Лавровский С.К., Некрасов С.П.
Промышленные технологии и инновации
(Часть 2)
Раздел 4. Промышленные технологии топливно-энергетического комплекса
Тема 6. Виды органических топлив и их характеристика.
Торф. Уголь. Нефть. Газ. Технологии их добычи и первичной обработки. Газификация и коксование углей. Гидрирование, пиролиз, термический крекинг нефтепродуктов. Промышленные технологии очистки и переработки природного газа и нефти. Первичная фракционная перегонка нефти. Промышленные технологии получения топлив и масел. Повышение эффективности переработки органического сырья. Экологические аспекты использования топливно-энергетических ресурсов. Инновационные технологии в переработке органических топлив
6.1. Технологии теплоснабжения
На выработку тепловой энергии в России используется более 1/3 всех потребляемых топливно-энергетических ресурсов. Более 2/3 тепловой энергии отпущено различным потребителям с горячей водой с температурой до 150оС (низкопотенциальным теплоносителем) для отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения, а остальное количество – на технологические нужды с паром с температурой до 350оС (среднепотенциальным теплоносителем). Основной ресурс для выработки тепловой энергии – органическое топливо: природный газ, уголь, мазут; в меньшей степени сланцы, торф, дрова, биомасса.
Оценка экономической эффективности мероприятий по энергосбережению, анализ графиков потребления электрической и тепловой энергии, учет климатических условий при выборе характеристик строительных конструкций зданий и сооружений, концентрации населения, потребности предприятий позволит выбрать необходимую мощность источника энергоснабжения, его размещение и учесть оптимальную степень централизации энергоснабжения.
6.2. Системы теплоснабжения
Система теплоснабжения – это совокупность устройств для подготовки, транспортирования, распределения и потребления тепловой энергии. Таким образом, система теплоснабжения состоит из четырёх элементов: источника тепловой энергии, трубопроводов (тепловой сети), установок для распределения и потребления тепловой энергии.
Системы теплоснабжения делятся на два типа: централизованные и местные. В первом случае источником тепловой энергии является тепловая или атомная электростанция, а также районная или квартальная котельная, обеспечивающие энергией город, большие жилые массивы, отдельные кварталы и посёлки; во втором – котельные для теплоснабжения одного или группы зданий.
Названные системы теплоснабжения характеризуются различными показателями качества, надежности и экономичности.
Централизованная система теплоснабжения, существующая в большинстве городов, показана на рис.6.1. Система состоит из четырех элементов: источника тепловой энергии, трубопроводов (тепловой сети), установок для распределения и потребителей тепловой энергии. Приведена упрощенная схема (не показаны, например, средства горячего водоснабжения), но позволяющая тем не менее отследить основные моменты.
К ПОТРЕБИТЕЛЯМ
1 – сетевые подогреватели ТЭЦ; 2 – сетевой насос; 3 – подпиточный насос; 4 – камеры тепловой сети; 5 – тепловой пункт промышленного предприятия; 6 – тепловой пункт жилого дома; 7 – подогреватели горячего водоснабжения; 8 – элеватор; 9 – теплообменный пункт; 10 – счетчик и регулятор.
Рис. 6.1. Двухтрубная закрытая система теплоснабжения
Основное регулирование в сети теплоснабжения происходит на ТЭЦ (котельной) на основании температуры выходящей из теплотрассы воды. Теплопоток регулируется за счет температуры воды, либо скорости ее протекания, либо сочетанием этих методов. Конкретный потребитель (например, здание) получает количество тепла, дозируемое заслонкой своих трубопроводов. Здесь нет никакого, регулирования, имеет место установка заслонки (тем не менее, поставщики тепла, исходя из отверстия в установленной заслонке, определяют плату за тепло, как правило, с "округлением" в свою пользу).
Достоинства описанной системы, определившие ее широкое применение в бывшем СССР:
1) Сравнительно низкие капитальные затраты на строительство (от одной ТЭЦ обслуживаются десятки зданий).
2) Низкие эксплуатационные расходы, поскольку в составе системы отсутствуют сколько-нибудь сложные средства регулирования и контроля на уровне пользователей.
Недостатки системы:
1) Отсутствует прямое стимулирование экономии тепла. Например, если в жилом здании не утеплены окна и т.д., или происходит утечка горячей воды, то это никак не сказывается на плате за отопление (при отсутствии средств контроля за все утечки в конечном итоге платит государство).
2) Большие потери тепла в теплотрассе и разветвленных трубах конечных пользователей.
3) Ограниченные возможности регулирования. Практически система автоматического регулирования, реагирующая только на температуру выходящей из теплотрассы воды, способна отследить (с большой инерцией) радикальные погодные изменения (мороз-оттепель). Однако, отсутствует возможность учета индивидуальных потребностей пользователей. Например, в производственных и офисных помещениях вполне возможно снижение уровня обогрева по выходным дням, чего нельзя делать в жилых зданиях.
Кроме централизованного теплоснабжения, используются и местные (малые) котельные. Они не могут обеспечить современные требования по КПД и экологии.
Указанные недостатки описанной системы централизованного теплоснабжения были терпимы в советское время, когда внутренние цены на топливо были много ниже мировых и когда по существу теплоснабжение дотировалось государством. В условиях рыночной экономики пришлось понять, что гигакалория стоит столько, сколько стоит (по мировым ценам - от 6 долларов, что много выше цены электроэнергии, если учесть, что одна гигакалория энергетически эквивалентна 1,16 кВт.ч).
Первыми с проблемой столкнулись жители бывшей ГДР и прибалтийских стран. Дело доходило до социальных конфликтов, когда у неплательщиков в мороз вырезали трубы отопления. Вместе с тем, обстоятельства стимулировали поиск средств теплосбережения и контроля, что нашло практическую реализацию.