автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Снижение энергозатрат и повышение надежности снабжения теплом потребителей теплосети Тюменской ТЭЦ-2

ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 697.3.34

БОГОМОЛОВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОСЕТИ ТЮМЕНСКОЙ ТЭЦ-2

Специальность 05.23.03. -Теплоснабжение, отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 1998г.

Работа выполнена на кафедре «Теплогазоснабжения и вентиляции» Тюменской государственной архитектурно-строительной академии и НТЦ «НОРД» г.Москва.

Научные руководители - профессор, доктор технических наук

Новодерсжкип Р.Л.

профессор, доктор технических наук Шаповал А.Ф.

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

Бодров В.И.

Защита состоится 2.7<лМХЛ 1998г. на заседании диссертационного совета К064.71.02 при Тюменской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: г.Тюмень, ул.Луначарского, N 2, в 15 часов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан «22» апреля 1998г.

Ученый секретарь диссертационного

кандидат технических наук, доцент Петров Л.В.

Ведущее предприятие: институт «Нефтегазпроект», г.Тюмень

Кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В современных условиях рыночных отношений энергосбережение признано главным приоритетом энергетической стратегии России. Государственной'Думой 13 марта 1996 г. принят Федеральный закон "Об энергосбережении в Российской Федерации". 24 января 1998г. Правительство Российской Федерации утвердило Федеральную целевую программу "Энергосбережение России" на 1998-2005 годы. В регионах, в том числе в Тюменской области, разрабатываются соответствующие программы. НТЦ "Энергосбережение" провел оценку возможных направлений энергосбережения в Тюменской области и дал экономический анализ сроков их окупаемости.

Мероприятия, способствующие энергосбережению в системах теплоснабжения, можно условно разделить по месту их внедрения: у источников тепла, в магистральных и разводящих сетях и у потребителей тепла, на режимно-параметрические, экономические и организационно-технические.

В диссертации рассмотрены возможные направления энергосбережения и увеличения надежности функционирования теплосети Тюменской ТЭЦ-2 за счет наладки гидравлического режима теплопроводов и насосов. Диссертация является законченной работой, в которой автор участвовал с начального этапа оценки сложившейся ситуации и постановки задач исследования до конечного этапа разработки и внедрения рекомендаций, обеспечивающих значительный экономический эффект.

Система централизованного теплоснабжения г.Тюмени, включает 62 км магистральных теплосетей; ТЭЦ-1, обслуживающую северную часть города; ТЭЦ-2. обслуживающую южную часть города и пять повысительных насосных станций. Расчетная производительность по горячей воде для ТЭЦ-1 составляет 1053 Гкал/ч. для ТЭЦ-2 - 642 Гкал/ч при величине резерва 182 Гкал/ч и 768 Гкал/ч. ' соответственно. ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 обеспечивают 88% общего потребления тепла городом. Постепенно тепловая нагрузка с ТЭЦ-1 передается на ТЭЦ-2. Наиболее крупным потребителем тепла является жилищно-коммунальный сектор (ЖКС), где на нужды отопления и горячего водоснабжения расходуется 806,3 Гкал/ч

Особенностью теплосетей г.Тюмени является расположение основных источников тепла: ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в одной части города и поэтапное введение теплосетей в эксплуатацию. Расчеты, проводимые ранее большинством проектных и наладочных организаций для теплосети ТЭЦ-2, не учитывали совместной работы 8сех элементов системы, поэтому оборудование, как правило, эксплуатировалось в тяжелых режимах [1,2].

Положение усугублялось:

- несоответствием характеристик насосов параметрам системы;

- применением неудовлетворительных методов регулирования режима работы насосов (байпасирование);

-отсутствием научно-обоснованной методики расчета себестоимости тепловой энергии, в частности затрат на перекачку теплоносителя.

Попытки настроить отдельные части системы приводили к ускоренному износу оборудоваия и завышенным энергозатратам при отсутствии надежного обеспечения теплом целых районов. Программа энергосбережения в теплосети отсутствовала.

Объект исследования.

В качестве объекта исследования была выбрана теплосеть ТЭЦ-2, характерная для региона Сибири. ТЭЦ-2 и обслуживаемый ею район теплосети представляют единую гидравлическую систему, движение теплоносителя в которой обеспечивается пятью группами насосов: первый и второй подъем ТЭЦ-2, прямые и обратные ПНС N 5, обратные ПНС N 3. Во всех группах установлены насосы с избыточным напором. На ПНС этот избыточный напор дросселируется. На ТЭЦ-2 регулирование режимов обеспечивалось крайне невыгодной для центробежных насосов рециркуляцией теплоносителя вокруг насосов первого и второго подъемов.

Начало рекламной компании по распространению индивидуальных источников тепла требует увеличения конкурентноспособности систем централизованного теплоснабжения, более точной их настройки при безусловном сокращении объемов перекачки теплоносителя до минимально необходимого.

В настоящее время критерием экономической эффективности различных энергосберегающих мероприятий является в первую очередь срок их окупаемости Современные условия рыночных отношений выдвигают на первый план внедрение

мероприятий, срок окупаемости которых не превышает 6 месяцев. Поэтому автором были выделены направления энергосбережения в системе централизованного водяного отопления г.Тюмени, использование которых бе;; дополнительных затрат (наладка гидравлического и теплового режимов, срезка рабочих колес, особый график включения насосов...) позволяет окупить и> внедрение за один-три месяца [1-3].

Цель работы: увеличение надежности и снижение энергопотребления а сийтеме подачи тепла к потребителям Тюменской ТЭЦ-2.

Для достижения этих целей были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка концепции многоуровневого регулирования гидравлических режимов теплосети с целью рационального распределения тепла между потребителями.

2. Улучшение условий работы сетевых насосов ТЭЦ-2 и ПНС.

3. Снижение энергозатрат на перекачку теплоносителя.

4. Разработка диагностического программно-измерительного комплекса для наладки теплосети, уточнения характеристик сетевых насосов, отыскания протечек с оперативной обработкой результатов измерений для принятия обоснованного своевременного решения на месте.

Методы проведения работы: Данная работа является продолжением научных разработок отечественных и зарубежных ученых в области оптимизации режимов работы теплосети, создания и развития методов и средств по снижению энергозатрат на перекачку теплоносителя. Для достижения поставленной цели использовались методы прикладного вычислительного эксперимента, математического моделирования, экспериментального изучения гидравлических режимов работы оборудования системы подогрева и передачи теплоносителя Метрологическая оценка результатов промышленных исследований подтвердила адекватность расчетных моделей и измерительных средств.

В рамках комплексной проблемы энергосбережения автор рассматривал аналитические и эксперименталные методы решения задач по созданию температурно-воздушных режимов помещений на предприятиях ОАО "Тюменьэнерго" и вопросы охраны окружающе среды [1,4-5].

Метод исследования:

Учитывая сложность системы теплоснабжения и проведения натурн! экспериментов, в качестве основного метода, обеспечивающего оптимальн! настройку теплосети: эффективное использование резервов энергосбережения повышение надежности снабжения теплом, было принято математическ моделирование системы в различных режимах с учетом совместной работы вс ее элементов, на основе реальных характеристик оборудования ТЭЦ и ПН полученных или уточненных в процессе натурных экспериментов [6-7].

Измерение отдельных параметров теплосети и их дальнейшая камеральн обработка занимают много времени и задерживают принятие обоснование решения. Значительное ускорение анализа результатов измерений обеспеч созданный диагностический программно-измерительный комплекс.

В работе использовались материалы исследований сетевых насосов и теплов сетей проведенных Уралтехэнерго, Тюменьэнерго, НТЦ "Hop^ производственными коллективами ТЭЦ и магистральных теплосетей г.Тюмень

Работа проводилась в следующей последовательности:

1. Выявление проблем эксплуатации теплосети.

2. Формулирование задач исследования.

3. Проведение исследований и анализ полученных результатов.

4. Корректировка направлений дальнейших исследований.

5. Выбор путей решения выявленных проблем.

6. Внедрение рекомендаций.

Научная новизна:

1. Создана математическая модель теплосети Тюменской ТЭЦ-2, включаюи все ее элементы и оборудование ТЭЦ и ПНС. Разработана програк/ гидравлического расчета, обеспечивающая решение задач с учетом совмесп работы всех элементов. Проведено согласование требований теплосетк характеристиками оборудования и выбор оптимальных режимов его рабо обеспечивающих повышение надежности и экономичности работы ТЭЦ, ПНС всей системы в целом.

2. Проведены натурные эксперименты, позволившие уточнить фактичес

параметры элементов теплосети ТЭЦ и ПНС, обеспечив адекватн математической модели реальным условиям функционирования сие теплоснабжения.

3. На основе большого объема расчетов разработаны гидравлические реж.-теплосети ТЭЦ-2, обеспечивающие оптимальные режимы работы оборудова-•.• и значительное энергосбережение на сетевых насосах ТЭЦ-2 и ПНС.

Разработана концепция многоступенчатого регулирования раслс... теплоносителя на нескольких уровнях: у источника, на отводах от магистраль--:. . теплосетей, подводах к домам и т.д., позволившая добиться надежное распределения тепла между потребителями и локализовать нарушения настрои .'.и теплосети в границах одного отвода от магистрали при изменен:', теплопотребления на отдельных участках теплосети.

Достоверность результатов исследований базируется на значительном объем-.: промышленных экспериментов, соответствующей оценке погрешностей измерении высоком уровне адекватности разработанной в исследовании модели и детально.' верификации в производственных условиях.

Практическая значимость работы:

1. Обеспечено надежное снабжение теплом Калининского, Затюменскогс. и других районов теплосети ТЭЦ-2.

2. Энергопотребление сетевыми насосами ТЭЦ-2 снижено на 2 МВт за сче внедрения комплекса мероприятий по оптимизации гидравлического режим;-, теплосети, приведения характеристик насосов в соответствие с требованиями теплосети и согласования требований теплосети с характеристикам.■ оборудования.

3. Частично снижен и намечены пути дальнейшего снижения расход электроэнергии на поаысительных насосных станциях ПНСЗ и ПНС5.

4. Устранен кавитационный износ сетевых насосов. Увеличен срок слуу.г г рабочих колес насосов первого и второго подъемов ТЭЦ-2.

5. Разработан диагностический программно-измерительный комплекс наладки и оптимизации режимов работы теплосети и оборудования ТЭЦ.

6. На основе математического моделирования разработаны и внедрен: оптимальные режимы работы теплосети ТЭЦ-2, что обеспечило повышена.

надежности работы ТЭЦ и всей системы в целом. В 1997 г. экономический эф за счет экономии электроэнергии на сетевых насосах ТЭЦ составляет 4032 руб.; за счет сокращения затрат на ремонт - 46,3 тыс.рублей в ценах 1998г.

7. Экономический эффект за счет снижения энергопотребления, из насосов и задвижек ПНС 3 и 5 магистральной теплосети г.Тюмени при внедр рекомендаций составит 153 тыс.рублей в м-ц в ценах 1998 г. и позволит ок\ затраты на разработку и внедрение мероприятий в течение двух месяцев [6 Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра докладывались и обсуждались на Научно-практической конференции "Тюмен нефть - вчера и сегодня" (г.Тюмень), на годичных чтениях РАА СН по се строительных наук (г.Москва), на совместном заседании кафедры ТГВ и каф( ВИВ Тюменской государственной архитектурно-строительной академии Международной научно-практической конференции "Междунаро,! сотрудничество в области архитектуры, строительства и охраны окружак: среды" (г.Кемер, Турция).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе семи глав, основных выводов, списка литературы - 64 наименования. ОС диссертации: 126 страниц основного текста, 35 рисунков, 15 таблиц и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ В главе 1 проведен анализ современного состояния сист теплоснабжения г.Тюмени, определены резервы энергосбережения в сист централизованного теплоснабжения населенных мест и промпредприятий. В: анализа было показано, что режимы работы теплосети и Тюменской ТЭЦ-2 £ 1995 г. назначались без учета их совместной работы. Задаваемый ТЭЦ ра< теплоносителя не соответствовал подаче целого числа насосов. В последние г двух насосов оказывалось мало, а трех много. В результате этого приходи, включать три насоса и проводить крайне невыгодное регулирование рас: насосов первого и второго подъема байпасированием из напорного коллектор всасывающий. Показано, что давление в подающей магистрали не мс задаваться как нормативный показатель для ТЭЦ, т.к. определяется реаль

сопротивлением тепловых сетей и их потребителей, настройкой оборудования тепловых пунктов и режимом работы насосного и регулирующего оборудование повысительных насосных станций, и ТЭЦ не в состоянии его обеспечить [1,9-10].

Отмечено, что тип насосов на ТЭЦ-2 и особенно на ПНС N 3 и N 5 не соответствует условиям их работы. Высоконапорные насосы работают с низким напором, малым КПД и значительным перерасходом электроэнергии. При этом дополнительные затруднения в эксплуатации магистральной теплосети г.Тюмени обусловлены отсутствием регуляторов расхода и системы объективного контроля за гидравлическим и тепловым режимами теплосети [7,9].

В результате сделанного анализа показано, что решение задачи повышения надежности и экономичности энергетического оборудования ТЭЦ и всей системы теплоснабжения в целом возможно на основе разработки и внедрения комплекса мероприятий режимного, конструктивного и организационного характера. Первостепенной становится задача разработки математической модели системы теплоснабжения г.Тюмени и оптимизация на ее базе режимов работы всех ее элементов.

В главе 2 изложены результаты натурных исследований теплосети и системы подготовки и подачи теплоносителя на ТЭЦ-2, которые проводились в период с 1994 г. по настоящее время в зимнем, летнем и переходных режимах работы системы. Система подачи теплоносителя ТЭЦ-2 насыщена теплотехническим оборудованием, насосами, запорной арматурой со сложными коммуникациями и многими вариантами подключения оборудования, поэтому гидравлический, а тем более энергоэкономический расчет подобных систем возможен только с помощью их математического моделирования с учетом реальных характеристик их элементов. Исследовалось сопротивление теплопроводов, теплотехнического оборудования и коммуникаций, непроизводительные протечки, характеристики и режим работы насосов. Задачей исследований являлось выявление негативных явлений при эксплуатации теплосети, уточнение характеристик ее элементов для ввода их в математическую модель.

Режимы эксплуатации насосного оборудования Тюменской ТЭЦ-2 обусловливают их работу вне рабочей зоны характеристики без требуемого подпора. Насосы первого и второго подъемов в отопительном сезоне создают а

сумме напор на 100 м больший требуемого. Измерения подтвердили нал рециркуляций в контурах каждого подъема. Насосы второго под эксплуатируются в режиме, обуславливающем их кавитацию, а это обусловлк ускоренный износ оборудования и перерасход электроэнергии на nepei теплоносителя. Рассмотрены возможности модернизации системы подогр* подачи теплоносителя Тюменской ТЭЦ-2 с целью устранения недостатк снижения расхода электроэнергии. Предложены конкретные мероприятия: ср рабочих колес насосов, замена байпасирования многоуровне дросселированием, изменение схемы движения теплоносителя по коммуника котельной части и т.п. [1,2,8].

Глава 3 посвящена разработке мероприятий режимного и конструктиЕ характера по устранению кавитационного износа сетевых насосов первс второго подъема. Рассматривая кавитацию как нарушение сплошности пот насосе вследствие снижения давления в отдельных областях проточного трак давления насыщенных паров автор подтвердил, что наиболее уязвимым!-кавитации являются поверхности лопастей рабочего колеса сетевых насо< входных кромок. Даже на ранних стадиях развития кавитация проявляется в вибрации агрегата, эрозии обтекаемых поверхностей и шума в насосе, пересчете кавитационного запаса с модели на натуру вносятся существе погрешности из-за отсутствия возможности моделирования всех параме Уточнение характеристик возможно только на основании результатов нату кавитационных исследований.

Рассматривая сущность кавитационных явлений, анализируя интенсив! и места износа, режимы эксплуатации сетевых насосов, были определены пру их усиленного кавитационного износа и сформулированы рекомендации п снижению. В результате проведенных обследований новых и отработавших ра( колес сетевых насосов первого и второго подъемов были выявлены серье дефекты новых рабочих колес и получена яркая картина кавитационного изно колесах, бывших в работе. Причинами кавитационного износа насосов явля

- их эксплуатация с подачами, значительно превышающими подачи на грг рабочей зоны характеристики;

- отсутствие требуемого для данного режима кавитационного запаса;

-9- неудовлетворительное состояние поверхностей проточного тракта. Для снижения кавитационного износа сетевых насосов предложено провеса-работы в двух направлениях:

1. Исключение режимов, опасных с точки зрения кавитации.

2. Доводка рабочих колес сетевых насосов до рекомендованного состояние В результате реализации комплекса рекомендованных мероприятие

значительно снижен кавитационный износ и увеличен срок службы рабочих колес, получено снижение потребляемой мощности сетевых насосов ТЭЦ-2 на 20-30°л-. снижен износ задвижек и устранены удары обратных клапанов о корпус [9],

В главе 4 изложено описание созданной математической модели и программы гидравлического расчета системы подготовки теплоносителя Тюменской ТЭЦ-2, блок-схема которой приведена на рис. 1. Программа позволяет согласовать требования теплосети с характеристиками оборудования, выбрать оптимальные режимы его эксплуатации и тем самым повысить надежность и экономичность работы ТЭЦ и всей системы в целом.

Математическая модель участка теплосети города Тюмени, обслуживаемого ТЭЦ-2, описывается системой уравнений для определения расходов в 170 линиях и напоров - в 130 узлах, для теплосети ТЭЦ-1 - в 123 линиях и в 82 узлах, соответственно. В основу положено использование уравнений баланса расходов в узлах и уравнений потерь потенциальных напоров на линиях, соединяющих узлы. Насосы, установленные в системе, относились к соответствующим им линиям, а их напор или потери напора входили в уравнения разности потенциальных напоров для данной линии. При этом уравнения баланса расходов линейны относительно входящих в них неизвестных, а в уравнения для потенциальных напоров расходы входят во 2 степени.

Уравнения разности напоров в граничных узлах линии ] для турбулентного режима течения имеют вид:

Ги - Ь*» -Бд | д,| + ^ (д,) = 0, ) = 1,...т (г,

где К,,,, и Ьоаг, (I = 1,.....п) - потенциальные напоры в граничных узлах линии /:

д, (] = 1, ...,т) - расходы на линиях;

Э, - коэффициенты сопротивления линии ] в турбулентном режиме;

Блок-схема программы расчета распределения расходов и напоров в теплосети Тюменской ТЭЦ-2

Рис. .1.

f„i (9|) - зависимость напора насоса, установленного на линии j от е; с

расхода.

Уравнения баланса расходов для узла i имеют вид:

е f"; ой, - Q. -0 • ......п (2)

к-1 11

где п, - число линий, присоединенных к узлу i;

dir, (к=1,....п,)-условные направления течения в линиях, прилегающих к узлу dir. =+1, если принято направление течения к узлу и dir, =-1, если принято направление течения от узла; Gi - расход фиксированного отбора

num, (к= 1......п,) - номера линий, присоединенных к узлу I.

Для узлов с нефиксированным отбором уравнение баланса расходов к используется и потенциальный напор h, задается среди исходных данных.

Для решения полученной системы нелинейных уравнений применяете;, численный итерационный метод Ньютона-Рафсона. При этом для получения решения задается вектор начальных приближений значений расходов в узлах и напоров на линиях Х° = (h„ ..., h„, g,.....hj.

Система уравнений 1 и 2 в операторном виде F(X)=0 заменяется на линейну; > систему уравнений:

3f (X")

Е (X. - ♦ f(X") =0 , / - 1,2.....m + л И;

м о X,

приближающую исходную нелинейную систему при данных значениях расходов и напоров. Уравнения 1, 2 преобразуются к виду 5, 6, соответственно.

Г„ + Ah*'*,, - Ah*'*, - 2S, | g", | Agrt\ + (U',(9") Agrt>= 0; i = 1.....m (f

f\ + E dir, Д gM = 0 , / = 1......n (6)

0 i I numj '

где f*H = h"«,,, - hU - Sj g" | g", | + frt (g"f), j = 1.....m

f* = E dir, gU - Gi, i = 1.....n;

Ahr1 = - h"„ i=1.......n;

ДэГ1 = 9Г1 - 9", i=1.......m;

fcuiO*) ' значения производных функций напора насосов от расхода при расходах равных д".

Выражая значения поправок расходов Дд,"' из уравнений (5) через Ah"' и подставляя в (6), получена окончательная линейная система уравнений длр нахождения поправок к значениям расходов на k-ом шаге итерации:

f* + &hM - Д/?к''

f\ + Ed/r, _ü!—Zl^i_ - 0 , / - 1.....п (7)

•• м 2S, \д*\

Линейная система уравнений (7) решается методом Гаусса. По вычисленнык значениям поправок расходов на линиях с использованием уравнений (5 вычисляются поправки напоров в узлах и уточненные значения расходов и напоров При достижении заданной точности итерационный процесс прекращается.

Математическая модель системы состоит из трех отдельных блоков, которы позволяют проводить расчеты в нескольких режимах:

1. В режиме работы ТЭЦ-2 на определенные граничные условия. Теплосет города моделируется заданными расходом воды, давлением в прямой и обратно магистралях и требуемым расходом подпитки теплосети.

2. В режиме совместной работы ТЭЦ-2 и участка теплосети, обслуживаемог ТЭЦ-2. В этом случае в расчете участвуют математические модели ТЭЦ-2 и участх теплосети.

3. В режиме совместной работы ТЭЦ-2, ТЭЦ-1 и всей теплосети города, этом случае в расчете стыкуются математические модели ТЭЦ-2, ТЭЦ-1 и де модели соответствующих участков теплосети.

Такое разбиение позволило существенно сократить время на отлад программы и время на подготовку данных и расчета конкретных задач.

Сделаны расчеты более 50 режимов для различных ситуаций работы систек для оценки:

- гидравлических режимов работы магистральной теплосети;

- влияния числа насосов на обратной магистрали ПНСЗ;

- влияния включения рециркуляционного насоса на режим работы теплосе и возможность регулирования режима работы теплосети насосами;

- совместной работы ТЭЦ-2 и теплосети при подключении третье

теплопровода 0=1200 мм от ТЭЦ-2;

- вариантов совместной работы теплосети и ТЭЦ-2 в зимнем отопительном сезоне 1996-97гг.;

- оптимизации зимнего гидравлического режима работы теплосети ТЭЦ-2 в 1997-98 гг. за счет дросселирования потребителей и ПНС.

Получено подтверждение сделанного ранее предположения, что кардинального улучшения распределения тепла между потребителями можнч добиться только за счетчастичного переноса дросселирования избыточного напора насосов ТЭЦ и ПНС на отводы от магистральных теплопроводов [1,7,10].

В главе 5 изложена концепция многоступенчатого регулирования подачи тепла, реализованная с применением дроссельных диафрагм и дросселирующих байпасов вокруг задвижек на отводах от магистральных теплопроводов. Проведен анализ двух методик расчета дроссельных диафрагм. Приведены таблицы с расчетными диаметрами байпасов вокруг задвижек и дроссельных диафрагм на отводах от магистральной теплосети к абонентам. Отмечено, что установка дроссельных диафрагм обеспечивает требуемое распределение расходов только в том гидравлическом режиме теплосети, для которого они были рассчитаны. При переходе к летнему режиму теплосети требуется корректировка дроссельных диафрагм у потребителей. Применение многоуровневого регулирования способствует сокращению расхода теплоносителя и повышению надежности подачи тепла потребителям. На рис.2 рассмотрены режимы работы насосов при байпасировании, обточке колес и дросселировании и дана их энергетическая оценка [3-7,9-10].

В главе 6 изложены рекомендации по увеличению экономической эффективности и надежности работы системы подогрева и подачи теплоносителя Тюменской ТЭЦ-2:

- изложен алгоритм наладки теплосети с применением дроссельных байпасов и диафрагм;

- даны рекомендации по модернизации схемы коммуникаций системы подготовки теплоносителя;

- даны рекомендации по совершенствованию насосов, основными из которых

Суммарная ярапврисгла двух насосов 2 пэдьецз .

Срварная ярзхгерисгега ^срезашднаизсов2подьгуз

N

'' ХграпЕриот а сета при

aœçoe байиирсвзнкм

сргбоч&исявгаи

ХгргхЬрясгдагаигасэсрезанм

О 1000

SaHWo'aXiQ 6000 7000 " еооо * sobo ' 10Q0Q 11000 12000 -USXX) ШШ 1ЬЯ0

расадтеппоносшававьве«ахТЗЦг2 м3/ч Рис. 2. Распшшгяие резмидтоис насосов второго

являются:

а) обточка рабочих колес до размера, обеспечивающего оптимальный режим работы оборудования (на ПНС замена насосов на более подходящие);

б) установка дополнительных разменных насосов для летнего и зимних периодов;

в) использование современной методики и диагностического программно-измерительного комплекса для контроля за изменением состояния насосного и теплотехнического оборудования и качества его ремонта;

- приведены рекомендации по режимам эксплуатации оборудования на основе качественно-количественного регулирования режима работы теплосети с увязкой гидравлического режима теплосети с производительностью насосного оборудования ТЭЦ-2, работающего в оптимальном режиме;

- даны рекомендации по эксплуатации теплосети Тюменской ТЭЦ-2 в летний период.

В работе определен состав портативного диагностического программно-измерительного комплекса, позволяющего оперативно решать следующие задачи: 1. Определение фактического расхода тепла и теплоносителя (с пересчетом на расчетную темппературу) непосредственно у каждого потребителя теплосети и расчет диаметра дросельных шайб.

2. Снятие характеристик насосов с обработкой результатов на месте.

3. Оценка параметров элементов системы и их мониторинг во времени.

4. Выявление протечек в негерметичных задвижках и паразитных циркуляции в коммуникациях.

Предложен следующий состав комплекса:

1. Портативный компьютер.

2. Программное обеспечение, включающее:

а) Базу данных:

- по коммуникациям, теплотехническому оборудованию и насосами ТЭЦ-2;

- теплосети ТЭЦ-2;

- по потребителям тепла включая собственные нужды;

- по насосам ПНС 3 и 5;

б) Программы расчета.

-163. Расходомер, датчики давления, температуры перекачиваемой среды, часто вращения и вибрации.

Все разработанные в работе рекомендации направлены на снижен энергопотребления, увеличение надежности теплоснабжения и рабо оборудования всей системы подготовки и передачи теплоносителя.

В главе 7 дана оценка эффективности проведенных исследований предложенных рекомендаций:

- социальным эффектом внедрения в 1997 году концепции многоступенчат регулирования теплосети явилось увеличение надежности подачи тег потребителям и возможность локализовать нарушения настройки теплосел-границах одного подключения к магистрали при изменении теплопотребления отдельных участках теплосети. В наиболее отдаленных районах, таких I Калининский и Затюменский, впервые появился перепад давления между пря^ и обратной магистралями порядка 20м, что гарантирует надежное теплоснабжен абонентов. На рис.3 представлены пьезометрические графики по теплосети д после внедрения оптимальных режимов работы системы. Наибольший эффек теплоснабжении различных районов города будет достигнут при дальнейи разработке математических моделей районов, расчетных программ определению оптимальных режимов работы теплопунктов с последующ проведением их наладки и выполнении энергосберегающих технологий потребителей тепла.

Технико-экономический эффект выразится в следующем:

- снижены энергозатраты на сетевых насосах на ТЭЦ-2 на 2 МВт (рис.4);

- исключена кавитация сетевых насосов, значительно увеличен срок служ рабочих колес;

- частично снижен и намечены пути дальнейшего снижения расх( электроэнергии на повысительных насосных станциях ПНСЗ и ПНС5;

- сокращен сверхнормативный расход теплоносителя на 1000 т/ч;

Экономический эффект от разработанных и частично внедренных в 199'

рекомендаций (в ценах 1998г.) составил:

- от снижения потребляемой мощности сетевых насосов ТЭЦ-2 без уч экономии на их ремонте 4032 тыс. рублей за год;

дополнительного дросселирования на отводах от магистральных водоводов

ТЭ11-2

□НС №5

ПНС №3

Камера 4К-1 Аккумулятор кий мкц

Рис. 3. Пьезометрические линии магистральной теплосети до н после внедрения концепции многоступенчатого регулирования расхода теплоносителя

3 х о о о

(О X

л ш

Ф

н ф

о

л н о о

X

Э"

О 2

I-

Ш

о; -га о

X

ю

о н

Ф со

н ®

I -

С (О

13000 12000 11000 10000 к—

9000 8000

7000 6000 5000 4000

3000 2000 1000 О

12540

8221

4157

926

6206

1 - два подъема насосов с рабочими колесами номинального диаметра

2 - два подъема насосов со срезанными рабочими колесами

3 - насос первого подъема со срезанным рабочим колесом

4 - разменные насосы СЭ2500

5 - линия минимальной мощности при большом количестве разменных насосов

1 I 1 Г I I 1 Г I I 1 ■ I I 1 . I ■ I I I ■ 1 . 1 . I I I

0 1000 3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000

2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Расход теплоносителя на выводах ТЭЦ-2 м3/ч

мощности сетевых насосов при разных способах регулированиям

-19- затраты на разработку и внедрение мероприятий по ТЭЦ-2 окупились в течении двух месяцев;

- от разработанных рекомендаций по ПНС по снижению потребляемой мощности насосов в результате срезки рабочих колес экономия составит 153 тысячи рублей в месяц [7].

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния вопроса энергосбережения выявил серьезные недостатки проекта и эксплуатации системы централизованного теплоснабжения г.Тюмени. Гидравлические режимы теплосети и Тюменской ТЭЦ-2 назначались до 1995 г.без учета их совместной работы: расход теплоносител е в сети не соответствовал подаче целого числа насосов ТЭЦ; высоконапорные насосы ТЭЦ и ПНС работали вне рабочей зоны характеристики, с низким напором; регулирование расхода- насосов первого и второго подъема проводилось байпасированием, что обусловило кавитацию насосов и перерасход электроэнергии, отсутствовала система объективного контроля за гидравлическим и тепловым режимами теплосети.

2. Автором определены направления и резервы энергосбережения в системе централизованного водяного отопления г. Тюмени, использование которых без дополнительных затрат позволяет окупить их внедрение за один-три месяца (оптимальное разделение теплосетей ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, наладка гидравлическое и теплового режимов, особый график включения насосов, доводка проточного тракта и срезка рабочих колес).

3. Анализ гидравлического режима теплосети показал, что распределение тепла у потребителей отличается крайней неравномерностью. На отводах от магистралей непосредственно за ПНС или ТЭЦ расходы теплоносителя больше:, а на удалении от них меньше расчетных. При расходе теплоносителя на ТЭЦ-2, превышающем расчетный на 10%, потребление тепла абонентами на 20% меньше расчетного.

4. Автором показано, что только с помощью математического моделирования возможен корректный гидравлический и энергоэкономический расчет теплосети

и системы подготовки теплоносителя ТЭЦ-2, насыщенной теплотехническим оборудованием, насосами, запорной арматурой со сложными коммуникациями и различными вариантами подключения оборудования.

Создана математическая модель теплосети Тюменской ТЭЦ-2, включающая все ее элементы и оборудование ТЭЦ и ПНС. Разработана программа гидравлического расчета системы подготовки теплоносителя Тюменской ТЭЦ-2, обеспечивающая решение задач с учетом совместной работы всех ее элементов.

Проведены натурные эксперименты, позволившие уточнить фактические параметры элементов теплосети ТЭЦ-2 и обеспечить адекватность математической модели реальным условиям.

Проведен большой объем расчетов и впервые получены результаты, позволившие обоснованно назначить оптимальные режимы работы оборудования и теплосети в целом.

5. Автором разработана и внедрена в 1997г. на уровне ТЭЦ - ПНС -магистральная тепловая сеть концепция многоступенчатого регулирования теплоносителя, позволившая добиться надежного распределения тепла между потребителями и локализовать в границах одного отвода от магистрали нарушения настройки теплосети. Автором подобраны благоприятные режимы работы насосов на ТЭЦ-2 и ПНС.

6. В результате внедрения рекомендаций, разработанных на основе проведенных многолетних исследований и обобщения опыта эксплуатац^ оборудования станции и всей теплосети, автором получены следующие результаты

- обеспечено надежное теплоснабжение абонентов, в частности Калининскоп и Затюменского районов;

- снижен расход теплоносителя на 10ООт/ч;

- снижены энергозатраты на сетевых насосах ТЭЦ-2 на 2 МВт, что обеспечил экономию в 1997 г. 4032 тыс. рублей (в ценах 1998г.)

- исключена кавитация сетевых насосов, значительно увеличен срок служ! рабочих колес;

- частично снижен и намечены пути дальнейшего снижения расхо, электроэнергии на повысительных насосных станциях ПНСЗ и ПНС5.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Богомолов В.П., Моисеев Б.В., ШаповалА.Ф. Оптимизация работы тепловых сетей в условиях Западной Сибири,- Тюмень: Известий вузоа. Нефть и газ, 1997. №4, с.58-63.

2. Богомолов В.П., Шаповал А.Ф., Аксенов Б.Г., Моисеев Б.В. Повышение эффективности системы теплоснабжения в нефтегазодоывающих районах Западной Сибири, - г. Новосибирск. Известия ВУЗов. Строительство. 1998.

3. Богомолов .П. Структура теплоснабжения г.Тюмени. Сборник тезисов докладов ТюмГАСА г.Тюмени 1998г.

4. BogomolovV.P., Shapoval A.Ph., Remizov V.V. The thermal transfer through light wall panel with thermal conduction components. Healthy Buildings/IAQ 97.-Washington DC, USA: 1997. стр.403-407.

5. Bogomolov V.P., Shapoval A.Ph,, Semyachkin B.E. To a problem about gas contents of air environment under construction and operation of the plants of a power complex in Western Siberia. International cooperation In the field of architecture, civil engineering and environment protection. Program and theses of scientific reports at the international scientific and practical conference.- Kemer, Turkey: 1997.c.74-76 (англ).

6. Богомолов В.П. Некоторые особенности расчета экономической эффективности насосных станций. Сборник тезисов докладов ТюмГАСА г.Тюмени

7. Богомолов В.П., Тихоненков Б.П. К вопросу о расчете КПД насосной станции. - М.; Промышленная энергетика, 1997, N 12, с.32-35.

8. Богомолов В.П., Тихоненков Б.П. К вопросу о подборе насосов, электрооборудования к ним и расчете водоводов. - М.: Промышленная энергетика, 1998, N 1, с.47-50.

9. Богомолов В.П. Особенности подбора оборудования для обеспечения аварийных подач воды. Сборник тезисов докладов. ТюмГАСА г.Тюмень 1998г.

10. Богомолов В.П., Тихоненков Б.П., Шаповал Ю.А. О параллельной и последовательной работе центробежных насосов.- М.: Нефтепромысловое дело, 1997, №8-9, с.32-35.

1998г.

Соискатель

Тюменская государственная архитектурно-строительная академия Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз.

Типография ТюмГАСА.