Повышение эффективности систем теплоснабжения потребителей различного назначения

УДК 621.18

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В.П. Кожевников, М.И. Кулешов, А.В. Губарев

В статье приведен анализ тепловой эффективности централизованных систем теплоснабжения. Для повышения эффективности рассматривается принципиальная схема встроенного в объекты теплопотребления топливосберегающего газового водонагревателя

Ключевые слова: теплоснабжение, топливосберегающие водонагреватели, экология

На цели отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий в России и странах СНГ расходуется около 1 млрд. т у.т., стоимость которого уже сегодня значительно превышает 1 триллион рублей в год. В ближайшие 2 года цены на энергоносители в РФ, согласно многочисленным заявлениям правительства, должны приблизиться к мировым, т.е. возрасти в 5-6 раз. Поэтому эффект от экономии в теплоснабжении даже нескольких процентов топлива составляет и, тем более, будет составлять многие десятки миллиардов рублей ежегодно.

Другим фактором актуальности топливосбережения в теплоснабжении является экологический фактор, который заключается не только в уменьшении вредных выбросов в атмосферу, в том числе и парниковообразующих газов, при сжигании меньшего количества топлива, но и в многократном уменьшении удельных количеств загрязняющих веществ, генерируемых в водогрейных котлах малой мощности, по сравнению с генерацией их в котлах большой мощности [1].

В настоящее время преобладающими системами теплоснабжения жилых, общественных и промышленных объектов являются централизованные системы1, включающие в себя квартальную или районную котельную, внешние тепловые сети и, непосредственно, теплопотребителей,

- В данной статье тепловые и атомные электростанции, являющиеся составной частью централизованных систем теплоснабжения, в которых вырабатываемая теплота является неизбежным отходом производства электроэнергии, не рассматриваются.

Кожевников Владимир Павлович - БГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (4722) 30-99-27 Кулешов Михаил Иванович - БГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (4722) 55-04-86

Губарев Артем Викторович - БГТУ, инженер, тел. (4722) 55-04-86

с тепловыми пунктами, где в водо-водяных теплообменниках (бойлерах) нагревается холодная вода хозяйственно-питьевого качества для целей горячего водоснабжения за счет тепла части сетевой воды (см. рис. 1). Другая часть сетевой воды подается непосредственно в систему отопления теплопотребителя.

Как показывает опыт эксплуатации таких централизованных систем, они обладают следующими недостатками:

1. В этих системах используются водогрейные котлы с тепловым КПД, определенным по низшей теплотворной способности топлива, не превышающим 9192 %, при потерях тепла с уходящими газами

около =7-8 %. При этом скрытая

теплота конденсации водяных паров, неизбежно присутствующих в уходящих газах, в статье тепловых потерь с последними не учитывается. Поэтому при оценке КПД того же котла и при тех же режимах работы по высшей теплотворной способности топлива он становится равным не 91-92 %, а 78-80 %, а потери тепла с уходящими газами

возрастают с 7-8 % до А^^г =20-22 %,

большая часть из которых, а именно около АОі'-ім = 15 % реально и без особых затрат может быть полезно использовано на нужды теплоснабжения.

Кроме того, даже для достижения вышеуказанных низких значений КПД в традиционных водогрейных котлах с целью получения значений температур уходящих газов в пределах 110-130 °С необходимы очень развитые поверхности конвективного теплообмена, которые обуславливаются неизбежным снижением средней разности температур между теплоносителями при минимальных значениях коэффициентов теплоотдачи и, соответственно,

коэффициентов теплопередачи от продуктов

сгорания топлива к нагреваемой сетевой воде. По этим причинам традиционные водогрейные котлы весьма громоздки, металлоемки и, как следствие, дороги.

2. Теплопотери во внешних тепловых сетях в большинстве случаев превышают да,.с = 20 % (в отдельных случаях они

достигают 50 %), а содержание и

периодическая реконструкция сетей требуют больших эксплуатационных и капитальных затрат. При реконструкциях сетей неизбежно разрушаются дорожные покрытия, тротуары, частично - другие подземные коммуникации, уничтожаются зеленые насаждения, д а =15%

I (

Рис. 1. Принципиальная схема централизованного теплоснабжения объектов: ПС - прямая сетевая вода; ОС - обратная сетевая вода

3. При значительной протяженности тепловых сетей с большим количеством теплопотребителей различного назначения трудно, а часто и невозможно, обеспечить надлежащее регулирование соответствия вырабатываемого тепла его потреблению, что также обуславливает вынужденный дополнительный перерасход топлива не менее, чем на Абрег. ~ 15 %.

Таким образом, теплопотери и, соответственно, перерасход топлива в централизованных системах теплоснабжения по пунктам 1, 2, 3 составляют:

Хбп = А^кпд + А2Т.С + Абрег. = 15 + 20 + 15 = 50 %,

устранение которых позволит

уменьшить топливопотребление на цели теплоснабжения в 2 раза.

4. Как показал опыт последних лет, тепловые сети, являясь звеном важнейших систем жизнеобеспечения, малонадежны.

5. Во внешних тепловых сетях имеют

место значительные потери сетевой воды, которая прошла химводоочистку и является дорогим теплоносителем. Эти потери

требуют соответствующей подпитки

тепловых сетей и химводоочистки.

6. При использовании в централизованных системах теплоснабжения водогрейных котлов средней и большой мощности возрастают удельные количества генерируемых вредных газообразных компонентов, в частности оксидов азота в 3-

5 раз.

7. Доля стоимости топлива, например

природного газа, в калькуляции стоимости тепла при централизованном

теплоснабжении составляет около 25 %, а основная часть себестоимости тепла

приходится на содержание и ремонт тепловых сетей, а также восстановление городской инфраструктуры, нарушенной при их реконструкции. Поэтому себестоимость вырабатываемого тепла при переходе от централизованного теплоснабжения к индивидуальному снижается в 4-5 раз, что имеет особенно большое социальное

значение в свете предстоящего повышения цен на энергоносители.

Указанные недостатки и, прежде всего, неоправданно большие теплопотери при централизованном теплоснабжении

устраняются при использовании встроенных в объекты теплопотребления

индивидуальных котельных, в которых могут

применяться водогрейные газовые котлы конденсационного типа, разработанные в БГТУ им. В.Г. Шухова по патенту РФ №

2270405 [2]. Принципиальная схема такого котла и его обвязки показана на рис. 2.

Условные обозначения

— ПО —— * прямая отогштпънлАг вддог

---ОО-------отопнтелън&я рода

---ХВ-------хогюднвя вода литьевого

качества;

---Г8 -----горячая оеда пигынюго

качества;

---УГ-------уходящие газы:

в »¿издери.

— ПГ —— * пр иродный гл.?;

----*-------извде^сйг;

&&  гая/юга іг сжтмф отот/шам;

ДО, - теплоти на грряч&е яедоснябж&нн#; РЧ - радиационная часть котла;

КРЧ - жшшктноф&кутщрл тпвная часть котла:

Б - в сдо-водяной теппоо&мемннк

(бойлер);

Г - горелка

Рис. 2. Принципиальная схема топливосберегающего газового водонагревателя (ТГВ) БГТУ

им. В.Г. Шухова и его обвязки

Главной особенностью

топливосберегающего газового

водонагревателя (ТГВ) является то, что в нем создается два контура. В первом (по ходу продуктов сгорания) контуре

(высокотемпературной радиационной части (РЧ)) вырабатывается горячая вода для целей отопления. В отопительный период эта вода с температурой 95 °С подается

непосредственно в главный стояк системы отопления теплопотребителя. Во втором контуре - контактно-рекуперативной части (КРЧ) конденсационного типа -

вырабатывается горячая вода для целей горячего водоснабжения. Здесь вода питьевого качества нагревается за счет отбора оставшейся части физической

теплоты продуктов сгорания после РЧ и скрытой теплоты конденсации порядка 80 % водяных паров, содержащихся в отходящих газах. При этом продукты сгорания охлаждаются до 35 °С, обеспечивая

приращение КПД котла по сравнению с традиционными на 15 %. Горячая вода для ГВС поступает в бак-аккумулятор или непосредственно в распределительный

коллектор системы горячего водоснабжения. В летний период года, когда отсутствует отопительная нагрузка, прямая отопительная вода подается во вспомогательный водоводяной теплообменник (бойлер), где нагревается часть воды для нужд горячего водоснабжения. После охлаждения в бойлере

обратная отопительная вода возвращается в РЧ ТГВ. При этом общая

теплопроизводительность и, соответственно, потребление топлива снижается на величину отсутствующей отопительной нагрузки. Уместно отметить, что в предлагаемой схеме индивидуальной котельной требуемая тепловая мощность бойлера в 2 раза меньше, чем при централизованном теплоснабжении, т.к. часть воды (около 50 %) для целей горячего водоснабжения вырабатывается в КРЧ ТГВ. Непрерывно вырабатываемый конденсат может направляться на подпитку отопительной воды, излишек его - на подпитку и умягчение воды для горячего водоснабжения, или другие нужды. При этом необходимость в химводоочистке отпадает.

Габариты предлагаемого ТГВ в плане 4-

6 раз, а масса - в 1,5-1,7 раза меньше, чем у традиционных водогрейных котлов.

Отдельные узлы ТГВ защищены 10 патентами РФ, прошли экспериментальную проверку в лабораторных и промышленных условиях, подтвердив высокие

теплотехнические качества.

Литература

1. Нурмеев, Б. К. Сравнительная оценка загрязнения атмосферы при сжигании органического топлива в тепловых источниках / Б.К. Нурмеев // Промышленная энергетика. - 2004. - № 7. - С. 51 - 54.

2. Пат. 2270405 Российская

Федерация, МПК7 Б 24 Н 1/00, Б 24 Н 1/10. Водогрейный котел Кулешова М.И. /

Кулешов М.И., Губарев А.В., Лапин О.Ф., Березкин С. В.; заявитель и

патентообладатель Белгор. гос. технол. ун-т. - № 2004121787/06; заявл. 15.07.04; опубл. 20.02.06, Бюл. № 5 (II ч.). - 10 с.

Белгородский государственный технический университет

INCREASE OF EFFICIENCY OF SYSTEMS OF THE HEAT SUPPLY OF CONSUMERS OF

DIFFERENT FUNCTION

V.P. Kozhevnikov, M.I. Kuleshov, A.V. Gubarev

Thermal effectiveness analysys of the host-based heat supply system is given in article. For increasing effectiveness. For efficiency increase the basic scheme built in objects heating consumption fuel saving a gas water heater is considered

Key words: Heat supply, fuel saving up water heaters, ecology

Подрисуночные подписи к статье Кожевникова В.П., Кулешова М.И.,

Губарева А.В.

Рис. 1. Принципиальная схема централизованного теплоснабжения объектов: ПС - прямая сетевая вода; ОС - обратная сетевая вода

Рис. 2. Принципиальная схема топливосберегающего газового водонагревателя (ТГВ) БГТУ им. В.Г. Шухова и его обвязки

Кожевников Владимир Павлович, __________

БГТУ им. В.Г. Шухова, канд. техн. наук, доцент.

Дом. адрес: 308001, г. Белгород, ул. Октябрьская, д. 76, кв. 55,

Раб. адрес: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46

(кафедра энергетики теплотехнологии), тел. (4722) 30-99-27, 54-90-78.

Кулешов Михаил Иванович, __________

БГТУ им. В.Г. Шухова, доцент, канд. техн. наук, доцент.

Дом. адрес: 308027, г. Белгород, ул. 5-го августа, д. 13б, кв. 72,

Раб. адрес: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46 (кафедра энергетики теплотехнологии), тел. (4722) 55-04-86.

Губарев Артем Викторович, __________

БГТУ им. В.Г. Шухова, инженер.

Дом. адрес: 308600, г. Белгород, Театральный проезд, д. 3, кв. 11, тел. (4722) 75-11-80.

Раб. адрес: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46

(кафедра энергетики теплотехнологии), тел. (4722) 55-04-86, 55-41-03.