного расхода топлива на дожигание и тепловой мощности от коэффициента 5. За базовые значения Вдж и QKa приняты показатели для автономного режима работы котла (5=0). По мере увеличения 5 расход топлива и тепловая мощность снижаются в зависимости от типоразмера котла соответственно на 16-47% и 1 -6,0%. Уменьшение тепловой мощности обусловлено снижением тепловосприятия топочной камеры. В результате различных проходных сечений конвективных поверхностей нагрева максимальные скорости достигаются для КВГМ-30 при 5=1,5, для ДКВР-10 при 5=2,2, для КВГМ-6,5 при 5=2,0 и для ДЕ-6,5 при 5=0,5. Наибольшие скорости для паровых котлов наблюдаются в первых (по ходу газов) кипятильных пучках, для водогрейных котлов - в ширмовых конвективных пучках, следующих за топочной камерой.
Изменение относительных температур уходящих газов и КПД котлов показано на рис.4.5, 4.6. По причине уменьшения теплопроизводительности котлов температуры газов увеличиваются на 4-28%, а КПД снижаются на 2,5-20% относительных. Тепловосприятие топочной камеры снижается в результате уменьшения адиабатной температуры горения топлива, а тепловосприятие конвективных поверхностей нагрева возрастает в результате повышения объемных расходов и скоростей газов. На рис.4.7 показано изменение средней относительной абсолютной температуры газов в конвективных газоходах, где наблюдаются наибольшие скорости продуктов сгорания. По мере роста 5 температура газов снижается для различных котлов от 1 до 13%.
Дополнительное количество воздуха, подаваемое на дожигание топлива в котле также увеличивается с ростом 5 (рис.4.8). При этом принято минимальное содержание кислорода в смеси продуктов сгорания ГТУ с дополнительным воздухом равным 15%.
Объемный расход продуктов сгорания в наиболее узком сечении и средней температуре газов изменяется в зависимости от 5 и типа котла в 1,7-2,4 раза (рис.4.9).
Оценка целесообразности перевода ТЭЦ среднего давления в котельные
Для упрощения вывода будем считать, что количество подключенных к ТЭЦ потребителей теплоты является заданным. В этом случае общее теплопо требление (по месту использования теплоты) Qnorp для всевозможных вариан тов тепловой сети одинаково. Вместе с тем количество вырабатываемой на ТЭЦ С теплоты Qr (включая пиковые котлы), в различных вариантах теплосети бу дет больше Qr и равно, ГДж/год: X QOTIT =Qnorp+QTn С5 8)
Считая годовой коэффициент теплофикации агт и удельную выработку энергии уТф заданными, зависимость годовой выработки электроэнергии комбинированным способом Э ф при различных вариантах тепловой сети можно выразить формулой, квт-ч/год: эг Спотр VTn Этло » (5-9) Ог + Ог где члены с индексом «О » соответствуют базовому варианту тепловых сетей. Вместе с тем количество отпущенной в городскую сеть (проданной) элек р У) троэнергии эг изменится несколько иначе, поскольку изменится ее результат ДЭГ на привод сетевых насосов, расположенных на ТЭЦ. При неизменной привязанной конденсационной выработке электроэнергии на ТЭЦ можно ее не учитывать и записать, квт-ч/год:
Эотп =ЭТф -Эсн =Эотп0 +АЭТф -АЭСН , (5.10) где АЭ ф - изменение комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ по сравнению с базовым вариантом, квт-ч/год.
При наличии в тепловых сетях насосных подстанций соответственно изменится расход электроэнергии Э на перекачку ими сетевой воды. Однако, это не вызовет изменение выработки электроэнергии на ТЭЦ, поскольку такие подстанции питаются от городской сети и оплачиваются по известному тарифу.
Что касается ТЭЦ, то изменение Q n, вызвавшей прирост электрической и тепловой выработки, ее электрической мощности N3 приведет к соответствующему приращению годового расхода топлива АВ Ц и капитальных затрат к АКТОЦ. При этом, знаки приращения капиталовложений в тепловые сети ЛКТС и в ТЭЦ будут различными. Увеличение капиталовложений в тепловые сети Ктс, в результате уменьшения тепловых потерь Q[n, всегда приведет к снижению К ц уу и наоборот.
В рассматриваемой здесь системе (ТЭЦ - тепловые сети) большое значение имеют расходы на ремонт и замену изношенных тепловых сетей, часть которых оплачивается за счет амортизационных отчислений, пропорциональных величине Ктс. Другая часть этих расходов зависит от качества применяемых труб и способов их прокладки. По этой причине для каждого варианта тепловых сетей нужно специально определять эти дополнительные АКТС, вкладываемых в течение всего расчетного срока эксплуатации ТЭЦ. Изменение установленной мощности ТЭЦ и капиталовложений К ц будет пропорционально ее электрической мощности N3 и в данном случае пропорционально отпуску теплоты от станции, равной сумме (Q„0Tp +AQ n). С учетом приведенных зависимостей всегда можно рассчитать соответствующие приращения всех расходов, / m, поступлении и капитальных затрат в каждом варианте тепловых сетей, по срав нению с базовым. При относительно небольших изменениях капитальных вложений можно сравнительную экономическую оценку каждого варианта произ J ) водить по величине относительного приращения индекса доходности (2.22).
Полагая, что Ql во всех рассматриваемых вариантах будет одинаковым, прирост результата (годовых поступлений) определится приростом их только от продажи электроэнергии АЭ ф. Вместе с тем приращение расхода электроэнер гии в насосных подстанциях ЛЭ потребует изменения ее покупки из город ской сети, что соответственно изменит величину ДИ. Принимая во внимание постоянное количество электроэнергии, расходуемое потребителем, небаланс ее должен обеспечиваться за счет ФОРЭМ. Тогда при системном подходе, в ус ловиях разделения теплоснабжающего комплекса на хозяйствующие субъекты (см. разд.2), суммарная выручка за реализованные энергоносители при посто ) янных тарифах не изменится, а лишь перераспределится между различными X производителями, в этом случае приращения эксплуатационных и капитальных затрат представим в виде, руб/год, руб: ДИ = Ст ДВ + СГ . ДЭ2 + ДИН + ДИмат + ДИГ + ДИВ + ДИ0С , (5.11) ДК = ДКТС-ДКТЭЦ , (5.12) где СэИС- тариф на электроэнергию в региональной энергосистеме, руб/квт-ч; ДВтац - изменение расхода топлива на ТЭЦ,кг/год; ДИН, ДИмат, ДИГ, ДИВ - приращение эксплуатационных затрат на обеспечение надежности ТЭЦ и тепловых сетей, приобретение дополнительных материалов на замену изношенных трубопроводов, ремонты и покупку воды, руб/год.
