Энергосбережение на тепловых электрических станциях и в системах теплоснабжения

УДК 696.34

ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ, НАДЕЖНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОФИКАЦИИ ГОРОДОВ

А. И. Андрющенко, профессор, д. т.н.,

Ю. Е. Николаев, доцент, к. т.н.

(Саратовский государственный технический университет)

Действующие в большинстве городов России традиционные теплофикационные системы, основанные на районных ТЭЦ, в настоящих экономических условиях не обеспечивают ни должной экономии топлива, ни необходимой надежности теплоснабжения. Более того, работа таких ТЭЦ приводит к повышенной загазованности городов. Главными причинами этого являются:

— громадные тепловые потери в сетях и большой расход электроэнергии на транспорт теплоносителей от ТЭЦ до потребителей, что требует выработки намного большего количества тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, чем поступает к потребителям;

— применение на ТЭЦ устаревших теплофикационных установок, имеющих недостаточно высокие параметры острого пара, малую удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении, а также значительный перерасход топлива от конденсационной выработки электроэнергии теплофикационными турбинами;

— неоптимальное участие районных ТЭЦ в покрытии суммарного графика тепловой нагрузки;

— несовершенная система транспорта теплоты, требующая больших капиталовложений в тепловые сети и перекачивающие подстанции;

— высокая коррозионность стальных труб, вызывающая частую их замену и большие утечки сетевой воды;

— наличие в зимний период высоких температур и давления

«перегретой» воды в сетях, приводящее часто к авариям большой разрушительной силы;

— несовершенство термодинамических циклов и тепловых схем действующих паротурбинных ТЭЦ, ограничивающее использование в них теплоты сожженного топлива не более чем на 60-65%. В тоже время современные ПТУ-ТЭЦ ее используют на 85-90%, а выработку электроэнергии на базе отпускаемой теплоты имеют в два раза большую, чем на паротурбинных ТЭЦ.

Кроме того, поскольку экономия топлива на ТЭЦ определяется по сравненению с раздельной выработкой таких же количеств электроэнергии на современной КЭС, а теплоты – современными котельными, то достигнутый ими прогресс также снижает эту относительную экономию. В результате действия всех указанных причин, а также несовершенства тарификации и отсутствия должного учета фактически получаемой потребителями теплоты, им часто оказывается более выгодным создавать собственные котельные.

В зарубежных же странах строят так называемые мини-ТЭЦ, сочетая их работу с имеющимися городскими ТЭЦ, создавая для последних наиболее благоприятные режимы работы. Для этого, в частности, снижается максимальная температура нагрева на ТЭЦ сетевой воды в расчетный период до 80-85 0С, а ее дальнейший догрев переносится на мини-ТЭЦ потребителей. Таким образом сохраняется почти полная комбинированная выработка электрической энергии на базе отдаваемой потребителям теплоты и значительно уменьшаются ее потери.

Этому способствует и применение новых высококачественных, защищенных от коррозии труб магистральных теплопроводов, их тепловой изоляции, а также перевод турбин ТЭЦ на противодавленческий режим с понижением давления отборного пара.

Таким образом, зарубежный опыт показывает, что и в современных условиях теплофикация может обеспечить значительную экономию топлива. Можно рассчитывать на это и в обозримом будущем, поскольку на самых лучших ПТУ-КЭС коэффициент использования теплоты топлива (Кит) в ближайшие десятилетия не может превышать 60%, а на противодавленческих ПТУ-ТЭЦ он уже достигает 90%. В нынешних же условиях, когда КПД КЭС не превышает 45%, а КПД местных котельных достигает

49% теплофикация может обеспечивать до 30% экономии топлива.

Имеются также реальные возможности дальнейшего повышения надежности работы всей системы теплоснабжения городов, уменьшения ее капиталоемкости и количества сжигаемого в городах углеводородного топлива. Наиболее простыми для их

реализации при значительной эффективности являются следующие мероприятия.

1. Отказ от применения в магистральных тепловых сетях высоких температур и давлений сетевой воды, при ее догреве в тепловых центрах потребителей. Как показывает зарубежный опыт, тепловые потери в магистральных сетях при соответствующей теплоизоляции таким образом могут быть снижены в городских сетях до 2-3 %. Однако главным эффектом такой комбинированной схемы теплоснабжения является исключение опасности вскипания сетевой воды в верхних точках теплотрассы и снижение потребного давления воды в сети почти в 2 раза по сравнению с подачей ее в сеть в «перегретом» состоянии. Соответственно уменьшается расход электроэнергии на привод сетевых насосов. Кроме того, в таких системах магистральные сети можно строить из недорогих пластмассовых или чугунных труб, не подвергающихся коррозии и способных работать до 50-60 лет без замены.

2. Перевод городских паротурбинных ТЭЦ на круглогодичный нагрев только воды, используемой для горячего водоснабжения и компенсации ее утечек в сетях. При этом на ТЭЦ вода нагревается от ее температуры в открытых водоемах до 60-70 0С, что позволяет осуществ-лять ее двухступенчатый нагрев при давлениях отработавшего пара 10 и 30 кПа, т. е. достигнуть наибольшей удельной выработки электроэнергии на этой части теплопотребления города. Если учесть, что на горячее водоснабжение в европейской части РФ расходуется 40-50% годового теплопотребления, то годовая экономия топлива будет весьма значительной. Естественно, что при этом ТЭЦ необходимо догрузить, подключив к ней дополнительных потребителей горячей воды. Это можно сделать путем ее подачи в течение всего года в квартальные котельные, которые будут только использоваться для покрытия отопительной нагрузки. На летний период такие котельные должны останавливаться. Обеспечив таким образом почти постоянную тепловую нагрузку ТЭЦ в течение всего года, необходимо произвести надстройку паротурбинных блоков ТЭЦ газовыми турбинами, что позволит не только увеличить экономию топлива в системе, но и повысить маневренные свойства ТЭЦ.

3. Использование тепловых выбросов предприятий города в общей системе его теплоснабжения. Во многих городах работают круглогодично или сезонно производственные предприятия, имеющие промышленные печи или котельные для выработки технологического пара, а также различные технологические установки с большими тепловыми выбросами. Обычно теплота высокотемпературных выбросов частично используется на самих предприятиях, а низкотемпературные выбросы (при t = 50-60 0C) использовать там, как правило, не удается. Вместе с тем можно использовать эти выбросы для нагрева воды, направляя последнюю в городскую сеть в качестве подпитки открытой тепловой сети. Таким же образом можно использовать в течение всего года теплоту уходящих газов промышленных газотурбинных ТЭЦ, вырабатывающих технологический пар высокого давления. В

этом случае ГТУ-ТЭЦ подключается к существующей двухтрубной городской сети параллельно городской ТЭЦ или подключается к ее обратной линии. Соответственно уменьшается количество сжигаемого на ТЭЦ топлива. При этом в значительной степени повышается надежность теплоснабжения города и уменьшается количество вредных выбросов.

4. Частичное низкотемпературное теплоснабжение от загородных КЭС и ЭС при работе городских ТЭЦ только в отопительный период. Значительную экономию углеводородного топлива и уменьшение вредных выбросов в городах можно получить, если всю круглогодичную нагрузку горячего водоснабжения покрывать от загородных КЭС, работающих на твердом топливе или от удаленных АЭС. При этом сохраняется вся существующая городская сеть теплоснабжения, подпитка которой теперь будет производиться горячей водой от загородных теплоисточников. Сжигание топлива на ТЭЦ будет осуществляться только в отопительный период и только для покрытия отопительной нагрузки. Таким образом, загородные КЭС частично или полностью превращаются в теплоэлектро-централи с большой удельной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении. Поскольку подача горячей воды в город будет производиться по однотрубной

сети при температуре, не превышающей 70 0С, тепловые потери в сетях и расход электроэнергии на сетевые насосы будут невелики.

(Материал взят из книги Научнотехнический калейдоскоп Серия «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» — Шарапов В. И.)