Реферат: Энергосбережение в системах традиционного и альтернативного теплоснабжения

Реферат: Энергосбережение в системах традиционного и альтернативного теплоснабжения

Реферат по дисциплине «Энергосберегающие комплексы в системах теплоснабжения»

Выполнил: студент гр. ФТ-45 Лонский С. С.

Харьковский политехнический институт

Харьков 2011

Вступление

На сегодняшний день политика энергосбережения является приоритетным направлением развития систем энерго- и теплоснабжения. Фактически на каждом государственном предприятии составляются, утверждаются и воплощаются в жизнь планы энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятий, цехов и пр..

В Украине принят ряд законов касающихся энергосбережения, составлен план развития энергетики страны на ближайшие 15 лет, направленный на увеличения доли использования альтернативных источников энергии, энергоэффективных технологий и повышения ее энергоэффективности в общем. Во всех сферах деятельности в нашем государстве стремятся уменьшить энергопотребление и потери энергии (в том числе и тепла).

Система теплоснабжения страны не исключение. Она довольно велика и громоздка, потребляет колоссальные объемы энергии и при этом происходят не менее колоссальные потери тепла и энергии.

Рассмотрим что из себя представляет система теплоснабжения, где происходят наибольшие потери и какие комплексы энергосберегающих мероприятий можно применить для увеличения «КПД» этой системы.

1 СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Теплоснабжение – снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.

В большинстве случаев теплоснабжение – это создание комфортной среды в помещении – дома, на работе или в общественном месте. Теплоснабжение включает в себя также подогрев водопроводной воды и воды в плавательных бассейнах, обогрев теплиц и т.д.

Расстояние, на которое транспортируется тепло в современных системах централизованного теплоснабжения, достигает нескольких десятков км. Развитие систем теплоснабжения характеризуется повышением мощности источника тепла и единичных мощностей установленного оборудования. Тепловые мощности современных ТЭЦ достигают 2—4 Ткал/ч, районных котельных 300—500 Гкал/ч. В некоторых системах теплоснабжения осуществляется совместная работа нескольких источников тепла на общие тепловые сети, что повышает надёжность, манёвренность и экономичность теплоснабжения.

Нагретая в котельной вода может циркулировать непосредственно в системе отопления. Горячая вода нагревается в теплообменнике системы горячего водоснабжения (ГВС) до более низкой температуры, порядка 50–60 °С. Температура обратной воды может оказаться важным фактором защиты котла. Теплообменник не только передает тепло от одного контура другому, но и эффективно справляется с перепадом давлений, который существует между первым и вторым контурами.

Необходимая температура подогрева пола (30 °С) может быть получена путем регулирования темпера туры циркулирующей горячей воды. Перепад температур может быть также достигнут при использовании трехходового клапана, смешивающего в системе горячую воду с обратной. [1, 2]

Регулирование отпуска тепла в системах теплоснабжения (суточное, сезонное) осуществляется как в источнике тепла, так и в теплопотребляющих установках. В водяных системах теплоснабжения обычно производится так называемое центральное качественное регулирование подачи тепла по основному виду тепловой нагрузки — отоплению или по сочетанию двух видов нагрузки — отопления и горячего водоснабжения. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подаваемого от источника теплоснабжения в тепловую сеть, в соответствии с принятым температурным графиком (то есть зависимостью требуемой температуры воды в сети от температуры наружного воздуха). Центральное качественное регулирование дополняется местным количественным в тепловых пунктах; последнее наиболее распространено при горячем водоснабжении и обычно осуществляется автоматически. В паровых системах теплоснабжения в основном производится местное количественное регулирование; давление пара в источнике теплоснабжения поддерживается постоянным, расход пара регулируется потребителями. [2]

1.1 Состав системы теплоснабжения

Система теплоснабжения состоит из следующих функциональных частей:

1) источник производства тепловой энергии (котельная, ТЭЦ, гелиоколлектор, устройства для утилизации тепловых отходов промышленности, установки для использования тепла геотермальных источников);

2) транспортирующие устройства тепловой энергии к помещениям (тепловые сети);

3) теплопотребляющие приборы, которые передают тепловую энергию потребителю (радиаторы отопления, калориферы). [2, 3]

1.2 Классификация систем теплоснабжения

По месту выработки теплоты системы теплоснабжения делятся на:

1) централизованные (источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла);

2) местные (потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном помещении или в непосредственной близости).

Основные преимущества централизованного теплоснабжения перед местным — значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат (например, за счёт автоматизации котельных установок и повышения их кпд); возможность использования низкосортного топлива; уменьшение степени загрязнения воздушного бассейна и улучшение санитарного состояния населённых мест. В системах местного теплоснабжения источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, водонагреватели (в том числе солнечные) и т. п.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на:

1) водяные (с температурой до 150 °С);

2) паровые (под давлением 7—16 ат).

Вода служит в основном для покрытия коммунально-бытовых, а пар — технологических нагрузок. Выбор температуры и давления в системах теплоснабжения определяется требованиями потребителей и экономическими соображениями. С увеличением дальности транспортирования тепла возрастает экономически оправданное повышение параметров теплоносителя.

По способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения последнии делятся на:

1) зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

2) независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления). (Рис.1)

В независимых системах установки потребителей гидравлически изолированы от тепловой сети. Такие системы применяются преимущественно в крупных городах — в целях повышения надёжности теплоснабжения, а также в тех случаях, когда режим давления в тепловой сети недопустим для тепло-потребляющих установок по условиям их прочности или же когда статическое давление, создаваемое последними, неприемлемо для тепловой сети (таковы, например, системы отопления высотных зданий).

Рисунок 1 – Принципиальные схемы систем теплоснабжения по способу подключения к ним систем отопления

По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:

1) закрытая;

2) открытая.

В закрытых системах на горячее водоснабжение поступает вода из водопровода, нагретая до требуемой температуры водой из тепловой сети в теплообменниках, установленных в тепловых пунктах. В открытых системах вода подаётся непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор). Утечка воды из-за неплотностей в системе, а также её расход на водоразбор компенсируются дополнительной подачей соответствующего количества воды в тепловую сеть. Для предотвращения коррозии и образования накипи на внутренней поверхности трубопровода вода, подаваемая в тепловую сеть, проходит водоподготовку и деаэрацию. В открытых системах вода должна также удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Выбор системы определяется в основном наличием достаточного кол-ва воды питьевого качества, её коррозионными и накипеобразующими свойствами. В Украине получили распространение системы обоих типов.

По числу трубопроводов, используемых для переноса теплоносителя, различают системы теплоснабжения:

однотрубные;

двухтрубные;

многотрубные.

Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата и в открытых водяных системах, где вся поступающая от источника вода разбирается на горячее водоснабжение потребителей).

В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается к источнику тепла, где он подогревается и восполняется.

Многотрубные системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки (например, горячего водоснабжения), что упрощает регулирование отпуска тепла, режим эксплуатации и способы присоединения потребителей к тепловым сетям. В Украине преимущественное распространение получили двухтрубные системы теплоснабжения. [2, 3]

1.3 Виды потребителей тепла

Потребителями тепла системы теплоснабжения являются:

1) теплоиспользующие санитарно-технические системы зданий (системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения);

2) технологические установки. [3]

Использование нагретой воды для отопления помещений – дело совершенно обычное. При этом применяются самые различные методы переноса энергии воды для создания комфортной среды в помещении. Один из самых распространенных – использование радиаторов отопления.

Альтернативой радиаторам отопления служит подогрев пола, когда отопительные контуры расположены под полом. Контур подогрева пола обычно подключен к контуру радиатора отопления.

Вентиляция – фанкойл, подающий горячий воздух в помещение, обычно используется в общественных зданиях. Часто применяют комбинацию отопительных устройств, например, радиаторов отопления и подогрева пола или радиаторов отопления и вентиляции.

Горячая водопроводная вода стала частью повседневной жизни и ежедневных потребностей. Поэтому установка для горячего водоснабжения должна быть надежной, гигиеничной и экономичной. [2]

По режиму потребления тепла в течение года различают две группы потребителей:

1) сезонные, нуждающиеся в тепле только в холодный период года (например, системы отопления);

2) круглогодичные, нуждающиеся в тепле весь год (системы горячего водоснабжения).

В зависимости от соотношения и режимов отдельных видов теплопотребления различают три характерные группы потребителей:

1) жилые здания (характерны сезонные расходы тепла на отопление и вентиляцию и круглогодичный — на горячее водоснабжение);

2) общественные здания (сезонные расходы тепла на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха);

3) промышленные здания и сооружения, в том числе сельскохозяйственные комплексы (все виды теплопотребления, количественное отношение между которыми определяется видом производства).

2 ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

2.1 Централизованное теплоснабжение

Централизованное теплоснабжение является экологически безопасным и надежным способом обеспечения теплом. Системы централизованного теплоснабжения распределяют горячую воду или, в некоторых случаях, пар из центральной котельной между многочисленными зданиями. Очень широк выбор источников, которые служат для получения тепла, включая сжигание нефти и природного газа или использование геотермальных вод. Использование тепла от низкотемпературных источников, например, геотермального тепла, возможно при применении теплообменников и тепловых насосов. Возможность использования неутилизированного тепла промышленных предприятий, излишков тепла от переработки отходов, промышленных процессов и канализации, целевых теплоцентралей или теплоэлектростанций в централизованном теплоснабжении, позволяет осуществить оптимальный выбор источника тепла с точки зрения и энергетической эффективности. Таким образом вы оптимизируете издержки и защищаете окружающую среду.

Горячая вода из котельной подается в теплообменник, который отделяет производственную площадку от распределительных трубопроводов сети центрального теплоснабжения. Затем тепло распределяется между конечными потребителями и через подстанции подается в соответствующие здания. В каждую из этих подстанций обычно входит по одному теплообменнику для отопления помещений и для горячего водоснабжения.

Существует несколько причин установки теплообменников для разделения теплоцентрали и сети центрального теплоснабжения. Там, где существуют значительные разности давлений и температур, которые могут нанести серьезный ущерб оборудованию и собственности, теплообменник может предохранить чувствительное отопительное и вентиляционное оборудование от попадания в них загрязненных или вызывающих коррозию сред. Еще одна важная причина разделения котельной, распределительной сети и конечных потребителей состоит в четком определении функций каждого компонента системы.

В теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) тепло и электричество производятся одновременно, причем побочным продуктом является тепло. Тепло обычно применяется в системах центрального теплоснабжения, что ведет к повышению энергоэффективности и экономичности. Степень использования энергии, получаемой от сгорания топлива, составит 85–90 %. Эффективность будет выше на 35–40 %, чем в случае раздельного производства тепла и электроэнергии.

В ТЭЦ сжигание топлива разогревает воду, которая превращается в пар высокого давления и высокой температуры. Пар приводит в действие турбину, соединенную с генератором, производящим электроэнергию. После турбины пар конденсируется в теплообменнике. Тепло, выделенное в ходе этого процесса, затем подается в трубы центрального теплоснабжения и распределяется между конечными потребителями.

Для конечного потребителя централизованное теплоснабжение означает бесперебойное получение энергии. Система централизованного теплоснабжения более удобна и эффективна, чем небольшие индивидуальные системы отопления домов. Современные технологии сжигания топлива и очистки выбросов снижают негативное воздействие на окружающую среду.

В многоквартирных домах или других зданиях, отапливаемых центральными тепловыми пунктами, главным требованием является отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и подогрев пола для большого количества потребителей при минимальных затратах энергии. Используя качественное оборудование в системе теплоснабжения, можно снизить общие расходы.

Другой очень важной задачей теплообменников в централизованном теплоснабжении является обеспечение безопасности внутренней системы путем отделения конечных потребителей от распределительной сети. Это необходимо из-за значительной разницы в величинах температур и давления. В случае аварии риск затопления может быть также сведен к минимуму.

В центральных тепловых пунктах часто встречается двухступенчатая схема подключения теплообменников (Рис.2, А). Такое подключение означает максимальное использование тепла и низкую температуру обратной воды при использовании системы горячего водоснабжения. Оно особенно выгодно при работе с теплоэлектроцентралью, где желательна низкая температура обратной воды. Данный тип подстанции может легко обеспечить теплоснабжение до 500 квартир, а иногда и более.

А) Двухступенчатое подключение Б) Параллельное подключение

Рисунок 2 – Схема подключения теплообменников

Параллельное подключение теплообменника ГВС (Рис.2, Б) менее сложно, чем двухступенчатое подключение, и может применяться при любом размере установки, которая не нуждается в низкой температуре обратной воды. Такое подключение обычно применяется для небольших и средних тепловых пунктов с нагрузкой приблизительно до 120 кВт. Схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения в соответствии с СП 41-101-95.

Большинство систем централизованного теплоснабжения выдвигают высокие требования к установленному оборудованию. Оборудование должно быть надежным и гибким, обеспечивая необходимую безопасность. В некоторых системах оно должно также соответствовать очень высоким санитарно-гигиеническим стандартам. Еще один важный фактор в большинстве систем – это низкие эксплуатационные расходы. [1]

Однако в нашей стране система централизованного теплоснабжения находится в плачевном состоянии:

техническая оснащенность и уровень технологических решений при строительстве тепловых сетей соответствуют состоянию 1960-х годов, в то время как резко увеличились радиусы теплоснабжения, и произошел переход на новые типоразмеры диаметров труб;

качество металла теплопроводов, теплоизоляция, запорная и регулировочная арматура, конструкции и прокладка теплопроводов значительно уступает зарубежным аналогам, что приводит к большим потерям тепловой энергии в сетях;

плохие условия теплогидроизоляции теплопроводов и каналов тепловых сетей способствовали повышению повреждаемости подземных теплопроводов, что привело к серьезным проблемам замены оборудования тепловых сетей;

отечественное оборудование крупных ТЭЦ соответствует среднему зарубежному уров ню 1980-х годов, и в настоящее время паротурбинные ТЭЦ характеризуются высокой аварийностью, так как практически половина установленной мощности турбин выработала расчетный ресурс;

на действующих угольных ТЭЦ отсутствуют системы очистки дымовых газов от NOх и SOх, а эффективность улавливания твердых частиц часто не достигает требуемых значений;

конкурентоспособность СЦТ на современном этапе можно обеспечить только внедрением специально новых технических решений, как по структуре систем, так и по схемам, оборудованию энергоисточников и тепловых сетей. [4]

2.2 Эффективность систем централизованного теплоснабжения

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой. Нормальная работа систем теплопотребления суть обеспечение потребителей тепловой энергией соответствующего качества, и заключается для энергоснабжающей организации в выдерживании параметров режима теплоснабжения на уровне, регламентируемом Правилами Технической Эксплуатации (ПТЭ) электростанций и сетей РФ, ПТЭ тепловых энергоустановок. Гидравлический режим определяется характеристиками основных элементов системы теплоснабжения.

В процессе эксплуатации в действующей системе централизованного теплоснабжения из-за изменения характера тепловой нагрузки, подключения новых теплопотребителей, увеличения шероховатости трубопроводов, корректировки расчетной температуры на отопление, изменения температурного графика отпуска тепловой энергии (ТЭ) с источника ТЭ происходит, как правило, неравномерная подача тепла потребителям, завышение расходов сетевой воды и сокращение пропускной способности трубопроводов.

В дополнение к этому, как правило, существуют проблемы в системах теплопотребления. Такие как, разрегулированность режимов теплопотребления, разукомплектованность элеваторных узлов, самовольное нарушение потребителями схем присоединения (установленных проектами, техническими условиями и договорами). Указанные проблемы систем теплопотребления проявляются, в первую очередь, в разрегулированности всей системы, характеризующейся повышенными расходами теплоносителя. Как следствие – недостаточные (из-за повышенных потерь давления) располагаемые напоры теплоносителя на вводах, что в свою очередь приводит к желанию абонентов обеспечить необходимый перепад посредством слива сетевой воды из обратных трубопроводов для создания хотя бы минимальной циркуляции в отопительных приборах (нарушения схем присоединения и т.п.), что приводит к дополнительному увеличению расхода и, следовательно, к дополнительным потерям напора, и к появлению новых абонентов с пониженными перепадами давления и т.д. Происходит «цепная реакция» в направлении тотальной разрегулировки системы.

Все это оказывает негативное влияние на всю систему теплоснабжения и на деятельность энергоснабжающей организации: невозможность соблюдения температурного графика; повышенная подпитка системы теплоснабжения, а при исчерпании производительности водоподготовки – вынужденная подпитка сырой водой (следствие – внутренняя коррозия, преждевременный выход из строя трубопроводов и оборудования); вынужденное увеличение отпуска тепловой энергии для сокращения числа жалоб населения; увеличение эксплуатационных затрат в системе транспорта и распределения тепловой энергии.

Необходимо указать, что в системе теплоснабжения всегда имеет место взаимосвязь установившихся тепловых и гидравлических режимов. Изменение потокораспределения (его абсолютной величины включительно) всегда меняет условие теплообмена, как непосредственно на подогревательных установках, так и в системах теплопотребления. Результатом не нормальной работы системы теплоснабжения является, как правило, высокая температура обратной сетевой воды.

Следует отметить, что температура обратной сетевой воды на источнике тепловой энергии является одной из основных режимных характеристик, предназначенной для анализа состояния оборудования тепловых сетей и режимов работы системы теплоснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, проводимых организациями, эксплуатирующими тепловые сети, с целью повышения уровня эксплуатации системы теплоснабжения. Как правило, в случае разрегулировки системы теплоснабжения, фактическое значение данной температуры существенно отличается от своего нормативного, расчетного для данной системы теплоснабжения значения.

Таким образом, при разрегулировке системы теплоснабжения температура сетевой воды, как один из основных показателей режима отпуска и потребления тепловой энергии в системе теплоснабжения, оказывается: в подающем трубопроводе практически во всех интервалах отопительного сезона характеризуется пониженными значениями; температура обратной сетевой воды, несмотря на это, характеризуется повышенными значениями; перепад температур в подающих и обратных трубопроводах, а именно этот показатель (наряду с удельным расходом сетевой воды на присоединенную тепловую нагрузку) характеризует уровень качества потребления тепловой энергии, занижен по сравнению с требуемыми значениями.

Следует отметить еще один аспект, связанный с увеличением относительно расчетного значения расхода сетевой воды на тепловой режим систем теплопотребления (отопления, вентиляции). Для непосредственного анализа целесообразно воспользоваться зависимостью, которая определяет в случае отклонения действительных параметров и конструктивных элементов системы теплоснабжения от расчетных, отношение действительного расхода тепловой энергии в системах теплопотребления к его расчетному значению.

(*)

где Q- расход тепловой энергии в системах теплопотребления;

g- расход сетевой воды;

tп и tо - температура в подающем и обратном трубопроводах.

Данная зависимость (*), отображена на рис.3. По оси ординат отложены отношения действительного расхода тепловой энергии к его расчетному значению, по оси абсцисс отношение действительного расхода сетевой воды к его расчетному значению.

Рисунок 3 – График зависимости расхода тепловой энергии системами

теплопотребления от расхода сетевой воды.

В качестве общих тенденций, необходимо указать, что, во-первых, увеличение расхода сетевой воды в n раз не вызывает соответствующего этому числу увеличения расхода тепловой энергии, то есть коэффициент расхода теплоты отстает от коэффициента расхода сетевой воды. Во-вторых, при уменьшении расхода сетевой воды подача теплоты в местную систему теплопотребления уменьшается тем быстрее, чем меньше фактический расход сетевой воды по сравнению с расчетным.

Таким образом, системы отопления и вентиляции весьма слабо реагируют на перерасход сетевой воды. Так, увеличение расхода сетевой воды на эти системы относительно расчетного значения на 50% вызывает увеличение теплопотребления только на 10%.

Точка на рис.3 с координатами (1;1) отображает расчетный, фактически достижимый режим работы системы теплоснабжения после проведения наладочных мероприятий. Под фактически достижимым режимом работы подразумевается такой режим, который характеризуется существующим положением конструктивных элементов системы теплоснабжения, тепловыми потерями зданиями и сооружениями и определяющимся суммарным расходом сетевой воды на выводах источника тепловой энергии, необходимым для обеспечения заданной тепловой нагрузки при существующем графике отпуска тепловой энергии.

Страницы: 1, 2, 3