Более 20 лет назад было впервые предложено использовать рекуперативный теплообменник в тепловом пункте, возложив на него задачу снижения температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления в процессе погодного регулирования [1]. Теперь, когда задача уменьшения потребления тепловой энергии стала действительно актуальной, мы вернулись к этой теме [2], предложив, возможно, самый дешевый способ реальной экономии топлива при помощи рекуперативных теплообменников, устанавливаемых в ЦТП. Это была статья, в которой обстоятельно обосновывалась эффективность предложенной схемы, и наш читатель сможет найти там самые убедительные аргументы этого обоснования. Как известно, в традиционной схеме погодного регулирования в ЦТП используется смесительный насос, а процесс регулирования сопровождается уменьшением расхода сетевой воды, что приводит к нарушению гидравлического режима тепловой сети, а энергосберегающий эффект при этом снижается, потому что сетевая вода, сэкономленная на одном ЦТП, перетекает в другие тепловые пункты. Принципиальная схема нетрадиционного погодного регулирования, которая реализуется при постоянном расходе сетевой воды и без смесительного насоса, приводится на рис. 1. При отсутствии потребности в регулировании теплоноситель из подающего трубопровода Т1 направляется через открытый для прямоточного движения трехходовой клапан 8 непосредственно в системы отопления 2.Если необходимо сократить потребление тепла, системой отопления часть сетевой воды из подающего трубопровода при изменении положения регулирующего органа электрического трехходового клапана 8 будет направлена в теплообменник 9, где теплоноситель из подающего трубопровода охладится до нужной температуры в результате теплообмена с водой из обратного трубопровода системы отопления. Главная особенность этой схемы состоит в том, что в результате регулирования в котельную возвратится теплоноситель с более высокой температурой и для его подогрева в котлах потребуется меньше газа. Такое регулирование не затрагивает гидравлических режимов тепловой сети, и расходы воды во всех ее магистралях и ответвлениях в результате регулирования не станут перераспределяться. Это означает, что установка регуляторов хотя бы на одном ЦТП позволит тотчас же экономить газ в котельной. Исполнение узла погодного регулирования Тепловая мощность систем отопления в ЦТП, которые выбрали запорожские теплотехники для установки первого узла регулирования по схеме с рекуператором, составляет 9,48 МВт. Расход сетевой воды в тепловой сети, работающей с расчетной разностью температур в магистралях 80 °С, составляет 102 т/ч. Для этого расхода удалось подобрать трехходовый поворотный клапан Danfoss Dy = 150 мм, характеризующийся пропускной способностью 400 м3/ч. При этом потеря давления в открытом на проход клапане составит 6,5 кПа. С учетом того, что разность давлений в трубопроводах на вводе в ЦТП составляет 240 кПа, было принято решение работать с этим трехходовым клапаном. Ключевым элементом узла регулирования является рекуперативный теплообменник. Необходимость вписаться в хитросплетения существующих трубопроводов ЦТП при ограниченных свободных площадях этого производственного здания предопределила выбор интенсифицированных теплообменников ТТАИ отечественного производства, которые обеспечивают наибольшую компактность узла при минимальной его стоимости. Определяющими для выбора теплообменника параметрами являются расход и температуры теплоносителя, а также допустимые потери давления. При выборе температурного режима регулирования было принято, что температура воды в подающем трубопроводе в режиме регулирования должна опуститься до 55 °С, что станет причиной понижения температуры в обратном трубопроводе до величины t2, которую для тепловых сетей, работающих при расчетных температурах 150–70 °С определяют по формуле:t2 = 18 + 0,35t1 = = 18 + 0,35×55 = 37,25 °C. Таким образом, самые низкие температуры в магистральных трубопроводах квартальной тепловой сети составляют t1 = 55 °C и t2 = 37,25 °C. До более низких значений понижать температуру теплоносителя не нужно, потому что отопительный прибор, температура которого опускается ниже температуры руки человека, субъективно ощущается им как холодный предмет, и такое ощущение порою служит сигналом к написанию жалоб, независимо от реальной температуры воздуха в помещении. Существенно важным для выбора теплообменника параметром является допустимая потеря давления при прохождении через оба его контура расчетного расхода теплоносителя. Изготовителем было предложено три варианта теплообменного узла (см. табл. 1).Несмотря на более высокую стоимость третьего варианта, пришлось остановиться именно на нем, потому что сравнительно небольшая разность давлений в подающем и обратном трубопроводах (240 кПа) определяет необходимость применения оборудования, создающего наименьшее гидравлическое сопротивление. Значения расчетных параметров теплоносителя в теплообменном узле представлены в табл. 2.Узел погодного регулирования в ЦТП, запроектированный на параметры, указанные в табл. 2, представлен на рис. 2.Из рисунка видно, что узел регулирования занимает мало места, и в существующем ЦТП он без проблем размещается непосредственно перед тем, как трубопроводы Т1 и Т2 уходят в подпольный канал, соединенный с квартальной тепловой сетью, по которой теплоноситель подается к отопительным системам зданий. Кроме новых узлов регулирования в существующем ЦТП, старые трубопроводы, вероятно, будут приведены в надлежащий вид в процессе реализации проекта реконструкции. Если бы разность давлений в подающем и обратном трубопроводах ЦТП не была столь близкой к критическому для элеваторных вводов значению, можно было бы успешно применить теплообменный узел по первому варианту с характеристиками, описанными в табл. 1. Он был бы еще компактнее и вдвое дешевле. Вместе с тем, в первой установке такого рода целесообразно дать оценку эффективности самого неблагоприятного варианта, полагая, что во всех остальных случаях эффективность будет еще выше. Экономическая оценка Сметная стоимость реконструкции ЦТП по нашему проекту составляет 102 тыс. гривен. При тепловой мощности отопительных систем 8 Гкал/ч, за отопительный период на нужды отопления обычно используется около 15 тыс. Гкал тепловой энергии, что требует сжигания природного газа в котельной примерно 2,2 млн м3/год. На основании имеющегося опыта можно утверждать, что средствами погодного регулирования возможно снизить потребление газа на отопление жилых домов в среднем на 15 % за год, т.е. на 330 тыс. м3. При нынешней цене на газ для коммунальных котельных на уровне 686 гривен за 1000 м3 за отопительный период можно будет сэкономить 226 тыс. гривен. Таким образом, даже при очень низкой по сравнению с европейским уровнем цене на газ, реконструкция ЦТП окупится за первые три месяца отопительного периода. Но газ не останется дешевым, и эксперты предупреждают, что уже в 2009 г. он будет продаваться в Украине вдвое дороже, чем теперь. А это означает, что срок окупаемости сократится до первых шести-семи недель отопительного периода. Возможное техническое решение для крупного ЦТП Номенклатура серийных трехходовых клапанов, представленных на нашем рынке производителями тепловой автоматики, ограничена условным проходом 150 мм, что не позволяет их применять на крупных ЦТП. В этом случае один трехходовой клапан можно заменить двумя проходными, один из которых должен открываться, а другой — одновременно закрываться. Вместе с тем, возможно, удастся реализовать схему, в которой можно будет обойтись только одним проходным клапаном (см. рис. 3).При закрытом клапане 1 весь расход греющей воды направляется в системы отопления через обратный клапан 4 и рекуперативный теплообменник 2, в котором вода охлаждается, после чего поступает в системы отопления. При полностью открытом клапане на участке трубопровода между инжектором 3 и обратным клапаном 4 будет создаваться разрежение, но расход при этом будет нулевым, поскольку движению воды воспрепятствует обратный клапан. Задача инжектора (рис. 4) в этой схеме состоит в том, чтобы создать разрежение на участке трубопровода между всасывающим патрубком и обратным клапаном при нулевом расходе воды на этом участке. В то же время теория струйного аппарата исходит из условия непременного всасывания жидкости, без которого струйный насос не выполняет своей основной функции [3].Чтобы применить эту теорию к нашему случаю, следует задаться минимальным значением коэффициента смешения, например β = 0,05, где а G1 и G2 — расходы воды перед инжектором (G1) и во всасывающем патрубке (G2 — при условно отсутствующем обратном клапане 4). При этом инжекция обеспечивается, если диаметр d1 трубопровода, по которому нагнетается жидкость, будет определен по формуле: где d2 — диаметр всасывающего трубопровода; n — коэффициент, величину которого при низких значениях коэффициента смешения принимают равной 0,5; ηd — КПД инжектора, величина которого принимается 0,15.Если бы схема с инжектором была применена в запорожском ЦТП, то при d2 = 250 мм, диаметр d1 нагнетательного трубопровода должен был бы быть не менее: Для надежности можно было бы применить трубу Ду = 150 мм со скоростью истечения воды 1,6 м/с при расходе G = 102 т/ч. При этом гидравлическое сопротивление инжектора не превысило бы 2 м вод. ст.Применив инжектор, можно уменьшить стоимость узла регулирования. Первый шаг к масштабному энергосбережению? Как нас заверили в Запорожье, к началу отопительного периода 2008–2009 гг. узел регулирования будет установлен на ЦТП. И это, возможно, будет первый реальный шаг на пути к крупномасштабному энергосбережению в системах централизованного теплоснабжения, потому что такого рода реконструкция доступна любому теплоснабжающему предприятию. Никто у нас не заинтересован в экономии газа более, чем предприятия коммунальной теплоэнергетики, покупающие этот газ оптом в огромных количествах и продающие тепловую энергию в розницу миллионам мелких потребителей, многие из которых уклоняются от оплаты за тепло. После реализации первого проекта теплоснабжающие организации получат в свои руки инструмент, с помощью которого они смогут экономить газ сразу и много. Смогут, если действительно захотят…
1. Гершкович Е.Я., Мардер Е.Я., Опимах Е.Н., Подгорный В.Ю. Устройство для регулирования тепловой мощности системы отопления. А.с. СССР №1423989. Бюлл. №34, 1988. 2. Сокращать потребление газа в котельных можно прямо сейчас // Энергосбережение в зданиях, №2(33)/2007. 3. Пеклов А.А. Гидравлические машины и холодильные установки. Киев: Вища школа, 1971.
