CC BY
50
УДК 621.314.261
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ «ГОРКИ»
Сафуанов Т.И., филиал ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ -1 (КТЭЦ-1), инженер по расчетам и режимам, $>а/иапоуТ1@Ыес1. tatgencom.ru
В статье рассматривается возможность оптимизации режимов работы районной котельной «Горки» г. Казань путем изменения процесса регулирования характеристик эксплуатируемых центробежных насосов и изменением схемы циркуляции теплоносителя. Приведены результаты расчетов снижения потребления электроэнергии при регулировании частотно -регулируемым приводом сетевых насосов на основании фактических режимов работы теплосети, изменением схемы циркуляции теплоносителя в летний период и срока окупаемости проекта. Предоставлены различные варианты подключения частотно -регулируемого привода к электрической сети. Ключевые слова: энергосбережение, частотно регулируемый привод, оптимизация схемы котельной, повышение эффективности работы сетевых насосов.
Казанская ТЭЦ-1 является источником теплоснабжения предприятий Южного промышленного района и центральной части города Казани. Установленная электрическая мощность Казанской ТЭЦ-1 220 МВт, установленная тепловая мощность 630 Гкал/ч. Котельная «Горки» включена в состав ТЭЦ -1 с 1 апреля 2005 г. Тепловая мощность котельной 200 Гкал/ч. Начиная с момента присоединения котельной повышение её энергоэффективности является одной из приоритетных задач Казанской ТЭЦ-1.
В соответствии с 261 ФЗ, энергосбережение - это реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема ис-
132
пользуемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования [1].
Одним из основных энергетических ресурсов, имеющих значительную долю в себестоимости произведённой тепловой энергии на котельной, является электрическая энергия. Наиболее крупными потребителями электрической энергии котельной являются центробежные насосы, которые заключают в себе значительный потенциал энергосбережения.
Процесс регулирования осложняется несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Чтобы подать увеличенный расход воды по трубопроводу, напор насоса надо увеличивать, а характеристики центробежных насосов таковы, что при увеличении подачи воды напор, развиваемый насосом, падает. В то же время, при уменьшении подачи воды напор насоса следовало бы тоже уменьшить, а он увеличивается. Поэтому в периоды снижения расхода теплосети насосы работают с избыточным напором, который гасится в запорной арматуре. При этом энергия, потребляемая насосами, нерационально расходуется на создание избыточных напоров, под воздействием которых увеличиваются утечки и непроизводительные расходы теплоносителя, возникают повышенные механические напряжения в стенках труб [2].
Одними из основных направлений повышения энергоэффективности котельной «Горки» являются внедрение современного высокотехнологичного оборудования, оптимизация технологического процесса производства тепловой энергии. Во-первых, это подбор и замена существующих либо внедрение новых насосов, оптимальных существующим нагрузкам котельной, а также к нагрузкам в ближайшей перспективе. С момента ввода в эксплуатацию котельной прошло более 30 лет. Расходы сетевой воды и гидравлические режимы сетей значительно изменились. Для оптимизации расходов необходимо внедрение насосов, удовлетворяющих существующие режимы эксплуатации тепловых сетей.
133
Во-вторых, это автоматизация процессов, связанная с внедрением станций управления двигателями на базе ЧРП для оптимизации потребления электроэнергии при переменных сезонных и суточных тепловых нагрузках. Используя датчик давления, частотно-регулируемый привод будет обеспечивать заданное давление независимо от расхода воды в данный момент. Снижение расхода приведёт к уменьшению мощности, потребляемой насосом.
Насосный парк котельной «Горки» укомплектован 4 центробежными насосами СЭ-800-100 номинальной подачей 800 т/ч и напором 100 м вд.ст., а также одним «летним» насосом марки Д630-90, производительностью 630 т/ч и напором 90 м вд.ст. (см. таблицу).
Таблица. Насосный парк РК «Горки»
Станц.№ Насос Производительность, м3/ч Напор, м.вд.ст. Электродвигатель
1 СЭ800-100 800 100 315 кВт, 0,4 кВ, 1450 об/мин
2 СЭ800-100 800 100 315 кВт, 0,4 кВ, 1450 об/мин
3 СЭ800-100 800 100 315 кВт, 0,4 кВ, 1450 об/мин
4 СЭ800-100 800 100 315 кВт, 0,4 кВ, 1450 об/мин
5 Д630-90 630 90 250 кВт, 0,4 кВ, 1450 об/мин
При нормальной схеме котельной «Горки» в работе находятся 2-3 насоса. Расходы сетевой воды составляют 1500 -2100 т/ч. Объем потребления электроэнергии сетевыми насосами за 2013г составил 5500 тыс.кВт/ч (см. рис. 1).
134
бвых = 900 м3/ч
ИСХОДНАЯ СХЕМА
Твых=110 гр.Ц
вк/а=900 м3/ч
п I шч1-5и
5
вк/а=900 м3/ч
^^-с
бх.р = 1233 м3/ч
вк/а=900 м3/ч
^ к 5
вк/а=900 м3/ч
^ к
Р= 9 атм 6т/с = 2133 м3/ч
Т1 Т2
ПГ™]-!
СН-1 СН-2 СН-3 СН-4
СЭ800-100 СЭ800-100 СЭ800-100 СЭ800-100
800 м3/ч 800 м3/ч 800 м3/ч 800 м3/ч
100 м 100 м 100 м 100 м
Д630-90 630 м3/ч 90 м
Р= 4,0 атм Тобр с.в=54 гр.Ц
Рис.1. Существующая схема котельной «Горки»
Из схемы на рис.1 видно, что существующий насосный парк работает параллельно в напорный коллектор. К примеру, на представленном режиме при расходе теплосети 2133 т/ч в работе находится 1 котёл и 3 сетевых насоса суммарной производительностью 2400 т/ч. Регулирование давления и расход сетевой воды по режиму теплосети осуществляется частичным открытием (закрытием) напорных задвижек обслуживающим персоналом, а также перепуском сетевой воды через перемычку между напорным коллектором и подающим тепловодом. Минусами данного режима является недозагруженность одного из сетевых насосов и дросселирование давления сетевой воды через перемычку.
Для оптимизации затрат электроэнергии сетевых насосов, предлагается два этапа внедрения энергосберегающих мероприятий:
1. Установка ЧРП на сетевой насос СН №2 (мощностью 315 кВт). Данное мероприятие позволит снизить давление в напорном коллекторе до технологически необходимого уровня. Экономия до-
I 1ВМ-50
СН-5
135
стигается регулированием производительности сетевых насосов следующим образом: при работе двух насосов, один из насосов загружается до номинальной загрузки, при которой КПД насоса максимально, а второй загружается по остаточному принципу с поддержанием минимального давления по средствам ЧРП. Тем самым, исключаются потери дросселирования на напорной задвижке насоса.
2. Дооборудование котельной «Горки» дополнительным насосным агрегатом марки Д1250-63 (мощностью 315 кВт), также оснащенным ЧРП. Для оптимизации режимов в летний период, когда тепловая нагрузка незначительна, а расходы сетевой воды велики, предлагается внедрить насос холодной рециркуляции (НХР), который будет подмешивать воду из обратной линии в подающую для обеспечения циркуляции и регулирования температурного режима теплосети. Благодаря установке дополнительного насоса с большей подачей и меньшим напором нет необходимости поддерживать в работе в летний период три сетевых насоса: сетевой насос с ЧРП будет обеспечивать необходимый расход через котёл, а насос холодной рециркуляции обеспечивать циркуляцию теплоносителя.
Согласно проведённых расчётов при фактических режимах работы котельной «Горки» годовая экономия (с условием последовательного внедрения двух этапов энергосберегающих мероприятий) в среднем составит 1244 тыс. кВт (около 4,3 млн руб/год по существующему тарифу). Потенциал энергосбережения составляет около 20% от фактических затрат электроэнергии за 2013г.
На рис.2 представлена планируемая к внедрению схема котельной «Горки» с установкой двух ЧРП. Из схемы видно, что при такой реконструкции котельной, регулирование теплосети происходит за счёт изменения числа оборотов двигателя сетевых насосов, экономя тем самым электроэнергию, потребляемую сетевыми насосами. К примеру, на аналогичном рисунку 1 режиме, в работе
136
будут находиться 1 сетевой насос с ЧРП и насос холодной рециркуляции, что позволяет полностью исключить дросселирование на запорной арматуре.
ввых = 900 м3/ч
Модернезированная схема
Твых=110 гр.Ц
вк/а=900 м3/ч
^к Щ
^к
вк/а=900 м3/ч
-ой—с
вк/а=900 м3/ч
к
в к/а=900 м3/ч
Р= 9 атм
вт/с = 2133 м3/ч Тпр с.в.=86 гр.Ц Т1
Т2
вх.р = 1233 м3/ч
СН-1 СЭ800-100 800 м3/ч 100 м
СН-2
СЭ800-100 800 м3/ч 100 м
0 Ш '
СН-3 СЭ800-100 800 м3/ч 100 м
СН-4 СЭ800-100 800 м3/ч 100 м
СН-5 Д1250-63 1250 мЗ/ч 63 м
Р= 4,0 атм Тобр с.в=54 гр.Ц
ПТВМ-50
1ТВМ-50
111ВМ-50
111ВМ-50
Р= 12 атм
Рис.2. Схема котельной с учётом установки ЧРП на СН-2 и НХР
При выборе схемы подключения ЧРП существует несколько вариантов:
• блочная схема: один ЧРП на один насос;
• групповое управление несколькими электроприводами.
• Вариант подключения ЧРП по схеме один ЧРП - один насос, представлен на рис.3. Данное решение упрощает электрическую схему и эксплуатацию, но снижает надёжность. При выводе насоса в ремонт ЧРП будет простаивать.
137
Рис.3 Блочная схема подключения ЧРП
На рис.4 представлена схема подключения, при которой имеется возможность перевода любого из насосов на ЧРП, что актуально при проведении ремонтов оборудования, а в случае отказа ЧРП позволяет переключить двигатель на общую сеть через бай-пасный контактор. Такой проект несколько дороже, но значительно повышает вариативность схемы, определяющую эффективность и экономичность их работы, а также надёжность. Но как при любом внедрении, данная модернизация требует определённых капиталовложений. При реконструкции котельной «Горки» с внедрением двух ЧРП, вводом насоса холодной рециркуляции -общая стоимость проекта, с подключением по блочной схеме, составляет около 6,3 млн руб.
138
Рис.4 Групповая схема подключения ЧРП
Несмотря на довольно крупные капиталовложения, нельзя не отметить высокую рентабельность предложенных мероприятий. Согласно проведённых расчётов окупаемости проекта, с учётом затрат на внедрение и необходимых отчислений, составляет 1,8 года, что для таких проектов приемлемо.
При подключении ЧРП по групповой схеме объем капиталовложений несколько увеличивается, т.к. необходима установка шкафов силовой коммутации, и ориентировочно составляет 7,7 млн руб. Окупаемость при этом будет чуть более двух лет, что также говорит о правильном вложении инвестиций в надёжность и энергоэффективность теплового источника города Казани, которым является котельная «Горки».
Источники
1. Федеральный закон от 23.11.2009 N 261 -ФЗ (ред. от 29.12.2014) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
2. Лезнов Б.С. Частотно-регулируемый электропривод насосных установок. Москва, Машиностроение, 2013.
139
Safouanov Timour I.
IMPROVING ENERGY EFFICIENCY IN THE BOILER HOUSE "GORKY"
The possibility of optimizing the operating modes of the district boiler house "Gorky" Kazan by changing the characteristics of the regulatory process operated centrifugal pumps and changing circuit coolant circulation. The results of calculation of the reduction of energy consumption in the regulation of variable frequency drive of network pump on the basis of the actual heating system operating modes, change of circulation of the coolant circuit in the summer, and the payback period of the project. Providing a variety of options for connecting the VFD to the power grid.
Keywords: energy saving, frequency-reguliremy drive optimization schemes boiler, increasing the efficiency of the network pumps.
140
