Содержание к диссертации
Введение
Глави I. Современное состояние проблемы энергосбережения
1.1. Основные понятия и цели энергосбережения
1.2. Оценка энергоэффективности ТЭЦ
1.3. Энергосберегающие мероприятия для ТЭЦ
1.4. Оценка энерго'эффектпвносш тепловых сетей
1.5. Энергосберегающие мероприятия для водяных тепловых сетей
1.6. Оценка энергоэффективности тепловых потребителей
1.7. Энергосберегающие мероприятия для потребителей тепловой энергии
1.8. Повышение эффективности комплекса «ТЭЦ- потребитель» в целом
1.9. Выводы и постановка задачи
Глава II. Исследование состояния энергосбережения и умета тепловой энергии
2.1. Исследование результатов использования приборов учета тепловой энергии
2.2. Анализ потребности в приборах учета тепловой энергии
2.3. Исследование теплопотребления объектов оборудованных приборами учета
2.4. Выводы и рекомендации но улучшению организации энергосбережения и учета тепловой энергии
Глава III. Анализ энергетической эффективности комплекса «ТЭЦ — потребитель»
3.1. Критерии энергоэффективности и методика оценки энергоэффективности комплекса «ТЭЦ-Потребитель»
3.2. Взаимное влияние режимов работы ТЭЦ и потребителя 60
3.3. Методики проведения энергоаудитов 64
3.4. Оценка энергоэффективности комплекса «ТЭЦ-Потребитель» г. Читы 66
3.5. Анализ результатов и выводы по энергоаудиту ТЭЦ 68
3.6. Анализ результатов и выводы по энергоаудиту тепловой сети 74
3.7. Анализ результатов и выводы по энергоаудиту потребителей тепловой энергии 78
3.8. Выводы 83
Глава IV. Энергосберегающие мероприятия для комплекса «ТЭЦ — потребитель» 86
4.1. Повышение эффективности бойлерных установок за счет оптимизации схемы подключения 86
4.2. Оптимизация температурного графика системы теплоснабжения в течение суток 97
4.3. Внедрение средств автоматического регулирования систем отопления и горячего водоснабжения 104
4.4. Оценка энергоэффективности комплекса «ТЭЦ-Потребитель» г. Читы с учетом разработанных энергосберегающих мероприятий 114
4.5. Выводы 115
Выводы по диссертации 118
Список литературы
- Энергосберегающие мероприятия для ТЭЦ
- Анализ потребности в приборах учета тепловой энергии
- Взаимное влияние режимов работы ТЭЦ и потребителя
- Оптимизация температурного графика системы теплоснабжения в течение суток
Введение к работе
Начиная с энергетического кризиса 70-х годов XX века проблема энергосбережения вошла в число наиболее актуальных, что находит отражение в огромном числе публикаций по данной проблеме в научно-технической литературе.
Низкая энергетическая эффективность российской экономики стала одной из главных причин напряженности в топливо- и энергоснабжении страны. На всех последовательных этапах добычи, переработки, преобразования и распределения энергии первичных источников и на всех ступенях использования энергии в материальном производстве, сфере услуг в целом теряется около 90 % энергии от первоначального уровня [1].
Тщательный анализ [1] показывает, что продолжение экономического роста при сохранении действующих норм потребления энергоресурсов неизбежно поставит перед нами вопрос дефицита, нехватки энергетических ресурсов.
Существует два способа решения проблемы дефицита энергетических ресурсов:
Наращивать производство энергоносителей - метод, на который мы опирались несколько последних десятилетий;
Повышать эффективность использования энергии.
Первый способ если и повышает надежность энергоснабжения, то очень часто в ущерб экономике, за счет отвлечения значительных капиталовложений. По прогнозам экспертов [1] к 2005 году прирост потребности национального хозяйства в энергоресурсах может быть обеспечен за счет увеличения добычи и производства топливно-энергетических ресурсов менее чем на 40 %. Недостающие 60 % возможно восполнить лишь за счет энергосберегающих технологий.
Кроме этого энергосбережение позволяет увеличить прибыль предприятия, повысить конкурентоспособность, высвободить финансовые средства для решения других неотложных проблем. По расчетам специалистов [2], экономическая эффективность энергосбережения настолько велика по сравнению с наращиванием добычи и производства энергоресурсов, что ее реализация позволит одновременно решить проблему обновления и модернизации основных фондов, экологические и социальные проблемы и создаст условия для увеличения добычи и производства топлива и энергии, если это потребуется в более отдаленной перспективе.
Соответственно второй способ решения проблемы дефицита энергетических ресурсов является более перспективным.
Тепловое потребление - одна из основных статей топливно-энергетического баланса страны. На удовлетворение тепловой нагрузки страны расходуется ежегодно более 600 млн.т. условного топлива, т.е. около 30 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов [3]. Тепловое хозяйство России в течение длительного периода развивается по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабжения и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Исходя из этого, наибольший экономический эффект могут дать энергосберегающие мероприятия, направленные на экономию энергоресурсов в системе централизованного теплоснабжения.
Основная часть научных исследований по проблеме энергосбережения посвящена конкретным объектам (ТЭЦ, тепловые сети, теплообменные аппараты, системы отопления и т.п.), в то время как рассмотрение больших комплексов, и взаимного влияния входящих в них элементов, практически отсутствует.
В настоящей работе поставлена задача, исследовать проблему энергосбережения применительно к комплексу «ТЭЦ - Потребитель».
В связи с этим целью работы являлось:
Теоретическое исследование проблемы энергосбережения для комплекса «ТЭЦ - Потребитель»;
Комплексный анализ современного состояния энергосбережения и энергоэффективности в системе «ТЭЦ - Потребитель» (на примере г. Читы);
Разработка энергосберегающих мероприятий для комплекса «ТЭЦ— Потребитель» (на примере г. Читы).
В качестве объектов исследования выбраны ТЭЦ, тепловые сети и потребители ОАО «Читаэнерго» г. Читы.
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложения.
В главе I обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы для комплекса «ТЭЦ - Потребитель». Рассмотрены существующие критерии и методы оценки энергоэффективности ТЭЦ, тепловых сетей и тепловых потребителей. Дано краткое описание основных энергосберегающих мероприятий для объектов комплекса «ТЭЦ - Потребитель». Определены и сформулированы основные задачи, которые решаются в диссертации.
Энергосберегающие мероприятия для ТЭЦ
Тепловая экономичность ТЭЦ характеризуется двумя основными показателями [3]: 1. Удельной комбинированной выработкой электроэнергии эт; 2. Удельным расходом топлива на выработку электрической энергии по конденсационному циклу ЬТ1?.
Оба эти показателя зависят в первую очередь от отношения температуры отвода теплоты из цикла к температуре подвода теплоты к циклу (TJ/TQ). Чем ниже это отношение, тем выше тепловая экономичность ТЭЦ.
Удельная комбинированная выработка электроэнергии от показывает количество электроэнергии, произведенной на ТЭЦ в одном технологическом цикле с отпуском единицы теплоты внешним потребителям.
Определение удельной комбинированной выработки существенно упрощается, если реальный теплосиловой цикл заменяется эксергетически равноценным циклом Карно, в котором работоспособность подведенной и отведенной теплоты такая же, как в реальном цикле.
Удельная комбинированная выработка электрической энергии, отнесенная к единице отработавшей теплоты, отведенной из идеального цикла Карно (рис. 1.1.) _ (T0T).AS _Т0 эг = = -1, (1.1) TT-AS Тт где Т0 - средняя температура подвода теплоты в цикл, К; Тт средняя температура отвода теплоты из цикла, К\ AS - изменение энтропии в цикле, кДж кг-0 К Формула (1.1) может быть положена в основу расчета комбинированной выработки электрической энергии в реальных циклах. В этом случае под Т0 следует понимать среднюю температуру подвода, а под Тт- среднюю температуру отвода теплоты реального цикла. Кроме того, необходимо учесть неизоэнтропность расширения пара в турбине, а также наличие электромеханических потерь в турбогенераторе. Рис 1.1 Идеальный цикл Карно С учетом указанных особенностей формула для расчета удельной комбинированной выработки электроэнергии на паротурбинных ТЭЦ принимает вид Т _ (Т0-Тт)-т]о,-т]эи _ TT+(IJ0I)-(T0T) (j.ZV). (1.2) где г}0, - внутренний относительный КПД турбины; rj3Ki - электромеханический КПД, т.е. произведение механического КПД турбины на КПД электрогенератора.
Значение эг включает в себя также комбинированную выработку на базе внутреннего теплового потребления, т.е. на базе регенеративного подогрева конденсата от температуры возврата в схему ТЭЦ до температуры питательной воды.
Значение эг приведенное в формуле (1.2) в безразмерном ві Спред / ставляет собой отношение количества выработанной электроэнергии к количеству отработавшей теплоты, например Дж/Дж или кВтч/кВтч. Для прак 13 тических расчетов существуют зависимости ог от температуры насыщения Тт , соответствующей давлению Рт отработавшего пара, эг =f(TT).
Удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии на ТЭЦ конденсационным методом, кг/кВтч, определяется по формуле Лэ 0.123 ьтк = где 7о,г " внутренний относительный КПД конденсационного потока теплофикационной турбины; 7,г " термический КПД конденсационного цикла теплофикационной турбоустановки; TJKC - КПД котельной электростанции с учетом потерь теплоты в паропроводах между котельной и машзалом; 0,123 — количество условного топлива, кг, затрачиваемое на выработку 1 кВт ч.
Для определения Ь?к для теплофикационных турбин разного типа существуют зависимости ЬуК =f (5 r).
В РАО «ЕЭС России» для оценки тепловой экономичности ТЭЦ применяется метод ОРГРЭС [6]. В данных методических указаниях изложена методика распределения израсходованного энергетическими котлами ТЭС топлива между отпускаемыми электроэнергией и теплом. Распределение расхода топлива энергетическими котлами производится пропорционально затратам тепла на выработку электроэнергии и отпуск тепла внешним потребителям при условии их раздельного производства на конкретной электростанции. Распределение общего расхода топлива между отпускаемыми электроэнергией Вэ и теплом В-п производится для групп, подгрупп оборудования и энергоблоков с использованием коэффициента отнесения затрат топлива энергетическими котлами Кэ.
Анализ потребности в приборах учета тепловой энергии
Тепловые сети по своему функциональному назначению являются основным элементом системы централизованного теплоснабжения (комплекс «ТЭЦ-потребитель»). По сравнению с относительно высокой степенью надежности оборудования ТЭЦ и потребителя теплоты, тепловые сети можно рассматривать как наиболее уязвимый элемент системы. Они в большей мере подвержены неблагоприятным посторонним влияниям, поэтому надежность комплекса «ТЭЦ - потребитель» в основном зависит от надежности тепловых сетей. Повреждения тепловых сетей связаны с большими потерями сетевой воды и тепла, дополнительными затратами материальных и трудовых ресурсов и т.п.
Анализ результатов обследований [29] показывает, что коррозионные разрушения являются главной причиной повреждений трубопроводов тепловых сетей и составляют около 90 % от всех повреждений. Наиболее подвержены коррозии подающие трубопроводы, что наблюдается в 92 - 94 % случаев. Для решения проблемы внутренней коррозии предлагается проводить подпитку тепловых сетей только деаэрированной водой.
Для защиты трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии предлагается [12, 29] две основных группы мероприятий. Первая группа объединяет мероприятия по созданию условий, при которых прекращается или значительно снижается интенсивность воздействия на металл внешних факторов. Вторая группа мероприятий направлена на создание условий для протекания таких электрохимических процессов, при реализации которых подавляются или существенно снижаются скорости коррозионных процессов на защищаемой поверхности металла.
Для уменьшения тепловых потерь трубопроводов в тепловых сетях применяют различные теплоизоляционные материалы.
Традиционным видом неорганического сырья для изготовления теплоизоляционных материалов являются минералы, обладающие высокой темпера 27 туроустойчивостью в сочетании с волокнистой (различные виды асбеста), волокнисто-чешуйчатой (слюда и ее разновидности, например вермикулит) или микропористой (диатомит, трепел) структурой. Из этих видов сырья при термической обработке (обжиге) могут быть получены сыпучие или волокнистые материалы, применяемые в виде засыпок или для изготовления изделий [12, 29].
Полученный таким образом материал в зависимости от исходного сырья называется минеральной ватой (ГОСТ 4640-84), в частности базальтовой (ТУ 21 РСФСР 669-75), а также стеклянной ватой (например, по ТУ 21 РСФСР 224-75).
В качестве перспективных выделяются [12] теплоизоляционные материалы и изделия, получаемые из синтетических полимерных материалов (полистирола, поливинилхлорида, полиуретана) с искусственно создаваемой пористостью за счет введения в жидкую массу порообразующих веществ. Такие теплоизоляционные материалы называются пенопластами (иногда поропластами). Они выдерживают температуры до 120 - 150 С, а потому пригодны в качестве теплоизоляции тепловых сетей.
Ассортимент выпускаемых промышленностью штучных теплоизоляционных изделий разнообразен как по материалам, используемым при их изготовлении, так и по форме изделий и их механическим свойствам. Различают жесткие, полужесткие и мягкие изделия. Наиболее удобной формой жестких изделий в таких случаях являются полые цилиндры. При наружном диаметре изолируемых труб более 150-250 мм вместо громоздких полых цилиндров или полуцилиндров изготавливаются более мелкие штучные изделия в виде сегментов (обычно 3 - 4, а иногда 6 — 8 шт. по окружности трубы).
Максимальный внутренний диаметр таких сегментов соответствует наружному диаметру изолируемых труб обычно до 420 - 470 мм, иногда до 1000 мм. Для изоляции трубопроводов больших диаметров изготавливаются сегменты, нарезанные из плит, предназначенных в основном для изоляции плоских и слабо искривленных поверхностей оборудования.
Для изготовления жестких штучных изделий из неорганического сырья используются смеси из различных порошкообразных материалов с распущенным асбестом, выполняющим функции армирующего каркаса для повышения прочности и жесткости изделий. Такие жесткие штучные изделия (совелитовые, вулканитовые, известково-кремнеземистые) могут применяться до температур 500-600 С [12].
Штучные изоляционные изделия изготавливаются также на основе минеральной ваты с добавлением связующих веществ. В этом случае в зависимости от вида и содержания этих веществ, а также от исходной плотности минеральной ваты помимо жестких могут быть получены полужесткие и мягкие изделия. Минераловатные плиты (по ГОСТ 9573-82) пригодны при температурах до 400 С [12] и изготавливаются жесткими, полужесткими и мягкими. Кроме мягких плит с теми же показателями плотности и теплопроводности выпускаются минераловатные маты (по ГОСТ 21880-76) в рулонах длиной 2-4 м. Максимальная температура их применения определяется температуроустойчивостью обкладочного материала и доходит до 450-600 С [12].
Для облегчения монтажа на трубопроводах диаметром свыше 108 мм выпускаются (по ГОСТ 23307-78) минераловатные вертикально-слоистые маты. Согласно работы [12] максимальная группа их применения составляет 300 С.
Наряду со штучными изделиями на основе минеральной ваты применяются аналогичные изделия на основе стеклянной ваты. Например, из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем выпускаются (по ГОСТ 10499-78) маты, а также жесткие и полужесткие с максимальной температурой применения 180 С.
Взаимное влияние режимов работы ТЭЦ и потребителя
Как уже было отмечено ранее, из трех параметров, которые определяют режим тепловой нагрузки теплофикационной турбины, один — температура обратной сетевой воды - является неуправляемым и определяется режимом работы всей системы теплоснабжения, два других параметра - тепловая нагрузка отбора и расход сетевой воды - являются управляемыми и поддерживаются на ТЭЦ на заданном уровне. Температура сетевой воды в подающей линии также является заданной в зависимости от температуры наружного воздуха. В режимах работы теплофикационной турбины по тепловому графику развиваемая мощность в значительной мере зависит от уровня температуры обратной сетевой воды [26].
Для рассматриваемого комплекса «ТЭЦ-Потребитель» г. Читы была разработана математическая модель в основе которой лежат следующие выражения: 1. Тепловая мощность турбин, МВт, Qr=Gce-c-[t„-{to6+Jte6)]-J0-3, (3.7) где Gce - расход сетевой воды, кг/с; с - теплоемкость воды, кДж/кг К\ At0e — превышение температуры обратной сетевой воды расчетного значения, С. 2. По температурному графику тепловой сети «ТЭЦ-1 - Город» (прило жение I): 1) температура прямой сетевой воды в зоне срезки температурного графика: tn = 76,4 С, (3.8) 2) температура обратной сетевой воды в зоне срезки температурного графика: to6 = 46,034 + /„ 0,566 С, (3.9) 3) температура прямой сетевой воды вне зоны срезки температурного графика: t„ = 72,97- 1,71 tH С, (ЗЛО) 4) температура обратной сетевой воды вне зоны срезки температурного графика: to6 = 43,506 - 0,697 /„С, (3.11) где tH - температура наружного воздуха, С 3. Решая совместно уравнения (3.7), (3.8), (3.9), а также (3.7), (3.10), (3.11) получаем: 1) тепловая мощность отборов турбин в зоне срезки температурного графика (?„ -2 С): QT = 235,4 - 4,39 Чн-7,751 Ato6, (3.12) 2) тепловая мощность отборов турбин вне зоны срезки температурного графика (/„ = -2 до - 18 С): QT = 228,45 -7,86 t„ - 7,751 -Ato6, (3.13) 4. Теплофикационная мощность турбин, МВт, Nm = Qm-3r, (3.14) где эТ - удельная выработка электроэнергии на базе внешнего теплового по требления, принята равной 0,36 — [16]. МВгп Ч Подставив в уравнение (3.14) уравнения (3.12) и (3.13) получим: 1) теплофикационная мощность турбин в зоне срезки температурного графика: NT = 84,74 -l,58tH- 2,79 Лїоб, 2) теплофикационная мощность турбин вне зоны срезки температур ного графика: NT = 82,24 - 2,831„ - 2,79 Ato6 5. Уменьшение теплофикационной мощности турбин по причине завышенного значения температуры обратной сетевой воды: ANT = 2,79-Ato6 (3.15) На основании формулы (3.15) построен график для трех турбин (две Т-87-90 и одна Т-97-90) работающих на тепловую сеть «ТЭЦ-1-Город» - график уменьшения теплофикационной мощности ТЭЦ, ANr, при различных превышениях температуры обратной сетевой воды расчетного значения Ato6 (рис.3.2.1). 3Й 40- Xко t- 35 - CQі5 зо- єн о Л J?- Р. С. -5П. L00H1 L0III а 2 я и : 5- 0- 5 10 Превышение температуры обратной сетевой воды, ОС Рис. 3.2.1. Уменьшение теплофикационной мощности ТЭЦ от значения величины превышения температуры обратной сетевой воды расчетного значения Согласно построенного графика (рис. 3.2.1) уменьшение теплофикационной мощности ТЭЦ составляет от 13,8 МВт при Ato5 = 5 С до 41,85 МВт при Ato6 = 15 С. Уменьшение выработки электроэнергии на базе теплового потребления будет компенсироваться выработкой электроэнергии по конденсационному циклу. Последнее обстоятельство приведет к перерасходу топлива на ТЭЦ, так как удельный расход топлива на выработку электроэнергии по конденсационному циклу выше, чем по теплофикационному циклу. Перерасход условного топлива на ТЭЦ, АЛ, m ym; можно оценить следующим образом: АВ = ((qK -qm)- ANm/QpH rjKa tjmn = = ((2400 -1946) -2,79- Ato6/7000 0,87 0,98 = 0,212 Ato6
На основании формулы (3.16) построен график для трех турбин (две Т-87-90 и одна Т-97-90) работающих на тепловую сеть «ТЭЦ-1-Город» - график перерасхода топлива АВ на ТЭЦ, АВ, при различных превышениях температуры обратной сетевой воды расчетного значения Ato6 (рис.3.2.2).
Оптимизация температурного графика системы теплоснабжения в течение суток
Анализ данных по температуре обратной сетевой воды для тепловой сети «ТЭЦ-1 - Город» выполненный в главе 3 настоящей работы свидетельствует о завышенных по сравнению с нормой значениях температуры обратной сетевой воды, особенно в утренние часы (б00 - 1000). С целью нормализации температуры обратной сетевой воды предлагается проводить суточное регулирование тепловой нагрузки на ТЭЦ, учитывающее резкое и продолжительное снижение ее в ночное время, в основном из-за снижения нагрузки горячего водоснабжения.
Анализ [48] режимов работы ТЭЦ в энергосистеме и теплопотребления жилых зданий типовой застройки г. Читы показал, что при температурах наружного воздуха ниже температуры срезки переход к суточному регулированию температуры прямой сетевой воды приведет к систематическому «недото-пу», т.е. недоотпуску тепла потребителям, что требует особого обоснования. В то же время в зоне срезки температурного графика, переход к суточному регулированию представляется перспективным [48].
Анализ [48] теплопотребления показывает, что нагрузка горячего водоснабжения коммунально-бытового сектора в течение суток колеблется в значительных пределах и в ночной период времени достигает величины менее 8 %. Очевидно, что в период ночного снижения нагрузки ГВС появляется возможность снижения температуры прямой сетевой воды до значения, соответствующего чисто отопительному графику.
При предлагаемом режиме работы теплосети необходимо учитывать место расположения источника теплоснабжения, т.е. конкретное время перехода с одного режима работы на другой потребителей горячего водоснабжения. Утренний максимум нагрузки горячего водоснабжения соответствует 800, ночной минимум начинается с 0 00 [48]. Осуществлять изменение температуры прямой сетевой воды предлагается с учетом времени циркуляции воды в тепловой сети рассчитанного по точке среднего расхода. Под точкой среднего расхода подра 98 зумевается точка, где расчетный расход сетевой воды равен половине от расхода выходящего с ТЭЦ. Данная точка расположена на расстоянии от ТЭЦ ориентировочно 11420 м. Рассчитанное время циркуляции составило приблизительно 160 минут.
В соответствии с предлагаемым графиком (рис. 4.5) за период работы в зоне срезки температурного графика температура обратной сетевой воды может быть снижена в среднем на 7,6 С. Продолжительность рассматриваемого периода для г. Читы составляет 68 суток (во время отопительного сезона) [45]. Максимальная скорость изменения температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ не должна превышать 30 С/ч [48]. Для выполнения расчетов скорость изменения температуры принята равной 30 С/ч для большей части графика.
Наличие срезки в температурном графике приводит в данный период к «перетопу» помещений, повышению температуры обратной сетевой воды выше расчетной, что увеличивает тепловые потери в сети и снижает экономичность отпуска тепла от турбин. Все это ведет, в конечном счете, к перерасходу топлива. Таким образом, предлагаемый метод суточного регулирования температурного графика позволяет получить большую мощность ТЭЦ в часы максимума электрической нагрузки (б00 - 1000). Очевидно, что снижение температуры обратной сетевой воды совпадает с утренним максимумом графика электрических нагрузок, что увеличивает в данный период времени естественную маневренность ТЭЦ. Изменение температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ-1 и у потребителей, при суточном регулировании показаны на рис. 4.6, 4.7 при температуре наружного воздуха /,= +4 С. Данные графики получены в зависимости от времени циркуляции воды в тепловой сети и скорости изменения температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ.
При введении данного графика для тепловой сети также следует устранить значительные утечки в тепловой сети, так как они будут влиять на качество регулирования. Как мероприятия, значительно повышающие надежность работы тепловой сети можно отметить: 1. Использование высокоэффективных пенополимерных теплоизоляционных материалов [31]; 2. Использование теплопроводов конструкции «труба в трубе» [31].
Данные способы были рассмотрены в «Предварительном технико-экономическом обосновании развития системы централизованного теплоснабжения в Чите» (проект TACIS) [49], как значительно повышающие надежность работы тепловой сети, а соответственно создающие оптимальные условия для регулирования. Для применения данных способов в условиях г. Читы необходима дополнительная проработка.
Похожие диссертации на Разработка энергосберегающих мероприятий для комплекса "ТЭЦ-потребитель"
