Введение
теплоснабжение энергетика конструкция
На сегодняшний день политика энергосбережения является приоритетным направлением развития систем энерго- и теплоснабжения. Фактически на каждом государственном предприятии составляются, утверждаются и воплощаются в жизнь планы энергосбережения и повышения энергоэффективности.
В России принят ряд законов касающихся энергосбережения, составлен план развития энергетики страны на ближайшие 15 лет, направленный на увеличения доли использования альтернативных источников энергии, энергоэффективных технологий и повышения ее энергоэффективности в общем. Во всех сферах деятельности в нашем государстве стремятся уменьшить энергопотребление и потери энергии (в том числе и тепла).
Система теплоснабжения страны не исключение. Она довольно велика и громоздка, потребляет колоссальные объемы энергии и при этом происходят не менее колоссальные потери тепла и энергии.
Теплоснабжение - снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.
В большинстве случаев теплоснабжение - это создание комфортной среды в помещении - дома, на работе или в общественном месте. Теплоснабжение включает в себя также подогрев водопроводной воды и воды в плавательных бассейнах, обогрев теплиц и т.д.
Расстояние, на которое транспортируется тепло в современных системах
централизованного теплоснабжения, достигает нескольких десятков км. Развитие
систем теплоснабжения характеризуется повышением мощности источника тепла и
единичных мощностей установленного оборудования. Тепловые мощности современных
ТЭЦ достигают 2-4 Ткал/ч, районных котельных 300-500 Гкал/ч. В некоторых
системах теплоснабжения осуществляется совместная работа нескольких источников
тепла на общие тепловые сети, что повышает надёжность, манёвренность и
экономичность теплоснабжения.
1. Анализ
существующей системы энергетики Санкт-Петербурга
Санкт-Петербург - крупнейший промышленный, культурный и научный центр России с населением около 5 миллионов человек. Существующая система теплоснабжения Санкт-Петербурга относится к наиболее важным и уникальным жизнеобеспечивающим системам города. Это обусловлено его географическим положением (средняя за год температура наружного воздуха - 4.3 °С; абсолютно минимальная - минус 36 °С; средняя за отопительный период минус 1.8 °С; продолжительность отопительного периода - 220 дней), характером застройки исторического центра города, реализованными техническими решениями, сложившимися в течение многих десятилетий при сменяющих друг друга экономических формациях.
Впервые в России централизованное теплоснабжение от установки комбинированного производства электрической и тепловой энергии было реализовано именно в Петрограде. Это схема в дальнейшем и стала основой для развития централизованного теплоснабжения города.
Формировавшаяся веками застройка исторического центра Санкт- Петербурга определила особенности системы теплоснабжения города, в которой представлен почти весь спектр способов и схем обеспечения теплом потребителей, основанных на сжигании органического топлива и передачи тепла в виде горячей воды и пара. В частности, от автономных локальных и централизованных теплоисточников.
В настоящее время по имеющейся информации, общая установленная мощность источников тепла составляет порядка 27100 Гкал/ч. из них ТЭЦ - около 11800 Гкал/ч, промышленных ТЭЦ 2000 Гкал/ч. котельных в собственности Санкт-Петербурга 9300 Гкал/ч. ведомственных котельных - 4000 Гкал/ч.
Суммарная подключенная тепловая нагрузка составляет 19840 Гкал/ч, в том числе ТЭЦ “ТГК-1” - 8220 Гкал/ч, промышленных ТЭЦ 1600 Гкал/ч, котельных в собственности Санкт-Петербурга - 7620 Гкал/ч, ведомственных котельных - 2400 Гкал/ч.
Общая протяженность тепловых сетей, подающих тепло от источников до потребителей, в двухтрубном исчислении составляет более 3000 км.
Функционирование схемы теплоснабжения Санкт-Петербурга в настоящее время основывается на Генеральной схеме теплоснабжения, разработанной на период до 2000 г. с учетом перспективы на 2005 г.
Исходя из того, что система теплоснабжения города исторически развивалась по нуги обеспечения теплом потребителей от крупных теплоисточников теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). районных и квартальных котельных, а в центральной части города, где невозможно и нецелесообразно подавать тепло от ТЭЦ, от автономных теплоисточников. Санкт-Петербург в соответствии с раннее разработанной Генеральной схемой теплоснабжения разбит на сложившиеся тепловые районы (в частности Восточный тепловой район включает в себя Невский и Красногвардейский административные районы).
В настоящее время характерным для системы теплоснабжения города является отставание ее развития от потребностей, связанных с реконструкцией и новым строительством, а также снижением надежности теплоснабжения существующих потребителей, вызванное опережением процесса старения теплоэнергетического оборудования и его восстановления. Кроме того, чрезвычайно остро стоят проблемы снижения затрат при выработке тепловой энергии, ее транспортировки и потреблении, а также воздействия на окружающую среду. Рост тепловых нагрузок и. следовательно, потребления топливно-энергетических ресурсов, в первую очередь природного газа, должен сопровождаться адекватными мерами по энергосбережению. В противном случае дальнейшее развитие города может быть замедленно из-за возможных ограничений, связанных с доступностью того или иного энергетического ресурса.
С целью решения данных проблем возникает необходимость разработки
долгосрочных программ реконструкции и развития системы теплоснабжения
Санкт-Петербурга.
. Теплоисточники
и тепловые сети
Теплоисточники.
Исторически сложилось так, что система теплоснабжения Санкт-Петербурга связана с развитием крупных централизованных источников: ТЭЦ и котельных. На сегодняшний день основными поставщиками тепла для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов жилищного фонда, общественно-деловых объектов и промышленных зон являются: ТЭЦ ОАО «TГK-l» (47% от суммарного отпуска теплоты), котельные ГУП «TЭK СПб» и ЗАО «Петербургтеплоэнерго)» (43%). ТЭЦ промышленных предприятий (ОАО «Ижорский завод». ФГУП «Обуховский завод» и ЗАО «ЦКТИ им.Ползунова» - около 1%, котельные ЗАО «Лентеплоснаб» (5%) и ведомственные котельные (4%)
Наибольшей установленной тепловой мощностью обладают ТЭЦ ОАО «ТГК-1» - 11 755 Гкал/ч. при этом максимально возможный отпуск тепла с коллекторов составляет 9 916 Гкал/ч, при подключенной тепловой нагрузке 8 220 Гкал/ч.
Кроме ОАО «ТГК-I» отпуск тепла осуществляют три вышеупомянутые промышленные ТЭЦ суммарной установленной тепловой мощностью 764 Гкал/ч.
Установленная мощность котельных, находящихся в собственности Санкт-Петербурга (ГУП «ТЭК СПб» и ЗАО “Петербургтеплоэнерго”) составляет 9 277 Гкал/ч. при подключенной нагрузки 7 619 Гкал/ч.
Доля ЗАО «Лентеплоснаб» незначительна, при установленной тепловой мощности 831 Гкал/ч. подключенная тепловая нагрузка составляет 507 Гкал/ч.
Дадим краткую характеристику теплоисточников основных производителей тепла: ОАО «ТГК-1», ГУП «ТЭК СПб» и ЗАО “Петербургтеплоэнерго»
В ГУП «ТЭК СПб» и ЗАО "Петербургтеплоэнерго» имеется 567 котельных. на которых установлено около 2600 котлов, производительностью от 0.5 МВт до 210 МВт, построенных в основном в пятидесятые - шестидесятые годы. Из общего количества котельных 78 составляют районные и квартальные котельные с установленной мощностью от 12 до 910 МВт, оснащенные котлами ДКВр, ДКВ, ДЕ, Е, ГМ, ПТВМ и КВГМ.
Котлы средней мощности (ДКВр, ПТВМ) для районных и квартальных котельных, морально и физически устарели, имеют автоматику регулирования, которая не обеспечивает в полной мере эффективного управления и контроля за процессами горении, а также необходимого снижения внутрикотельных потерь тепла.
Из общего количества котельных - 486 составляют групповые котельные мощностью до 12 МВт, 396 из них работают на природном газе. Эти котельные, в основном, оснащены чугунно-секционными котлами (2340 шт.) с низким коэффициентом полезного действия и как следствие повышенным удельным расходом топлива. На групповых котельных эксплуатируются несовершенные средства автоматического управления и контроля процесса горения, учета отпуска тепловой энергии и потребления энергетических ресурсов. Вспомогательное оборудование групповых котельных также физически морально устарело.
Требует решения проблема обеспечения групповых котельных электроснабжением и водоснабжением в соответствии с действующими нормативными документами, в настоящее время многие из них подключены к внутридомовым электрическим и водопроводным сетям.
Кроме того, значительное количество газовых групповых котельных, находящихся в исторической части города, является встроенными или пристроенными к жилым и общественным зданиям. В соответствии с действующими нормативными документами по строительству РФ запрещено размещение котельных, работающих на газовом топливе, в подвальных помещениях жилых и общественных зданий, а также в помещениях, встроенных и пристроенных к этим зданиям. Однако, строительство новых котельных и переключение на централизованное теплоснабжение в центральной части города крайне затруднено из-за перенасыщенности подземного пространства инженерными сооружениями и подземными коммуникациями. Исходя из этого, чрезвычайно остро стоит проблема ликвидации встроенных, особенно, подвальных котельных и переключения их потребителей на другие источники тепла.
Следуем отметить, что ГУП «ТЭК СПб» эксплуатирует около 90 угольных котельных, построенных свыше 40 лет назад, на которых установлено свыше 300 котлов с обшей установленной мощностью около 90 Гкал/ч. Угольные котельные находятся в неприспособленных помещениях, в основном, пристроены или встроены в здания. На котельных эксплуатируются физически и морально устаревшие котлы и вспомогательное оборудование, отсутствует автоматическое регулирование процессов Горения и отпуска тепло. В основном угольные котельные оборудованы чугунно-секционными котлами с ручной подачей топлива в топку.
На ТЭЦ ОАО «ТГК-1» около 65% котлоагрегатов отработали расчетный ресурс.
Из 53 турбоагрегатов, эксплуатируемых в настоящее время на ТЭЦ ОАО «ТГК-1» 9 имеют наработку более 50 лет. 15 более 40 лет. 12 более 30 лет и только 17 агрегатов имеют наработку менее 30 лег, ниже срока, установленною заводами-изготовителями в качестве эксплуатационного ресурса.
Не менее критическая ситуация наблюдается и на обеспечивающих город тепловой энергией ведомственных источниках теплоснабжения. Так, например, практически полностью выработала свой ресурс оборудование ТЭЦ Обуховского завода.
Тем не менее, работа крупных источников тепловой энергии Санкт-
Петербурга, использующих газовое топливо, относительно других элементов системы
теплоснабжения, в целом, является достаточно эффективной. На ТЭЦ и крупных
котельных реальный потенциал энергосбережения оценивается около 5% от удельных
затрат на выработки тепловой энергии. Гораздо менее эффективна работа мелких
отопительных котельных, здесь потенциал энергосбережения составляет 10 - 15% и
более.
3. Тепловые
сети
Важнейшим звеном в системе теплоснабжения Санкт-Петербурга являются тепловые сети. Общая протяженность трубопроводов тепловой сети города в однотрубном исчислении составляет порядка 7 920 км диаметром от 57 до 1 400 мм, из них на балансе ГУП «ТЭК СПб» находится около 5 200 км (66%).
Большая часть применяемых в Санкт-Петербурге систем теплоснабжения-открытые, с непосредственным водоразбором из тепловых сетей на нужды горячего водоснабжения.
Исходя из этого, водяные тепловые сети, выполнены, как правило, по тупиковой схеме, двухтрубными, подающими одновременно тепло на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Четырех трубные тепловые сети применяются в случае использования центральных тепловых пунктов Расчетный температурный график сетей ТЭЦ районных и квартальных котельных составляет 150/70 °С. после центральных тепловых пунктов- 130/70 °С. от относительно небольших групповых котельных- 95 (105)/70 °С.
Качество и надежность теплоснабжения потребителей напрямую зависит от технического состояния тепловых сетей. По имеющимся данным полностью изношенные тепловые сети со сроком службы более 25 лет составляют 24%, со сроком службы от 15 до 25 лет - более 27% от их общею количества.
км тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб» выработали срок амортизации (25 лет), 1850 км эксплуатируется свыше 15 лет или приближаются к этим срокам. Ежегодный прирост тепловых сетей с истекшим сроком службы составляет порядка 170 км в год. Продолжительность эксплуатации теплопроводов напрямую связано с надежностью их работы.
Для тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб» выявлена динамика изменения годовой удельной повреждаемости. Если при эксплуатации теплопроводов до 10 лет она составляет около 0.77 отказов на км теплопровода, то для периода от 10 до 15 лет она увеличивается в 2.4 раза и составляет 1.63: oт 15 до 25 лет - 2.11 отк./км, а после 25 лет - в пять раз выше.
Подробный анализ показывает, что в настоящее время замене подлежит не менее 50% трубопроводов, находящихся на балансе предприятия.
На балансе ОАО «ТГК-1» находится 678 км тепловых сетей, диаметром от 200 до 1 400 мм.
Высокая степень износа и использование некачественных тепло и гидроизоляционных материалов приводят к неизбежным потерям тепла. По различным оценкам они составляют свыше 15% от годового отпуска тепло. Большая часть используемой арматуры морально и физически устарела, имеет низкую надежность, высокое гидравлическое сопротивление.
Требует решения проблема наружной и внутренней коррозии и теплопроводах. С целью экономии средств и сокращения сроков выполнения работ, прокладка тепловых сетей велась бесканальным способом с применением неэффективной гидроизоляции. В условиях высокого уровня грунтовых вод и наличия электротранспорта тепловые сети подвергаются интенсивной наружной электрохимической коррозии, из-за некачественной деаэрации на источниках тепла и наличия в теплоносителе агрессивных тазов, что характерно для открытой схемы теплоснабжения.
Таким образом, к основным причинам низкой надежности работы трубопроводов тепловой сети относятся:
низкое качество антикоррозионного, гидро и теплоизоляционного окрытия трубопроводов; наличие внутренней коррозии трубопроводов из-за нарушения водно-химическою режима в открытых системах теплоснабжения. вызванного недостаточной надежностью работы деаэраторов на котельных и ГЭЦ;
большая насыщенность электрического транспорта в местах прокладки трубопроводов тепловой сети;
- размещение теплотрасс в зоне грунтовых вод, что приводиn к затоплению теплопроводов и увлажнению теплоизоляции,
- высокая
коррозионная активность фунтов, характерных для Санкт-Петербурга.
. Существующие
потребители тепла и подключенные нагрузки
Основная часть тестовых нагрузок в соответствующих тепловых районах Санкт-Петербурга преимущественно связана с необходимостью отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов жилищного фонда, а также объектов общественно-деловой сферы. Ряд промышленных предприятий потребляют пар и горячую воду, однако крупные и теплоемкие производства покрывают свою нагрузку за счет собственных теплоисточников.
Значительную долю отапливаемых объектов составляют дома из сборного железобетона. Фактические теплопотери в таких домах на 20-30% выше проектных из-за низкого качества строительства и эксплуатации. Наиболее значительные потери через наружные стеновые ограждения (до 50%) и окна (до 35%).
Сокращение теплопотерь зданий должно быть стратегическим направлением повышения экономичности и качества теплоснабжения. При этом на существующих объектах может быть достигнута экономия потребления теста до 10-15%.