О некоторых показателях тепловых переменных режимов теплосети

О некоторых показателях тепловых переменных режимов теплосети К.т.н. В. И. Рябцев, доцент Курского государственного технического университета; Г. А. Рябцев, инженер; В. М. Гребеньков, инженер ОАО «Курскэнерго».

Вот уже свыше четырех лет федеральный закон «Об энергосбережении» обязывает более рационально использовать энергию, разрабатывать представительные показатели эффективности ее применения и многое другое. И все это в большей мере можно отнести к теплоснабжению, которое к тому же по тщательности и глубине анализа экономически различных режимов значительно отстает, например, от котельного цеха. Для него в технической литературе уже давно известны емкие показатели эффективности сжигания топлива, КПД котлоагрегатов и его отдельных элементов. В то время как для теплосети затрудненно, например, однозначно определить, когда и в какой мере она работает лучше с температурой сетевой воды в подающей (tпр) и обратной (tобр) магистралях с tпр = 80 оС и tобр = 60 оС или с tпр = 82 оС и tобр = 61 оС. Существующие рекомендации Минэнерго и РАО ЕЭС по составлению годового отчета о работе теплосети содержат такие показатели, которые вроде и сравнивать не с чем. А при переменных тепловых режимах они часто теряют смысл. Остановимся, например, на очень простом из них, удельном расходе электроэнергии на перекачку одного кубического метра воды в теплосети (Э), применяемого в теплофикации несколько десятилетий. Прежде всего, он позволяет рассматривать только одну данную индивидуальную теплосеть и анализировать лишь ее режимы. Невозможно объективно сравнивать этот показатель с аналогичным любой другой теплосети. Это видно из известной формулы потребления электрической энергии сетевым насосом:

где Э — потребляемая электроэнергия;

W — расход перекачиваемой сетевой воды;

Р1 — давление, создаваемое сетевым насосом;

г, хсоответственно КПД и время работы сетевого насоса.

В ней давление напора насоса в числе других параметров влияет на затраченную энергию. Последняя, в свою очередь, входит в числитель и прямопропорционально изменяет удельную величину.

Преобразуем крупноблочно эту формулу.

Видно, что удельная величина потребляемой электроэнергии — «э» характеризуется всего лишь одним из основных параметров — давлением сетевой воды. Другую информацию «э» почти не несет, и в ней нет намека на количество перекачиваемой воды. А интересоваться вот таким косвенным образом пьезометрическим графиком теплосети не совсем логично. Тем более, всегда у двух любых тепловых сетей разные пьезометрические графики и сетевые насосы, и поэтому их величины «э» никогда не будут корреспондироваться между собой. А без такого сравнения трудно добиться глубокого и объективного анализа. Чтобы сохранить этот показатель и его смысл, связанный с количеством сетевой воды, следует остановиться на величине циркулируемой рабочей воды. Она часто во время эксплуатации увеличивается относительно расчетнонеобходимого значения из-за тепловых переменных режимов, из-за разрегулированности тепловых сетей или других причин. Это сопровождается излишним потреблением электроэнергии на циркуляцию. В этом случае расчетное или приемлемое количество теплоты Qp = Wр- ?tp. c передается с большим объемом сетевой воды (W1), но с меньшим температурным перепадом (?tr = tпр — tобр), относительно требуемого нормативного графика 150/70 оС (130/70 оС):

Или «W1» превышает расчетное значение «WР».

в раз. Во столько же раз (условно) и увеличивается сверхрасчетное, не необходимое потребление электроэнергии сетевыми насосами. Т. е. появляется нормативная величина:

Этим дополнением удается вернуть «э» прежний смысл — отражать завышенный расход электрической энергии на увеличенное сверх норматива количество сетевой воды. Если не вводить эту предложенную поправку.

то в показателе с ростом знаменателя «W» значение «э» может уменьшаться и произойдет искажение, — чем больше циркулирует сетевой воды с небольшим тепловым потенциалом «?tr», тем лучше и эффективнее «э». На самом деле все наоборот. Таким образом, в данной ситуации этот показатель без поправки потерял бы смысл и не отражал бы ухудшение режима. Только теперь в этой формуле целесообразно ввести несколько другие индексы. Так, обратим? tr более понятным фактическим значением ?.ф, ?tpнормативным ?tH в соответствии с директивным температурным графиком.

Итак, впервые определена величина, к которой должен стремиться показатель фактического режима некоторой теплосети. Значение «AtH» определяется по температурному графику при условии, чтобы фактические температуры «tпр» и наружного воздуха «AtHB» совпадали с ним (точки 1 должны находиться на одной вертикали), как изображено на рис. 1.

Явно видно, что величина? tH^const и всякий раз ее следует определять заново, а удельный расход эн будет различным (рис.2).

Более сложно обстоит дело, если фактические значения «tпр» и «tнв» не совпадают с требуемыми 150о/70о (не находятся на одной вертикали, как это изображено на рис.1). Тогда «?tH» определяется по ранее предложенной авторами формуле. (О определении значения нормативной температуры обратной сетевой воды в нерасчетном режиме — читайте в следующем номере. — Прим. ред.).

Чтобы показатель «э» получился универсальным и применимым для сравнения между собой любых тепловых сетей с различающимися пьезометрами, в знаменатель формулы.

можно ввести еще и параметр давления (Р2) сетевой воды. И тогда новый показатель.

будет емким и работоспособным для тепловых сетей с различными условиями. При этом в качестве величины давления «Р2» следует брать значение, измеряемое уже после насоса на трубопроводе, идущем к потребителю или в так называемом общем сетевом напорном горячем коллекторе. Это наглядно видно из принципиальной схемы сетевой установки.

Для определения расхода потребляемой электроэнергии используется давление «Р1», которое несомненно выше «Р2», требуемого расчетного пьезометрического графика. Особенно велика эта разность Р1 — Р2 = ?Р (или Р1 = 1,0… 1,3 Р2), когда регулирование величины давления «Р2» и расхода количества сетевой воды происходит неэкономичным способом на насосе (дросселированием, перепуском, проточкой рабочего колеса и т. д.). Также возрастает гидравлическое сопротивление в нерасчетном, переходном и других переменных тепловых и водяных режимах.

Достигается же снижение? Р с помощью известных решений — применения запорной шаровой арматуры с практически нулевым ее сопротивлением при полностью открытом положении, использования автоматических преобразователей частоты вращения электродвигателей, высокой точностью расчета необходимого пьезометрического графика и способностью его поддерживать в течение всего отопительного сезона, ужесточение требований § 4.11.1. [Л] оснащения теплопотребителей индивидуальными автоматическими тепловыми пунктами, сокращением длины трасс до потребителей, отказом от П-образных компенсаторов и многое другое. Это все то, на что может влиять производитель теплоты для сокращения электропотребления. При стремлении? Р — О.

Этому показателю возможна поправка на длительность отопительного сезона (t), чтобы сделать его корректным при сравнении с какой-либо другой теплосетью. Предложенный универсальный показатель «эу» отражает уровень эксплуатации и работу персонала тепловых сетей по сокращению расхода электроэнергии путем уменьшения гидравлических сопротивлений, повышения КПД сетевого насоса и др. В этом плане он более представительный, чем «эф». Поэтому динамику лучше прослеживать по абсолютному значению «эу».

Таким образом, показатель удельного потребления электроэнергии, затрачиваемой на перекачивание сетевой воды, трансформирован из фактического для индивидуальной сети «эф» в нормативный для сетей «эн» и в универсальный для сравнения «эу» с любой тепловой сетью. Причем эф > эн > эу.

Разработанные замечания могут быть отнесены и к другому показателю работы теплосети, много лет рекомендуемого Минэнерго и РАО ЕЭС. Речь пойдет о показателе «q» — удельной величине теплоты, переданной одним кубическим метром перекачиваемой сетевой воды.

И как было показано ранее «W» может отличаться от расчетных и первоначальных режимов, хотя и этот объем воды должен отдавать всякий раз потребителю нужное количество теплоты. Поэтому фактическое значение «qф» может различаться в разные периоды работы. Численно этот показатель полностью или очень близко совпадает со значением разности температур tпр — tобр =?t, что видно из простейших преобразований:

Такое впервые подмеченное числовое равенство упрощает подсчет фактического значения «qф» или может являться проверочной схемой правильности расчетов.

Числовое совпадение наглядно показывает прямую зависимость «qф» от «?t<�Ј», которая во время эксплуатации часто меняется из-за неполного использования теплоты потребителем (рис.3).

Из-за этой особенности важно сравнить фактическое значение «qф» с нормативной величиной «qв». Последняя связана, как и предыдущий показатель «эн», с расчетным или нормативным количеством сетевой воды «WH», циркулирующей в рассматриваемый период.

Таким образом, впервые показано, что нормативная величина «qн» численно равна «?tH». Причем qн > qф или? tH > ?te,.

ОРГРЭС рекомендует по другому определять «qн» всего лишь с учетом потерь теплоты при ее транспорте, не вводя поправок на переменный тепловой режим в виде количества циркулирующей сетевой воды. Это делает значение «qн» не совсем представительным. Можно обобщить обе величины. С учетом потерь теплоты в окружающую среду.;

где Qпот — абсолютное значение потерь тепловой энергии на пути к потребителю. Хотя эта поправка очень мала при доступных потерях.

В соответствии с рис. 1. параметр «?tH» зависит от tнв, tпр и их совпадения со значениями графика 150/70 оC, и он не строго постоянен (?t^const). Поэтому анализ только одной величины «qф» и даже с учетом «qн» для одной теплосети не позволяет ее сравнить с другой теплосетью. Примером универсального показателя может быть безразмерная величина ;

приемлемая для соотношения любых тепловых сетей. Обобщая приведенное, для анализа работы теплосети можно использовать «q»:

Таким образом, предложенные новые поправки к двум показателям свидетельствуют, что существующая методика анализа эффективности работы теплосети нуждается в новых подходах, обеспечивающих объективность и более полную глубину рассмотрения, в том числе переменных тепловых режимов. А конкретные представленные решения по определению значений «э» и «q» уже сейчас помогут такому обстоятельному анализу, вслед за которым произойдет рациональное теплопотребление.

насос теплосеть тепловой режим.

В конечном счете все это будет содействовать повышению эффективности — энергосберегающему теплоиспользованию, экономии денежных затрат и наименьшему загрязнению окружающей среды, что является основой философии любого современного производства.

Правила технической эксплуатации электростанций и сетей. М., Энергоиздат, 1989.