Предыдущая
Проектирование реконструкции системы теплоснабжения промышленной площадки
Следующая


В качестве мероприятия, направленного оптимизацию работы системы теплоснабжения производственной площадки, предлагается выполнить комплексную модернизацию систему теплоснабжения предприятия, включающую в себя:

  1. Реконструкция котельной. Установка новой водогрейной котельной в блочно-модульном исполнении.

  1. Установка на стояках отопления балансировочных клапанов и наладка гидравлического режима работы системы отопления.  

Также для достижения максимального эффекта и снижения эксплуатационных расходов, связанных с подготовкой к отопительному периоду, и отработкой заявок в отопительный период предлагается:

  1. Установка на калориферах терморегуляторов расхода и, в случае отсутствия, запорной арматуры;

  1. Установка автоматизированных блочных тепловых пунктов с зависимым подключением систем отопления.

Мероприятие для достижения максимальной эффективности рассматривается в комплексе.

  1. Реконструкция котельной.

В виду отказа от пара на производство, низкой загрузки котельной, относительно низкой энергетической эффективности при высокой трудоёмкости производства тепловой энергии предлагается заменить существующую котельную, срок службы которой приближается к 20 годам эксплуатации, на новую автоматизированную котельную в блочно- модульном исполнении. Эффективность капиталовложений будет достигаться за счёт следующих составляющих:

    • автоматизации и диспетчеризации;

    • повышения эффективности использования тепловой энергии;

    • повышения КПД выработки тепловой энергии;

    • снижения потребляемой мощности и электроэнергии.

Среди вариантов реконструкции котельной рассматриваются одноконтурные и двухконтурные котельные с двумя котлами по 7 МВт дополнительным «летним»
котлом для нужды ГВС мощностью 1 МВт. В качестве резервного топлива
рассматриваются два варианта – дизельное топливо и мазут.

Автоматизация и диспетчеризация Автоматизация и диспетчеризация позволит снизить трудоёмкость эксплуатации котельной до минимума – 4 диспетчеров, и высвободить 22 сотрудника, годовой фонд оплаты которых составляет 22203,6 тыс. руб.

  1. Установка на стояках отопления балансировочных клапанов и наладка гидравлического режима работы системы отопления.

Повышение эффективности использования тепловой энергии. Равномерность температурного режима помещений, а также комфортный уровень температуры можно получить в результате установки на отопительные радиаторы термостатов. Терморегуляторы автоматически поддерживают температуру помещения на желаемом уровне с точностью ±0,25°C. Они устанавливаются на подающей подводке к отопительному прибору. Сокращая подачу «излишнего» тепла от отопительного прибора (номенклатурный ряд и установленная мощность в целом отопительных приборов редко совпадает с потребной мощностью) в периоды теплопоступлений от солнечных лучей, людей, оборудования термостат исключает перегрев помещения, обеспечивая в нем комфортную температуру воздуха. На стояках предлагается установить автоматические балансировочные клапаны: для двухтрубных систем – автоматический комбинированный балансировочный клапан AB-PM – регулятор постоянства перепада давлений, для однотрубных систем – AB-QM, стабилизатор расхода.


Регулятор перепада давлений, ASV-PV, резьба, латунь, Ду 15 мм, Ру 16 бар, 0.05–0.25 бар, Kvs 1.60 ку http://mirtepla.kz/d/ABQM__003Z1212__l.jpg

AB-PM    AB-QM



Схема установки автоматических балансировочных клапанов для двухтрубных систем

Автоматический комбинированный балансировочный клапан AB-PM – регулятор постоянства перепада давлений, предназначенный для гидравлической балансировки систем отопления при переменных расходах проходящего через него теплоносителя в диапазоне от 0 до 100%. Клапан AB-PM, имея компактные габаритные размеры, обладает тремя функциональными возможностями: поддерживать постоянный перепад давлений; ограничивать предельный расход теплоносителя; изменять в двухпозиционном режиме расход теплоносителя при установке на клапан термоэлектропривода (зонное регулирование). При использовании AB-PM в качестве регулятора перепада давлений на стояках двухтрубной системы отопления отпадает необходимость сложной и продолжительной гидравлической ее наладки, а также обеспечивается оптимальная и бесшумная работа радиаторных терморегуляторов во всем диапазоне изменяющихся нагрузок. А также позволяет в случае применения частотного регулирования на насосах оптимизировать затраты электроэнергии, улучшить (снизить время установления температуры) контроль температуры в помещении



Схема установки автоматических балансировочных клапанов для однотрубных систем

Для динамических однотрубных систем необходимо применять клапаны ABQM, которые обеспечивают автоматическую балансировку, оптимизирует работу насосов, исключая перерасходы электроэнергии, в том числе в режимах частичной нагрузки систем. Совместное применение термостатического элемента QT с клапанами AB-QM на однотрубных стояках систем водяного отопления изменяют гидравлический режим его работы с постоянного расхода на энергоэффективный переменный, пропорциональный текущей тепловой нагрузке стояк, ограничивая температуру обратного теплоносителя в стояке.


qt QT


Клапан AB-QM, установленный на стояке, обеспечивает требуемое распределение воды по стоякам системы отопления во всех режимах её работы. В результате в стояках системы отопления циркулирует требуемое расчётное количество теплоносителя. Каждый стояк становится независимым от остальной части системы отопления. Клапан AB-QM, оснащённый электроприводом, может использоваться в качестве регулирующего клапана (зонное регулирование) со 100% авторитетом с сочетанием функции принудительного ограничения расхода, что позволяет индивидуально задавать температуру по стояку, в том числе создавая расписания. Благодаря этим устройствам расход теплоносителя в стояках регулируется пропорционально их текущей тепловой нагрузке. В результате улучшается регулирование температуры воздуха в помещениях, и устраняются перетопы здания. Однотрубная система отопления превращается в эффективную систему с переменным расходом подобно двухтрубной системе отопления.

  1. Установка на калориферах терморегуляторов расхода и, в случае отсутствия, запорной арматуры.

На калориферы воздушной системы отопления предлагается установить автоматическую систему регулирования температуры в рабочей зоне. Задачей автоматической системы регулирования и автоматики является поддержание заданных климатических условий и управление отопительной установкой.

В основе любой системы автоматики лежит ряд основных элементов: датчики, регуляторы, исполнительные механизмы.

Для поддержания заданной температуры в помещениях с воздушным отоплением (калориферами) применяются следующие органы управления:

    • электронный термостат с переключающим контактом 16А/230В;

    • магнитный пускатель 3-х фазный 400В в зависимости от мощности привода вентилятора;

    • запорно-регулирующий вентиль с приводом 230В в зависимости от диаметра трубопровода.

Данный комплект предназначен для автоматического включения/выключения электродвигателя вентилятора и расхода теплоносителя через калорифер (для предотвращения повышения температуры обратной воды) в зависимости от температуры воздуха в помещении. Эффектом от сокращения числа часов работы электропривода в расчёте пренебрегаем.

Таблица 1. Стоимость системы регулирования и автоматики на водяное отопление


Орган управления

Средняя цена без НДС, тыс. руб.

Комбинированный балансировочный клапан AB-QM c измерительными ниппелями Ду 20

9,37

Комплект терморегулятора Danfoss прямой, однотрубная система Ду 20 RA G/RA 2940

2,47


Таблица 2. Средняя стоимость системы автоматического управления


Орган управления

Цена без НДС, руб.

Электронный термостат с переключающим контактом 16А/230В

2119

Магнитный пускатель 3-х фазный 400В

847

Регулирующий вентиль с приводом

5508

Монтажный комплект (кабель, фильтры, пр.)

3 000

Итого:

8 474


4. Установка автоматизированных блочных тепловых пунктов с зависимым подключением систем отопления.

Затраты на блочные тепловые пункты (см. таблицу 3) определены по отопительной нагрузке, взятые из отчёта о наладке. Цены на блочные тепловые пункты приняты от российского производителя.

Таблица 3.


Тепловая нагрузка конвективно-излучающих приборов

Тепловая нагрузка воздушно-отопительных приборов

Тепловая нагрузка на систему вентиляции

Итого тепловая нагрузка на систему теплоснабжения

Расчетное количество приборов отопления

Расчетное количество стояков отопления, требующих оснащения клапанами

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

шт.

шт.

3,7

2,6

7,6

13,9

6189

1686


Таблица 4. Затраты на оборудование


Статья затрат

тыс. рублей

Модули отопления

17 289

Модули учета

15 600

Терморегуляторы

15 294

Балансировочные клапаны

15 798


Наличие циркуляционных насосов приведёт к затратам электроэнергии, расчётный объём которых приведен ниже.

Таблица 5. Потребление электроэнергии БИТП


№ модуля
отопления

Количество, шт.

Диаметр, мм

Потребляемая
мощность, кВт

Потребление
электроэнергии за
отопительный
период, кВт*ч

1

2

32

0,07

719

2

11

32

0,07

3 955

3

39

40

0,08

16 024

4

1

50

0,09

462

Итого

53



21 160


Перевод системы теплоснабжения в динамический режим позволит оптимизировать затраты на обслуживание системы до 6 человек.

Повышение КПД выработки тепловой энергии.

Для расчёта объёмов потребления тепловой энергии после мероприятий по повышению эффективности использования тепловой энергии, были приняты следующие исходные данные.

Таблица 6. Исходные данные для расчёта показателей потребления тепловой энергиии природного газа.


Наименование показателя

Ед. измерений

Значения

Тепловая нагрузка на систему отопления и вентиляции с учётом тепловых потерь в сетях

Гкал/ч

4,78

Средний объём потребления тепловой энергии на систему ГВС

Гкал/сутки

1,06

Фактические расчётные потери тепловой энергии в сетях ГВС

Гкал/ч

0,24

Режим работы предприятия

ч/сутки

8,00

Расчётная температура внутреннего воздуха в режиме эксплуатации

ºС

17,28

Расчётная температура внутреннего воздуха в режиме ожидания в выходные и праздничные дни

ºС

6,68

Продолжительность отопительного периода - работы системы отопления и вентиляции

дни

214

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период

ºС

-2,1

Расчётная температура наружного воздуха

ºС

-28

КПД нового источника тепловой энергии

%

95%

Теплотворная способность природного газа

ккал/м3

8200

Средняя температура исходной воды

ºС

7,4

Расчётная температура горячей воды ГВС

ºС

65,0


Объём потребления природного газа после ввода котельной в эксплуатацию (см. расчёт ниже в таблице) составит 1376 тыс. м3, что на 1372 тыс. м3 меньше фактических показателей 2017 года.

Ввиду того, что летом также будет использоваться природный газ, имеется
экономия печного топлива в объёме 103,6 тонны.

Таблица 7. Расчёт объёмов потребления тепловой энергии и природного газа

Наименование показателя

МЕСЯЦ

ГОД

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Количество
рабочих дней

15

20

21

21

19

21

21

23

22

21

21

22

247

Количество
выходных дней

16

9

10

9

12

9

10

8

8

10

9

9

119

Температура
наружного воздуха, 0С

-12,0

-1,5

-0,7

7,3

15,0

18,2

21,0

19,5

11,4

3,8

-3,6

-7,9

5,9

Расход тепловой
энергии на
отопление и
вентиляцию в рабочие дни, Гкал

1164

995

999

425






465

1159

1466

6672

Расход тепловой
энергии на
отопление и
вентиляцию в выходные и
праздничные дни, Гкал

1049

258

258







81

323

459

2429

Итого расход
тепловой энергии на отопление и
вентиляцию, Гкал

2213

1253

1256

425






546

1482

1925

9100

Расход тепловой
энергии на ГВС, Гкал

15,8

21,1

22,2

22,2

20,0

22,2

22,2

24,3

23,2

22,2

22,2

23,2

260,6

Потери тепловой
энергии в сетях ГВС, Гкал

149,8

121,0

127,7

108,7

97,2

88,1

85,7

88,5

100,9

119,1

129,0

141,7

1357,5

Итого выработка
тепловой энергии, Гкал

2378

1395

1406

556

117

110

108

113

124

687

1634

2090

10719

Расход природного
газа, тыс. м3

305

179

181

71

15

14

14

14

16

84

210

268

1372


Дополнительные энергосберегающие решения при проектировании реконструкции системы теплоснабжения промышленной площадки.

Снижение потребляемой мощности и электроэнергии
В таблицах ниже приведены расчёты текущих и перспективных (после реализации мероприятий у потребителей и ввода котельной в эксплуатацию)
показателей эффективности. Для повышения эффективности использования электроэнергии насосами ГВС необходимо предусмотреть в новой котельной установку соответствующей фактическим условиям насосную группу, оснащённую частотно-регулируемым приводом, и автоматизированную на работу по температуре наружного воздуха для снижения скорости циркуляции при её повышении.
Также отказ от использования баков для накопления горячей воды позволит уйти от сброса давления обратного трубопровода и необходимости дросселирования
давления в прямом трубопроводе.

Таблица 8. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности насосами ГВС.


НАЗНАЧЕНИЕ

Насос ГВС №1

Насос ГВС №2

Насос ГВС №3

Место установки

котельная

котельная

котельная

Число часов работы в средние сутки, ч

24

24

24

Число средних суток в году, дни

108

108

150


Технические (паспортные)
характеристики насоса

Марка

К 100-65-200

К 100-65-200

К 80-50-200

Н, м

50

50

50

Qм3/ч

100

100

50

КПД, %

80

80

80


Технические (паспортные)
характеристики электропривода

Марка

АИР180М2У2

АИР180М2У2

АИР180М2У2

N, кВт

30

30

30

n, об/мин

3000

3000

3000

cos ϕ




U, кВ

380

380

380

Фактические показатели

Vпрям, м3/ч

101,9

Pпрям, атм

3,8

Pобр, атм

0,0

ΔРдрос, атм

3,0

КПД, %

70,0

N, кВт

29,9

Э, кВт*ч

263 002

Фактические расчётные потери в сети ГВС

Гкал/ч

0,24

Проектируемый циркуляционный расход


м3/ч

23,7

Фактические потери в сети ГВС при средней расчётной температуре наружного воздуха

Гкал/ч

0,1

Средний циркуляционный расход при средней температуре наружного воздуха

м3/ч

13,0

Время работы вентиляции

ч

24,0




Проектируемые показатели

Pпрям, атм

3,8

Pобр, атм

0,0

ΔРдрос, атм

0,0

КПД, %

78

N, кВт

1,9

Э итого, кВт*ч

16 867

Экономия мощности

кВт

28

Экономия электроэнергии

кВт*ч

246 135



Рисунок. Гидравлическая характеристика К 100-65-200


В одноконтурной водогрейной котельной питательный насос не требуется. В случае двухконтурного котельной потребляемая мощность циркуляционного насоса расходуется только на преодоление незначительных гидравлических потерь котла и теплообменников ГВС и отопления.


Таблица 9. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности питательными насосами


НАЗНАЧЕНИЕ

Питательный насос № 1

Питательный насос № 2

Питательный насос № 3

Место установки

котельная

котельная

котельная

Число часов работы в средние сутки, ч

24

24

24

Число средних суток в году, дни

72

72

72


Технические (паспортные)
характеристики насоса

Марка

ЦНСТ-38-176

ЦНСТ-38-176

ЦНСТ-38-176

Н, м

176

176

176

Qм3/ч

38

38

38

КПД, %

80

80

80

Технические (паспортные)
характеристики электропривода

Марка

АИР180М2У2

АИР180М2У2

АИР180М2У2

N, кВт

30

30

30

n, об/мин

3000

3000

3000

cos ϕ




U, кВ

380

380

380

Фактические показатели

N, кВт

24

Э, кВт*ч

124416

Экономия мощности

кВт

24

Экономия электроэнергии

кВт*ч

124416


После установки индивидуальных автоматизированных узлов смешения на вводах в отапливаемые строения система теплоснабжения перейдёт в динамический режим. Для подержания давления на заданном уровне на новой насосной группе необходимо будет установить частотное регулирование.


Таблица 10. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности сетевыми насосами


НАЗНАЧЕНИЕ

Сетевой насос №1

Сетевой насос №2

Сетевой насос №3

Место установки

котельная

котельная

котельная

Число часов работы в средние сутки, ч

24

24

24

Число средних суток в году, дни

72

72

72


Технические (паспортные)
характеристики насоса

Марка

1Д-315-71А

1Д-315-50

1Д-315-50

Н, м

71

50

50

Qм3/ч

315

315

315

КПД, %

80

80

80


Технические (паспортные)
характеристики электропривода

Марка

4АМ250М2У3

4АМ250М2У3

4АМ250М2У3

N, кВт

90

75

75

n, об/мин

3000

3000

3000

cos ϕ




U, кВ

380

380

380

Проектная тепловая нагрузка на систему теплоснабжения

Гкал/ч

14,0

т/ч

349,8




Фактические показатели

Vпрям, м3/ч

379,8

Pпрям, атм

5,3

Pобр, атм

3,0

ΔРдрос, атм

1,0

КПД, %

78,0

N, кВт

48,6

Э, кВт*ч

251879

Фактическая (проектируемая)
тепловая нагрузка на систему теплоснабжения

в рабочее время, Гкал/ч

4,8

в нерабочее время, Гкал/ч

2,6

в рабочее время т/ч

119,4

в нерабочее время т/ч

65,5

Время работы в рабочие дни отопительного периода

ч

24

Проектируемые показатели

Pпрям, атм

5,3

Pобр, атм

3.0

ΔРдрос, атм

0,0

КПД, %

78,0

Nраб., кВт

10,7

Nнераб., кВт

5,8

Э раб. время итого, кВт*ч

39110

Э нераб. время итого, кВт*ч

8546

Э итого, кВт*ч

47656

Экономия мощности

кВт

38

Экономия электроэнергии

кВт*ч

204223



Рисунок. Гидравлическая характеристика 1Д-315-50


В случае отказа от мазута в котельной и использования зимнего дизтоплива необходимость в работе циркуляционного насоса подачи мазута отпадает. Экономия потребляемой мощности составит 2 кВт, электроэнергии – 10272 кВт*ч.

Таблица 11. Расчёт объёмов воздуха и дымовых газов

Месяц

Среднечасовой
расход газа за сутки, м3/ч

Температура
наружного
воздуха, ºС

Среднечасовой
расчётный расход воздуха, м3/ч

Среднечасовой
расчётный расход дымовых газов, м3/ч

Фактические показатели эффективности

1

624

-12,00

7 878

11 398

2

575

-1,49

7 259

10 504

3

516

-0,67

6 515

9 426

4

441

7,26

5 568

8 056

10

448

3,79

5 288

7 651

11

521

-3,55

6 575

9 513

12

619

-7,87

7 811

11 302

Итого/среднее

535

-2,08

6 699

9 693

Перспективные показатели эффективности

1

456

-12,00

5 764

8 339

2

293

-1,49

3 695

5 346

3

280

-0,67

3 533

5 111

4

156

7,26

1 972

2 853

10

210

3,79

2 655

3 842

11

325

-3,55

4 101

5 933

12

392

-7,87

4 950

7 162

Итого/среднее

302

-2,08

3 810

5 512


Таблица 12. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности тяго-дутьевым оборудованием


НАЗНАЧЕНИЕ

Дымосос №1

Дымосос №2

Дымосос №3

Вентилятор №1

Вентилятор №2

Вентилятор №3

Место установки

КОТЕЛЬНАЯ

Число часов работы в средние сутки, ч.

24

24

24

24

24

24

Число средних суток в году, дни

72

72

72

72

72

72

Технические
(паспортные)
характеристики

Марка

ДН-11,2

ДН-11,2

ДН-11,2

ВДН-9

ВДН-9

ВДН-9

Н, кгс/м2

276

276

276

278

278

278

Q, м3/ч

27650

27650

27650

14650

14650

14650

КПД, %







Технические
(паспортные)
характеристики
электропривода

Марка

4АМ2004У3

4АМ2004У3

4АМ2004У3

4АМР160S4У3

4АМР160S4У3

4АМР160S4У3

N, кВт

45,0

45,0

45,0

15,0

15,0

15,0

n, об/мин

1500

1500

1500

1500

1500

1500

cos ϕ







U, кВ

380

380

380

380

380

380

Фактические показатели энергоэффективности

Среднечасовой
расчётный расход
воздуха (дымовых
газов)

Q, м3/ч

9693

6699

КПД вентилятора


0,7

0,7

Давление

Р, Па

3793

2850

Потребляемая мощность

N, кВт

18,5

8,9

Потребление электроэнергии

Э, кВт*ч

95820

46206


Перспективные показатели энергоэффективности


Среднечасовой
расчётный расход
воздуха (дымовых
газов)

Q, м3/ч

5512

3810

Установленная
мощность котла

Nк, МВт

9,0

Фактическая
производительность котельной при
средней температуре
наружного воздуха

Nф, МВт

2,4

Максимально потребляемая мощность горелки

N, кВт

26,5

Потребляемая
мощность при
средней
температуре
наружного воздуха

N, кВт

6,9

Потребление электроэнергии

Э, кВт*ч

35766

Экономия мощности

кВт

20

Экономия электроэнергии

кВт*ч

106261




Рисунок. Аэродинамические характеристика вентиляторов и дымососов



Сверхнормативный расход воды в котельной, обусловленный производством пара, приводит к дополнительной работе насосов системы водоснабжения и канализации. Расчёт экономии электроэнергии приведёт далее.


Таблица 13. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности насосами КНС.


Таблица 14. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности насосами подачи холодной воды



Рисунок. Гидравлическая характеристика КМ 100-80-160.


Таблица 15. Анализ фактических и перспективных показателей использования электроэнергии и мощности глубинными насосами


Сводные показатели экономии мощности и электроэнергии приведены в таблице 16.

Таблица 16. Сводные показатели эффективности использования электроэнергии и мощности насосным и тяго-дутьевым оборудованием.

Простой срок окупаемости составит 4,5 года.