В статье приведен обзор основных мероприятий по повышению эффективности работы источников теплоснабжения.
Ключевые слова: энергосбережение, источник теплоснабжения.
Основными источниками теплоснабжения современных населённых пунктов являются котельные, а также функцию отпуска тепла могут осуществлять тепловые и атомные электрические станции (ТЭЦ и АТЭЦ). Производство энергии на данных источниках связано с наличием загрязняющих выбросов и отходов. Поэтому повышение эффективности их работы оказывает влияние, прежде всего на сокращение выбросов, путем снижения изначально расходуемого топлива. Так же влияние будет оказано и на конечную стоимость продукции, однако необходимо учитывать стоимость проведения мероприятий повышения эффективности и их окупаемость, что является отдельной темой для изучения.
В плане производства и отпуска тепловой энергии электрические станции от котельных отличаются наличием между самим источником (котлом или реактором) и тепловой сетью турбоагрегата. В большинстве своём эффективность цикла работы определяет общую эффективность работы станции.
С точки зрения термодинамики, повышение КПД цикла возможно путём повышения начальных параметров рабочего тела, то есть давления и температуры. Однако с повышением начального давления повышается влажность пара в конце процесса расширения, что повысит износ последних ступеней турбины, а повышение начальной температуры ограничено пределами текучести материалов котлов и реакторов, а так же самих турбин. Так же возможно снижение конечного давления в конденсаторе, для увеличения теплоперепада, однако это тоже увеличивает влажность рабочего тела на последних ступенях турбины.
Кроме начальных и конечных параметров положительно повлиять на эффективность цикла можно и рядом технических решений, например установкой промежуточного перегрева пара. Такое решение позволяет увеличить располагаемый теплоперепад и снизить конечную степень влажности пара. Так же установка регенеративных подогревателей увеличивает эффективность цикла, путём сокращения потерь теплоты в конденсаторе и возвращения этой теплоты обратно в цикл с питательной водой. По аналогии с регенерацией работает и теплофикация. С разницей в том, что теплота передается потребителю, а не возвращается в цикл.
Для повышения энергоэффективности котельных применяется следующий ряд мероприятий:
– Снижение присоса воздуха в газовый тракт котельного агрегата, позволяет снизить расход топлива и уменьшить нагрузку на дымососы;
– Установка водяного экономайзера, для предварительного подогрева питательной воды, позволяет снизить температуру уходящих газов и соответственно повысить КПД котлоагрегата;
– Возврат уноса в топку, особенно эффективно при большом содержании горючих в уносе, позволяет снизить расход топлива за счет сокращения потерь с уносом;
– Снижение зольности топлива, уменьшает потери с недожогом;
– Чистка труб от накипи, позволяет снизить термическое сопротивление нагрева воды;
– Применение химводоочистки для предупреждения образования накипи в трубах, так же это позволит снизить продувку в барабанных котлах и соответственно снизить потери теплоты из котельного агрегата;
– Снижение потерь теплоносителя в сети, позволяет экономить тепло для подогрева холодной подпиточной воды;
– Переход от открытых систем горячего водоснабжения к закрытым системам, так же позволяет снизить потери теплоносителя, кроме этого данное мероприятие имеет и санитарно-гигиеническую основу;
– Организация воздухозабора из верхней части котельного зала, позволяет полезно использовать потери теплоты через изоляцию котлов путём возврата её с теплотой воздуха;
– Замена ручной топки котла на автоматизированные системы, уменьшает воздействие человеческого фактора на эффективность работы;
– Автоматизация работы вспомогательного оборудования, насосных групп, деаэраторов, химводоочистки, так же уменьшает воздействие человеческого фактора.
Кроме этого, одним из энергоэффективных мероприятия считается надстройка котельных до мини-ТЭЦ. Выработка электрической энергии, даже для покрытия собственных нужд, делает котельную более энергонезависимой от электрической сети.
Одним из вариантов надстройки, является установка ORC модуля. ORC (Organic Rankine Cycle) — цикл Ренкина на органическом теплоносителе (рис. 1), с невысокой температурой кипения, позволяет применять для работы низко-потенциальные источники теплоты, начиная от 80С. На рисунке процесс 1–2 — расширение пара в турбине; 2–3 — конденсация пара; 3–4 повышение давления рабочего тела питательным насосом; 4–1 — Испарение и перегрев пара рабочего тела.
Одним из вариантов источника тепла являются дымовые газы. Полезная утилизация теплоты этих газов позволяет сократить потери и, соответственно, повысить эффективность работы.
Рис. 1. ORC-цикл
Применение указанных в статье методов повышения эффективности работы источников теплоснабжения позволит сократить расходы топлива и, соответственно, выбросы загрязняющих веществ, что окажет положительный эффект на экологическую обстановку в районе нахождения источника.
Литература:
1. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1974. 490 с
2. Энергоэффективность систем централизованного теплоснабжения: учеб. пособие / А. А. Середкин, М. С. Басс, А. С. Стрельников; Забайкал. гос. ун-т. — Чита: ЗабГУ, 2018. — 201 с.
