Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
31.03.2016

Особенности эксплуатации ЦТП при развитии низкотемпературных систем теплоснабжения

Кобылкин Михаил Владимирович
инженер Технопарка, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
Батухтин Сергей Геннадьевич
Специалист центра энергосбережения, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
Сафронов Павел Григорьевич
доцент, энергетический факультет, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
Аннотация: В статье рассматривается вопрос о необходимости повышения эффективности центральных тепловых пунктов (ЦТП) для условий пониженного температурного графика тепловой сети при эксплуатации тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения. Предлагается малозатратный начальный вариант повышения эффективности, предусматривающий вывод теплообменников ЦТП из эксплуатации с переходом на насосное смешение.
Ключевые слова: малозатратность, энергосбережение, ЦТП, снижение температуры, тепловой насос
Электронная версия
Скачать (628.4 Kb)

В теплоэнергетике России наиболее перспективным направлением энергосбережения, на сегодняшний день, является переход источников теплоснабжения на работу с теплоносителями низкой температуры [10].

В частности, основной задачей для теплоэнергетической отрасли становится максимально возможное снижение температуры теплоносителя в тепловых сетях городских систем теплоснабжения, в том числе за счет применения тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения [6,10]. Данный подход позволит повысить качество теплоснабжения за счет снижения тепловых потерь в сети, а также позволит повысить эффективность комбинированной выработки электроэнергии на базе теплового потребления за счет снижения давления в теплофикационных отборах турбоустановки [1,8,11].

Однако в разветвленных системах теплоснабжения, обладающих центральными тепловыми пунктами (ЦТП) с независимым присоединением систем отопления, реализация мероприятий по снижению температурного графика приведет к проблеме, связанной со снижением эффективности теплообменников ЦТП. Теплообменные аппараты, установленные на ЦТП, рассчитаны на работу с теплоносителем, температура которого находится в приделах расчетного температурного графика, выбранного при проектировании системы теплоснабжения. Следовательно, подача в теплообменник теплоносителя со сниженной температурой приведет к существенному отклонению текущего температурного напора от расчетного. В связи с этим, теплообменные аппараты ЦТП не позволят снизить температуру теплоносителя на ТЭЦ ниже определённого уровня, при котором обеспечивается качественная и надежная работа систем теплоснабжения потребителей во внутреннем контуре ЦТП. К примеру, для поддержания во внутреннем контуре температуры теплоносителя равной 30°С, что возможно при использовании тепловых насосов в качестве пиковых догревателей [2-7], необходимо поддерживать температуру теплоносителя внешнего контура на уровне 45-60°С, (для теплообменников, рассчитанных на температурный график 120/70) что значительно снижает потенциально возможный энергосберегающий эффект для ТЭЦ [6].

Проблема снижения эффективности теплообменников ЦТП характерна не только для систем теплоснабжения, в перспективе переводимых на теплоноситель с низкой температурой для функционирования в комплексе с тепловыми насосами, но и для многих существующих систем теплоснабжения в России, в которых уже было произведено снижение расчетных температурных графиков на источниках теплоснабжения. Данная проблема также часто возникает в случае снижения КПД теплообменных аппаратов из-за отложений. Снижение эффективности в таких случаях характеризуется невозможностью поддержания требуемой температуры во внутреннем контуре, следствием этого становится снижение температур внутреннего воздуха у потребителей.

Поскольку снижение эффективности ЦТП возникает вследствие схожих процессов как для относительно холодного, так и для горячего теплоносителей, то решение данной проблемы приобретает особую актуальность уже на текущем этапе развития отечественной теплоэнергетики.

Наиболее рациональным подходом в данном случае является отказ от ЦТП в пользу ИТП [12], поскольку это дополнительно позволит решить остальные сопутствующие проблемы, включая проблему со снижением эффективности горячего водоснабжения от ЦТП. Однако в существующих экономических условиях возможен малозатратный переходный вариант, предусматривающий вывод теплообменников ЦТП из эксплуатации с переходом на насосное смешение.

Рис. 1.  Упрощённая схема работы ЦТП.

Рис. 1. Упрощённая схема работы ЦТП.

1 – подающий трубопровод внешнего контура, 2 – обратный трубопровод внешнего контура, 3 – обратный трубопровод внутреннего контура, 4 – подающий трубопровод внутреннего контура, 5 – сетевой насос, 6 –теплообменный аппарат, 7 – линия подпитки, 8 – линия возврата.

 

При работе ЦТП (Рис. 1), когда эффективность теплообменных аппаратов достаточна для поддержания необходимых температур во внутреннем контуре, теплоноситель внешнего контура поступает по подающему трубопроводу с источника, отдает тепло в теплообменнике теплоносителю внутреннего контура и возвращается на источник по обратному трубопроводу. Теплоноситель внутреннего контура поступает от потребителей по обратному трубопроводу внутреннего контура, проходит теплообменный аппарат, забирая отданное тепло и, проходя через сетевой насос, подается потребителю. Подпитка теплосети внутреннего контура, для восполнения потерь, осуществляется через линию подпитки из подающего трубопровода с источника теплоснабжения на всас сетевого насоса.

Для ЦТП, работающих в условиях значительного снижения эффективности теплообменных аппаратов, предлагается организация возврата теплоносителя из обратного трубопровода внутреннего контура в обратный трубопровод внешнего контура за счет врезки линии возврата с регулирующей арматурой, тем самым увеличивая расход теплоносителя через линию подпитки. При этом за счет непосредственного смешения греющей и нагреваемой среды производится догрев теплоносителя внутреннего контура перед подачей потребителю.

В зависимости от установленного расхода через линию возврата возможно полное исключение теплообменного аппарата из процессов передачи тепла от внешнего контура к внутреннему.

Главным условием работоспособности данной системы является проверка тепловой сети на статический напор, и в случае необходимости организация разделения зон статического напора путем установки байпаса линии возврата с насосом, установки регулятора давления на линии возврата, а также обратного клапана на линии подпитки.

Таким образом, при минимальных затратах на врезку дополнительной линии возврата, возможно исключить влияние теплообменника на эффективность теплоснабжения в режимах с низкотемпературным теплоносителем, а также в режимах с температурным графиком, отличным от расчетного, и при сниженном КПД теплообменника. Данное мероприятие главным образом предназначено для организации эффективной совместной работы тепловых насосов и ТЭЦ в неотопительный период для компенсации нагрузки горячего водоснабжения при внедрении в системы отопления потребителей универсальных систем компенсации нагрузки ГВС и использования тепловых сетей в качестве низкопотенциального источника тепла [6,9].

Статья подготовлена при поддержке гранта Забайкальского государственного университета № 199-гр.

Список литературы:

1. Батухтин А.Г. Анализ методов повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, В.В. Пинигин, М.В. Кобылкин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. –2012. –№ 154-2. –С. 45-51.

2. Батухтин А.Г. Повышение эффективности современных систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус. // Вестник Забайкальского государственного университета. –2013. –№ 9. С. 112-120.

3. Батухтин А.Г. Применение водяных теплонасосных установок с неклассическим источником низкопотенциальной энергии для компенсации нагрузки горячего водоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин // Промышленная энергетика. –2015. –№ 3. –С. 18-21.

4. Батухтин А.Г. Применение тепловых насосов для развития теплофикации / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, М.Г. Барановская // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. –2016. –№ 1 (238). –С. 28-36. DOI: 10.5862/JEST.238.3

5. Батухтин А.Г. Современные способы модернизации существующих систем теплоснабжения/ А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус, В.В. Петин // Международный научно-исследовательский журнал. –2013. –№ 7-2 (14). –С. 40-45.

6. Батухтин А.Г. Современные технологии энергосбережения в комплексе «ТЭС-потребитель» / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, С.Г. Батухтин, П.Г. Сафронов // Международный научно-исследовательский журнал. –2015. –№ 5-2 (36). –С. 20-23.

7. Батухтин А.Г. Энергоэффективная система теплоснабжения. Задачи и проблемы математического моделирования / А.Г. Батухтин, С.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, П.Г. Сафронов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. –2015. –№ 2. –С. 157-160.

8. Кобылкин М.В. Перспективное направление внедрения тепловых насосов / М.В. Кобылкин, С.Г. Батухтин, К.А. Кубряков // Международный научно-исследовательский журнал. –2014. –№ 5-1 (24). –С. 74-75.

9. Кобылкин М.В. Универсальная система компенсации нагрузки ГВС. Моделирование процесса теплоснабжения / М.В. Кобылкин, А.Г. Батухтин // Энергетика в современном мире сб. ст. VII Международная заоч. науч.-практич. конф. под ред. Н. С. Кузнецовой. Чита, –2015. –С. 80-84.

10. Пасков В.В. Рациональная интеграция тепловых насосов в систему централизованного теплоснабжения / В.В. Пасков, Г.П. Васильев // АВОК: Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. –2009. –№ 1. –С. 18-20.

11. Проценко В.П. Теплофикационно-теплонасосные комплексы для теплоснабжения городов // Проблемы энергосбережения. –2005. –№ 1-2. –С. 2-9.

12. Ильин Р.А. Комплексная модернизация тепловых пунктов в системах централизованного теплоснабжения / Р.А. Ильин, Д.В. Столяров // Символ науки. –2015. –№ 12-1. –С. 42-45.