ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / Energosberezhenie_2005

130

затраты энергии на водоподготовку. Потеря с уходящими газами при установке контактного теплообменника могут быть снижены до 2 %, а возможная экономия топлива может достигать 15 %.

Тепловые потери от химической неполноты сгорания топ-

лива q3 могут быть снижены:

-за счет обеспечения достаточного для горения количества воздуха и хорошего смешения его с топливом;

-использования острого дутья, особо рекомендуемое при сжигании каменных углей с большим выходом летучих соединений;

-снижения вязкости мазута путем подогрева до необходимой температуры и фильтрации его;

-модернизации газогорелочных устройств (правильно выбранные и установленные газовые горелки практически могут обеспечить полное отсутствие потерь от химической неполноты сгорания);

-подачи воздуха на горелку из зон с наиболее теплым воздухом;

-перевода котлов на автоматическое регулирование процесса горения для поддержания в заданных пределах соотношения

"топливо – воздух".

Эффективность процесса горения необходимо контролировать по содержанию О2 (или СO2) в дымовых газах.

Тепловые потери от механической неполноты сгорания q4

можно снизить:

-путем обеспечения эффективного смесеобразования, распыливания (для жидкого топлива);

-дробления крупных кусков и отсева мелочи (для твердого топлива);

-возврата в топку провала и уноса для их дожигания;

-острого дутья;

-правильного распределения воздуха по решетке.

Тепловые потери в окружающую среду q5 можно уменьшить:

-тепловой изоляцией котла, газоходов, нагретых трубопроводов;

-исключением режимов с повышением давлением в топке котла выше атмосферного;

-использованем тепловыделения от оборудования за счет поступления теплого воздуха в котел.

131

5.3.Система энергосберегающей автоматики паровой котельной

Система автоматизации котельных в настоящее время развивается за счет внедрения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов для насосов и вентиляторов, а также регуляторов, обеспечивающих те или иные заданные параметры режимов работы (давления, уровни, температуры и т.д.).

Функциональная схема такой системы показана на рис. 5.5.

Рис.5.5. Функциональная схема системы автоматического управления производством тепловой энергии в паровой котельной

Основным контуром регулирования в данной системе является контур подачи греющего пара на вход сетевого подогревателя СП в зависимости от требуемой температуры сетевой Тв (воды) на их выходе. Требуемая температура сетевой воды определяется по графику регулирования в зависимости от температуры наружного воздуха Тнв. При изменении температуры окружающей среды появляется рассогласование,

132

в результате которого регулятор РЕГ1 изменяет требуемый расход пара, отбираемого из парового коллектора ПК. Если температура наружного воздуха снижается, то на выходе регулятора требуемый расход пара увеличивается. В результате этого рассогласования регулятор воздействует на клапан КЗР1, открывая его и увеличивая подачу пара в теплообменник. В процессе разогрева сетевой воды система приходит к установившемуся равновесию при равенстве заданной и действительной температуры сетевой воды. В результате увеличения расхода пара происходит снижение давления в барабане котла Рб, изменяется его тепловой режим и производительность. При отмеченном снижении давления пара в регуляторе газа РЕГ2 появляется рассогласование с заданным Рзад и действительным давлением Рб. Клапан с электроприводом КЗР2 при появлении сигнала рассогласования во втором контуре изменяет подачу газа в топку таким образом, чтобы это рассогласование уменьшалось. Так, при оговоренном снижении давления пара на выходе котла подача газа в котел возрастает и увеличивает парообразование, в результате чего его давление восстанавливается до прежнего значения.

При увеличении паропроизводительности котла снижается уровень воды в верхнем барабане котла, фиксируемый датчиком Н. Чтобы его снижение не возбуждало снижения давления в барабане, необходимо поддерживать этот уровень постоянным и равным Нзад. При изменении уровня воды в барабане в регуляторе РЕГ3 появляется рассогласование, которое воздействует на преобразователь частоты ПЧ1, изменяющий частоту вращения электропривода питательного насоса.

Система регулирования подачи газа в топку котла должна быть дополнена контуром регулирования количества воздуха, подаваемого в котел вентилятором. Для поддержания требуемого коэффициента избытка воздуха необходимо подавать его в точном соответствии с расходом газа. Соотношение расходов газа и воздуха при постоянном сопротивлении газового и воздушного трактов может оцениваться соотношением давлений в соответствующих трубопроводах. Система управления вентилятором построена на основе сравнения требуемого значения давления воздуха, рассчитываемое регулятором РЕГ4, с его действительной величиной Pв. Требуемое значение давления воздуха определяется в зависимости от давления газа Pг в системе подачи его в топку котла. Если между требуемым давлением воздуха и его истинным значением появляется рассогласование, частотно-регулируемый электропривод ПЧ2 изменяет свою частоту вращения таким образом, чтобы это рассогласо-

133

вание уменьшилось до нуля. Тем самым обеспечивается приемлемое соотношение расходов “газ – воздух”.

Управление по режимным картам имеет ряд недостатков:

-наладка котла ведется лишь при ограниченном числе режимов работы (обычно 3-4);

-периодичность наладочных работ велика, из-за чего в режимных картах не отражаются изменения параметров работы котла в процессе эксплуатации;

-не учитывается влияние изменения температуры подаваемого в топку котла воздуха.

Постоянный контроль за составом дымовых газов на основе автоматических газоанализаторов позволяет построить систему автоматического регулирования соотношением «газ-воздух» с более высокой точностью и эффективностью.

Изменение объема продуктов сгорания в топке приводит к изменению разрежения в ней. Удерживать разрежение на минимально необходимом уровне должен контур регулирования РЕГ5 электропривода дымососа на основе ПЧ3. В этом контуре действительное разрежение по датчику Pp сравнивается с требуемым Ppзад, и, если они отличаются, формируется сигнал управления на изменение частоты вращения час- тотно-регулируемого электропривода дымососа.

В качестве регуляторов для реализации предлагаемой системы можно рекомендовать любые используемые в локальных системах автоматики котельной регуляторы. В роли исполнительных механизмов, обеспечивающих изменение давления газа в магистрали, можно использовать любые задвижки с электроприводом или автоматические клапаны.

Рассмотренная схема автоматического управления отличается от традиционных систем автоматики котельных установок использованием для регулирования расходов питательной воды, дутьевого воздуха и тяги из котла частотно-регулируемого электропривода на основе ПЧ вместо задвижек и шиберов.

Экономический эффект использования предлагаемой системы складывается из экономии электроэнергии на электропривод питательного насоса, вентилятора и дымососа (до 35 %), а также из экономии газа на получение тепловой энергии (до 5 %).

134

5.4.Система энергосберегающей автоматики водогрейной котельной

Принцип автоматизированного управления процессами производства тепла в типовой отопительной котельной с водогрейными котлами показан на рис.5.6. Котельная отпускает потребителям тепловую энергию на нужды отопления и горячего водоснабжения. На отопление горячая вода подается в тепловую сеть непосредственно из котлов. При центральном качественном регулировании тепловой нагрузки расход сетевой воды в системе отопления ОВ остается постоянным, а температура меняется в зависимости от температуры наружного воздуха. Подача воды на горячее водоснабжение ГВ ведется из бакааккумулятора при постоянной температуре на уровне 55 0С. В бакаккумулятор вода поступает из теплообменника (бойлера), обогреваемого горячей водой из котлов.

При наличии системы автоматики, поддерживающей необходимые параметры в обоих каналах (ОВ и ГВ), рациональной следует признать схему работы котлов с температурным графиком по системе отопления и регулированием расхода воды через теплообменник горячего водоснабжения. Чтобы сохранить количество теплоносителя в системе горячего водоснабжения и не нарушать гидравлического режима котлов, регулирование лучше производить с помощью трехходового клапана КЗР6 (рис.5.6). Управляется клапан регулятором РЕГ6, обеспечивающим соответствие заданной температуры воды в баке Тб,зад ее действительному значению Тб. Так, при увеличении температуры воды в баке трехходовой клапан КЗР6 уменьшит расход теплоносителя в теплообменнике, направляя его по байпасной линии.

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение, как правило, обеспечивается одним работающим котлом. Так как отпуск воды ведется из бака-аккумулятора, суточные колебания водоразбора не оказывают непосредственного влияния на работу котла.

С началом отопительного сезона появляется тепловая нагрузка на систему отопления, которая изменяется в очень широких пределах в зависимости от температуры окружающего воздуха. По мере сезонного снижения температуры окружающего воздуха количество работающих котлов увеличивается. К ведущему котлу постепенно подключаются ведомые котлы.

136

Рассмотрим работу системы автоматики при высокой наружной температуре, когда достаточно одного работающего котла. Температура теплоносителя на выходе в сеть ОВ регулируется подачей газа к горелкам работающего котла с помощью регулятора РЕГ2. Этот регулятор реагирует на отклонение температуры сетевой воды Тс от требуемого значения температуры и воздействует на исполнительный механизм, перемещающий задвижку автоматического клапана в газовой магистрали. Требуемое значение температуры рассчитывается регулятором по температурному графику, исходя из температуры окружающего атмосферного воздуха Tокрв. По величине давления газа на входе горелок Pг с помощью регулятора РЕГII устанавливается давление воздуха Pв, подаваемое в топку котла. В этом случае требуемое значение давления воздуха рассчитывается по датчику давления газа в соответствии с режимными картами. Необходимое разрежение в топке котла поддерживается аналогично с помощью регулятора РЕГI, обеспечивающего его соответствие режимным картам.

По линии рециркуляции осуществляется подмешивание горячей воды из котла к обратной воде. Это обеспечивает питание котла водой, стабильно подогретой до 70 0С. В состав линии рециркуляции входит насос РН с частотно-регулируемым электроприводом, управляемым регулятором РЕГ3. В качестве задания на этот регулятор выступает требуемое значение температуры воды на входе в котел. При расхождении заданного значения Тобр.зад с реальным Тобр насос изменяет свою частоту вращения, обеспечивая такой расход, при котором будет устраняться это рассогласование. При снижении температуры в обратном трубопроводе насос увеличивает свою частоту вращения и количество перекачиваемой воды, а при увеличении температуры, наоборот, снижает частоту вращения и количество перекачиваемой воды.

Чтобы сохранить гидравлический режим тепловой сети и котлов, необходимо скомпенсировать изменение расхода в линии рециркуляции встречным потоком из обратного трубопровода в прямой трубопровод тепловой сети ОВ по линии подмешивания. В линии подмешивания устанавливается автоматический клапан КЗРп, который управляется с помощью регулятора РЕГп, поддерживающего постоянство давления на выходе воды в тепловую сеть Pп=Pп,зад.

Работа системы автоматики при включении второго котла при снижении температуры наружного воздуха Токр.в существенно не меняет своего характера. В этом случае регулированием котельного агрега-

137

та (ведомого), не работающего ранее, поддерживается значение температуры на его выходе Т2 в соответствии с температурой Т3 на выходе ранее работающего на отопление котла (ведущего), в свою очередь, регулирующего температуру сетевой воды Tс на выходе из котельной.

При дальнейшем снижении температуры окружающего воздуха в работу включается третий котел (ведомый), температура на выходе которого Т1 регулируется по датчику температуры на выходе ведущего котла Т3.

Всистеме горячего водоснабжения существует локальная система управления сетевым насосом с помощью частотно-регулируемого

электропривода ПЧГВС. Система обеспечивает режим работы с постоянным давлением PГВС на выходном трубопроводе. Это давление должно обеспечивать подачу горячей воды наиболее удаленным потребителям. При снижении разбора воды, например в ночные часы,

требуемое значение выходного давления PГВС, зад целесообразно снижать, тогда система будет уменьшать частоту вращения двигателя насоса ГВС, снижая тем самым потребление электроэнергии из сети.

Экономический эффект использования предлагаемой системы, как

ив случае паровой котельной, складывается из экономии электроэнергии на электропривод вентилятора, дымососа и насоса ГВС (до 35 %), а также из экономии газа на получение тепловой энергии (до 5 %). Использование линии рециркуляции позволяет получить дополнительный экономический эффект от повышения коэффициента полезного действия котла при отсутствии расходов тепловой энергии на конденсацию пара в газоходах.

Взаключение необходимо отметить актуальность экономии природного газа на котельных г. Брянска и Брянской области, связанную с тем, что природный газ, поступающий в наш регион, расходуется в основном на производство тепла в котельных жилищно-коммунального хозяйства и промышленных предприятий.

Произведенную тепловую энергию, как и другие виды энергии, необходимо доставить к потребителю с минимальными потерями. Основы энергосбережения при передаче различных видов энергии по инженерным сетям (электрическим, тепловым, водопроводным и т.д.) рассматриваются в следующей главе.

138

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.В чем заключается материальный баланс горения природного газа?

2.Каким образом в котлах регулируется подача воздуха в топку и разрежение в газоходах?

3.Какие параметры паровых котлов регулируются в процессе его работы?

4.Какие регулируемые параметры у водогрейной котельной?

5.Какие функции выполняет деаэратор?

6.Почему подогревают воду, поступающую в деаэратор?

7.Зачем производят продувку котла?

8.Как регулируется температура воды, поступающей в тепловую сеть?

9.Какой должны быть температура воды в системе горячего водоснабжения?

10.Почему отпуск тепловой энергии от котельных наиболее эффективен при высоких температурах теплоносителя?

11.Каково назначение линии рециркуляции у водогрейных котельных?

12.Зачем при наличии линии рециркуляции на котельной делают еще одну регулируемую линию подмеса обратной воды в прямой трубопровод?

13.Какие составляющие тепловых потерь наблюдаются при производстве тепловой энергии в котельных?

14.На какие потери существенное влияние оказывает коэффициент избытка воздуха?

15.Какими способами контролируют эффективность процесса горения природного газа в котельных агрегатах?

16.Какие параметры паровой котельной целесообразно регулировать с помощью частотно-регулируемого асинхронного электропривода?

17.Какие параметры паровой котельной регулируются с помощью запорно-регулирующих клапанов?

18.Каким образом в водогрейной котельной производится регулирование температуры воды, подаваемой в тепловую сеть?

19.Как осуществляется регулирование подачи воды в трубопроводе рециркуляции водогрейной котельной?

139

ГЛАВА 6

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ

Инженерное обеспечение города состоит из систем водо-

снабжения, канализации, электро-, газо- и теплоснабжения.

Перечисленные системы, хотя и не исчерпывают перечень имеющихся в городах сетей и устройств (не рассматриваются теле- и радиолинии, пневмосистемы, продуктопроводы и т. д.), но формируют до 90 % всех затрат по инженерному обеспечению объектов.

Система водоснабжения – комплекс сооружений, обеспечивающий забор воды из источника, очистку, хранение и подачу к местам потребления.

В Российской Федерации 98 % городов и 84 % поселков городского типа имеют системы централизованного водоснабжения. Мощность водопроводов достигла 90 млн м3/сут., дефицит составляет более 14 млн м3/сут. За счет мероприятий по энергосбережению можно сэкономить до 15 % холодной воды, покрыв тем самым, существующий дефицит без строительства дополнительных мощностей.

Системы водоотведения стоков (канализации) – совокуп-

ность инженерных сетей и сооружений, служащих для приема жидкостей, их транспортировки к очистным сооружениям, очистки и обеззараживания, сброса очищенных вод в водоемы и утилизации полезных веществ в осадке.

Как и в случае с водопроводом, большие проблемы в канализационном хозяйстве составляют протечки и разрушения трубопроводов.

Система теплоснабжения городов – комплекс сооружений,

обеспечивающих теплом и горячей водой жилые дома, промышленные и коммунальные объекты. Она состоит из теплогенерирующей установки, тепловой сети для транспортировки энергоносителя к потребителю, тепловых пунктов и местных систем потребителей теплоты.

Протяженность тепловых сетей в двухтрубном исполнении в целом по Российской Федерации составляет свыше 200 тыс км. Ежегодный износ теплотрасс составляет 15 %, а потери тепла в них до 20 %, что эквивалентно расходу 25 млн т условного топлива в год.