Оптимизация систем теплоснабжения реферат

Обновлено: 05.07.2024

В данной работе рассматриваются вопросы повышения эффективности водяных систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации тепловых и гидравлических эксплуатационных режимов. Рассмотрены вопросы разработки, управления, контроля и анализа тепло-гидравлических режимов на примере системы централизованного теплоснабжения города Омска. Отражены результаты проведения наладки, а также показаны особенности оперативного централизованного регулирования тепловых режимов с учетом динамических свойств системы централизованного теплоснабжения.

Российская Федерация относится к странам с высоким уровнем централизации теплоснабжения. Теплоснабжение городских населенных пунктов обеспечивается тепловыми источниками (ГРЭС, ТЭЦ, котельными) различной мощности путем транспортировки тепловой энергии по водяным тепловым сетям.

Эффективность функционирования систем централизованного теплоснабжения во многом зависит от режимов работы тепловых сетей и систем теплопотребления. Поэтому задача оптимизации режимов, проведения наладки и регулирования тепловых и гидравлических режимов в сложных системах крупных городов является весьма актуальной.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА ОМСКА

электрической энергии осуществляется по комбинированному циклу.

К тепловым сетям подключено 12,5 тысяч тепловых пунктов, в том числе 59 ЦТП и ТПНС. Для увеличения пропускной способности тепловых сетей установлено 13 ПНС. Присоединение потребителей к тепловым сетям выполнено в основном по зависимой схеме, и лишь небольшая часть (~3%) подключена по независимой схеме через ИТП и ЦТП. Горячее водоснабжение осуществляется по открытой (-50 %) и закрытой схемам (-50 %) различных видов. Системами автоматического регулирования отопительно-вентиляционной нагрузки и ГВС оснащено только -12 % тепловой нагрузки.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ И НАЛАДКА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Оптимизация режимов работы тепловых сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, не требующих значительных финансовых затрат на внедрение, но приводящая к значительному экономическому результату и снижению затрат на топливно-энергетические ресурсы.

Разработка режимов (в отопительный и межотопительный периоды) проводится ежегодно с учетом анализа режимов работы тепловых сетей в предыдущие периоды, уточнения характеристик по тепловым сетям и системам теплопотребления, ожидаемого присоединения новых нагрузок, планов капитального ремонта, реконструкции и технического перевооружения. С использованием данной информации осуществляются теплогидравлические расчеты с составлением перечня наладочных мероприятий, в том числе с расчетом дроссельных устройств для каждого теплового пункта.

1) анализ технического состояния системы теплоснабжения, фактического состояния сетей, режимов, повреждаемости трубопроводов;

2) моделирование нештатных ситуаций, в том числе аварийных;

3) оптимизацию планирования замен трубопроводов с расстановкой приоритетов замены;

4) проектирование и модернизацию систем теплоснабжения, в том числе оптимизацию планирования модернизации и развития тепловых сетей.

Основным критерием оптимизационной задачи при разработке режимов и перераспределения тепловых нагрузок является снижение затрат на производство и транспорт тепловой энергии (загрузка наиболее экономичных тепловых источников, разгрузка ПНС) при имеющихся технологических ограничениях (располагаемые мощности и характеристика оборудования тепловых источников, пропускная способность тепловых сетей и характеристики оборудования перекачивающих насосных станций, допустимые рабочие параметры систем теплопотребления и т.д.).

1) сокращены излишние расходы топлива за счет перегрева потребителей в переходные периоды;

2) сокращены расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя на 10% за счет сокращения циркуляционных расходов теплоносителя при подключении новых потребителей;

3) сокращены расходы топлива на выработку электроэнергии за счет приведения в норму и снижения температуры обратной сетевой воды;

5) сокращены расходы подпиточной воды на 11%;

6) подключены новые потребители.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ

Основной задачей регулирования отпуска теплоты в системах теплоснабжения является поддержание комфортной температуры и влажности воздуха в отапливаемых помещениях при изменяющихся на протяжении всего отопительного периода внешних климатических условиях и постоянной температуре воды, поступающей в систему горячего водоснабжения при переменном в течение суток расходе [1, 2]. Выполнение этого условия является одним из критериев оценки эффективности системы.

4.1. Способы регулирования

Оптимизация теплогидравличесих режимов и эффективность работы СЦТ во многом зависит от применяемого метода регулирования тепловой нагрузки.

Основные способы регулирования могут быть определены из анализа совместного решения уравнений теплового баланса нагревательных приборов по общеизвестным формулам [3,4] и зависит от:

- площади поверхности теплообмена. Централизованное регулирование от тепловых источников возможно осуществлять путем изменения двух величин: температуры и расхода теплоносителя. В целом регулирование отпуска тепловой энергии может осуществляться тремя способами:

1) качественным - заключающимся в регулировании отпуска тепловой энергии путем изменения температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении постоянным количества расхода теплоносителя, подаваемого в регулируемую установку;

2) количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в регулируемую установку;

3) качественно-количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.

Для поддержания комфортных условий внутри зданий регулирование должно быть минимум двухуровневым: централизованное (на источниках тепла) и местное (на тепловых пунктах).

В большинстве городов России, в том числе в Омске, централизованное регулирование, как правило, является единственным видом управления и осуществляется в основном по нагрузке отопления или по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения [5] путем изменения температуры теплоносителя в подающих трубопроводах в зависимости от метеорологических параметров, прежде всего температуры наружного воздуха, при условно постоянном расходе теплоносителя, хотя в некоторых городах (Москва, С-Петербург, Уфа и др.) была проведена комплексная автоматизация [6].

Широко используемый в практике график качественного регулирования отопительной нагрузки показывает зависимость температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха. Расчет графика производится по общеизвестным формулам, которые выводятся из уравнения баланса нагревательного прибора при расчетных и других температурных условиях [3, 7, 8].

Данные методики расчета температурных графиков центрального регулирования изначально разрабатывались для задач проектирования систем теплоснабжения, поэтому в них принят ряд допущений и упрощений, в частности условие стационарности процессов теплообмена. В действительности все теплообменные процессы, происходящие в элементах системы теплоснабжения, нестационарные, и эта особенность должна быть учтена при анализе и регулировании тепловой нагрузки. Однако на практике эта особенность не учитывается и проектные графики используются при эксплуатации и оперативном управлении.

4.2. Тепловой режим зданий

Тепловой режим зданий формируется как результат совокупного влияния непрерывно изменяющихся внешних (изменения температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха) и внутренних (изменение подачи тепла от системы отопления, выделение тепла при приготовлении пищи, работа электроосветительных приборов, действие солнечной радиации сквозь остекление, тепло, выделяемое людьми) возмущающих воздействий [2].

Основным параметром, определяющим качество теплоснабжения потребителя и создания комфортных условий, является поддержание температуры воздуха внутри помещений в пределах допустимых отклонений ± (К2) °С [9].

Нестационарный тепловой баланс воздуха в отапливаемом здании описывается дифференциальным уравнением следующего вида:

4.3. Особенности оперативного регулирования тепловых режимов

В соответствии с действующими нормативными документами [10] регулирование тепловой нагрузки предусматривается путем изменения температуры теплоносителя в подающей линии в соответствии с утвержденным для системы теплоснабжения температурным графиком, заданной по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12-24 ч, определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов.

Несмотря на достаточно простую формулировку пункта в данных правилах, данная задача является чрезвычайно сложной в условиях неопределенности внешних факторов, сложности схемы теплоснабжения, прогнозных данных с учетом фактического состояния оборудования СЦТ, в первую очередь, тепловых сетей. По данным статистики и многочисленных аналитических материалов по эксплуатации износ оборудования систем теплоснабжения составляет около 60-70 % и продолжает увеличиваться из-за значительного снижения объемов замены трубопроводов. Проведенный анализ повреждаемости трубопроводов показывает, что основная часть повреждений происходит именно в процессе изменения температуры теплоносителя из-за изменения напряжений в трубопроводах.

Прогнозирование динамики изменения температуры внутреннего воздуха внутри помещений согласно формуле (1) при любых прогнозируемых изменениях температур наружного воздуха с учетом динамических свойств системы теплоснабжения позволяет разрабатывать диспетчерский график тепловых нагрузок с постоянной температурой теплоносителя в значительно большем временном интервале. При этом качество теплоснабжения и комфортные условия конечных потребителей не ухудшаются. Однако при этом следует учитывать степень автоматизации тепловых нагрузок, схемы присоединения и гидравлическую устойчивость СЦТ, так как проведенные исследования эксплуатационных режимов теплообменного оборудования тепловых пунктов показывают, что снижение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе на 1 °С приводит:

- в системах автоматического регулирования отопительной нагрузки зависимой схемы присоединения

— к увеличению циркуляционного расхода до 8 %;

- в системах автоматического регулирования отопительной нагрузки независимой схемы присоединения — к значительному увеличению расхода в первом контуре (до 12 % на каждый градус) и увеличению температуры теплоносителя в обратном трубопроводе на 1 °С;

- в системах ГВС закрытой схемы присоединения к увеличению циркуляционного расхода до 20 % и увеличению температуры теплоносителя в обратном трубопроводе на 1 °С.

Увеличение расходов теплоносителя увеличивает гидравлические потери. Поэтому данное регулирование возможно в условиях достаточности гидравлической устойчивости и резерва по оборудованию ПНС. Также следует отметить, что систематическое снижение температуры в подающих трубопроводах приводит к увеличению расходов теплоносителя с последующей разрегулировкой всей системы теплоснабжения.

Оперативное регулирование с учетом вышеуказанных особенностей приводит к:

1) уменьшению вероятности повреждений трубопроводов и повышение надежности;

2) повышению экономичности:

- при производстве энергии за счет разности приростов расхода топлива на выработку энергии на ТЭЦ при разных температурах теплоносителя;

- при транспорте и распределении тепловой энергии за счет разности прироста тепловых потерь трубопроводами при разных температурах теплоносителя;

3) снижению количества пусков-остановов основного теплогенерирующего оборудования, что также повышает надежность и экономичность.

В данной работе показана возможность повышения эффективности водяных систем централизованного теплоснабжения за счет оптимизации тепловых и гидравлических режимов. Оптимизация режимов работы тепловых сетей относится к организационно-техническим мероприятиям, которая не требует значительных финансовых затрат на внедрение, но приводит к значительному экономическому результату и снижению затрат на топливно-энергетические ресурсы. Поддержание оптимальных режимов возможно только при соблюдении температурных режимов. Разработку диспетчерского графика и централизованное регулирование отпуска тепла необходимо вести с учетом динамических характеристик системы теплоснабжения, аккумулирующих способностей и переменности внешних и внутренних воздействий.

ГВС — горячее водоснабжение;

ИТП — индивидуальный тепловой пункт;

ПНС — перекачивающая насосная станция;

САР - система автоматического регулирования;

СКФ-ТС— программное обеспечение «Система контроля

2. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления / С.А. Чистович, В.К. Аверьянов, Ю.Я. Тем-пель, СИ. Быков. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987, 248 с.

3. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. - 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001.-472 с.

4. Методические рекомендации по оптимизации гидравлических и температурных режимов функционирования открытых систем коммунального теплоснабжения. -М.: Роскоммунэнерго, 2005.

5. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004.

6. Трубопроводные системы энергетики: Управление развитием и функционированием / Н.Н. Новицкий, Е.В. Сеннова, М.Г. Сухарев и др. Новосибирск: Наука, 2004. -461с.

7. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1988. -432 с.

8. Проектирование тепловых сетей: Справочник проектировщика / под ред. А.А. Николаева. М., 1965. 360 с.

9. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

10. Правила технической эксплуатации тепловых установок. СПб.: Издательство ДЕАН, 2003. — 256 с.

Д. В. Жуков, В.З. Дмитриев, Повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения путем оптимизации теплогидравлических режимов

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Анализ технического состояния системы теплоснабжения, фактического положения сетей, режимов и повреждаемости трубопроводов. Суть разработки диспетчерского графика тепловых нагрузок. Наладка гидравлических строев и регулирование температурных режимов.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	27.02.2017
Размер файла	170,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Оптимизация режимов работы тепловых сетей крупных систем централизованного теплоснабжения

Д.В. Жуков,

К тепловым сетям подключено 13,3 тысяч индивидуальных тепловых узлов. Часть тепловых узлов (16% по тепловой нагрузке) подключена через центральные тепловые пункты и тепловые насосные станции (59 ЦТП и ТПНС). Для увеличения пропускной способности тепловых сетей установлено 13 перекачивающих насосных станций (ПНС), которые работают в режиме понижения давления в обратных трубопроводах, а одна ПНС также еще и в режиме повышения давления в подающем трубопроводе. Присоединение потребителей к тепловым сетям выполнено в основном по зависимой схеме, и лишь небольшая часть (~3%) подключена по независимой схеме через ИТП и ЦТП. Горячее водоснабжение осуществляется по открытой (~49%) и закрытой схемам (~51%) различных видов. Системами автоматического регулирования отопительно-вентиляционной нагрузки и ГВС оснащено только ~12% тепловой нагрузки. Присоединение новых систем теплопотребления осуществляется при помощи автоматизированных тепловых пунктов.

Опыт оптимизации и наладки режимов работы тепловых сетей

Разработка режимов (в отопительный и межотопительный периоды) проводится ежегодно [1] с учетом анализа режимов работы тепловых сетей в предыдущие периоды, уточнения характеристик по тепловым сетям и системам теплопотребления, ожидаемого присоединения новых нагрузок, планов капитального ремонта, реконструкции и технического перевооружения. С использованием данной информации осуществляются теплогидравлические расчеты с составлением перечня наладочных мероприятий, в том числе с расчетом дроссельных устройств (дроссельные диафрагмы и сопла элеваторов). Расчет дроссельных устройств осуществляется для каждого теплового узла с учетом снижения температуры теплоносителя за счет потерь тепловой энергии по трубопроводам от источника до теплового узла. Расчеты на отопительный период выполняются при 3-х режимах: наладочный (соотношение долей ГВС открытой схемы из подающего и обратного трубопровода соответственно 60 и 40%), в результате которого определяются диаметры дроссельных устройств, зимний (при расчетной температуре наружного воздуха и ГВС открытой схемы 100% из обратного трубопровода) и переходный (при температуре наружного воздуха, соответствующей началу/окончанию отопительного периода и ГВС открытой схемы 100% из подающего трубопровода). При проведении расчетов в последние два года к расчетным (договорным) нагрузкам применяются повышающие или понижающие коэффициенты, определенные по фактическому потреблению тепловой энергии. Учет фактических тепловых нагрузок позволяет более точно рассчитывать режимы, проводить наладку и, в конечном итоге, свести к минимуму отклонения от расчетных режимов.

2) моделирование нештатных ситуаций, в том числе аварийных;

3) оптимизацию планирования замен трубопроводов с расстановкой приоритетов замены;

4) проектирование и модернизацию систем теплоснабжения, в том числе оптимизировать планирование модернизации и развития тепловых сетей.

Основным критерием оптимизационной задачи при разработке режимов и перераспределению тепловых нагрузок является снижение затрат на производство и транспорт тепловой энергии (в частности, загрузка наиболее экономичных тепловых источников ТЭЦ-5 и ТЭЦ-3, разгрузка ПНС) при имеющихся технологических ограничениях (располагаемые мощности и характеристика оборудования тепловых источников, пропускная способность тепловых сетей и характеристики оборудования перекачивающих насосных станций, допустимые рабочие параметры систем теплопотребления и т.д.).

Разработанные режимы работы тепловых сетей согласовываются с тепловыми источниками, утверждаются и направляются для руководства и планирования режимов работы оборудования на тепловые источники и в эксплуатационные подразделения. При разработке режимов также разрабатываются и утверждаются необходимые мероприятия по организации режимов по магистральным тепловым сетям и по системам теплопотребления, которые выдаются в эксплуатационные районы и потребителям для исполнения до начала отопительного периода. По системам теплопотребления установка дроссельных устройств выполняется жилищными управляющими компаниями и другими собственниками под контролем персонала абонентских отделов тепловых районов при приемке в повторную эксплуатацию. Кроме того, специалистами осуществляется контроль за исполнением данных мероприятий, в том числе выборочно по системам теплопотребления. После начала отопительного периода проводятся наладочные работы на узлах регулирования, настраиваются регуляторы, проводятся регулировочные работы по системам теплопотребления.

В течение отопительного периода осуществляется многоуровневый контроль и анализ отпуска и потребления тепловой энергии.

1) Оперативный контроль осуществляет диспетчерская служба по дистанционно передаваемым данным с приборов учета тепловых источников, а также по периодически передаваемым данным с контрольных точек.

2) Ежесуточный контроль параметров теплоносителя, отпуска тепловой энергии и теплоносителя по каждой тепломагистрали и в целом по тепловому источнику передается на сервер (расходы сетевой, подпиточной и исходной воды, температуры и давление теплоносителя) с внесением оперативных корректировок в диспетчерский график тепловых нагрузок.

3) Контроль за потреблением тепловой энергии потребителями осуществляется инспекторами и специалистами абонентских отделов с периодичностью 1 раз в месяц. Также по распечаткам с приборов учета производится анализ режимов потребления потребителей с приборами учета для выявления нарушений потребления тепловой энергии (увеличенный расход, превышение температуры обратной сетевой воды и т.д.).

4) Контроль температуры обратной сетевой воды по границам и по ответвлениям (проводится еженедельно персоналом теплового района для выявления ответвлений с повышенной температурой обратной сетевой воды и проведением регулировки).

Особенности разработки диспетчерского графика тепловых нагрузок

Наладка гидравлических режимов неразрывно связана с регулированием температурных режимов от тепловых источников. Основной задачей регулирования в системах теплоснабжения является поддержание температуры воздуха внутри отапливаемых помещений в заданных допустимых пределах при изменении внешних и внутренних возмущающих факторов.

Возрастание доли автоматизации систем теплопотребления и переход на количественно-качественное регулирование при низкой гидравлической устойчивости системы приводит к существенной переменности гидравлических режимов, поэтому требования к организации и оперативному управлению тепловыми и гидравлическими режимами систем ЦТ существенно возрастают.

Анализ динамики изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в г. Омске в отопительные периоды показывает, что изменение температуры носит случайный характер, при этом в отдельные периоды имеют место значительные амплитуды изменения суточных температур (до 15ч17 ОС), что при качественном регулировании предполагает изменение температуры в подающих трубопроводах более 30 ОС.

Постоянные изменения внешних возмущающих факторов приводят к необходимости изменения тепловой нагрузки, режимов и состава работающего оборудования ТЭЦ, а также к возникновению знакопеременных напряжений в трубопроводах тепловых сетей, что увеличивает вероятность их повреждений и снижает надежность.

При формировании диспетчерского графика также предусмотрена корректировка задания, которая может быть введена по внешней инициативе, либо при значительном отклонении фактических температур от прогнозных. Данная температура может быть задана на период регулирования либо, с учетом корректировки, на несколько периодов регулирования.

Основные результаты

1) решены вопросы теплоснабжения и горячего водоснабжения в целых микрорайонах города (пос. 40 лет Октября, пос. Сибзавода, пос. Свердлова, микрорайонов № 5, № 6, № 10, № 11 Левого берега, Центральной части города, жилых кварталов по ул. Поселковая, ул. Тюленина, ул. Труда), а также отдельных потребителей;

3) сокращены излишние расходы топлива за счет перегрева потребителей в переходные периоды;

4) сокращены расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя на 14% (с 53 до 46 млн кВт.ч) за счет сокращения циркуляционных расходов теплоносителя при одновременном подключении новых потребителей;

5) сокращены расходы топлива на выработку электроэнергии за счет снижения и приведения в норму температуры обратной сетевой воды;

6) сокращены расходы подпиточной воды на 21% (с 40,2 до 31,9 млн м3);

7) подключены новые потребители;

8) снижена повреждаемость трубопроводов. Таким образом, при комплексном подходе к процессу управления режимами работы могут быть оптимизированы режимы и значительно повышена эффективность функционирования системы ЦТ.

Литература

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: НЦ ЭНАС, 2008. - 264 с.

Подобные документы

Исследование надежности системы теплоснабжения средних городов России. Рассмотрение взаимосвязи инженерных систем энергетического комплекса. Характеристика структуры системы теплоснабжения города Вологды. Изучение и анализ статистики по тепловым сетям.

дипломная работа [1,4 M], добавлен 10.07.2017

Описание системы теплоснабжения. Климатологические данные города Калуга. Определение расчетных тепловых нагрузок района города на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей. Эффективность тепловой изоляции.

курсовая работа [146,6 K], добавлен 09.05.2015

Подземная и надземная прокладка тепловых сетей, их пересечение с газопроводами, водопроводом и электричеством. Расстояние от строительных конструкций тепловых сетей (оболочка изоляции трубопроводов) при бесканальной прокладке до зданий и инженерных сетей.

контрольная работа [26,4 K], добавлен 16.09.2010

Расчет тепловых нагрузок производственных и служебных зданий предприятия по укрупнённым характеристикам. Расчет необходимых расходов воды для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Построение пьезометрического графика и выбор схемы абонентских вводов.

курсовая работа [431,9 K], добавлен 15.11.2011

Описание тепловых сетей и потребителей теплоты. Определение расчетной нагрузки на отопление. Анализ основных параметров системы теплоснабжения. Расчет котлоагрегата Vitoplex 200 SX2A. Определение расчетных тепловых нагрузок на отопление зданий.

дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.03.2017

Планировка микрорайона и трассировка тепловых сетей, тепловые нагрузки. Расчет тепловой схемы котельной, оборудование. Пьезометрический и температурный график. Гидравлический, механический расчет трубопроводов, схемы присоединения тепловых потребителей.

курсовая работа [532,9 K], добавлен 08.09.2010

Вывод тепловых сетей и водогрейных котельных на период летнего простоя. Пуск водогрейных котлов и тепловых сетей на зимний режим работы. Режимы оборудования ТЭЦ. Работа тепловых установок с промышленным и теплофикационным отбором пара и конденсацией.

В условиях достаточно сурового климата важно построить надежные современные системы теплоснабжения и электроснабжения жилых и административных зданий. Эффективные решения в данных областях позволят существенно экономить энергоресурсы, водные ресурсы, обеспечат надлежащий уровень комфорта, позволят снизить издержки строительства и эксплуатации.

Введение………………………………………………………………………………………3
1 Оптимизация систем теплоснабжения многоэтажных зданий…………………………..4
2 Оптимизация структуры системы теплоснабжения
производственного предприятия…………………………………………………………8
Список использованных источников………………………………………………………13

Файлы: 1 файл

оптимизация тс.docx

1 Оптимизация систем теплоснабжения многоэтажных зданий…………………………..4

2 Оптимизация структуры системы теплоснабжения

производственного предприятия………………………………………………… ………8

Список использованных источников…………………………………………………… …13

Характерной особенностью проектных и плановых решений в области теплоснабжения является многовариантность. При этом отдельные конструктивные элементы, технологические схемы, установки могут быть выполнены неоднозначно, то есть с различными параметрами:

- термодинамическими (температура воды, давление, влажность воздуха и т.д.)

- гидравлическими (расход теплоносителя, потеря давления в трубопроводе, скорость движения воздуха и т.д.);

- конструктивными (схемы подключения потребителей) и другие.

На сегодняшний день существует четыре основных способа решения задачи обеспечения теплоснабжения:

1. Система централизованного отопления (районная котельная)

2. Котельная на небольшую группу домов

3. Крышная котельная

4. Поквартирное отопление.

1 Оптимизация систем теплоснабжения многоэтажных зданий

До середины 80-х годов в нашей стране преимущественно развивались крупные системы теплофикации. Такие системы не отличаются гибкостью: все потребители получают примерно одно и то же, независимо от реальных нужд. Потери тепла на многокилометровых сетях весьма значительны, особенно если принять во внимание степень изношенности этих сетей и отсутствие средств на ремонт. Функционирование теплофикационных централизованных систем сопровождается большими тепловыми потерями (достигающими 25-30%) при транспорте горячей воды и затратами электроэнергии на перекачку сетевой воды.

В настоящее время, когда ощущается недостаток инвестиций на восполнение выбывающих в связи с выработкой ресурса и развитие новых теплогенерирующих мощностей, появилась тенденция строительства автономных котельных. Появляются отдельные дома и целые жилые массивы с полностью автономными газовыми системами теплоснабжения. К преимуществам этого способа теплоснабжения зданий можно отнести сокращение капиталовложений в 2-3 раза за счет исключения тепловых сетей, уменьшение потерь тепла на 20-40%, экономию топлива вследствие высокого КПД теплогенераторов, сокращение затрат на топливо (природный газ сегодня – самый дешевый вид топлива), минимизацию затрат на обслуживание (котельные автоматизированы, не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала), снижение значения человеческого фактора и снижение вредных выбросов в атмосферу по сравнению с крупными районными котельными, работающими преимущественно на твердом или жидком топливе. Таким образом, переход на автономное отопление снижает стоимость единицы тепловой энергии; существенно сокращаются эксплуатационные расходы.

Основные преимущества блочно-модульных котельных:

Минимальные затраты на фундамент под котельную, достаточно дорожных плит.
Возможность установки дымовых труб на единую раму-основание с котельной, соответственно, не требуется специальный фундамент под дымовую трубу (в котельных до 1 МВт).
Небольшие сроки (от двух недель) и минимальные затраты на монтаж котельной.

Конструкция блочно-модульной котельной предусматривает возможность увеличения тепловой мощности без демонтажа существующего оборудования, с подключением к существующей системе теплоснабжения.

Блочно-модульные автономные котельные могут быть использованы для отопления отдельных жилых и административных зданий, а также для теплоснабжения жилых районов

Ещё один востребованный рынком вариант системы теплоснабжения отдельного здания – это крышная котельная. Максимально допустимая тепловая мощность такой котельной составляет 3,0 МВт.

Одним из эффективнейших направлений жилищно- коммунальной реформы может стать поквартирное отопление – децентрализованное (автономное) индивидуальное обеспечение отдельной квартиры в многоквартирном доме теплом и горячей водой. Основными элементами поквартирного отопления являются: отопительный котел, отопительные приборы, системы подачи воздуха и дымоудаления.

Поквартирное отопление многократно снижает затраты. Потребитель получает возможность достичь максимального теплового комфорта, снимается проблема перебоев в тепле и горячей воде по техническим, организационным и сезонным причинам.

Для строителей поквартирное отопление значительно удешевляет затраты на строительство: отпадает необходимость в дорогостоящих теплосетях, тепловых пунктах, приборах учета тепловой энергии; становится возможным вести жилищное строительство в городских районах, не обеспеченным развитой инфраструктурой тепловых сетей, при условии, естественно, надежного газоснабжения; снимается проблема окупаемости системы отопления, т.к. погашение стоимости происходит в момент покупки жилья; повышается потребительская привлекательность таких квартир.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что децентрализованные системы теплоснабжения любого вида позволяют исключить потери тепловой энергии при ее транспортировке, сократить эксплуатационные расходы (а значит, снизить стоимость тепла для конечного потребителя), обеспечить бесперебойность отопления и горячего водоснабжения, производить жилищное строительство там, где нет развитой инфраструктуры тепловых сетей.

Говоря об обеспечении зданий энергоресурсами, нельзя не отметить, что на сегодняшний день российская энергетика столкнулась с вопросом нехватки электроэнергии. Только 30% территории России покрыто едиными энергетическими сетями. Обеспечение же энергией остальной территории осуществляется либо за счет локальных региональных энергосетей, либо за счет отдельных генерирующих мощностей, как правило, дизельных электрогенераторов. Поэтому не удивительно, что цена 1 кВт·ч в некоторых удаленных районах достигает 4-х долларов США.

Одним из способов решения данной проблемы, одновременно способствующим совершенствованию теплофикационных систем и обеспечению максимальной экономии топлива, является использование генераторов малой мощности (просто генерация, когенерация, тригенерация).

Подробнее хотелось бы остановиться на когенерации. Когенерация представляет собой высокоэффективное использование газа как первичного источника энергии для получения 2-х форм полезной энергии – электрической и тепловой. Главное преимущество когенератора перед обычными теплоэлектростанциями конденсационного типа состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью. Иными словами, система когенерации позволяет использовать то тепло, которое обычно просто теряется. Применение когенератора сокращает расходы на энергообеспечение приблизительно на 100 $/кВт установленной электрической мощности когенератора.

Когенераторные установки более экологичны (требуется на 40-50% меньше топлива для производства такого же количества энергии) и более экономичны при удачной разработке проекта (инвестиции на закупку и монтаж когенераторной установки окупятся за счет производства более дешевой электроэнергии).

2 Оптимизация структуры системы теплоснабжения производственного

На создание требуемых для работы людей и оборудования климатических условий производственным предприятиям приходится расходовать немалые средства. Эти затраты напрямую связаны с конкурентоспособностью их продукции. Резкое удорожание энергоносителей, сокращение лимитов потребления, а также политика "отключения" должников окончательно заставляет, надеется только на свои собственные силы.

Сегодня большинство предприятий получает тепло от одного источника. Как правило, это городская или собственная котельная. Городское тепло стоит очень дорого, а его качество, как правило, оставляет желать лучшего. Вариант с одной собственной котельной также зачастую не оптимален: себестоимость тепла остается высокой; мощностей не хватает; требуется частичная или полная реконструкция. Итогом же данной "централизации" становятся протяженные тепловые сети, загромождающие территорию, требующие обслуживания и что самое главное, значительным образом снижающие КПД всей отопительной системы. К примеру, потери на тепловых сетях могут достигать 20% и более. В дополнение ко всему, единственная котельная отапливает помещения различного назначения, с различными температурными режимами, что существенно затрудняет или делает невозможным эффективное регулирование и управление теплоснабжением.

В результате, "централизация" теплоснабжения крупного предприятия, включающего в себя, производственные, административно-бытовые и вспомогательные помещения, не может в полной мере решить задачи энергосбережения, в связи со значительными расходами на выработку (приобретение), передачу и создание тепла.

Вернемся к отмеченному нами ранее ключевому аспекту оптимизации структуры теплоснабжения. Под децентрализацией системы теплоснабжения, мы понимаем максимальное приближение источников тепла ко всем объектам, требующим отопления.

Основным принципом здесь становится идея разводки по предприятию не теплоносителя, а энергоносителя. Выбор энергоносителя для системы отопления, осуществляется на основании местных условий, а также технико-экономического анализа. Наиболее выгодным, на данный момент, нам представляется природный или сжиженный газ, т.к. является самым дешевыми и экологически чистыми (по отношению к традиционным энергоносителям), что важно при использовании его на предприятиях в черте города.

В настоящее время существует множество систем так называемого прямого преобразования энергии. Часть из них основана на применении энергосберегающих принципов в отоплении - инфракрасные обогреватели и т. д. Сочетание этих принципов с возможностями современных систем регулирования и управления уменьшает затраты на обогрев в 3 раза и более (по энергоносителю), и значительно снижает эксплуатационные затраты, по сравнению с традиционными конвекционными системами отопления. Инфракрасные обогреватели обеспечивают отопление в тех зонах, где это действительно необходимо. Эти системы могут отапливать локальные участки и зоны до нужной температуры в зависимости от технологических требований.

Цель данной работы заключается в изучении оптимизации системы теплоснабжения. В работе рассмотрены особенности оптимизации систем теплоснабжения, изучены преимущества процесса оптимизации системы теплоснабжения, а также перечислены основные мероприятия, которые могут быть использованы для оптимизации системы теплоснабжения. В заключение работы отмечается, что общий результат реализации проектов по оптимизации системы теплоснабжения промышленных предприятий заключается в организации такой схемы снабжения потребителей различными видами энергоресурсов, при которой план выпуска продукции выполняется максимально эффективно.

Ключевые слова: теплоснабжение, оптимизация, энергоресурсы, энергоносители, трубопровод.

Развитие научно-технического прогресса позволяет людям чувствовать себя более комфортно в городах. По сравнению с прошлым веком, в веке нынешнем появилось множество различных, доступных большинству людей удобств, таких как: водопровод, теплоснабжение, централизованная система освещения. Уже практически невозможно представить себе жизнь без этих благ цивилизации, которые стали привычны.

Для каждого из существующих в настоящее время типов деятельности все расходы, связанные с энергетическими ресурсами, оказывают достаточно большое влияние на конечную себестоимость продукции. Сократить их возможно, обеспечивая эффективное взаимодействие источников энергоресурсов и их потребителей. Всего этого можно достичь путем проведения оптимизации системы теплоснабжения.

Оптимизация теплоснабжения с точки зрения энергетической оценки зданий является в настоящее время актуальной темой. Снижение потребления тепла за счет увеличения ширины теплоизоляции, используемой для утепления зданий, практически вне пределов возможного. Поэтому ищутся новые способы экономии энергии [1].

В связи с вышесказанным можно с уверенностью сказать, что изучение вопросов, которые касаются оптимизации системы теплоснабжения, являются весьма актуальным в настоящее время.

Оптимизация теплоэнергетических систем промышленных предприятий позволяет обеспечить:

— бесперебойное снабжение потребителей всеми видами энергоресурсов;

— максимальное и наиболее эффективное использование всех внутренних энергоресурсов, определение оптимального направления их использования;

— обеспечение балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учетом реальных графиков работы производственных агрегатов с целью снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за разбалансировок;

— наиболее экономичное резервирование источников энергоресурсов по предприятию;

— правильный выбор энергетических установок и агрегатов, отвечающих по своим техническим характеристикам режимам работы оборудования;

— оптимальный выбор энергоносителей для тех или иных производств, в частности, распределение различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических характеристик и некоторых других [2].

В рамках проведения оптимизации системы теплоснабжения могут быть проведены следующие мероприятия:

— утилизация сбросного тепла технологических установок;

— оптимальные высокоэффективные схемы обеспечения и регулирования теплопотребляющего оборудования;

— организация систем сбора и возврата конденсата;

— рекуперация низкопотенциального тепла;

— системы регулирования параметров магистральных сетей пара и теплофикационной воды;

— выработка электрической и механической энергии для нужд предприятия в процессе редуцирования пара;

— автоматизированное управление пароснабжением [3].

Рассмотрим один из примеров проведения оптимизации системы теплоснабжения района. Допустим, что вся система теплоснабжения является единой гидравлической системой. Для регулирования нагрева, потребления и давления используются регуляторы, регулирующие шайбы, лифты и т. д., которые являются гидравлическими опорами. Их применение является причиной достаточно больших потерь давления, что, в конечном итоге, приводит к дополнительным затратам, связанным с перемещением тепла. Политика широко используемого внедрения систем измерения и регулирования теплоснабжения в принципе является правильной, но недостаточной для радикального решения проблем энергосбережения. Для этого необходимо выполнить следующие условия:

— разработать единую систему автоматического регулирования системы теплоснабжения на основе решения проблемы роста потока (в настоящее время широко распространенные местные системы регулирования не дают желаемого эффекта);

— усовершенствовать существующую структуру системы теплоснабжения, которая основана на применении иерархии гидравлически развязанных схем системы.

На верхнем уровне иерархии должен находиться производитель тепла — источника тепла с основными сетями. Потребители тепловых (квартальных) сетей подключаются к основным трубопроводам посредством теплообменников. Таким образом, контуры котельной и конечного потребителя тепла являются гидравлически развязанными друг относительно друга. Приборы учета количества выделяемого тепла (тепловые счетчики) устанавливаются на входе в тепловые сети и в каждом абоненте. При такой организации теплоснабжения в сетях можно установить необходимое давление и температуру независимо от размера этих параметров в основных сетях. Самостоятельно решаются проблемы повышенного давления в прямых и обратных трубопроводах, создания необходимого существующего давления и т. д. Важным преимуществом такой системы теплоснабжения является возможность создания конкурентного рынка, что позволяет внедрять научно основанные системы ценообразования на основе компьютерного моделирования систем теплоснабжения и рассеянного рынка [4].

В заключение работы хотелось бы отметить, что общий результат реализации проектов по оптимизации системы теплоснабжения промышленных предприятий заключается в организации такой схемы снабжения потребителей различными видами энергоресурсов, при которой план выпуска продукции выполняется максимально эффективно. Лучше всего эффект от мероприятий по оптимизации теплоэнергетической системы заметен в отраслях, где энергоресурсы составляют существенную долю в затратах предприятия.

Основные термины (генерируются автоматически): оптимизация системы теплоснабжения, заключение работы, общий результат реализации проектов, план выпуска продукции, различный вид энергоресурсов, сеть, система теплоснабжения, схема снабжения потребителей.

Показана методика выбора системы теплоснабжения с помощью постановки и решения оптимизационной задачи. Критерием оптимальности был выбран минимум удельных полных затрат на строительство или эксплуатацию. Оптимизация проводится путём выбора наиболее подходящего количество систем теплоснабжения для определённого участка теплоснабжения.

Введение

В России около 70% тепловой энергии производится централизованно. Из них около 40% производится на ТЭЦ. У централизованной системы есть свои преимущества, но также они обладают значительными недостатками.

Любая система теплоснабжения (рис. 1) состоит из:

Рис. 1. Система теплоснабжения

Наиболее слабым место централизованной системы отопления является тепловая сеть, поскольку:

в ней теряется значительная часть теплоты

низкое качество ремонта может привести к прорывам и как следствие потерям рабочего тела

значительная протяжённость тепловой сети приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и увеличению затрат электроэнергии

Но при этом в централизованной системе отопления снижаются удельные затраты на выработку теплоты поскольку увеличение мощности источника теплоты:

снижает удельный расход топлива

уменьшает количество обслуживающего персонала

При проектировании нового населённого пункта ставится задача определения оптимального количества систем теплоснабжения на территории населённого пункта, при этом считается, что известны: тип зданий, количество жителей и плотность их расселения.

Населённый пункт площадью F разбивают на участки, каждому из которых соответствует своя система теплоснабжения. На рисунке 2 представлены возможные варианты теплоснабжения населённого пункта.

Рис 2. Возможные варианты теплоснабжения населённого пункта.

В качестве ограничения принимаются соотношения:

где, Fn; Fi– площадь населённого пункта и его участка по рассматриваемому варианту, m – количество районов и обслуживающих их систем теплоснабжения

– среднее за срок службы системы годовое количество теплоты, потреблённое населённым пунктом и его отдельными частями

– количество теплоты, потреблённое населённым пунктом (его частью) в k-ом году, (кВт∙ч/год); - срок службы системы, год

–удельный расход потреблённой теплоты, (кВт∙ч/м 2 ∙год).

Количество потреблённой теплоты определяется по Приложению А (удельные тепловые характеристики для отопления и вентиляций зданий и температуры воздуха внутри помещений).

Полная мощность отдельно взятой котельной определяется исходя из потребляемой мощности отапливаемого участка и тепловых потерь во время транспортировки тепловой энергии с помощью коэффициента β, как известно тепловые потери увеличиваются при расширении тепловой сети, поэтому коэффициент β является функцией от площади участка – β=f(

Оптимальное количество систем теплоснабжения определяется по минимуму полных удельных затрат:

– удельные затраты соответственно полные, на выработку и на транспортировку тепловой энергии (Дж/руб)

где (К₁+S₁) капитальные и текущие затраты на выработку теплоты, (К₂+S₂) – капитальные и текущие затраты на транспортировку.

Капитальные затраты (К) и текущие затраты (S) также являются функциями от площади отапливаемого участка К= f(F), S=f(F)

Соответственно решение поставленной задачи находится как минимум функции .

Пример решения оптимизационной задачи:

Необходимо рассчитать систему теплоснабжения для населенного пункта, включающегося жилые 5-этажные дома, школу, детский сад, магазины.

Вначале определяем необходимые минимальные удельные затраты теплоты на отопление зданий и сооружений, из данных в условии задачи (Приложение А).

Затем рассматриваем возможные разбиение населенного пункта на участки теплоснабжения, определяем полное количество теплоты на отопление зданий в каждом из участков и выбираем соответственно наиболее подходящие котельные установки. Также рассчитываем капитальные затраты на монтаж тепловой магистрали к каждому из возможных вариантов, которые приведены в таблице 1.

Читайте также: