Разработка комплекса ресурсосберегающих мероприятий в системе энергообеспечения городского хозяйства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Паньшин, Алексей Семенович

• Паньшин, Алексей Семенович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Паньшин, Алексей Семенович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛО-ВОДОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА

1.1. Система центрального тепло- и водоснабжения Москвы

1.2. Потери энергии в централизованных сетях и резервы 14 энергосбережения

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА НА РТС

2.1. Постановка задачи регулирования режима горения

2.2. Объект исследования - котлы типа ПТВМ

2.3. Предварительные исследования режима горения на котле ПТВМ

2.4. Разработка алгоритма и структурной схемы автоматического регули- 30 рования режима горения в котлах ПТВМ

2.5. Реализация системы автоматического регулирования режима горения

2.6. Методика оценки экономической эффективности

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАЙОННЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

3.1. Проблема регулирования режимов теплосети

3.2. Анализ возможных способов регулирования тепловой мощности 45 котлов ПТВМ

3.3. Принцип плавного регулирования тепловой мощности 47 котла типа ПТВМ

3.4. Предварительные исследования режима котлов при регулировании 48 тепловой мощности

3.5. Система автоматического регулирования тепловой мощности котла 50 ПТВМ и температуры сетевой воды

3.5.1. Регулирование тепловой мощности

3.5.2. Регулирование температуры сетевой воды

3.6. Результаты опытно-промышленной эксплуатации

3.7. Оценка экономической эффективности системы автоматического 62 регулирования температуры сетевой воды

3.7.1. Экономия электроэнергии

3.7.2. Экономия тепловой энергии и топлива 62 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАСХОДА ВОДЫ В ТЕПЛОСЕТИ

4.1. Задача регулирования сетевых насосов теплостанций

4.2. Система регулирования давления и перепада давления в теплосети

4.3. Резервирование сетевых насосов

4.4. Мероприятия по согласованию тепловой нагрузки сети и мощности 76 сетевых насосов

4.5. Результаты промышленной эксплуатации

Выводы по главе

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКС ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ЦЕНТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

5.1. Актуальность модернизации ЦТП

5.2. Классификация систем теплоснабжения

5.3. Основные факторы энергосбережения

5.4. Методика обследования систем тепловодоснабжения жилых микро- 93 районов

5.5. Проблемы, сопровождающие технические мероприятия по энергосбережению

5.6. Результаты энергосберегающих мероприятий на примере одного района тепловых сетей г. Москвы.

Выводы по главе

ГЛАВА 6. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ В МОДЕРНИЗАЦИИ ТЕП

ЛОВЫХ ПУНКТОВ

6.1. Натурные испытания вентильно-индукторного электропривода насо- 109 са в центральном тепловом пункте

6.2. Состояние систем пожаротушения в современных условиях

6.3. Объединенная система хозяйственно-противопожарного водопрово- 111 да с регулируемым электроприводом пожарных насосов

6.4. Опыт применения объединенной системы хозяйственно- 112 противопожарного водопровода на ЦТП Предприятия № 1 ГУП

Мостеплоэнерго».

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплекса ресурсосберегающих мероприятий в системе энергообеспечения городского хозяйства»

Самым большим по объему потребляемых энергоресурсов — более 400 млн. условного топлива в год или 45% от общего потребления, является сектор теплоснабжения страны. В 2000 г. суммарное производство тепловой энергии составило 2060 млн. Гкал. [1].Система теплоснабжения, сложившаяся в России, в основном централизованная. Централизованно производится более 71% тепловой энергии, и только 29% приходится на децентрализованные источники. Тепловыми электростанциями (ТЭЦ) отпускается более 34% всего тепла, котельными почти 50% [1].

Даже в условиях спада промышленного производства темпы роста потребности в энергии превышают темпы вводимых в эксплуатацию энергомощностей. Поэтому сбережение энергии всех видов становится главным фактором снижения нагрузки энергетики на инвестиционный баланс страны [2]. На это были направлены правительственная «Программа энергосбережения России: на * 1996-2000 годы» и Постановление № 1087 от 2 ноября 1995 г. «О неотложных мерах по энергосбережению».

Прогноз теплопотребления в России в благоприятных условиях экономического развития предусматривает ежегодный рост производства теплоэнергии, в 2020 году оно достигнет 2650 млн. Гкал. Поэтому энергосбережение в городском хозяйстве является приоритетной задачей.

Энергообеспечение городского хозяйства — это снабжение потребителей электроэнергией, теплом и водой. Проблемы рациональной организации и энергосбережения в системах электроснабжения успешно решались и решаются на основе использования электротехнических средств и методов, тогда как для систем тепло-и водоснабжения до недавнего времени не существовало эффективных электротехнических устройств для управления потоками неэлектрической энергии, что существенно затрудняло решение задач экономии энергоресурсов, хотя актуальность этих задач стремительно возрастала.

Появление на широком рынке, благодаря успехам силовой и информационной электроники, доступных преобразователей частоты, микропроцессорных средств, новых датчиков неэлектрических величин и т.п. сделало актуальной задачу их эффективного использования в системах тепло- и водоснабжения для обеспечения экономии газа, электроэнергии и воды.

В Москве, как и во множестве городов России, действует централизованная система теплоснабжения. Здесь присутствуют, в основном, два производителя тепла: АО «Мосэнерго» и ГУП «Мостеплоэнерго». На долю «Мосэнерго» приходится около 70% тепловой энергии, производимой ТЭЦ и распределяемой через сеть центральных тепловых пунктов (ЦТП). Остальные 30% тепла производит «Мостеплоэнерго» на районных и квартальных тепловых станциях (РТС и КТС) и распределяется через сеть ЦТП и ИТП (индивидуальный тепловой пункт).

Резервы экономии энергоресурсов имеются на всех стадиях производства и распределения тепловой энергии.

При производстве тепловой энергии на теплостанциях доля затрат на собственные нужды в сравнение с вырабатываемой тепловой энергией незначительна, поэтому КПД станции зависит от полноты сгорания топлива, то есть от количества.теплопродукции на единицу условного топлива - в конкретном случае газа. Недопустимо как неполное сгорание топлива (выбрасывание неиспользованного газа в атмосферу), так и отток недоиспользованного тепла вместе с уходящими газами.

Тепловой режим теплосетей определяется не только количеством выработанной тепловой энергии, но и режимом циркуляции теплоносителя (перегретая воды) по первичному замкнутому контуру, включающему бойлеры отопительной системы и горячего водоснабжения. Избыток или недостаток давления в напорном трубопроводе (или разности давлений в напорном или обратном трубопроводах) ведут к повышенным теплопотерям в протяженных магистралях (дополнительные затраты топлива) или снижение качества отопления и горячего водоснабжения. Регулирование подачи теплоносителя в сеть ведется в настоящее время задвижками на напоре сетевых насосов. За счет потери давления на этих задвижках перерасход потребляемой электроэнергии в мощных сетевых насосах достигает 60%.

Установленная тепловая мощность котлов центральных систем теплоснабжения учитывает среднегодовую температуру наружного воздуха и наиболее соответствует отопительному сезону. В летний период при отсутствии отопления встает проблема избыточной тепловой мощности даже при работающем только одном котле и его минимально возможной тепловой мощности. Любое техническое мероприятие, в том числе связанное с временным остановом выработки тепловой энергии и его возобновлением, связано с повышенными энергозатратами и ухудшением качества энергообеспечения населения.

Значительная доля потребляемой электроэнергии и воды приходится на центральные тепловые пункты (ЦТП) теплосетей: Подача расходуемых холодной и горячей воды осуществляется насосами мощностью, как правило, от 15 до 30 кВт. Насосы рассчитаны на максимальный разбор воды в часы пик, причем по проекту с существенными запасами. Практика показывает, что реальный ресурс сбережения электроэнергии достигает 50-60% при условии соблюдения требуемого давления воды в зависимости от водоразбора. Кроме того, следует уделить внимание состоянию гидросистемы у потребителя - соотношению гидросопротивлений параллельных оборотных колец горячего водоснабжения и др. Правильная наладка гидросистемы обеспечивает значительную экономию электроэнергии, как в циркуляционных насосах горячей воды, так и насосах холодного водоснабжения.

В рамках данной работы рассматриваются задачи, решаемые электротехническими средствами и методами: регулируемый электропривод насосов и вентиляторов, системы автоматического регулирования технологических параметров при выработке и транспортировке тепловой энергии.

В работе решается комплекс задач энергосбережения, основные из которых следующие:

- оптимизация сгорания топлива в котлоагрегатах путем автоматического регулирования соотношения воздух-газ в зависимости от внешних параметров;

- дискретно-непрерывное автоматическое регулирование тепловой мощности котлов и температуры сетевой воды на базе группового частотно-регулируемого электропривода дутьевых вентиляторов и системы оптимизации, сгорания топлива;

- автоматическое регулирование параметров теплоносителя (температура, давление и разность давлений в напорном и обратном трубопроводах) с переходом от дросселирования к частотно-регулируемому электроприводу сетевых насосов;

- комплексная модернизация центральных тепловых пунктов, основным элементом которой является система автоматического регулирования давления холодной и горячей воды на базе регулируемого электропривода насосов.

Кроме эффекта энергосбережения, решаемые задачи повышают качество тепловодообеспечения населения, повышают эксплуатационные свойства тепловых систем, улучшают условия труда и снижают количество вредных выбросов в атмосферу.

Уделено внимание оценке эффективности энергосберегающих мероприятий, проводимой по всему техническому комплексу целых районов теплосетей.

Наиболее достоверные результаты достигаются при статистической оценке за длительный период времени расходов холодной и горячей воды, газа и электроэнергии.

Настоящая работа посвящена решению поставленных задач на примере энергетических объектов ГУП «Мостеплоэнерго». Централизованная система теплоснабжения г. Москвы характерна для всех городов России, что обусловливает применимость результатов работы в других регионах.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Паньшин, Алексей Семенович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Обоснованы технологии, где на основе современных электротехнических средств можно получить технико-экономический и экологический эффект:

-горение газа в котлах - оптимизация режима;

- режимы теплосети- способы регулирования;

- безаварийное включение насосов * в условиях прерывания электропитания;

- управление давлением в системах водоснабжения зданий

2. Предложена и разработана система автоматического регулирования сжигания топлива для котлов типа ПТВМ с коррекцией по содержанию кислорода в отходящих газах. Разработанный алгоритм базируется на режимной карте и действиях оператора, включающего необходимое количество горелок.

Обеспечивается устойчивая работа котла при неисправностях в системе или кратковременных нарушениях электропитания и оптимальное сгорание топлива. Экономия,газа от внедрения систем составляет около 1,8%. Разработана методика оценки экономии газа от применения системы автоматического регулирования качества сгорания топлива.

3. Предложена и разработана система непрерывного регулирования тепловой мощности путем одновременного изменения количества подаваемого газа и дутьевого воздуха. Используется групповой частотно-регулируемый электропривод дутьевых вентиляторов и регулирующий клапан давления газа, программируемые средства. Алгоритм и структура учитывают особенности объекта в период розжига, останова и при внешних возмущениях. На этой основе создана система автоматического регулирования температуры сетевой воды (котел-регулятор).

Впервые объединяются известные принципы регулирования (соотношение воздух-газ), частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) и программируемые средства автоматики.

4. Установка ЧРП на электродвигателях сетевых насосов, а также впервые разработанная система автоматического включения резервного сетевого насоса с помощью устройства «мягкого пуска» позволяет поддерживать постоянный расход и давление на тепловой станции и экономить электроэнергию. Впервые такая система введена и прошла испытание на КТС-25 в отопительный период 2001-2002гг.

5. Разработан комплекс мероприятий по модернизации ЦТП- важного объекта в системе тепло и водообеспечения городского хозяйства, включающий регулирование давления воды посредством частотно- регулируемого электропривода насосов, а также использование циркуляционно- повысительной, циркуляционной системы горячего водоснабжения, выравнивания гидросопротивлений циркуляционных колец, модернизация теплообменников и др.

Проведение указанных мероприятий на половине ЦТП Предприятия №1 (100 шт.) обеспечило существенный суммарный экономический эффект. Получена экономия электроэнергии до 50% и воды до 16%.

6. Проведенные на ЦТП натурные испытания новых технических решений- вентильно-индукторного электропривода насоса ХВС и совмещенных хозяйственно-противопожарных насосов- показали их перспективность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Паньшин, Алексей Семенович, 2004 год

1. Основные положения энергетической стратегии России на период до 2020 года (Проект). // Новости теплоснабжения.- 2001 г.- № 2.

2. Садовский С.И. О некоторых аспектах энергосбережения. //Промышленная энергетика.- 1999г.- № 12.- С. 2-5.

3. Кащеев В.П., Липовских В.М. Проблемы развития централизованного теплоснабжения в г. Москве и пути их решения. //Доклад на XVI конференции «Москва-энергоэффективный город, 14-16 ноября г. Москва. М.: 2001 г.

4. Семенов В.Г. Обзор состояния теплоснабжения в регионах России. //Новости теплоснабжения.-2001г.- № 9.- С.2-15.

5. Плачков И.В. Особенности построения и развития энергосистем крупных городов. // Новости теплоснабжения.- 2001г.- №1.- С.4-9.

6. Материалы Первого международного симпозиума «Энергетика крупных городов.// В рамках XVI конференции «Москва-энергоэффективный город», 1416 ноября г. Москва М:.2001 г.

7. Журавов A.A. Реконструкция котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-50 — реальный путь решения проблемы дефицита тепловых мощностей для города.// Новости теплоснабжения.-2000г.- № 1, 2000г.- С.22-23.

8. Овчинников Д.В., Коваленко P.O. Индустриально изолированные трубопроводы из полимерных материалов. //Новости теплоснабжения.-2001г.- № 1.-С.35-36.

9. Рябцев В.И., Литвиненко М.А., Плетнев А.Н.,Рябцев Г.А. О некоторых путях уменьшения потерь теплоты. //Новости'теплоснабжения.-2001г.- №7.-С.33-34.

10. О городской Программе по энергосбережению на 2001-2003 годы в г. Москве. Постановление Правительства Москвы от 9 октября 2001 года № 912-ПП. //Вестник мэрии Москвы.- 2001 г.-№10- С. 17-18.

11. Новиков О.Н., Артамонов Д.Г., Шкаровский A.JI. Энергоэкологическая оптимизация сжигания топлива в котлах и печах регулированием соотношения топливо-воздух. // Промышленная энергетика.- 2000г.-№5- С. 57-60.

12. Новиков О.Н., Артамонов Д.Г., Шкаровский A.JI. и др. Энергоэкологическая оптимизация сжигания топлива в котлах и печах регулированием соотношения топливо-воздух.// Промышленная энергетика.-1999г.- № 5.- С. 57-60.

13. Паньшин A.C., Крылов Ю.А. Система автоматического регулирования режима горения газа в котлах типа ПТВМ. //Промышленная энергетика,- 2000 г.-№ 6.- С. 37-39.

14. Рабочий проект № 100-АТХ. Регулирование давления газа перед котлом ПТВМ. Основной комплект рабочих чертежей и прилагаемые документы. РТС «Строгино». Заказчик Предприятие № 1 ТУП «Мостеплоэнерго»., М.: НПФ «Эксперт», 1996 г.

15. Трембовля В.И., Фингер Е.Д. и др. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергия, 1991.

16. Равич М.Б. Газ и его применение в народном хозяйстве. М.: Недра, 1974.

17. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.: Энергия, 1973.

18. Юрченко В.В. Теплотехнические испытания котлов, работающих на газовом топливе. М.: Недра, 1987.

19. A.C. 18757. Российское агентство по патентам и товарным знакам. Устройство для регулирования тепловой мощности водогрейного котла. /Вайнер И.Г., Крылов Ю.А., Паньшин; Заявлено 14.10.1992г.

20. Вайнер И.Г., Крылов Ю.А., Паньшин A.C. Регулирование тепловой мощности котлоагрегатов типа ПТВМ.// Промышленная энергетика.- 2001г.- № 4.-С. 18-21.

21. Рабочий проект № 1141-АТХ. Автоматическое регулирование температуры прямой сетевой воды на базе котла № 1. М.: НПФ «Эксперт», 2001г.

22. Рабочий проект № 1117-АТХ. Автоматическое регулирование температуры прямой сетевой воды на базе котла № 3. М.: НПФ «Эксперт», 2001г.

23. Рабочий проект № 1174-АТХ. Автоматическое регулирование горения котла ПТВМ-50 и температуры сетевой воды. М.: НПФ «Эксперт», 2002г.

24. Технический отчет № 19-6-02 по режимно-нал ад очным испытаниям котла ПТВМ-50 № 1 на 4,6 и 8 горелках с частотно-регулируемым приводом на РТС «Рублево» Предприятия № 1. М.: Ремонтно-наладочное предприятие «Те-плоэнергоремонт», 2002г.

25. Лезнов Б.С., Чебанов В.Б., Гинзбург Я.Н., Воробьева Н.П., Исхаков Ю.Б., Лезнов Н.Б. Энергосбережение в насосных установках. //Промышленная энергетика.- 1999г.- №7.-С.13-16.

26. Рекомендации по обеспечению режима работы КТС-25 в летний период. М.: НПФ «Эксперт», 2002г.

27. Рабочий проект №1112-ЭМА. Система автоматического регулирования давления воды сетевого насоса с применением частотно-регулируемого привода. М.: НПФ «Эксперт», 2001г.

28. Чистяков H.H., Грудзинский М.М., Ливчак В.И.,, Прохоров Е.И. Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения. М.: Стройиз-дат, 1980.

29. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода.//Вестник МЭИ.- 1995.-№ 1.

30. Ильинский Н.Ф.- Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов. Тезисы докладов научно-технического семинара «Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов. М.: МЭИ, 1995.

31. Ильинский Н. Ф. Современные подходы к энергосбережению средствами электропривода в промышленности и коммунальном хозяйстве. //Энергоменеджмент, ежеквартальный бюллетень, ВИП5.- 1997.

32. Ильин В.К. Предпосылки к внедрению регулируемого электропривода на центральных тепловых пунктах г. Москвы. Тезисы докладов научно-технического семинара «Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов». М.: МЭИ, 1995.

33. Чистяков H.H. Перспективы применения регулируемого электропривода во внутренних системах водоснабжения жилых микрорайонов. Тезисы докладов научно-технического семинара «Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов». М.: МЭИ, 1995.

34. Ильинский Н. Ф., Шакарян Ю. Г. Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно- регулируемого электропривода. Утверждена Министерством топлива и энергетики РФ. М.: 1997 г.

35. Сарач Б.М. , Хромых И.Е. Энергосберегающие насосные станции. // Промышленная энергетика.- 1997.- № 8.

36. Паньшин A.C., Крылов: Ю.А. Комплекс энергосберегающих мероприятий по модернизации, центральных тепловых пунктов. //Промышленная энергетика.- 2001г.- №3.

37. Сарач Б.М., Паньшин A.C., Кисельникова A.B., Фукалов Р.В. Натурные испытания вентильно-индукторного электропривода насоса в центральном тепловом пункте.// Вестник МЭИ.-2003г.- № 2.

38. Чистяков H.H. Научно-технический отчет по теме: «Разработка рекомендаций по применению регулируемого привода для хозяйственно-пожарных насосов.- 1995.

39. СниП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

40. Патент 2106165. Российское агентство по патентам и товарным знакам. «Объединенная хозяйственно- противопожарная система водоснабже-ния»/Аболин В.Ю, Грецов М.В.; Заявлено 02.12.1996г.

41. Средненсуточные температуры в тепловых сетях и отопительных системах

42. Т1 ТЗ отопления ного Подогревателя расчигап. на Тн=-15 аугии бойлера гвеизЦТП С ВССМШ1 тепловой К=4 Т4 Т2

43. Температура воды на горячее водоснабжение не должна превышать 60 градусов С. К=(Т1-ТЗ)/(ТЗ-Т4)=2,2 перегрев: К<2,2 недогрев: К>2,2 , где К- коэффициент смешения элеваторного узла.т

44. Фрагменты принципиальных схем регулирования тепловой мощностикотла и температуры сетевой воды

45. Регулирование тепловой мощности котла.

46. На рис. ПЛ. приведена схема в части регулирования частоты вращения дутьевых вентиляторов. Схема регулирования режима горения на базе контроллера «Ремиконт-130», алгоритм которой описан в главе 2, условно не показана.

47. См"палы. гюяавлвн« на вход преобразователя частота •> *

48. ГЦ и I г 1 3 • Ей 3 я 1 • ! 1 * * х и! ¿о4"?: с. СА Ч> ? 1 1 I в I и в» 8 и 5 а ч * ® Л Ь 5»! 3« 3 © £2 | а ^а 1-11! Э А{9/I