Обеспечение пиковых нагрузок

В настоящее время проблема обеспечения пиковой тепловой мощности (ПТМ) является актуальной для многих систем теплоснабжения нашей страны. В течение последних двух десятилетий проблеме обеспечения пиковой нагрузки не уделяют должного внимания.

К пиковым источникам теплоты предъявлялись значительно меньшие требования по экономичности, чем к основному теплофикационному оборудованию.

Поскольку считалось, что основная тепловая нагрузка обеспечивается за счет высокоэкономичных отопительных отборов пара турбин, то пиковая нагрузка может покрываться от гораздо менее экономичных в эксплуатации, но относительно и дешевых водогрейных котлов. Предполагалось, что при обычно исследуемом коэффициенте теплофикации а_т =0,5-0,7 время работы водогрейных котлов не должно ощутимо превышать 1000 часов в год, а отпуск теплоты от них – 10% от общего отпуска теплоты, поэтому ущерб от пониженной экономичности этих котлов для ТЭЦ невелик. В действительности продолжительность работы пиковых водогрейных котлов превосходит проектные величины, а доля вырабатываемой этими котлами теплоты достигает 40-55%.

Оценка современного состояния источников ПТМ показала, что в данной области достаточно высокий энергосберегающий потенциал.

В настоящее время при резко возросшей стоимости топлива необходимо провести существенную корректировку, заключающуюся в значительном повышении требований к экономичности и надежности технологий, обеспечении пиковых нагрузок систем теплоснабжения.

Пиковая тепловая нагрузка систем ТС может обеспечиваться различными способами. Традиционная пиковая нагрузка обеспечивается с помощью пиковых котлов, установленных на ТЭС или в котельных.

Недостатком этих технологий является пониженная надежность и экономичность, которая связана с высоким температурным режимом, периодичностью работы, несовершенством конструкции, низким КПД, существенными затратами на водоподготовку, недостаточным использованием преимуществ теплофикации.

При крайнем дефиците средств в энергосистеме на капитальное строительство трудно рассчитывать, но ввод новых более экономичных пиковых источников теплоты необходим. Поэтому одним из путей повышения экономичности является реконструкция существующих водогрейных котлов и другого оборудования при минимуме накопительных вложений.

Т.к. в крупных пиковых водогрейных котлах ПТВМ и КВТМ слабо развиты хвостовые поверхности нагрева, наиболее перспективным направлением повышения экономичности котлов является снижение потерь теплоты с уходящими продуктами сгорания, температура которых не превышает 200°С, а потери теплоты с уходящими газами составляют более 10-15%.

С целью повышения экономичности газифицированных пиковых водогрейных котельных был разработан ряд новых технологий [38] использования теплоты уходящих газов котельных с вакуумными деаэраторами. Предложено использовать теплоту уходящих газов пиковых водогрейных котлов для подогрева различных потоков подпиточной воды теплосети в одном или двух поверхностных теплообменниках последовательно установленных в газоходах котлов, работающих на газообразном топливе. Расчет основных параметров разработанных технологий показал низкотемпературный теплоноситель выгоднее нагревать в подогревателе конденсационного типа с использованием теплоты конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Применение подогревателей «сухого» теплообменника с пиковыми водогрейными котлами позволяет повысить коэффициент использования топлива на 7%, а конденсационных теплоутилизаторов – на 17%.

Другим направлением повышения эффективности обеспечения пиковой тепловой мощности является более полное использование возможностей теплофикации. Основным преимуществом теплофикации является совместная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ путем уменьшения влияния негативных факторов при обеспечении пиковой нагрузки систем теплоснабжения. Сущность этих технологий заключается в понижении максимальной температуры нагрева теплоносителя до 100-110 ºС и переходе на количественное или качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки.

Для реализации этих задач разработаны новые схемы тепловых электростанций с параллельным включением пиковых водогрейных котлов и основных сетевых подогревателей [38].

При разделении сетевой воды на параллельные потоки снижается гидравлическое сопротивление в оборудовании ТЭЦ, более полно используется тепловая мощность сетевых подогревателей турбин, а также водогрейных котлов за счет увеличения температурного перепада на их входе и выходе до 40-50 ºС, увеличивается электрическая мощность ТЭЦ и возрастает абсолютная величина комбинированной выработки электрической энергии.

Расчеты показывают, что для турбины Т-100-130 с двумя сетевыми подогревателями и параллельно включенным пиковым водогрейным котлом КВГМ-180 прирост электрической мощности достигает 1,6 млн кВт в год. При этом средняя экономия условного топлива составляет около 400 т в год. Эффективным энергетическим мероприятием является использование контактных теплообменников с активной насадкой для утилизации уходящих газов [18, 37].

Еще одним направлением повышения эффективности обеспечения ПТМ систем теплоснабжения является замена пиковых водогрейных котлов на пиковые сетевые подогреватели. Использование пиковых сетевых подогревателей, подключение к отборам пара турбин позволяют полезно использовать потенциал отработавшего парового потока и повышает теплофикационную выработку электроэнергии.

Технологическая нагрузка промышленно-отопительных ТЭЦ имеет существенную суточную, недельную и годовую неравномерность, поэтому на ТЭЦ имеются избытки пара производственных отборов. Эффективного изменение структуры покрытия тепловых нагрузок на ТЭЦ в сторону увеличения использования избытка пара с давлением 0,6-1,3 МПа для обеспечения пиковой тепловой нагрузки приводящей к рационализации режимов работы энергетических паровых котлов, вытеснению неэкономичных и ненадежно работающих пиковых водогрейных котлов, увеличению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Расчеты, произведенные графоаналитическим методом для Ульяновской ТЭЦ, показывают, что в результате передачи определенной части тепловой мощности пиковых водогрейных котлов на энергетические котлы экономия условного топлива составит около 3340 т в год.

Из-за сезонной неравномерности теплопотребления на ТЭЦ имеется огромный запас пиковых мощностей, которые большую часть отопительного сезона не используются, что снижает экономичность ТЭЦ.

Весьма перспективным поэтому является решение, при котором покрытие базовой части тепловой нагрузки системы теплоснабжения осуществлять за счет высокоэкономичных отборов пара теплофикационных турбин ТЭЦ, а пиковую нагрузку системы теплоснабжения обеспечивать автономными пиковыми источниками теплоты, установленными непосредственно у каждого из абонентов. В такой системе объединены достоинства централизованных и местных автономных теплоисточников.

В качестве автономных источников тепло ты можно использовать газовые и электрические бытовые отопительные котлы, электрообогреватели, инфракрасные излучатели, тепловые насосы.

Преимуществом данных технологий является возможность каждого отдельного абонента самостоятельно, независимо от остальных выбирать момент включения пикового теплоисточника и величину нагрева воды в нем. Это повышает качество теплоснабжения и создает более комфортные условия для каждого потребителя. Кроме того, при аварийных ситуациях на ТЭЦ и перебоях в централизованном теплоснабжении в работе остаются автономные источники теплоты абонента, которые будут работать в качестве основных. Это позволяет защитить систему теплоснабжения от замерзания и существенно повысить ее надежность.