CC BY
43
УДК 62-684
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В.М. Степанов, О.В. Фирсков
Проанализирована система распределения тепловой энергии на промышленном предприятии. Выявлены процессы нарушающие эффективную работу системы. Представлены мероприятия по повышению энергоэффективности тепловой сети предприятия, путем реконструкции котельной, а также установки регуляторов температуры для балансировки и поддержания заданного режима работы системы.
Ключевые слова: тепловая сеть, разрегулировка, тепловой режим, гидравлический режим.
Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой.
В процессе эксплуатации в действующей системе централизованного теплоснабжения из-за изменения характера тепловой нагрузки, подключения новых теплопотребителей, увеличения шероховатости трубопроводов, корректировки расчетной температуры на отопление, изменения температурного графика отпуска тепловой энергии (ТЭ) с источника ТЭ происходит, как правило, неравномерная подача тепла потребителям, завышение расходов сетевой воды и сокращение пропускной способности трубопроводов.
В дополнение к этому, как правило, существуют проблемы в системах теплопотребления, такие как: разрегулированность режимов теплопо-требления, разукомплектованность элеваторных узлов, самовольное нарушение потребителями схем. Указанные проблемы систем теплопотребле-ния проявляются, в первую очередь, в разрегулированности всей системы, характеризующейся повышенными расходами теплоносителя. Как следствие - недостаточные располагаемые напоры теплоносителя на вводах, что в свою очередь приводит к желанию абонентов обеспечить необходимый перепад посредством слива сетевой воды из обратных трубопроводов для создания хотя бы минимальной циркуляции в отопительных приборах (нарушения схем присоединения и т.п.), что приводит к дополнительному увеличению расхода и, следовательно, к дополнительным потерям напора, и к появлению новых абонентов с пониженными перепадами давления и т.д. Происходит «цепная реакция» в направлении тотальной разрегулировки системы.
Все это оказывает негативное влияние на всю систему теплоснабжения и на деятельность энергоснабжающей организации: невозможность соблюдения температурного графика; повышенная подпитка системы теплоснабжения, а при исчерпании производительности водоподготовки -вынужденная подпитка сырой водой (следствие - внутренняя коррозия, преждевременный выход из строя трубопроводов и оборудования); вынужденное увеличение отпуска тепловой энергии; увеличение эксплуатационных затрат в системе транспорта и распределения тепловой энергии [3].
Регулирующими устройствами режима теплосети исследуемого предприятия являются механические клапаны и задвижки, не имеющие возможности подержания заданных параметров при возникновении аварийной ситуации или нарушении режима в точках теплопотребления, в следствии отсутствия устройств контроля и управления.
В ходе обследования котельной предприятия установлен фактический коэффициент полезного действия генерации тепловой энергии, равный 0,85. Требуемый уровень КПД 0,94. Таким образом, технически и экономически более обоснованным представляется развитие такой системы за счет улучшения ее качественных показателей - повышения температуры теплоносителя, перепадов давления, увеличения перепада температур (те-плосъема), что невозможно без кардинального сокращения расходов теплоносителя (циркуляционного и на подпитку) в системах теплопотреб-ления и, соответственно, во всей системе теплоснабжения. В этих целях, с учетом тепловых потерь в системе теплоснабжения, включая оборудование потребляющее теплоносители, рекомендуется провести реконструкцию котельной. Для повышения эффективности роботы системы рекомендуется установить устройства автоматизации и управления (рис. 1) включающие:
1) Контроль показаний датчиковой аппаратуры: температура и давление прямой \ обратной воды котлового контура (рис. 2, 3); температура и давление на входе и выходе из котла; температура и давление подающей \ обратной воды контуров теплоснабжения; температура и давление исходной воды из водопровода; давление газового или жидкого топлива; температура и загазованность воздуха в котельной; температура наружного воздуха; состояние датчиков перепада давления на насосах котельной.
2) Контроль состояния оборудования: состояние котлов (включен \ выключен \ авария); режим работы котлов (автоматический \ ручной); работа насосов (включен \ выключен \ авария); режим работы насосов (автоматический \ ручной); положение исполнительных механизмов систем регулирования, их конечные состояния (открыт \ закрыт).
Рис. 1. АСУ котельной
Следует отметить, что температура обратной сетевой воды на источнике тепловой энергии является одной из основных режимных характеристик, предназначенной для анализа состояния оборудования тепловых сетей и режимов работы системы теплоснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, проводимых организациями, эксплуатирующими тепловые сети, с целью повышения уровня эксплуатации системы теплоснабжения.
ТЕМПЕРАТУРА ПРЯМОГО ПОТОКА ТЕМПЕРАТУРА ОБРАТКИ
Рис. 2. Схема управления температурой прямого и обратного потока котлового контура (входной сигнал на процессора)
101
КЕБ
(СбЕШМАТШ
ШЕСК1А1ЖТЕМРЕШДОН0СННА1_ТШ6
РЕГУЛИРОВОЧНАЯ АРМАТУРА
ПОДДЕРЖКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБРАТКИ
Рис. 3. Схема управления температурой прямого и обратного потока котлового контура (выходной сигнал с процессора)
Как правило, в случае разрегулировки системы теплоснабжения, фактическое значение данной температуры существенно отличается от своего нормативного, расчетного для данной системы теплоснабжения значения.
Графическое отображение возможных значений фактических температур в подающем и обратном трубопроводах на выводе источника тепловой энергии представлено на рис. 4.
150
140
130 ✓
120 г
*
100 У /
40 *
00 1Л *
вас—
60 1 ^
—40— ?п
10 5 0 -5 -10-15 -20 -25 -30 -35 -40 Темпершура наружного во тухл, 4С
Рис. 4. Температурный график отпуска тепловой энергии
-- температурный график отпуска тепловой энергии 150/70С;
---- возможные фактические температуры на выводе источника
тепловой энергии.
102
Следует отметить еще один аспект, связанный с увеличением относительно расчетного значения расхода сетевой воды на тепловой режим систем теплопотребления. Для непосредственного анализа целесообразно воспользоваться зависимостью, которая определяет в случае отклонения действительных параметров и конструктивных элементов системы теплоснабжения от расчетных, отношение действительного расхода тепловой энергии в системах теплопотребления к его расчетному значению.
£ = О т -Т0 (1)
б о т-То и
где б - расход тепловой энергии в системах теплопотребления; О - расход сетевой воды; тп ,то - температура в подающем и обратном трубопроводах соответственно.
Данная зависимость (1), отображена на рис. 5. По оси ординат отложены отношения действительного расхода тепловой энергии к его расчетному значению, по оси абсцисс отношение действительного расхода сетевой воды к его расчетному значению.
Рис. 5. График зависимости расхода тепловой энергии системами теплопотребления от расхода сетевой воды
Точка на рис. 3 с координатами (1;1) отображает расчетный, фактически достижимый режим работы системы теплоснабжения после проведения наладочных мероприятий. Под фактически достижимым режимом работы подразумевается такой режим, который характеризуется существующим положением конструктивных элементов системы теплоснабжения, тепловыми потерями зданиями и сооружениями и определяющимся суммарным расходом сетевой воды на выводах источника тепловой энергии, необходимым для обеспечения заданной тепловой нагрузки при существующем графике отпуска тепловой энергии.
Также следует отметить, что увеличенный расход сетевой воды, ввиду ограниченного значения пропускной способности тепловых сетей, приводит к уменьшению необходимых для нормальной работы теплопо-требляющего оборудования значений располагаемых напоров на вводах потребителей. Следует отметить, что потери напора по тепловой сети определяются квадратичной зависимостью от расхода сетевой воды:
103
9±
' АН ^2
ф
V АН р .
(2)
То есть, при увеличении фактического расхода сетевой воды Оф в 2 раза относительно расчетного значения Ор потери напора по тепловой сети увеличиваются в 4 раза.
Таким образом, в разрегулированной системе теплоснабжения, развитие которой, как правило, происходит по пути увеличения установленной мощности основного оборудования, пропускной способности магистральной тепловой сети, параллельно с этими процессами происходит процесс гидравлической разрегулировки, при этом, по сути стихийно складывается ситуация, при которой практически отсутствует не только возможность присоединения новых потребителей без дополнительных капитальных затрат на увеличение пропускной способности сети, но и на поддержание требуемых параметров на вводах к потребителям.
Одним из главных мероприятий, которое может быть предложено для оптимизации такой системы теплоснабжения, является наладка гидравлического и теплового режима системы теплоснабжения. Техническая сущность данного мероприятия заключается в установлении потокорас-пределения в системе теплоснабжения исходя из расчетных (т.е. соответствующих присоединенной тепловой нагрузке и выбранному температурному графику) расходов сетевой воды для каждой системы теплопотребле-ния. Это достигается установкой на вводах в системы теплопотребления соответствующих дросселирующих устройств (авторегуляторов, дроссельных шайб, сопел элеваторов), расчет которых производится исходя из расчетного перепада давлений на каждом вводе, который рассчитывается исходя из гидравлического и теплового расчета всей системы теплоснабжения [3]. С учетом выше сказанного наиболее эффективным прибором используемым для балансировки температуры теплоносителя является регулятор температуры, устанавливающийся на входе и выходе зданий. Это позволит снизить затраты тепловой энергии при эксплуатации системы на 20...25%.
Таким образом, проведение работ по оптимизации теплового и гидравлического режимов системы теплоснабжения повышает энергоэффективность и надежность ее функционирования при обеспечении требуемого качества отпускаемой тепловой энергии.
Список литературы
1. Энергоэффективность и энергетический менеджмент: учебно-методическое пособие / Т.Х. Гулбрандсен, Л.П. Падалко, В. Л. Червинский. Минск: БГАТУ, 2010. 240 с.
2. Хаустович Н.А. Проблемы повышения энергоэффективности производства и потребления энергии. Ж-л «Экономика и управление». № 3, 2007. С. 64-69.
3. Марков А.Р. Повышение эффективности систем централизованного теплоснабжения [Электронный ресурс] // ЭСКО: электрон. журн. энергосервисной компании "Экологические системы" 2008. №11. URL: http://esco.co.ua/iournal/2008 11/art077.htm (дата обращения: 07.11.2016).
4. Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П. и др. Теплоснабжение. М: Высшая школа, 1980.
5. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов / О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев и др.; под ред. А.В. Клименко. М: Издательский дом МЭИ, 2010. 424 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность »energy®, tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Фирсков Олег Вячеславович, асп., fiuukovamail.uu, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF ELECTRICAL DEVICES CONTROL EFFICIENCY AND MANAGEMENT REGIMES OF THERMAL NETWORKS INDUSTRIAL ENTERPRISES
V.M. Strpaeov, O.V. Fiuukov
Distribution uyutrm of thrumal rerugy ie ae industrial plant iu analyzed. Thr puocruuru that violatr thr rffrctivr opruatioe of thr uyutrm aur idrntifird. Mrauuuru to im-puovr thr rerugy rfficirecy of hrat supply ertwouk retrupuiur, through urcoeutuuctioe of thr boilru, au wrll au thr ieutallatioe of trmpruatuur coetuollruu to balancr aed maintain thr dr-uiurd opruatieg modr of thr uyutrm aur pururetrd. Thr mrauuuru that impuovr rerugy rfficirecy by incurauieg uyutrm aur prufoumrd.
Kry woudu: thrumal rerugy, utram rerugy, utram pauamrtruu, rerugy rfficirecy.
Strpaeov Vladimiu Mikhailovich, doctou of trcheical ucirecr, puofruuou, thr hrad of chaiu, diurctou of thr tuaieieg cretru «Eerugy rfficirecy>>,energy(Уa,tsu.tula.ru. Ruuuia, Tula, Tula Statr Univruuity,
Fiuukov Olrg Vyachrulavovich, poutguaduatr, fiuukovamail.ni, Ruuuia, Tula, Tula Statr Univruuity
