Анализ существующей системы энергетики Санкт-Петербурга. Тепловые сети. Сравнительный анализ вариантов развития системы теплоснабжения. Обоснование способов прокладки теплопроводов. Выбор оборудования и строительных конструкций системы теплоснабжения.
Аннотация к работе
Во всех сферах деятельности в нашем государстве стремятся уменьшить энергопотребление и потери энергии (в том числе и тепла). Общая протяженность тепловых сетей, подающих тепло от источников до потребителей, в двухтрубном исчислении составляет более 3000 км. 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). Исторически сложилось так, что система теплоснабжения Санкт-Петербурга связана с развитием крупных централизованных источников: ТЭЦ и котельных. При существующей технологии централизованного регулирования отпуска тепла путем изменения технологии централизованного регулирования отпуска тепла путем изменения температуры теплоносителя в диапазоне спрямления температурного графика по температуре необходимой для ГВС в переходные периоды отопительного сезона имеет место значительный перерасход тепла дм всех потребителей централизованных систем (10 до 15% от расчетного годового теплоотпуска).В технико-экономическом разделе определяются капитальные затраты на строительство тепловой сети, ежегодные эксплуатационные расходы и себестоимость транспорта тепла. Затраты на запасные части принимаются 3% от стоимости оборудования и материалов и составляют: 886 680 руб. Затраты на изоляционные работы по трубопроводам принимаются 8% от стоимости оборудования и материалов и составляют: 2364 480 руб. Затраты на монтаж трубопроводов принимаются 15% от стоимости оборудования и материалов и составляют: 4433400 руб. Таким образом, общая стоимость строительства тепловой сети, т.е. капитальные затраты на ее строительство составят: Ктс=1477800 2955600 886 680 2364 480 4433400 591120 =12709 080 рубВыполнить решения по предотвращению постороннего вмешательства в деятельность объекта и по оповещению персонала о ЧС на период строительства и по его окончании.В проекте принята четырехтрубная система теплоснабжения: отопление, вентиляция по двухтрубной (прямая, обратная); ГВС - по двухтрубной (прямая, рециркуляция). В качестве теплоносителя, в соответствии со СНИП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в проекте выбрана горячая вода. Применение водяного теплоносителя позволяет реализовать преимущества центрального регулирования, обеспечивает повышенную аккумулирующую способность системы теплоснабжения и снижает тепловые потери в теплопроводах. В процессе разработки проекта были определены расчетные тепловые нагрузки абонентов, суммарная тепловая нагрузка составила 26,7 Гкал/ч (в том числе на отопление - 20.94 Гкал/ч, на вентиляцию - 1.6 Гкал/ч, на ГВС - 4,22 Гкал/ч.). В соответствии с заданием в проекте был произведен подробный расчет трубопроводов тепловых сетей для квартала Красногвардейского района между ул.
План
План мероприятий по снижению ущерба для проектируемого объекта.
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 надежность, маневренность 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 изза 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.
2. 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 «ТГК-l» (47% от суммарного отпуска теплоты), котельные ГУП «ТЭК 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 изза 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.
875 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: от 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, изза 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 изза 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.
4. 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 изза 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%.
Экономия энергии без ее учета неэффективна. В настоящее время принято решение об обязательной установке приборов учета потребляемой тепловой энергии на всех вводимых и реконструируемых тепловых пунктах потребителей.
Преобладающим и традиционным способом присоединения отопительной и вентиляционной нагрузок является зависимое присоединение. Отопительной - через элеваторы, вентиляционной непосредственно от тепловых сетей. Часть потребителей не имеют элеваторов и подключены на «прямые» температурные параметры магистральных тепловых сетей. Подача воды на горячее водоснабжение осуществляется с использованием смесительных устройств непосредственно из прямого и обратного теплопроводов, т.н. открытая схема теплоснабжения.
В 80-х годах получила широкое распространение схема подключения нагрузок через центральные тепловые пункты с водоводяными кожухотрубными теплообменниками и насосами подкачки на линии сетевой воды. При такой схеме отопительно-вентиляционные нагрузки потребителей подключены к магистральным сетям через теплообменники, подача воды ГВС осуществляется по-прежнему по открытой схеме непосредственно из тепловых сетей. В этом случае во вторичном контуре тепловых сетей, обеспечивающих подключение отопительно-вентиляционных нагрузок, после центральных тепловых пунктов используется расчетный график температур 130/70 °С. В тепловых сетях ГВС температура теплоносителя находится в пределах 65-75 °С. В тепловых пунктах зданий, как правило, установлены элеваторы, в которых температура понижается до расчетной для систем отопления зданий 95 или 105 °С. Такая схема позволяет осуществить подачу воды в отопительные приборы при постоянном давлении, в независимости от его колебаний в тепловых сетях и пиковых расходов на ГВС. Кроме того, при повреждении тепловых сетей первичного контура циркуляция внутри ломов сохраняется, что оберегает их or размораживания
Открытой схеме теплоснабжения присущ ряд недостатков. В связи с этим, отдельного обсуждения заслуживает проблема перехода системы теплоснабжения Санкт-Петербурга на закрытую схему присоединения горячего водоснабжения. При получившей в Санкт-Петербурге распространение «открытой» схеме присоединения ГВС. теплоноситель готовится на котельных и ТЭЦ централизованно и подается к потребителям на отопление и ГВС совместно. При существующей технологии централизованного регулирования отпуска тепла путем изменения технологии централизованного регулирования отпуска тепла путем изменения температуры теплоносителя в диапазоне спрямления температурного графика по температуре необходимой для ГВС в переходные периоды отопительного сезона имеет место значительный перерасход тепла дм всех потребителей централизованных систем (10 до 15% от расчетного годового теплоотпуска).
Другим значительным недостатком открытой схемы присоединения ГВС является поступление в теплопроводы кислорода, растворенного в подии точной воле и, как следствие, их интенсивная коррозия.
В отличие от открытых систем в закрытых системах теплоснабжения водопроводная вода, идущая на горячее водоснабжение, подогревается непосредственно в тепловых пунктах (центральных или индивидуальных), при этом, значительно упрощается управление гидравлическими режимами, а основная причина коррозии теплопроводов - попадание кислорода а теплоноситель с подпиточной водой практически исключается.
Переход на закрытую схему потребует реконструкции существующей системы холодного водоснабжения: строительства и реконструкция существующих трубопроводов, баков-аккумуляторов. Так как при закрытой схеме 100% воды питьевого качества должно транспортироваться по сетям холодного водоснабжении в ЦТП или ИТП.
Кроме того, подогрев поступающей из городского водопровода воды без деаэрации потребует замены существующих внутридомовых сетей горячего водоснабжения на трубы из металлопластика или других коррозионностойких материалов. Для компенсации пиковых нагрузок, характерных для систем горячего водоснабжения, потребуется установка баков-аккумуляторов горячей воды непосредственно у потребителей, либо на центральных тепловых пунктах, либо дополнительные пиковые мощности на теплоисточниках.
Таким образом, переход на закрытую схему теплоснабжения потребует значительных капитальных затрат, что в настоящее время представляется маловероятным. Исходя из этого, перевод сложившихся систем теплоснабжения на закрытую схему присоединения ГВС на среднесрочный период не является приоритетным.
Сохранение на среднесрочную перспективу открытой схемы теплоснабжения должно сопровождаться ужесточением контроля подготовки подпиточной воды на котельных и ТЭЦ, внедрением эффективных деаэрационных устройств и реагентов, замедляющих коррозию. В качестве мероприятия, предваряющего переход на закрытую схему, при строительстве и реконструкции объектов в сложившихся зонах теплоснабжения может рассматриваться переход на монтаж трубопроводов ГВС из коррозионностойких материалов, в первую очередь, пластиковых труб.
Вместе с тем, представляется целесообразным использование закрытой схемы присоединения горячего водоснабжения при строительстве новых теплоисточников с целью теплоснабжения вновь застраиваемых кварталов, автономных теплоисточников при условии соответствующего исполнения наружных и внутренних трубопроводов ГВС и коррозионностойких материалов.
Учитывая указанные ранее недостатки традиционно применяемой схемы теплоснабжения, приоритетным вариантом подключения потребителей является автоматизированный индивидуальный тепловой пункт, оборудованный приборами учета тепловой энергии и системой автоматического регулирования температуры теплоносителя, поступающего в системы отопления и вентиляции, в зависимости от температуры наружною воздуха и температуры в отапливаемых помещениях. При этом обязательна установка регулятора, обеспечивающего подготовку воды для ГВС с необходимой температурой, и циркуляционной линии для устранения остывания воды в системе ГВС в часы минимального водоразбора.
5. Сравнительный анализ вариантов развития системы теплоснабжения
Исторически, система теплоснабжения Санкт-Петербурга связана с развитием централизованного теплоснабжения. Однако, не во всех районах система развивается в этом направлении, что и особенности стало характерным за последние 5-8 лет. В среднем в Санкт-Петербурге автономные теплоисточники покрывают от 6 до 22% потребности в тепле в зависимости от рассматриваемого района.
Наибольшее развитие локальная система теплоснабжения получила в Петроградском районе, где их доля в выработке тепла традиционно высока - 90% в 2005 году.
Следует отметить важный момент - наименьшая себестоимость производства тепла характерна для ТЭЦ и относительно крупных источников централизованного теплоснабжения. Вместе с этим применение современного энергоэффективного оборудования на автономных теплоисточниках, возможность работы без постоянного присутствия обслуживающего персонала, удельные затраты на производство тепловой энергии локальных теплоисточников, а следовательно и себестоимость может быть значительно ниже, чем для централизованных.
В целом, выбор направления развития системы теплоснабжения зависит от совокупности факторов, свойственных конкретному тепловому району Санкт-Петербурга. Одним из критериев является минимизация воздействия на окружающую среду (выбросов продуктов сгорания, в частности, диоксида азота в атмосферу).
Помимо фактора экологичности, необходимо учитывать: - требования к показателям надежности теплоснабжения потребителей;
- необходимость подключения перспективных нагрузок в требуемые сроки;
- внедрения энергоэффективных технологий и снижения затрат при производстве и транспортировке тепловой энергии.
Рассматривая экологический аспект, можно говорить о неприемлемости предложений повсеместного перехода к автономным теплоисточникам. Сплошное индивидуальное теплоснабжение плотно застроенных кварталов такого мегаполиса, как Санкт-Петербург, является проблематичным для наших климатических условий, так как при соответствующих плотностях тепловых нагрузок сложно выполнить требование не превышения предельно-допустимой концентрации окиси азота в прилегающих кварталах жилой застройки. Для населенных мест, расположенных в холодном климате и с высокой плотностью застройки это является существенным ограничением, которое требует, чтобы значительная величина базовой тепловой нагрузки оставалась централизованной.
Потому производство пепла на автономных теплоисточниках оказывается наиболее целесообразным по совокупности энергетических, экономических и экологических показателей для районов с малой тепловой плотностью (например, коттеджной застройки), промышленных объектов, также объектов, предъявляющих повышенное требование к надежности теплоснабжения. Использование локальных и автономных энергоисточников, обеспечивающих совместную выработку тепловой и электрической энергии, наиболее предпочтительно в зонах дефицитных по электроснабжению, прежде всего, для промышленных объектов.
Представляется необходимым сохранение приоритета и восстановления существующей системы централизованного теплоснабжения, развитие которой должно осуществляться путем строительства новых крупных источников централизованного теплоснабжения на основе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, прежде всего, в районах планируемого массового строительства.
6. Перечень мероприятий по развитию системы теплоснабжения Санкт-Петербурга
Учитывая, что система теплоснабжения представляет собой неразрывную технологическую систему, эффективность ее работы и развитие должны быть обеспечены не для отдельных частей системы, а для системы теплоснабжения в целом, от производителя тепла до потребителя.
В целом, развитие системы теплоснабжения Санкт-Петербурга должно обеспечить решение следующих приоритетных задач: 1. Обеспечение надежного теплоснабжения существующих потребителей и подключение перспективных нагрузок.
2. Снижение затрат при производстве, транспортировке и потреблении тепловой энергии.
3. Снижение удельного (на единицу отпущенной потребителям тепловой энергии) потребления топливно-энергетических ресурсов.
4. Обеспечение минимального воздействия на окружающую среду.
Основными техническими мероприятиями, реализация которых обеспечивает решение перечисленных сдач, являются: На теплоисточниках: - Реконструкция существующих и строительство новых теплоисточников с применением современного энергоэффективного автоматизированного оборудования с минимальными выбросами токсичных продуктов сгорания в окружающую среду;
- Внедрение современных систем автоматического регулирования, обеспечивающих оптимизацию процесса сжигания топлива, безопасность работы, регулирование и учет отпуска тепла;
• Применение приводов нагнетателей энергоисточников (сетевые и подпиточные насосы, дымососы и вентиляторы), оборудованных системами частотного регулирования;
- Перевод угольных и дизельных котельных на газовое топливо;
- При наличии технической возможности закрытие неэффективных, прежде всего встроенных и пристроенных, котельных малой мощности и перевод их потребителей на централизованные источники тепла;
- Использование нетрадиционных источников энергии (тепловые насосы, сжигание отходов, биотоплива и др.), с учетом прогнозируемого на долгосрочную перспективу количества поставляемого газа, разработка программ но его замещению альтернативными видами топлива;
- Внедрение современной аппаратуры контроля диагностики за состоянием энергетического оборудования теплоисточников;
- Доведение до необходимых объемов капитального ремонта и восстановления существующего оборудования;
- Внедрение эффективных методов водоподготовки;
- Применение закрытой схемы присоединения систем ГВС при строительстве и реконструкции автономных систем теплоснабжения;
- Реконструкция и строительство очистных сооружений ТЭЦ и котельных с применением современных природосберегающих технологий.
На тепловых сетях и центральных тепловых пунктах: - Создание возможности перераспределения тепла в зоны перспективного строительства и увеличение пропускной способности существующих тепловых сетей, закольцовка тепловых сетей для повышения надежности работы систем теплоснабжения;
- Применение теплопроводов, теплоизолированных в заводских условиях, с системой дистанционного контроля увлажнения теплоизоляции;
- Совершенствование технологии прокладки и усиление контроля за качеством строительства и эксплуатации тепловых сетей;
- Оптимизация теплогидравлических режимов работы тепловых сетей с учетом их фактического состояния, ограничения по максимальной температуре, а также роста автоматизированных тепловых пунктов у потребителей;
- Внедрение теплопроводов на основе пластиковых труб;
- Применение пластинчатых теплообменников, шаровой и дисковой запорной и регулирующей арматуры;
- Внедрение современной аппаратуры контроля и диагностики за состоянием оборудовании тепловых сетей и центральных тепловых пунктов. Создание системы диспетчеризации и мониторинга состояния тепловых сетей позволит оперативно реагировать на нештатные ситуации;
- Разработка комплекса организационных и технических мероприятий с целью эффективной антикоррозийной зашиты инженерных сетей;
- Внедрение эффективных методов очистки теплообменных поверхностей от отложений и зашиты теплопроводов от коррозии;
- Наряду с развитием тепловых сетей, увеличение ежегодного количества реконструированных и капитально отремонтированных теплопроводов для недопущения роста и последующего планомерного сокращения количества теплопроводов, имеющих предельные сроки эксплуатации, и как следствие, высокую удельную повреждаемость.
В теплопотребляющих системах: - Переход к эффективным энергосберегающим архитектурно- строительным решениям при проектировании и строительстве;
Контроль за качеством тепловой изоляции, применяемой в новом строительстве, увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций зданий. Теплоизоляция зданий старой застройки. Усиление контроля за эксплуатацией существующих зданий с целью недопущения сверхнормативных тепловых потерь;
- Оптимизация потребления тепла путем установки терморегуляторов на отопительных приборах, обеспечивающих местное регулирование, электронных регуляторов в центральных и индивидуальных тепловых пунктах, с целью регулирования отпуска тепловой энергии на отопление, вентиляцию и ГВС от величины водоразбора и необходимого напора у потребителей;
- Проведение периодических режимно-наладочных работ в тепловых сетях, системах отопления и горячего водоснабжения;
- Применение при реконструкции и новом строительстве энергоэффективных отопительных приборов и водоразборной арматуры в системах ГВС;
- Внедрение приборов учета;
- Использование тепловой энергии возвратного теплоносителя;
- Изготовление трубопроводов, используемых в системах ГВС из коррозионностойких материалов;
- Снижение внутренней температуры в административно - бытовых и производственных помещениях в нерабочее время.
В связи с указанными мероприятиями следует отметить необходимость разработки ТСН «Технические условия и рекомендации по применению оборудования и технологий при реконструкции и новом строительстве систем теплоснабжения и Санкт-Петербурге».
Таким образом, для развития системы теплоснабжения города необходимо сохранять преимущества сложившейся инженерной инфраструктуры с приоритетом централизованной выработки тепловой энергии, но с использованием новых энергоэффективных технологических решений и схем.
Анализ существующей системы теплоснабжения
Существующая система теплоснабжения выполнена от ТЭЦ № 14 и ТЭЦ №15. Она не реконструировалась с 1962 года и уже давно пришла в негодность. И на данный момент находится в аварийном состоянии. Трубопроводы изношены на 90%. Запирающая и регулирующая арматура требует замены. Оборудование ИТП также находится в аварийном состоянии и требует замены на современное. Изоляция повреждена и не выполняет своей функции. В подвалах зданий стоит вода. Тепловая энергия теряется на трубах, проходящих по подвальным помещениям в воде.
Вывод
Целью данного проекта является разработка системы теплоснабжения жилого квартала Красногвардейского района между ул. Ленская и пр. Косыгина города Санкт - Петербурга.
Источником теплоснабжения является Центральная ТЭЦ, абоненты квартала Красногвардейского района между ул. Ленская и пр. Косыгина города Санкт-Петербурга запитаны от ЦТП по независимой открытой схеме. В проекте принята четырехтрубная система теплоснабжения: отопление, вентиляция по двухтрубной (прямая, обратная); ГВС - по двухтрубной (прямая, рециркуляция). Было принято групповое качественное регулирование по нагрузке отопления и ГВС
В качестве теплоносителя, в соответствии со СНИП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в проекте выбрана горячая вода. Применение водяного теплоносителя позволяет реализовать преимущества центрального регулирования, обеспечивает повышенную аккумулирующую способность системы теплоснабжения и снижает тепловые потери в теплопроводах. Расчетный температурный график первичного контура (от 2ПБК)- 150/75 0С, вторичного контура (от ЦТП) - 130/70 °С.
В процессе разработки проекта были определены расчетные тепловые нагрузки абонентов, суммарная тепловая нагрузка составила 26,7 Гкал/ч (в том числе на отопление - 20.94 Гкал/ч, на вентиляцию - 1.6 Гкал/ч, на ГВС - 4,22 Гкал/ч.).
В соответствии с заданием в проекте был произведен подробный расчет трубопроводов тепловых сетей для квартала Красногвардейского района между ул. Ленская и пр. Косыгина города Санкт - Петербурга. Был выполнен гидравлический расчет и построен пьезометрический график. На основании выполненных расчетов были выбраны сетевые и подпиточные насосы в ЦТП. К установке приняты следующие типы насосов: 1) Сетевые марки 1Д-200-90 - два основных и один резервный.
2) Подпиточные: марки К-100-80-160 - три основных и один резервный.
В проекте преимущественно принята подземная канальная и бесканальная прокладка тепловых сетей.
В проекте выполнены необходимые инженерные расчеты элементов трассы теплосети. Произведен прочностной расчет трубопроводов и опор тепловых сетей, и расчет самокомпенсации тепловых деформации трубопроводов. Компенсация тепловых удлинений трубопроводов осуществляется с использованием естественной компенсации за счет углов поворота трассы, П-образных компенсаторов при прокладке по подвалам, сильфонных компенсаторов при подземной прокладке.
В качестве неподвижных опор использованы щитовые железобетонные, в качестве подвижных - скользящие опоры.
Произведен тепловой расчет и выбор теплоизоляции. В качестве теплозоляции принята пенополиуретан ППУ.
Разработаны мероприятия по охране труда и окружающей среды, а также предложены мероприятия по защите труб от наружной коррозии. Произведен технико-экономический расчет, в котором были определены капитальные затраты на реконструкцию трубопроводов тепловой сети, ежегодные эксплуатационные расходы и себестоимость транспорта тепла.
В результате выполнения дипломного проекта была разработана система теплоснабжения жилого массива. Принятые в проекте инженерные решения являются обоснованными и соответствуют современным требованиям проектирования, что подтверждается технико-экономическим анализом.
Список литературы
1. Концепция генеральной схемы теплоснабжения Санкт-Петербурга на период до 2015 года с учетом перспективы до 2025 года СПБ.:2005.
2. Соколов Е.Я. “Теплофикация и тепловые сети.“ М.: Энергия, 1982.
3. Иванов В.Д. “Оптимизация теплоснабжения предприятий ЦБП. Конспект лекций. “ Л.: ЛТА. 1988.
4. Иванов В.Д., Сыромаха П.И. “Водяные системы теплоснабжения объектов ЦБП. Учебное пособие.“ Л.: ЛГИ ЦБП. 1991.
5. Иванов В.Д., Богданов M.B., Нартов И.М. “Проектирование систем централизованного теплоснабжения. Учебное пособие.“ СПБ.: СПБ ГТУ РП 1993.98 с.
6. Нартов И.Н., Богданов M.B., Иванов В.Д, “Краткий справочник по проектированию централизованных систем теплоснабжения. “ Методические указания.“ СПБ.: СПБ ГТУ РП, СПБ. 1993.
8. Козин В.Е., Левина Т.А. и др "Теплоснабжение“: Учебное пособие для вузов. М. 1980.
9. Ширакс 3.Э. “Теплоснабжение.“ М.: Энергия, 1979.
10. Николаев Д.А. “Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей.“ М: Стройиздат.1965.
11. СНИП 2.04.07-86. Тепловые сети. Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1988.
12. СНИП 3.05.07-85. Тепловые сети. Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1988.
13. СНИП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госстрой СССР. М.: АПП ЦИПТ Госстроя СССР. 1992.
14. СНИП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1986.
15. СНИП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1983.
16. Строительная климатология / НИИ строительной физики. Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР 1990.
17. СНИП 2.04.09-86. Расчет на прочность стальных трубопроводов. Госстрой СССР. М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1987.
18. СПИП 2-04.14-88. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Госстрой СССР М.: ЦИПТ Госстроя СССР. 1989.
19. ГОСТ 21.605-82. Сети тепловые. (Теплотехническая часть). М.: Издательство стандартов. 1982.
20. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. М.: 1982
21. Шумов В.В. Аварийно-восстановительные работы на трубопроводах тепловых сетей. СПБ. 1992.
22. Прузнер С.Л. Экономика энергетики. М,: Экономика. 1978.
23. Соколов Е.Я. Развитие теплофикации России. Теплоэнергетика". № 12, 1993. с.2-6.
24. Манюк В.И. и др. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. М.: Стройиздат. 1987.
25. Переверзен В.А., Шумов В.В. Справочник мастера тепловых сетей. Л. Энергоатомиздат. 1987.
26. Беляйнина И.В., Виталиев В.П., Громов Н.К. и др. Водяные тепловые сети: Справочное пособие но проектированию.. и др. под редакцией Н.К.Громова и Е.П.Шубина М.: Энергоатомиздат.1988.
27. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям Учебное пособие для вузов, М.: Энергоатомиздат. 1985.
28. Иванов В.Д., Гладышей Н.Н., Петров А.В., Казакова Т.О. Инженерные расчеты и методы испытаний тепловых сетей Конспект лекций. СПБ.: СПБ ГГУ РП. 1998.
29. Инструкция по эксплуатации тепловых сетей М.: Энергия 1972.
30. Правила техники безопасности при обслуживании тепловых сетей М: Атомиздат. 1975.
31. Юренев В.Н. Теплотехнический справочник в 2-х томах М.; Энергия 1975, 1976.
32. Голубков Б.Н. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия 1979.
33. Шубин Е.П. Основные вопросы проектирования систем теплоснабжения. М.: Энергия. 1979.
34. Методические указания по составлению отчета электростанции и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования. РД 34.0К.552-95. СПО ОРГРЭС М: 1995.
35. Методика определения удельных расходов топлива на тепло в зависимости от параметров пара, используемого для целей теплоснабжения РД 34.09.159-96. СПО ОРГРЭС. М.: 1997
36. Методические указания по анализу изменения удельных расходов топлива на энергостанциях и в энергообъединениях. РД 34,08.559-96 СПО ОРГРЭС. М.: 1997.
37. Кутовой Г. П., Макаров А. А., Шамраев Н.Г. Создание благоприятной базы для развития российской электроэнергетики на рыночной основе "Теплоэнергетика". №11, 1997. с.2-7.
39. Астахов H.Л, Калимов В.Ф., Киселев Г.П. Новая редакция методических указаний по расчету показателей тепловой экономичности оборудования ТЭС. "Энергосбережение и водоподготовка". № 2, 1997, с 19-23.