УДК 621.577+697.34

Абильдинова С.К., Дауренбек Д.Т.

Алматинский университет энергетики связи, г.Алматы

 

 

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ ЦТП   ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ВНЕДРЕНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

 

          В настоящее время  энергетическая эффективность централизованной системы теплоснабжения ЦТС снижена из-за изношенности тепловых сетей и оборудования, отсутствия инвестиций на техническое перевооружение и несоответствия традиционно применяемых технологий теплоснабжения современным научно-техническим и экономическим требованиям [1].

          Во многих крупных городах республики Казахстан работают открытые системы теплоснабжения от ТЭЦ, которые являются более совершенными с термодинамической точки зрения.  В свою очередь открытым системам характерны ряд следующих недостатков:

          - при открытой схеме ГВС потребитель получает воду непосредственно из тепловой сети. В этом случае согласно температурному графику отпуска теплоты 132-70 ºС для г.Алматы при температуре наружного воздуха (- 8)ºС,  горячая вода может иметь температуру 90ºС и более и давление 6-8 кгс/см2, что приводит не только перерасходу тепла, но и потенциально создает опасную ситуацию как для санитарного оборудования, так и для людей;

          - повышение температуры обратной сетевой воды и снижение теплофикационной выработки электроэнергии на ТЭЦ.

          Применение ТНУ в центральных тепловых пунктах (ЦТП) открытых систем теплоснабжения позволяет усовершенствовать схему подготовки ГВС. В данной работе предложена усовершенствованная схема ЦТП и сделана оценка эффективности центрального теплового пункта для условий г.Алматы, работающего по схеме открытой системы теплоснабжения c тепловым насосом. Новая  технология позволяет повысить экономичность ее работы и снизить расход топлива на ТЭЦ при регулировании температуры сетевой воды без нижнего излома температурного графика и снижения температуры обратной сетевой воды за счет более полного использования ее теплоты в испарителе теплового насоса и увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении.                                                                                                                                          

          Особенностью использования ТНУ в открытой системе теплоснабжения является то, что температура сетевой воды в течение всего года регулируется без нижнего излома температурного графика, догрев сетевой воды при температурах ниже 60 ºС, идущей на горячее водоснабжение до требуемой температуры осуществляют в ТНУ. При этом конденсатор ТНУ включен по нагреваемой среде в трубопровод ГВС, а испаритель включен по греющей среде в обратный трубопровод теплосети. На рисунке 1 изображена принципиальная схема открытой системы теплоснабжения, на которой реализуется новая технология.         

1 – ТЭЦ; 2, 3 – подающий и обратный трубопроводы теплосети; 4 – ЦТП; 5,6 – трубопроводы систем отопления и горячего водоснабжения; 7 – регулятор температуры; 8 –  смеситель; 9 – ТНУ; 10 – конденсатор; 11 – испаритель.

Рисунок 1 -  Принципиальная схема нового способа работы открытой системы теплоснабжения

 

          Система теплоснабжения содержит ТЭЦ - (1), с подающими (2) и обратными (3) трубопроводами теплосети и тепловой пункт (4).  В   тепловом пункте к ним подключены трубопроводы (5) и (6)  систем отопления и горячего водоснабжения с регулятором температуры (7) и смесителем (8). Теплонасосная установка ТНУ (9) с конденсатором (10), включенным по нагреваемой среде в трубопровод 6 системы горячего водоснабжения  и испарителем (11), включенным по греющей среде в обратный трубопровод (3) теплосети, установлена в ЦТП (4).

          Работа описанной выше открытой системы теплоснабжения с ТНУ характеризуется графиком центрального качественного регулирования, представленным на рисунке 2.

          В классическом  варианте для поддержания необходимой температуры сетевой воды, подаваемой на ГВС при температурах наружного воздуха выше 0ºС регулирование тепловой нагрузки системы теплоснабжения производится  по температурному графику с нижним изломом, согласно которому в подающем трубопроводе температура должна поддерживаться на уровне 60-70ºС. От этого существенно понижается экономичность работы открытой системы теплоснабжения, в неотопительный период и в период отопительного сезона с положительными температурами наружного воздуха на ТЭЦ имеет место перерасход топлива.

Описание: C:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Downloads\Безымянный4.png

       Рисунок  2 - Температурный график центрального качественного регули-рования при использовании ТНУ для догрева воды на ГВС (для г. Алматы).

 

         На данном графике точка 1  характеризует температуру воды в подающем трубопроводе, приходящим в ЦТП от ТЭЦ. Далее идет нагрев теплоносителя до 70 ºС (линия 1-1') в ТНУ. В свою очередь,  при прохождении теплоносителя из обратного трубопровода через испаритель ТНУ, его температура снижается (линия 2'-2). Произведем оценку эффективности работы теплонасосной установки при данном режиме с помощью коэффициента преобразования энергии  КОП, согласно методике  

                                                        .                                                            (1)

          Для обратного цикла Карно КОП определяется через температуры рабочего тела в конденсаторе и испарителе ТНУ:

                                                        .                                               (2)

           В оценочных расчетах значение КОП парокомпрессионной ТНУ можно принимать равным примерно  60%  от КПЭ идеального обратного цикла Карно,  осуществляемого при тех же температурах низкотемпературного источника ТНПИТ  и потребителя ТП  [1]. Точнее:

                                                                                                       (3)

где    μ0 = 0,6÷0,65  при мощности теплонасосной установки     = 3 МВт.

Для предложенного способа работы открытой системы теплоснабжения с ТНУ  (для г.  Алматы )  ТП=70 ºС, а ТНПИТ  =40 ºС  значение КОП.

           Тогда необходимая мощность двигателя в ТНУ:

                                   (4)      

Так как на работу теплового насоса затрачивается электрическая энергия,  вырабатываемая на ТЭЦ,  то удельный расход условного топлива на получение единицы полезной теплоты с помощью теплового насоса равен, кг/Гкал, 

                               (5)

где  а=143 кг/Гкал –  количество условного топлива,  кг,  при сжигании которого выделяется 1 Гкал теплоты. Расход условного топлива на выработку электрической энергии равен

                       (7)

             Расход условного топлива на выработку теплоты мощностью 3 МВт

на ТЭЦ:

(8)

где 0,97 - КПД котельной электростанции с учетом потерь теплоты в

паропроводах между котельной и машинным залом;  = 0,94 -  КПД тепловой сети от ТЭЦ, учитывающий тепловые потери сети.

         Экономия условного топлива на нагреве теплоносителя составляет:

                          кг/ч.                           (9)

 


Рисунок 3 – Графики зависимости экономичной работы ТЭЦ в условиях внедрения ТНУ в работу ЦТП

 

           Реальная экономия в открытой системе теплоснабжения будет еще больше из-за увеличения выработки электрической энергии на тепловом потреблении при снижении температуры  сетевой воды в обратном трубопроводе теплосети (рисунок 3). 

          Таким образом,  в результате использования ТНУ в ЦТП открытой системы теплоснабжения повышается экономичность работы данной системы за счёт снижения расхода топлива на ТЭЦ. Это возможно при регулировании температуры прямой сетевой воды без нижнего излома температурного графика. 

          Литература

          1.Абильдинова С.К. О теплонасосных технологиях в централизованных системах теплоснабжения/В сб.материалов VIII – ой международной научно-практической конференции «Становление современной науки», Чехия.2012. Раздел 18. -С.41-45.

          2. Орлов М. Е., Ротов П. В., Чаукин П. Е., Мордовин В. А. Об использовании теплонасосных установок в открытых системах теплоснабжения/ Сборник научных трудов научно-исследовательской лаборатории«Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ: «Теплоэнергетика и теплоснабжение», Ульяновск. 2010.вып.7. С.28-34.