В системах производства и распределения энергоносителей

Рациональное энергоиспользование

 

Теплота передается от котельной энергоносителями, в качестве которых используется пар или вода. Существует несколько конкурирующих вариантов производства и распределения энергоносителей – централизованное от теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или районной котельной (РК), или автономное от автономных источников тепла. Здесь, в соответствии с названием главы, мы рассмотрим два варианта теплоснабжения – централизованное от районной котельной или автономное.

Рассматриваемые варианты являются классически альтернативными, так как имеют совершенно противоположные достоинства и недостатки.

Достоинством централизованного варианта от районной котельной является возможность обеспечения более высокого коэффициента использования топлива, так как температура его сгорания на более крупных котельных выше, чем при сжигании в автономных теплофикационных установках. Однако при централизованном теплоснабжении требуется транспортировка теплоты к рассредоточенным потребителям, а значит неизбежны транспортные потери или дополнительные затраты на теплоизоляцию теплотрассы.

Автономные теплофикационные установки имеют более низкую температуру сгорания топлива, чем крупные районные котельные, но совершенно не имеют транспортных теплопотерь, так как при автономном теплоснабжении нет нужды в транспортировке теплоты.

Таким образом, для выбора варианта теплоснабжения необходимо сравнить расход топлива, который определяется исходя из следующих соображений.

При использовании районной котельной необходимое количество теплоты равно:

                                                                                      

           Q_{ТР ЦТ} = ∑Q_1j + Q_{ПОТ ЦК} + Q_{ПОТ ТТ}                                        (1)

 

где Q_{ТР ЦТ} – требуемое количество теплоты при централизованном теплоснабжении, Дж.;

  ∑Q_1j – сумма полезно потребляемой теплоты j-тыми потребителями, Дж.;

Q_{ПОТ ЦК} – потери теплоты в центральной котельной, Дж.;

Q_{ПОТ ТТ} – потери теплоты в теплотрассе, Дж.

 

Потери теплоты в централизованной котельной можно выразить через ее к.п.д. Тогда можно записать:

 

                                                               (2)

 

Здесь η_ЦК – к.п.д. централизованной котельной.

 

В случае использования автономных теплофикационных установок потери теплоты в теплотрассе отсутствуют. Следовательно:

 

                                                                              (3)

 

где Q_ТРАТ – требуемое количество теплоты при автономном теплоснабжении, Дж.;

  η_АУ – к.п.д. автономной теплофикационной установки.

 

В общем случае в рассматриваемых вариантах может применяться разное топливо с разной теплотворной способностью. Тогда потребность в топливе определиться по формулам:

§ при централизованном теплоснабжении

 

                                             (4)

 

§ при автономном теплоснабжении

 

                                                                          (5)

 

Здесь к_ЦТ, к_АТ – теплотворная способность топлива, используемого при централизованном и автономном теплоснабжении соответственно, Дж/кг (Дж/м³).

Наиболее рациональный вариант определяется сравнением (4) и (5).

Обратим внимание, что к.п.д. крупных районных котельных зависит от их загрузки. Установлено /4, 8, 10/, что максимальное значение к.п.д. наблюдается при загрузке приблизительно 80% от максимально возможной. Практически тепловая нагрузка (то есть, потребность в теплоте) изменяется в течение года и суток в зависимости от технологии производства и температуры окружающей среды. В этом случае центральные районные котельные имеют два и более котла, мощность которых выбирается следующим образом.

В случае, когда нагрузка имеет только пики (или только провалы) по отношению к средней, принимают два котла, один из которых работает при средней нагрузке (или при провалах), а второй подключается при увеличении тепловой нагрузки до пиковых (или средних) значений. Отметим, что пики или провалы нагрузки могут быть обусловлены не изменением температуры окружающей среды, а производственными технологиями. В этом случае резервный котел должен находиться в горячем резерве, что увеличивает расход топлива.

Если тепловая нагрузка имеет явно переменный характер (это часто бывает связано с производственными условиями), график которой имеет по отношению к среднему значению пики и провалы, то в котельной устанавливается три котла. Рекомендуемый режим работы котлов показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Время работы котлов при переменной в течение времени t

тепловой нагрузке (пример). Интегральное время работы котлов обозначено штриховкой.

 

Таким образом, если по производственным условиям центральная котельная работает круглогодично с подачей тепла на производственные нужды, то необходимо иметь еще один резервный котел, который будет работать во время плановых и аварийных ремонтов основных котлов. Если центральная котельная имеет бытовую нагрузку, то плановый ремонт обычно проводится в летнее время, и резервный котел не нужен.