Попов А.Л., доц.; Седляр А.В., магистрант, Подоксьонова Д.А., студент.
(Донецький національний технічний університет, м. Донецьк, Україна)
Теплоспоживання житлових і суспільних будинків складає більш 60-80% усієї виробленої для цілей теплопостачання енергії. Джерелом теплопостачання в м. Донецьку служать районні котельні (85 % сумарного теплового навантаження). На відміну від великих котелень централізованого теплопостачання, вироблення теплоти в дрібних котельнях і печах вимагають великих витрат некваліфікованої праці і сприяє істотному забрудненню навколишнього середовища.
У порівнянні з невеликими котельнями централізоване теплопостачання від районних котелень забезпечує економію палива і витрат праці при виробленні теплової енергії, однак, з іншого боку, і сприяє збільшенню втрат теплоти на її транспортування і розподіл. Крім того, при централізованому теплопостачанні спостерігається істотна нерівномірність теплопостачання, що виражається в перегріві окремих будинків, особливо в теплий період опалювального сезону, викликаний тим, що єдині теплові мережі обслуговують споживачів з різнорідним навантаженням (опалення, гаряче водопостачання, вентиляція), що вимагають різних графіків подачі теплоти. Перегрів будинку, як правило, знижується шляхом зайвого провітрювання приміщень, що приводить до втрати теплової енергії з інфільтрацією повітря і відтинає можливість корисного використання даних надлишків.
У цих умовах здобувають істотне значення налагодження теплової мережі й автоматичне регулювання подачі теплоти споживачам відповідно до необхідних нормативів.
Для досягнення бажаного результату з найбільшим ефектом необхідно вирішувати проблему теплопостачання в комплексі виробництва і розподілу теплової енергії. Тобто варто виконати ряд взаємозалежних заходів (рисунок 1).
Виконання перерахованих вище етапів упровадження систем автоматичного контролю і регулювання утрачає всякий зміст без виконання заходів щодо підготовки об'єктів до впровадження пропонованих заходів. Тобто варто провести енергетичний аудит процесу виробництва і розподілу теплової енергії з метою розробки плану виконання зазначених робіт і списку заходів, що передують автоматизації. Можливими прикладами таких заходів можуть бути:
- заміна морально і фізично застарілого устаткування на нове;
- коректування режимів роботи устаткування або наладка існуючих;
- коректування і зміна структури теплової мережі (при великих змінах в існуючій структурі);
- налагодження гідравлічного режиму теплової мережі;
- здійснення заходів щодо тепло і гідроізоляції теплових мереж і технологічного устаткування;
- та ін.
Рисунок
1 – Логічна схема впровадження
заходів щодо автоматизації процесу
виробництва і споживання теплової
енергії
Як
приклад можна привести наступний
факт: упровадження систем
автоматичного регулювання процесу
горіння в казанових агрегатах
приводить до підвищення їхній ККД,
і отже до зниження витрати палива
на 3-5%, а втрати теплової енергії при
її транспортуванні по теплових
мережах складають 15-25% і більш.
В
даний час існує велика кількість
сучасних технологій, що можуть
дозволити організувати процес
виробництва і розподілу теплової
енергії на високому рівні однак
їхнє необґрунтоване застосування
не дозволяє одержати бажаний
результат.
На
практиці застосування передових
технологій починається не спочатку
списку заходів (рисунок 1), а з кінця,
що приводить до одержання «локальних»
результатів на рівні окремих чи
квартир будинків з великими
економічними витратами.
У
результаті проведеного аналізу
існуючих схем регулювання
пропонується впровадження систем
автоматики, що передбачає:
- автоматизацію системи
теплопостачання центрального
теплового пункту (ЦТП);
- регулювання теплопостачання
виробничих корпусів заводу;
- упровадження системи
моніторингу і диспетчеризації
теплопостачання заводу;
- упровадження технічного
обліку споживаного тепла системою
опалення";
- зняття з оператора казанової
необхідності вручну регулювати
систему опалення, залишивши за ним
тільки функції контролю параметрів;
- економія тепла за рахунок
підтримки температури в системі
опалення відповідно до фактичної
температури зовнішнього повітря і
за рахунок різкого зменшення
опалення заводу в неробочий час;
- архивирование даних
теплопотребления системою
опалення.
Температура
теплоносія в трубопроводі системи,
що подає, опалення підтримується шляхом
зміни витрати пари, що гріє, на
теплообмінник ЦТП. Температурний
графік, по якому виробляється
регулювання, закладений у пам'ять
контролера. Прийнятий
температурний графік –130 – 70 оС,
він має лінійну залежність. Маються
2 графіка роботи: у звичайному
режимі і зниженому в період
відсутності більшості працюючого
персоналів підприємств і
організацій.
Технічний
облік споживаного тепла
побудований на базі
ультразвукового витратоміра, що
вимірює витрату в трубопроводі
системи, що подає, опалення.
Обчислення теплоспоживання
виробляється в контролері шафи
автоматики, одночасно здійснюючому
і функції регулювання. Кількість
споживаного тепла визначається як
добуток витрати, на різницю
температур у що подає і зворотному
трубопроводах системи опалення за
показниками датчиків температури.
Тиск робить незначний внесок у
загальній кількості тепла, що
відпускається ЦТП (близько 0,5 %),
тому показання датчиків тиску в
розрахунках не беруть участь. Дані,
отримані з контролера, за допомогою
спеціальної програми вводяться в
комп'ютер, установлений на робочому
місці оператора котельні. Далі на
їхній базі будуються таблиці,
графіки і виробляється архівація.
1
– кульові крани;
2
– кран кульовий запірно-регулюючий
з електроприводом;
3
– затвор запірно-регулюючий з
електроприводом;
4
– манометри, що показують;
5
– датчики тиску води LHP;
6
– ультразвуковий витратомір UFM-001;
7
– датчики температури води,
зовнішнього повітря і конденсату
типу ТСМ;
8
– теплообмінник кожухотрубный;
9
– насоси циркуляційний і що
підкачує;
10
– шафа автоматики з
мікропроцесорним контролером "Ремиконт
Р-130".
Рисунок
2 - Схема теплотехнічна
принципова ЦТП
Перехід
з одного графіка на іншій
здійснюється натисканням кнопки
оператором котельні. Від
температурного графіка, по якому
буде функціонувати ЦТП, прямо
залежить температура в
опалювальних приміщеннях і,
відповідно, величина витрати тепла
системою опалення заводу, тому для
його визначення були використані
дані спеціального розрахунку на
базі діючого СНИП [1].
На
рисунку 3 приведені температурні
графіки, розраховані з умов: tрасч.р
=18 °С, tрасч.i = –25 °С, tрасч.обр
= 70 °С, kл = 0 (побутові
тепловиділення відсутні). Дані
умови є типовими. Лінія 1 на
рисунку 3 відповідає температурі
теплоносія в зворотному
трубопроводі системи опалення,
лінія 2 – температурі
теплоносія в трубопроводі системи,
що подає, опалення будинку (після
елеватора) при tрасч.під = 95 °С,
лінія 3 – температурі
теплоносія в трубопроводі, що подає,
на джерелі тепла при tрасч.під
= 130 °С. У порівнянні з роботою [2]
спостерігається наступна
збіжність: максимальна розбіжність
не перевищує 2,4 °С при середнім
квадратичному відхиленні 0,9 °С для
ліній 1 і 2, 4°С при середньому
квадратичному 1,6 °С для лінії 3.
У
результаті проведеного аналізу був
зроблений розрахунок економічного
ефекту від упровадження системи
автоматизації. Отриманий результат:
економія теплової енергії по ЦТП за
опалювальний сезон складе 14,1 %.
Рисунок 3
- Температурні графіки
Як
висновок слід зазначити, що при
виконанні загальної програми по
автоматизації процесу виробництва
і розподілу теплової енергії ефект
від її впровадження носив би
глобальний характер при відносно
мінімальних витратах і крім
економічного ефекту підвищився
рівень комфортності при
користуванні централізованими
системами опалення, вентиляції і
гарячого водопостачання.
Перелік посиланнь
1. СНиП 2.04.05-91*. Отопление,
вентиляция и кондиционирование. М.:
ГП ЦПП, 1997. 73 с.
2. Голубков Б.Н., Данилов О.Л.,
Зосимовский Л.В. и др.
Теплотехническое оборудование и
теплоснабжение промышленных
предприятий. М.: Энергия, 1972. 423 с.