Разработка рекомендаций по повышению эффективности работы тепловых сетей

Рисунок 3.12 - Балансы тепловой мощности и перспективной тепловой нагрузки котельной ДРСУ

Для приведения финансовых параметров проекта к ценам соответствующих лет применены индексы роста цен и тарифов на топливо и энергию, приведенные в прогнозе социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года, разработанном Минэкономразвития РФ от 08.11.2013 г.

Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года базируется на сценарных условиях прогноза долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 года с учетом параметров прогноза социально-экономического развития Российской Федерации на 2016 год и плановый период 2017 и 2018 годов, а также подготовленных на их основе прогнозных материалах федеральных органов исполнительной власти и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации. [24, 25]

Рассмотрены три варианта сценария социально-экономического развития в долгосрочной перспективе - консервативный, инновационный и целевой (форсированный).

Консервативный сценарий (вариант 1) характеризуется умеренными долгосрочными темпами роста экономики на основе активной модернизации топливно-энергетического и сырьевого секторов российской экономики при сохранении относительного отставания в гражданских высоко- и среднетехнологичных секторах.

Инновационный сценарий (вариант 2) характеризуется усилением инвестиционной направленности экономического роста. Сценарий опирается на создание современной транспортной инфраструктуры и конкурентоспособного сектора высокотехнологичных производств и экономики знаний наряду с модернизацией энерго-сырьевого комплекса.

Целевой (форсированный) сценарий (вариант 3) разработан на базе инновационного сценария, при этом он характеризуется форсированными темпами роста, повышенной нормой накопления частного бизнеса, созданием масштабного несырьевого экспортного сектора и значительным притоком иностранного капитала.

Для оценки эффективности инвестиций в развитие системы теплоснабжения Подпорожского городского поселения в расчеты заложены индексы роста цен по консервативному сценарию (наихудший вариант).

Ставка дисконтирования принята в расчетах 10 %.

Вывод к главе 3:

В данной главе был проведен расчет показателей надежности системы теплоснабжения Подпорожского городского поселения. Оценены финансовые потребности для осуществления строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой энергии и тепловых сетей.

Также были проведены расчеты эффективности инвестиций, ценовых последствий для потребителей при реализации программ строительства, реконструкции и технического перевооружения систем теплоснабжения. Представлены перспективные балансы тепловой мощности источников тепловой энергии и тепловой нагрузки и даны расчеты по каждому источнику тепловой энергии нормативных запасов аварийных видов топлива.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО ПУНКТА

Внедрение комплексной автоматизации теплового пункта предполагает автоматизацию всех систем с целью создания оптимальных эксплуатационных режимов при одновременном поддержании требуемых температур воздуха в отапливаемых зданиях и получения максимально возможной экономии энергоресурсов.

Преимущества автоматизированного теплового пункта:

· Сокращение общей длина трубопроводов тепловой сети;

· Капиталовложения в тепловые сети, а также расходы на строительные и теплоизоляционные материалы снижаются на 20-25%;

· Расход электроэнергии на перекачку теплоносителя снижается на 20-40%;

· Экономия тепловой энергии составляет около 20-30%;

· За счет автоматизации регулирования отпуска тепла конкретному абоненту (зданию) экономится до 15% тепла на отопление;

· Потери тепла при транспорте горячей воды снижаются в два раза;

· Значительно сокращается аварийность сетей, особенно за счет исключения из теплосети трубопроводов горячего водоснабжения;

· Так как автоматизированные тепловые пункты работают «на замке», значительно сокращается потребность в квалифицированном персонале;

· Автоматически поддерживаются комфортные условия проживания за счет контроля параметров теплоносителей: температуры и давления сетевой воды, воды системы отопления и водопроводной воды; температуры воздуха в отапливаемых помещениях (в контрольных точках) и наружного воздуха;

· Оплата потребленного каждым зданием тепла осуществляется по фактически измеренному расходу за счет использования приборов учета;

· Появляется возможность существенно снизить затраты на внутридомовые системы отопления за счет перехода на трубы меньшего диаметра, применение неметаллических материалов. [26]

Автоматика АГАВА для автоматизации тепловых пунктов [жилых зданий] обеспечивает:

1. Автоматическое регулирование подачи теплоты в систему отопления и вентиляции по температурному графику (в зависимости от температуры наружного воздуха) с возможностью суточной коррекции графика (снижения температуры отопления в ночное время) и коррекцией для выходных и праздничных дней. Возможность принудительной смены режимов отопления по сигналу с дискретного входа. Ускоренный прогрев здания после энергосберегающего режима. Регулирование режима теплопотребления с учетом аккумулирующей способности здания и его ориентации по сторонам света. Возможность ручного регулирования.

2. Автоматическое поддержание температуры контура горячего водоснабжения в соответствии с заданной установкой с возможностью суточной коррекции. Возможность ручного управления.

3. Управление циркуляционными насосами с защитой от сухого хода. Контроль наличия потока в трубопроводе. Переключение между насосами с заданным периодом для равномерной наработки.

4. Управление подпиточным насосом для автоматического поддержания давления в системе отопления. Автоматика производит постоянное измерение давления в системе отопления, и в случае понижения давления ниже заданной установки производит включение насоса подпитки. Возможность ручного управления подпиткой.

5. Автоматическое поддержание температуры обратной воды. Отработка графика температуры обратной воды в зависимости от температуры наружного воздуха или температуры прямой воды (защита от завышения и занижения температуры обратной воды).

6. Сигнализацию об аварийных и нештатных ситуациях.

7. Хранение в памяти контроллера нескольких вариантов настройки под разные режимы работы.

8. Ведение журнала действий персонала, архива технологических параметров.

9. Передачу технологических параметров теплового пункта в системы диспетчеризации по проводным и беспроводным каналам связи.

10. Встроенный электронный регистратор.

11. «Черный ящик» - детальный архив событий, предшествующих возникновению аварийной ситуации.

Экономическая эффективность автоматизации теплового пункта. Основные факторы экономии:

· Снижение температуры воздуха в помещениях в часы отсутствия там людей - ночное время и выходные дни (для административных и производственных зданий). Это, примерно, 10-30% экономии.

· Снятие вынужденных избыточных расходов тепла в переходные, межсезонные периоды (как для жилья, так и для административных или производственных объектов отопления). Применение регулирования температуры СО на АТП позволяет сэкономить от 30 до 40% в эти периоды. С учетом кратковременности данных периодов доля экономии в годовом теплопотреблении составляет порядка 2-6%.

· Снятие влияния на потери тепла инерции ТС - данный фактор наиболее эффективен при подключении ТП к крупным ТС, например, сетям от ТЭЦ (как для объектов ЖКХ, так и для административно - промышленных объектов). Экономию по данному фактору можно оценить только ориентировочно - порядка 3-5% от общего объема теплопотребления.

· Экономический эффект за счет применения графика качественного регулирования и поддержания постоянства расхода (постоянства перепада давления) в СО (как для жилых, так и для административных и производственных объектов). Применение данного фактора позволяет экономить около 4% годового теплопотребления.

· Учет при управлении температурой отопления тепловых тепловыделений (для жилья). Применение специальных алгоритмов для жилых зданий может позволить сэкономить до 7% общего теплопотребления для этих зданий. Реализовать данный график возможно только на индивидуальном АТП.

· Возможность нормированного снижения нагрузки на отопление в часы максимальной нагрузки на горячее водоснабжение (для жилья). Это позволяет дополнительно добиться 1-3% экономии.

· Коррекция температурного графика по фактической производительности приборов отопления и с учетом мероприятий по энергосбережению архитектурно - строительного характера (как для жилья, так и для административно - производственных объектов). Эффект экономии от автоматизации в данном случае может составить в пределах 7-15%.

· Суммарная средняя экономия от внедрения АТП: для жилых зданий составляет от 20 до 40% от общего объема теплопотребления, а для объектов административного и производственного назначения от 25 до 60%.

При анализе окупаемости необходимо сравнить данные по ожидаемой экономии со стоимостью оборудования АТП. Стоимость оборудования ТП в значительной степени зависит от технических условий присоединения.

При оценке окупаемости необходимо учитывать тот факт, что стоимость оборудования для автоматизации теплового пункта хотя и увеличивается с увеличением мощности, однако не пропорционально. Следовательно, наиболее актуальными с точки зрения сроков окупаемости являются более мощные ТП. При прочих равных условиях наиболее выгодным, т. е. наименее дорогостоящим является автоматизация объектов, присоединенных по зависимой схеме, работающих по повышенному температурному графику в условиях бездефицитного теплоснабжения. Кроме того, цены на узлы ввода, узлы учета тепловой энергии, узлы присоединения систем отопления, вентиляции и ГВС не совсем корректно включать в расчет окупаемости, поскольку они являются неотъемлемой частью любого теплового пункта вне зависимости от того автоматизирован он или нет. [27, 28, 29]

Типовые схемы

Рисунок 4.1 - Одноступенчатая схема ГВС и отопление по независимой схеме

Рисунок 4.2 - Одноступенчатая схема ГВС и отопление по зависимой схеме

Рисунок 4.3 - Двухступенчатая схема ГВС и отопление по зависимой схеме с управлением подмесом

На рисунках 4.1-4.2 для движения теплоносителя в системе используется циркуляционный насос. Его параметры (напор и расход) подбираются под параметры системы, по ее сопротивлению и потере давления. Данный насос работает в течении всего отопительного периода с постоянным потреблением мощности на одной частоте вращения. Данные схемы являются наиболее надежными и распространенными на практике, но одновременно не экономичными с точки зрения потребления электрической энергии.

Отдельного внимания заслуживают схемы отопления, для которых движение теплоносителя в системе происходит за счет перепада давления теплосети, к которой присоединяется система отопления. Тепловой пункт по схеме, изображенной на рисунке 4.3, работает следующим образом: контроллер, в зависимости от температуры наружного воздуха, формирует установку температуры частотному преобразователю, которую необходимо поддерживать на подаче в систему отопления. Далее частотный преобразователь при помощи встроенного ПИД-регулятора поддерживает эту температуру, снижая или увеличивая скорость вращения насоса, установленного на линии подмеса. Для данной схемы необходимо наличие обратного клапана на подаче из теплосети для обеспечения возможности работы насоса с частотой вращения близкой к номинальной.

К явным плюсам схемы, изображенной на рисунке 4.3, относительно остальных можно отнести следующие моменты:

1. Отсутствие дорогостоящего двухходового или трехходового клапана, вместе с электроприводом;

2. Дополнительная экономия электрической энергии при использовании частотного преобразователя, так как частота, с которой работает насос в процессе эксплуатации, меньше или равна номинальной;

3. Увеличение ресурса насоса;

4. Большая свобода в выборе мощности насоса;

5. Меньшая зависимость от перепада давления воды на входе ТП;

6. Стабилизация расхода теплоносителя в сети;

7. Независимость давления в сети от температуры подающей воды.

Состав комплекта:

1. Шкаф КИПиА;

2. Комплект термосопротивлений (Температура воды на входе/выходе, температура наружного воздуха, температура теплоносителя в систему отопления, температура воды в систему ГВС);

3. Комплект датчиков давления (давление воды в системе отопления, давление воды в системе ГВС);

4. Возможна дополнительная комплектация датчиками расхода, давления воды на входе, тепловычислителем. [30, 31, 32]

Таблица 4.1 Метрологическая карта средств измерения теплового пункта

Таблица 4.2 Спецификация средств измерения теплового пункта

Вывод к главе 4

В данной главе были выделены преимущества и эффективность автоматизации теплового пункта. Внедрение комплексной автоматизации теплового пункта предполагает автоматизацию всех систем с целью создания оптимальных эксплуатационных режимов при одновременном поддержании требуемых температур воздуха в отапливаемых зданиях и получения максимально возможной экономии энергоресурсов.

5. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

В настоящее время с увеличением мощностей промышленных объектов, концентрацией жилых и общественных зданий вопросы охраны окружающей среды приобретают важное значение.

5.1 Вещества, загрязняющие окружающую среду

Основным источником образования вредных веществ при работе котельной являются котлоагрегаты. При горении газа в атмосферу поступают следующие вредные вещества:

- окись углерода;

- окислы азота;

- сернистый ангидрид.

5.2 Мероприятия по охране окружающей среды

При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО2, Н2О, NO2) в атмосферу поступают загрязняющие вещества в твердом состоянии (зола и сажа), а также токсичные газообразные вещества - серный и сернистый ангидрид (SO2, SO3). Все продукты неполного сгорания являются вредными (CO, CH4, C2H6).

Окислы азота вредно воздействуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьезных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют ухудшению видимости.

Окислы азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха, и содержатся в продуктах сгорания всех топлив. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под воздействием высоких температур в топке. В результате реакции в топочной камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота NO2 за счет доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе.

В воде NO практически не растворяется. Очистка продуктов сгорания от NO и других окислов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Вследствие этого, усилия направлены в основном на снижение образования окислов азота в топках котлов.

Радикальным способом снижения образования окислов азота является организация двухстадийного сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых горелочных устройств. Поэтому в первичную зону горения подается 50-70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха поступает во вторую зону, т.е. происходит дожигание продуктов неполного сгорания.

Снижение температуры подогрева воздуха и уменьшение избытка воздуха в топке тоже уменьшает образование окислов азота, как за счет снижения температурного уровня в топке, так и за счет уменьшения концентрации свободного кислорода.

Защита воздушного бассейна от загрязнений регламентируется предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов. Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе является критерием санитарной оценки среды.

Под предельно допустимой концентрацией следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

ПДК атмосферных загрязнений устанавливается в двух показателях: максимально-разовая и среднесуточная.

Для двуокиси азота (NO2) основного загрязняющего вещества при работе котельной на природном газе, предельно допустимая максимально-разовая концентрация равна 0,085 мг/м3, среднесуточная 0,04 мг/м3.

При одновременном совместном присутствии в выбросах веществ однонаправленного вредного действия их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1.

,

где - С1, С2, С3, Сn фактические концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3;

- ПДК1, ПДК2, ПДК3, ПДКn предельно допустимая концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3.

Любые газы подлежат рассеиванию в атмосфере, даже если они не токсичны. Основным методом снижения концентрации выбросов на уровне земли является рассеивание их через высокие дымовые трубы. Из дымовых труб поток газов выбрасывается в высокие слои атмосферы, перемешивается с воздухом, за счет чего концентрация вредных веществ на уровне дыхания снижается до нормативного значения.

Основным фактором, влияющим на рассеивание токсичных веществ, является ветер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной выпускной квалификационной работе были разработаны рекомендации по повышению эффективности работы тепловых сетей на примере Подпорожского городского поселения Ленинградской области.

В ходе работы выполнены следующие задачи:

1. Рассмотрены тепловые сети, сооружения на них и тепловые пункты. Также были выделены типы и строительные особенности тепловых камер и павильонов. Представлены графики регулирования отпуска тепла в тепловые сети с анализом их обоснованности. Изучена статистика отказов тепловых сетей на территории Подпорожского городского поселения за 2014-2015 гг.

2. Рассмотрены показатели источников тепловой энергии - тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии, групп потребителей тепловой энергии в зонах действия источников тепловой энергии. А также рассмотрены значения потребления тепловой энергии в расчетных элементах территориального деления и в зонах действия источников тепловой энергии при расчетных температурах наружного воздуха, за отопительный период и за год в целом.

3. Проведен расчет показателей надежности системы теплоснабжения Подпорожского городского поселения. Оценены финансовые потребности для осуществления строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой энергии и тепловых сетей.