книги из ГПНТБ / Кулоян, Л. Т. Тепло- и холодоснабжение в условиях теплого климата (на примере Армянской ССР)

Некоторая централизация теплоснабжения и здесь может быть достигнута на базе использования вторичных энергоре­ сурсов, являющихся обязательными спутниками высокотем­ пературных процессов. Так как централизация теплоснабже­ ния прежде всего связана с транспортом и распределением тепла, то чем выше температура н ниже плотность теплоно­ сителя (горячие газы), тем менее экономичен его транспорт и, следовательно, распределение на значительной площади.

Транспорт и распределение высокотемпературных газов для целей теплоснабжения могут оказаться экономически выгодными только в отдельных специфических случаях.

Таким образом, централизация теплоснабжения может в значительных масштабах внедряться только для средне- и низкотемпературных процессов, когда теплоносителем явля­ ется пар или горячая вода.

Масштабы централизованного теплоснабжения в данном районе зависят, прежде всего, от доли средне- и низкотемпе­ ратурных процессов в суммарном теплопотреблении, а также от вида используемых энергоносителей.

Централизация теплоснабжения может осуществляться либо путем концентрации производства тепла в более или менее мощных котельных установках, либо на базе теплоэлек­ троцентралей. Источники теплоснабжения, тепловые сети и

в значительной мере зависит от степени и масштабов центра­ лизации теплоснабжения.

Таким образом, в более широком аспекте источниками централизованного теплоснабжения могут быть групповые и квартальные отопительные котельные, районные котельные, производственно-отопительные котельные, промышленные ко­ тельные и, наконец, тепловые электростанции (в основном ТЭЦ). Групповые (как и домовые) отопительные котельные оборудуются в основном чугунными водогрейными котлами с температурой подогрева воды не выше 115°С. В последнее время наибольшее распространение получили котлы «Энер­ гия» и «Тула», теплопроизводительность которых в зависи­ мости от числа секций колеблется в пределах 0,3 — 1,0 Гкал/ч (для газового и жидкого топлива).

Квартальные котельные оборудуются в основном паро­ выми котлами типа ДКВР на давление пара 14 ата и номи­ нальной производительностью в зависимости от типоразмера— 2,5 — 20 т/ч. При работе на жидком и газообразном топливе производительность повышается в 1,2 Ц- 1,5 раза.

Мощность таких котельных в зависимости от числа кот­ лов, вида топлива и других факторов может достигнуть по­ рядка 20—40 Гкал/ч. Из-за нецелесообразности применения в

02

руется, кроме всего прочего, также числом установленных котлов ДКВР. В связи с этим в последние годы организован серийный выпуск паровых котлов ДКВР производительностью 35 т/ч. На экономические показатели таких котельных отри­ цательно сказывается также необходимость создания бойлер­ ного узла для подготовки горячей воды.

Строительство большого количества групповых и квар­ тальных котельных в быстро растущих городах страны, кроме экономического ущерба, создает также большие трудности в рациональном архитектурном оформлении микрорайонов и районов города, приводит к загрязнению воздушного бассей­ на особенно при сжигании твердого топлива. Обеспечение этих котельных обслуживающим персоналом часто требует больших усилий, особенно в последние годы.

Однако для небольших городов сооружение групповых и квартальных котельных, работающих на газообразном и жид­ ком топливе, остается пока наиболее приемлемым способом централизации теплоснабжения.

В отдельных случаях для сравнительно крупных городов первым этапом централизации теплоснабжения является со­ оружение таких котельных, особенно, если оно совпадает с периодом газификации города. В дальнейшем переход на этой базе к более совершенным методам централизации тепло­ снабжения может значительно облегчиться.

Районные котельные, сооружение которых началось не­ давно, базируются в основном на мощные водогрейные котлы типа ПТВМ номинальной теплопроизводительностью 30, 50,

ному расходу топлива мало уступают энергетическим котлам ТЭЦ. Однако при сжигании мазута, особенно низкокачествен­ ного, энерго-экономические показатели котлов ПТВМ ухуд­ шаются (снижение производительности на 15%25%). Просто­ та конструкции и возможность полуоткрытой компановки котлов ПТВМ приводят к значительной экономии материалоз и капиталовложений. В результате по сравнению с кварталь­ ными котельными удельные капиталовложения на сооруже­ ние крупных районных котельных могут снижаться в 1,4-ф- 2,0 раза. Благодая высокой энергетической эффективности и срав­ нительно небольшим расходам энергии на собственные нуж­ ды себестоимость отпущенного от районных котельных тепла на 20—25% ниже, чем от квартальных (при одинаковой стои­ мости топлива, электроэнергии и т. д.). Однако сжигание з

63

этих котлах только высококачественных видов топлива су­ щественным образом препятствует их широкому применению

вцелях создания мощных теплоснабжающих систем. В связи

сэтим прилагаются большие усилия для доработки модерни­

зированных конструкций котлов ПТВМ на твердом топливе

иналаживания их серийного выпуска.

Впромышленных и производственно-отопительных ко­

тельных широко используются также паровые котлоагрегаты типа ДКВР на давление 14,24 и 40 ата, как и более мощные котлоагрегаты Белгородского завода производительностью 50 т/ч пара (ГМ—50—14 и т. д.) и другие.

На уровне 1970 г. теплоэлектроцентралями, промышлен­ ными и крупными отопительными котлами (производитель­ ностью порядка 20 Гкал в сутки и выше) было покрыто 68% суммарного теплопотребления СССР (около 1,3 млрд. Гкал, [Л. 23]). К 1975 г. удельный вес централизованного тепло­ снабжения достигнет 72,8% [Л. 23].

§ 2—2. Энерго-экономическая эффективность централизации теплоснабжения

На производство тепловой энергии затрачивается почти 40% всего топлива, расходуемого в СССР. По данным [Л. 23]. с переходом на централизованное теплоснабжение расход условного топлива для производства тепла снижается при­ мерно на 10—15%.

Таким образом, энергетическая эффективность централи­ зации теплоснабжения, как правило, не вызывает сомнений и отражает фактически ожидаемое повышение к. п. д. котель­ ных установок, связанное также с увеличением их мощностей. В настоящее время к. п. д. децентрализованных индивидуаль­ ных тепловых установок л* пока значительно отстает от та-

ковых для мощных централизованных источников тепловой

'Сот-

энергии п«от, отношение—т г -= 1,1 ~г 1,3- Однако увеличение

^КОТ

мощности источников теплоснабжения связано также с уве­ личением потерь тепла при его транспорте и распределении. Поэтому фактическое отношение нетто к. п. д. котельных уста­ новок (т. е. по отпускаемому потребителям теплу) будет не­ сколько меньше.

Экономия топлива, вызванная концентрацией производ­ ства тепловой энергии, оказывает благотворное влияние на ТЭБ данного района и страны в целом. Она может оказаться значительно более высокой, чем это следует из сравнения ве­ личин п^от и т)“от, характеризующих только процесс генера­

ции тепла.

64

Концентрация производства тепла и централизация теп­ лоснабжения, сокращая потери при хранении и распределе­ нии топлива, создает благоприятные условия для повышения уровня топливоиспользования в целом. Поэтому энергетиче­ скую эффективность централизации теплоснабжения правиль­ нее будет характеризовать коэффициентом использования топлива, К ” р, учитывающим все потери от добычи топлива до использования тепла. При использовании таких качественных видов топлива, как горючие газы, сумма потерь, связанных с их добычей, транспортом, хранением и генерацией тепла, может оказаться почти одинаковой, независимо от выбран­ ного источника теплоснабжения. В этих условиях потери при транспорте и распределении тепловой энергии при централи­ зованном теплоснабжении могут значительно превосходить потери, связанные с распределением топлива (особенно зна­ чительные для горючих газов) при индивидуальном тепло­ снабжении и таким образом сравнительная энергетическая эффективность централизации теплоснабжения может ока­ заться низкой. Таким образом, если не учитывать влияние режима топливоиспользования, что особенно важно для при­ родного газа, то можно установить, что энергетическая эф ­ фективность централизации теплоснабжения в основном зави­ сит от сравнительных потерь при распределении топлива и тепла.

Обычно в мелких, индивидуальных тепловых установках сжигается более качественное топливо, чем в крупных источ­ никах теплоснабжения. В таких случаях должны сравнивать­ ся величины К тиэр для данных конкретных видов топлива, а

сравнительную экономию условного топлива, вызванную цен­ трализацией теплоснабжения, определить из уравнения:

А Вэк - 0,143 Q,-од ) ' «У - т/год ( 2— 1)

тде Qi-од — годовая тепловая нагрузка, Гкал;

КиЭ£ и К™„Р — коэффициенты использования топлива в

централизованном и индивидуальном ис­ точниках теплоснабжения.

Очевидно, чем дороже топливо, т. е. чем выше стоимость сэкономленного топлива, тем более эффективной окажется

централизация теплоснабжения. Однако в районах с ограни­ ченными топливными ресурсами и тяжелыми условиями топ­ ливоснабжения часто абсолютная экономия топлива имеет важное значение независимо от ее фактической стоимости. Этим хочется подчеркнуть, что не всегда стоимость топлива полностью отражает «тяжесть» топливоснабжения или успе­ вает изменяться в соответствии с изменившимися условиями

6 5

топливоснабжения. В этом смысле наиболее важной экономи­ ческой категорией являются удельные расчетные затраты на топливо, определяемые через капитальные вложения и экс­ плуатационные расходы на его добычу и транспорт, кд.т и Эд.т согласно выражения:

З т = Эд.щ ---------’ ру бjin у т.

где т — срок окупаемости капиталовложений.

Если стоимость топлива действительно соответствует удельным расчетным затратам, то она превращается в важ­ ный экономический фактор, сильно влияющий на выбор опти­ мальной схемы теплоснабжения и тем самым на оптимизацию топливно-энергетического хозяйства.

В настоящей работе под стоимостью топлива ст понима­ ются удельные расчетные затраты з т- Обе они будут использо­ ваны как эквивалентные понятия.

Энергетическая эффективность централизации теплоснаб­ жения фактически приводит к экономии того топлива, которое по экономическим соображениям является менее желатель­ ным для данного периода времени и, таким образом, вытесняясь первым, з а м ы к а е т топливно-энергетический баланс страны или экономического района.

Появление такого замыкающего топлива обусловлено ог­ раниченностью наиболее экономичных энергоресурсов.

Основными показателями замыкающего топлива являют­ ся не только сравнительно высокие расчетные затраты на его добычу и транспорт, но и наличие таких его запасов и качест­

венных характеристик, которые позволили бы увеличить, сверх предусмотренного топливным балансом, размеры добычи и удовлетворить нужды наиболее крупных потребителей (при­ чем и за пределами района месторождения топлива).

В связи с этим, а также учитывая, что одновременно могут существовать несколько источников замыкающего топлива, предлагается [Л. 24] в перспективных энергоэкономических расчетах, касающихся, в частности, и оптимизации схем энер­ госнабжения, использовать м е т о д з а м ы к а ю щ и х з а ­

т р а т на т о п л и в о и э л е к т р о э н е р г и ю .

Замыкающие затраты на топливо определяются на осно­ вании действительных схем топливных потоков и представ­ ляют из себя дополнительные расчетные затраты по всему топливно-энергетическому хозяйству, вызванные увеличением размеров потребления топлива. Они дифференцируются по видам топлива (с учетом режима топливопотребления), тер­ ритории и этапам расчетного периода.

В простейшем случае замыкающие затраты на топливо Фт определяются выражением [Л. 24]

66

.замыкающее топливо используется в последнюю очередь и с минимальным экономическим эффектом.

Учитывая, что замыкающие затраты на топливо и элек­

но было под величинами чт и и3 понимать не просто к.п.д. потребителей, а интегральные коэффициенты использования рассматриваемого и замыкающего топлива у замыкающих

топлива, начиная с его добычи и кончая генерацией конечной энергии.

По данным [Л. 24], для Закавказского экономического района замыкающие затраты на топливо в 1973—1979 гг. со­

является районом дорогого топлива.

В соответствии с изложенной методикой стоимость сэко­ номленного в связи с централизацией теплоснабжения топли­

67

Вц — годовой расход топлива, соответственно прк

децентрализованном и централизованном теп­ лоснабжении, т/год.

Если в данном районе все источники теплоснабжения используют один и тот же вид топлива, то Д З=Д В <ртруб/год.

При заданных величинах расчетных тепловых нагрузок Q р и теплоплотности q для данного города или его отдельных районов выбор оптимальной степени централизации тепло­

снабжения сводится часто к выбору числа и мощности источ­ ников теплоснабжения.

Если ориентировочно считать, что для данной системы теп­ лоснабжения уровень теплоиспользования и затраты, связан­ ные с непосредственным потреблением тепла у абонентов, не зависят от степени централизации теплоснабжения, то эконо­ мически целесообразная величина последней будет опреде­ ляться сравнением расчетных затрат на источники тепла и тепловые сети. Между последними имеется известная связь. Для оптимальной теплоснабжающей системы эта связь выра­

но зависит от расчетных тепловых нагрузок Qp и теплоплот­ ности q. При более или менее равномерной в территориальном отношении тепловой нагрузке, обычно чем больше значение Q p при заданной теплоплотности, тем большим оказывается и радиус теплоснабжения R и, наоборот, чем больше значение q при заданной Q p, тем меньшей будет величина R. Обычноудельные капиталовложения теплоснабжающей системы, от­ несенные к 1 Гкал/ч расчетной тепловой нагрузки, снижаются с увеличением мощности источника тепла (котельные, ТЭЦ) и,, наоборот, повышаются с увеличением величины R, т. е. с раз­ витием тепловых сетей. Поэтому оптимальная мощность ис­ точника теплоснабжения определяется минимизацией сум­

(рис. 2—1). Таким образом, оптимальная мощность источника

оптимальность выбранной теплоснабжающей системы в целом. Затраты, связанные с сооружением источника теплоснаб­ жения, слабо зависят от местных природных условий. Можно,, например, полагать, что в условиях теплого климата имеются' большие возможности для сооружения котельных открытой компановки. Затраты на сооружение тепловых сетей в значи­ тельной степени зависят от природных и вообще местных ус­

ловий (см. § 2—4).

Влияние климатических факторов в первую очередь отра­ жается через величины теплоплотности и числа часов исполь-

68

зования максимума тепловой нагрузки Ьц. Строительство

многоэтажных и высотных зданий, широкое внедрение легких ограждающих конструкций, развитие горячего водоснабже­ ния, а в ближайшем будущем и кондиционирования воздуха на базе тепловой энергии, значительно повышают перспектив­ ность централизации теплоснабжения в условиях теплого климата.

Для городов и промышленных узлов южных районов бо­ лее целесообразным может оказаться создание источников теплоснабжения со смешанной тепловой нагрузкой. Такие теп­ лоснабжающие системы, одно­

такой характер в районах южных городов с преобладающей промышленной нагрузкой.

В некоторых случаях сооружаются специальные производ­ ственно-отопительные котельные для отдельных микрорайо­ нов города. Объединение промышленных и жилищно-комму­ нальных потребителей тепла в общую теплоснабжающую сис­

тему, целесообразно особенно в тех случаях, когда в промыш­ ленной тепловой нагрузке доминируют процессы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Однако в этих слу­ чаях степень централизации теплоснабжения обычно ограни­ чена территориальными рамками промышленного и промыш­ ленно-жилого микрорайонов.

Отметим также наконец, что результаты расчетов приво­ дят иногда к парадоксальному выводу, а именно— эффектив­ ность централизованного теплоснабжения от котельных ока­ зывается не зависящей от климатических и других местных условий. Такой результат является следствием наличия фак­ торов, оказывающих взаимно-противоположное влияние на эффективность централизованного теплоснабжения. Поэтому

отрицание на основании таких расчетов влияния местных фак­ торов является ошибочным.

69

смысле надежность тепловых сетей в основном обусловливает надежность теплоснабжающей системы в делом. С т а т и с т и ­ ч е с к а я и н ф о р м а ц и я об авариях и повреждениях самих

точки зрения получения вероятностных характеристик [Л. 27] по качеству. Специальные же статистические испытания (на стендах, полигонах и пр.), воспроизводящие в этих же целях условия эксплуатации, можно с успехом применять почти для всех элементов оборудования тепловых сетей, кроме самих теплопроводов. По всем этим причинам оценка надежности систем теплоснабжения может иметь только сравнительный характер.

Для такой оценки предлагается использовать у с л о в н о ­ в е р о я т н о с т н у ю методику [Л. 27], которая дает возмож­ ность с помощью быстродействующей ЭЦВМ решать задачи оптимального резервирования для систем теплоснабжения (источники и тепловые сети). Конечной целью этой и всех других подобных упрощенных методик является выбор такого оптимального варианта систем теплоснабжения, который удовлетворяет принятым н о р м а м н а д е ж н о с т и и тре-. бует минимальных расчетных затрат на р е з е р в и р о в а ни е-

Принятые нормы надежности включают как нормы допу­ стимого снижения отпуска тепла в период аварии (с учетом категории потребителей), так и вероятностные нормы надеж­ ности расчетного и пониженного теплоснабжения. Норма до­ пустимого снижения отпуска тепла ф; зависит не только от

самого узла присоединения потребителей «i», места аварии, длительности восстановительного периода и т. д., но и от мно­ гих местных условий: климатических, архитектурно-строи­ тельных (теплоинерционность зданий), социальных и т. д. ■

Нормы надежности расчетного (100 %-ного) и понижен­ ного (ф%-ного) теплоснабжения (т. е. вероятности безотказ­ ного отпуска максимального и пониженного количества теп­ ла) позволяют оценить влияние резервирующих мероприятий на надежность работы заданного узла (снижение в расчетном и повышение в аварийном режимах). Эти мероприятия долж­

надежности. Некоторые данные по этим характеристикам, как и ряд расчетных зависимостей, приведены у М. К. Такайшвили и В. Я- Хасилева [Л. 27]. Развитие методик расчета

71,