Энергосбережение при производстве и распределении тепловой энергии
Принципиальные схемы источников энергии и их практическая реализация нацелены на снижение удельных затрат условного топлива при производстве как электрической, так и тепловой энергии.
Известны и технически реализуются (на стадии проектирования) следующие основные способы увеличения КПД ТЭС:
- повышение параметров пара перед турбиной приводит к увеличению его потенциальной энергии, которая может быть использована для совершения механической работы. Применение этого способа ограничивается тем, что конструкции установки при высоких температурах теряют прочность:
- понижение давления пара в конденсаторе увеличивает располагаемый перепад давлений пара на её входе и выходе, что также приводит к увеличению КПД. Для достижения этой цели в конденсаторах обеспечивают глубокий вакуум. Достичь глубокого вакуума можно снижением температуры охлаждающей воды, за счёт более глубокого охлаждения циркводы в градирнях.
Другим способом понижения давления пара в конденсаторе является очистка внутренних поверхностей его трубок от отложений. Очистка трубок позволяет не только повысить КПД за счёт снижения давления пара в конденсаторе, но и снизить затраты электроэнергии на работу циркуляционных насосов.
- промежуточный перегрев пара на КЭС позволяет повысить коэффициент заполнения термодинамического цикла без существенного увеличения температуры и давления пара. Кроме того, снижается конечная влажность пара перед турбиной, что положительно сказывается на её внутреннем относительном КПД и КПД паротурбинной установки в целом.
Для характеристики экономичности ТЭЦ используют два абсолютных КПД: КПД выработки электроэнергии и КПД выработки теплоты. Они вычисляются соответственно как отношения количества выработанной электрической или тепловой энергии к количеству теплоты, затраченной на выработку каждого из видов энергии. Электрический КПД паротурбинных электростанций составляет 35-43%.
Регенеративный подогрев воды, поступающей на питание котла.
Регенерация (восстановление, возрождение) в теплотехнике означает возвращение теплоты уходящих из установки продуктов для подогрева исходных веществ. На современных электростанциях имеется несколько подогревателей, использующих пар из нескольких отборов. Подогреватели, в которых используется пар из последних отборов турбины, имеющих низкое давление, носят название подогревателей низкого давления (ПНД),а подогреватели, использующие пар высокого давления из начальных отборов, называются подогревателями высокого давления (ПВД).
На эксплуатируемом источнике энергии основу энергосбережения составляет рациональное управление энергетической нагрузкой при нестационарных режимах работы. Существуют несколько типовых ситуаций приводящих к перерасходу топлива в котлах по сравнению с номинальными режимами работы:
- необходимость кратковременного повышения мощности на ТЭЦ;
- управление работой ТЭЦ во время провалов (суточного снижения) нагрузки;
- остановы и пуски ТЭЦ.
Энергоэкономичными способами кратковременного увеличения мощности на ТЭЦ являются:
- форсирование котла и выработка пара сверх номинальной;
- повышение начальных параметров пара в допускаемых пределах;
- увеличение расхода пара посредством впрыска питательной воды;
- углубление вакуума в конденсаторе турбины;
- отключение части регенеративных подогревателей питательной воды;
- перевод питания котла с парового привода на электропривод.
Возможности форсирования зависят от допустимого тепловосприятия поверхности нагрева, возможности подавать в турбину дополнительное количество пара, состава и качества сжигаемого топлива, наличия запаса по подаче тягодутьевых машин и др.
Режим форсирования допускается только по согласованию с заводом-изготовителем.
Меры по сокращению потерь теплоты с поверхности трубопроводов
Энергосбережение при транспортировке тепловой энергии в первую очередь зависит от качества тепловой изоляции. Главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:
- изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;
- восстановление целостности существующей гидроизоляции;
- нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;
- изоляция фланцев и запорной арматуры.
Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.
Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материла труб.
При нарушении целостности слоя гидроизоляционных покрытий происходит увеличение влажности теплоизоляции. Увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии внешней поверхности, в результате чего срок службы трубопроводов сокращается в несколько раз. Поэтому на металлическую поверхность наносится антикоррозионное покрытие, например, в виде силикатных эмалей, изола и др.
В настоящее время широко внедряются теплопроводы типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в гидрозащитной оболочке с дистанционным контролем целостности изоляции. Такая конструкция предусматривает предварительную изоляцию пенополиуретаном и заключение полиэтилен не только труб, но и всех компонентов системы (шаровой арматуры, температурных компенсаторов и др.).
Профилактическими мерами, позволяющими сокращать потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:
- предотвращение затопления трубопроводов в результате установки дренажей (при их отсутствии) и содержание их в должном порядке;
- вентиляция проходных и непроходных каналов для предупреждения попадания конденсата на поверхность теплоизоляции.
- в качестве ещё одной меры, снижающей потери теплоты с поверхности трубопроводов, служит переход системы теплоснабжения на пониженный температурный график (с 150/70 на 115/70 или 95/70°), что приводит к снижению разности температур теплоносителя в подающем трубопроводе и окружающей среды.
Меры по снижению утечек теплоносителя:
К мероприятиям по снижению утечек теплоносителя относятся: своевременные обследования трубопроводов различными существующими методами (акустическим, тепловизионным и др.) в целях выявления и устранения утечек и последующая замена поврежденных участков трубопроводов;
- возврат конденсата в паровых сетях;
- установка конденсатоотводчиков за теплопотребляющими установками.
Следует отметить, что профилактические мероприятия, хотя и приводят к немедленной экономии энергии, но имеют очень важное значение, поскольку предотвращают потери энергии и ресурсов в будущем. К ним относятся нанесение антикоррозионных покрытий и катодная защита трубопроводов, предотвращающие электрохимическую коррозию, а также определение остаточного ресурса трубопроводов в результате расчётов и инструментальных обследований. Последнее мероприятие позволят, своевременно определить участки трубопроводов, выработавшие свой ресурс, и произвести их замену.
Другим важным профилактическим мероприятием является повышение качества подготовки воды посредством ее деаэрации. Снижение количества растворенного кислорода приводит к замедлению коррозии внутренних поверхностей труб, что предотвращает утечки.
Меры по снижению затрат на перекачивание теплоносителя:
В целях снижения затрат на перекачивание теплоносителя следует:
- выполнять промывку и очистку трубопроводов, в результате чего удаляются отложения и снижается шероховатость труб;
- использовать насосы с высоким КПД;
- устанавливать шаровую запорную арматуру, имеющую меньшее гидравлическое сопротивление, чем обычно применяемая арматура.
В качестве профилактических мер первоочередное значение имеет улучшение качества химической подготовки воды, что позволяет снизить отложения солей жесткости на внутренней поверхности трубопроводов. Предотвращение утечек и балансировка тепловой сети также уменьшают затраты на перекачивание теплоносителя.
Меры по оптимизации теплового и гидравлического режимов тепловой сети
Целью оптимизации тепловых и гидравлических режимов работы тепловой сети является изменение гидравлических сопротивлений отдельных её участков таким образом, чтобы расположенные на этих участках потребители имели расчетные тепловые нагрузки.
Оптимизация режимов работы тепловой сети состоит из следующих этапов:
- расчеты оптимальных тепловых и гидравлических режимов системы теплоснабжения с учетом ее реального состояния после проведенных в ней изменений.
- наладка тепловой сети за счет установки у потребителей шайб - дроссельных устройств, имеющих необходимое гидравлическое сопротивление
- регулирование тепловых сетей, которое сводится к проверке соответствия установившихся параметров их расчетным значениям.
Альтернативным вариантом может служить применение автономных источников теплоты и электроэнергии, работающих по принципу когенерации, т.е. мини-ТЭЦ. В настоящее время наиболее распространенными среди них являются газотурбинные, газопоршневые и микротурбинные установки. Такое деление основывается на типе первичного двигателя [4]. Общий коэффициент использования топлива в подобных агрегатах может достигать 85-90%, т.е. даже выше, чем у больших ТЭЦ. Электрический КПД при этом лежит в пределах, характерных для ПТУ - порядка 34%. Такие энергоисточники в определенном смысле сочетают преимущества теплофикации и индивидуального энергоснабжения, поскольку из-за малой протяженности тепловых и электрических сетей потери в них сводятся к минимуму, в то же время сохраняется экономия, возникающая при осуществлении когенерации. Мини-ТЭЦ могут быть перспективными для объектов, требующих повышенной надежности энергообеспечения.