Table Of ContentРаздел 1. Анализ прогрессивного опыта теплоснабжения
и строительства
О подходах к развитию теплофикации
Аксенов В.В. (студ. гр. ТГВбд-22),
руковод. Орлов М.Е. (к.т.н., доцент)
В последние годы мода на газовое отопление если и не прошла
вовсе, то перестала быть всеобщей. Многие начали осознавать, что по
газопроводу в дом может прийти только газ, который по мере ежегодного
удорожания становится все менее привлекательным топливом, в то
время как по теплопроводам будет подаваться тепловая энергия, которая
может быть получена как побочный продукт при выработке
электроэнергии. И не только газ, но и уголь, мазут, торф, мусор, сухостой
лесов, древесные отходы и отходы сельскохозяйственного производства
могут сжигаться в топках котлов при централизованном теплоснабжении.
В то же время не вызывает сомнений тот факт, что существующие
системы теплоснабжения требуют модернизации. Теплофикацию нужно
возрождать на новом технологическом уровне. Это понимают все, и в
надежде ускорить процесс возрождения многие обращаются к опыту
европейских стран.
Системы централизованного теплоснабжения развивались у нас на
научной основе, которая создавалась тогда, когда ни в Европе, ни в
Америке эта техника, хотя и была известна, практически не применялась.
На протяжении нескольких десятилетий техника теплофикации
развивалась у нас изолированно, без заимствования опыта других стран,
где такого опыта в то время вообще не было. Поэтому не нужно
удивляться тому, что западные тепловые сети и тепловые пункты,
которые начали развиваться сравнительно недавно, существенно
отличаются от тех, что уже давно работают в наших городах.
Вот только некоторые признаки, которые характерны, в основном,
для отечественных систем:
совмещенное производство тепловой и электрической энергии на
ряде ТЭЦ, тепловые мощности которых превосходят мощности
крупнейших европейских когенерационных установок;
качественное регулирование на источниках теплоснабжения;
3
разветвленная и чрезвычайно нагруженная тепловая сеть,
характеризующаяся высокими давлениями в магистралях;
высокий температурный перепад в трубопроводах;
применение надежных водоструйных насосов, исключающих
использование электрической энергии для циркуляции
теплоносителя в системах отопления;
двухступенчатый подогрев воды в теплообменниках горячего
водоснабжения.
На Западе не используют или почти не используют эти
прогрессивные технические приемы, там о них просто не знают, а
западные специалисты, рассматривая ситуацию в сфере
теплоснабжения, начисто игнорируют наш положительный опыт, не
желают его изучать и рекомендуют нам применять только то, что им
хорошо известно.
Новый подход к реконструкции и модернизации отечественных
систем теплоснабжения должен состоять в том, чтобы, изучая и
применяя новейшие западные технологии энергосбережения в области
теплоснабжения, опираться, в основном, на собственный положительный
опыт, основанный на достижениях отечественной теплотехнической
науки.
Для развития теплофикации в стране необходимо осуществление
следующих основных мероприятий.
1. Техническая модернизация систем централизованного
теплоснабжения должна базироваться на развитии концептуальных
принципов, заложенных в основу отечественных систем. Нужно
осторожно относиться к рекомендациям западных экспертов в тех
случаях, когда они игнорируют эти принципы или противоречат им.
2. Основой погодного регулирования систем централизованного
теплоснабжения является температурный график тепловой сети. Этот
график нужно непременно соблюдать с учетом новых признаков,
отвечающих современным тенденциям технического развития.
3. Тепловые пункты зданий массовой застройки прошлых лет
целесообразно модернизировать с использованием позиционных
регуляторов, чтобы сохранить в них элеваторы.
4. Для того чтобы программа модернизации систем теплоснабжения
начала реализовываться, нужно создать инвестиционный фонд. Имеется
достаточно способов создания такого фонда без привлечения бюджетных
средств и дополнительного повышения тарифов для населения.
4
Список литературы
1. Гершкович В.Ф. Новые подходы к возрождению теплофикации // АВОК. 2008. № 7.
С. 4-9.
2. Чистович С. А. Технологические схемы систем теплофикации, теплоснабжения и
отопления // АВОК. 2007. № 7. С. 10-25.
3. Ливчак В. И. Что ждет Россию в будущем – котельные в каждом доме или все-таки
централизованное теплоснабжение на базе теплофикации? // АВОК. 2008. № 2. С.
10-21.
5
Газовые микротурбины для комбинированного
производства электроэнергии и теплоты
Батылкин Е.Е. (студ. гр. ТГВд-41),
руковод. Орлов М.Е. (к.т.н., доцент)
Газовые микротурбины для комбинированного производства теплоты
и электроэнергии все активнее занимают свои позиции в мире
оборудования систем отопления, вентиляции и кондиционирования
воздуха и, судя по всему, могут сыграть роль новой движущей силы в
эволюции инженерных систем.
Технология газовых микротурбин развивается, их
производительность и надежность достигли весьма высокого уровня,
число моделей и модификаций непрерывно растет.
Благодаря ряду своих качеств (одно из которых, например, низкий
уровень шума) газовые турбины близки к тому, чтобы вытеснить
газопоршневые двигатели когенерации (комбинированного производства
тепла и электричества), продемонстрировав еще раз доминирующую
роль ротационных двигателей в современной индустрии.
Газовые микротурбины — это турбины, которые работают на
природном газе, они оснащены устройством тепловой регенерации
выпускных газов и вырабатывают электрическую мощность менее 200
кВт. Если сравнивать эти устройства с газовыми турбинами малой
мощности (1–2 МВт), несущими в себе все основные черты больших
промышленных турбин, следует отметить, что между ними практически
нет ничего общего, поскольку в основе газовых микротурбин лежат
высокооборотные турбомашины радиального типа. Более того, они
работают в рамках термодинамического цикла регенерационного типа,
который мало используется на больших агрегатах, но существенно
повышает производительность.
Основные факторы, обусловившие успех микротурбин:
1. Базовую технологию составляет технология турбоблоков питания
крупных газопоршневых двигателей. Вследствие этого компрессор и
турбина литые и могут серийно производиться в больших количествах.
2. Использование регенерационного термодинамического цикла
обеспечивает электропроизводительность на уровне 30 %, что частично
компенсирует низкую производительность малых машин по сравнению с
большими (явление, вполне обычное в технологии машиностроения).
6
3. По сравнению с газопоршневым двигателем резко сокращено
число движущихся деталей. Отсюда значительное сокращение
эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание.
4. В настоящее время ряд изготовителей применяет
высокоскоростные электрогенераторы после того, как стало возможным
отказаться от использования колесного редуктора вращения.
5. Некоторые изготовители применяют «воздушные» подшипники,
которые не требуют обслуживания (смены масла), что снижает расходы
на эксплуатацию и техническое обслуживание.
6. Газовую турбину отличает высокая удельная мощность,
вследствие этого габариты машины относительно малы
7. Вследствие низкой температуры горения микротурбины имеют
очень низкий уровень выбросов NO .
x
В данное время изучается вопрос уменьшения габаритных размеров
рабочих модулей, в частности, компрессоров природного газа,
разрабатывается программа испытаний, имеющие целью определение
эффективности систем регенерации тепла. В конечном итоге технология
микротурбин уже сегодня может рассматриваться как вполне
убедительная альтернатива на рынке оборудования для
децентрализованного производства энергии в пределах 200 кВт.
Список литературы
1. Gozzi M. Газовые микротурбины для комбинированного производства тепла и
электроэнергии / M. Gozzi, А.Л. Наумов // http://www.abok.ru/for_spec/
articles.php?nid=2601
2. Газовые микротурбины // http://www.paek.su
7
Мини-ТЭЦ с паровыми моторами
Батылкин Е.Е. (студ. гр. ТГВд-41),
руковод. Шарапов В.И. (д.т.н., профессор)
В последнее время в промышленности и жилищно-коммунальном
хозяйстве все более осознается целесообразность комбинированного
производства электрической и тепловой энергии на паровых мини-
теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ), располагаемых в непосредственной
близости от потребителя.
Это связано с постоянным удорожанием электроэнергии, учащением
случаев возникновения аномальных шквальных ветров и заморозков,
приводящих к снижению надежности линий электропередачи (обрыву
проводов) централизованного электроснабжения.
Однако следует обратить внимание на тип используемого в
современных мини-ТЭЦ парового двигателя. Это маломощная паровая
турбина, которая обычно имеет одноступенчатую конструкцию, поскольку
работает при малых перепадах давлений. Ротор, как вращающаяся часть
турбины, состоит из ступицы, которая насаживается на вал, и набора
профилированных лопаток (лопаточный венец). Лопатки изготавливаются
из специальных сплавов и являются ответственными и дорогими
элементами турбины. Паровинтовые турбины тоже имеют
профилированный ротор, только по типу винта Архимеда.
Еще со времен паровых машин более простым и дешевым рабочим
органом, по сравнению с турбинной лопаткой, является поршень.
Некоторые конструкции паровых машин и моторов прошлого
столетия были не такими уж несовершенными, как считается.
Представим себе электрогенераторную установку с паровой машиной
или мотором и современным электрогенератором. Поскольку паровые
машины, как правило, имели весьма низкие частоты вращения вала (до
300 об/мин), а современные электрогенераторы работают при частотах
1000–3000 об/мин, то для воображаемой установки необходим еще
мультипликатор.
Сравним такую установку с современной паротурбинной. Если
сделать это корректно, при соизмеримых давлениях и температурах пара
на входе в эти двигатели и соизмеримых противодавлениях пара на
выходе, то сравнение показывает, что удельный расход пара на единицу
вырабатываемой электроэнергии, а следовательно, и КПД у некоторых
паромашинных или паромоторных установок вполне соизмерим с
8
удельным расходом пара в современных турбоустановках, мощность
которых даже в 5 раз больше!
С ростом частоты вращения вала паровой машины или мотора, при
прочих равных условиях, происходит рост КПД за счет сокращения
продолжительности впуска пара в цилиндр и, следовательно,
уменьшения времени соприкосновения пара со стенками цилиндра, что
ведет к снижению теплопотерь в двигателе.
При частотах вращения 750–1500 об/мин и мощностях, по крайней
мере, до 1200 кВт современные немецкие паровые моторы Spilling и
чешские PM-VS имеют расход пара в 1,3–1,5 раза меньший, чем у
паровых турбин, превосходящих их по мощности более чем в 5 раз! При
одинаковых с турбинами мощностях, паровые моторы еще более
эффективны, поскольку в сравнительно большем двигателе легче
сделать более совершенные парораспределительные механизмы.
Таким образом, стоит задача создать современный паропоршневой
двигатель (ППД).
Создать ППД можно несколькими способами, первый наименьшими
затратами – переделка уже выпускающихся поршневых двигателей
бензиновых и дизельных в ППД, второй – создание нового
высокоэффективного ППД с нуля.
Что касается опыта переделки ДВС в паровые машины, то он в
России уже есть, этим занимается ОАО «Бийский котельный завод» и
научная группа МАИ «Промтеплоэнергетика».
Общие соображения по этому вопросу следующие:
осуществляется переделка ГРМ;
возможно, требуется изменение головки;
возможно, потребуется изменения в системе смазки;
возможны попадания как пара в картер, так и масла в пар.
Рассмотрим теперь, что из себя представляет путь создания
высокоэффективного ППД с нуля.
При соответствующем финансировании работ представляется
возможным создание ППД с высокими параметрами пара, обладающего
КПД 35-40%. Не исключено применение парогазового и бинарного цикла
работы двигателя, что обеспечит еще более высокий КПД, практически
до теоретического предела тепловой машины – 50%. Наиболее
перспективной здесь может оказаться схема с бесшатунным механизмом
преобразования движения С. С. Баландина. Эта схема позволяет решить
9
вопрос попадания воды в масло и масла в пар, при этом сделать ППД
компактным и двухстороннего действия.
Итак, можно сделать следующие выводы:
паромоторные мини-ТЭЦ энергоэффективнее паротурбинных. Для
них удельный расход пара в электроагрегатах на выработку
электроэнергии в 1,3–1,5 раза меньше, чем в паротурбинных мини-
ТЭЦ, особенно при электрических мощностях до 1200 кВт.
ресурс до капитального ремонта у современных паровых моторов
для мини-ТЭЦ, по крайней мере, не ниже, чем у паровых турбин
лопаточного и винтового типов.
Список литературы
1. Мини-ТЭЦ с паровыми моторами – реальность XXI века
http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5200
2. Трохин И.С., Мини-теплоэлектроцентрали с паровыми моторами XXI века //
Новости теплоснабжения. 2012. № 11. С. 22-25.
3. Паровым машинам быть http://promteplo-mai.narod.ru/publications/steam_
engines_tobe.htm
10
Газовое кондиционирование: газовые двигатели
Воеводин Д.И. (студ. гр. ТГВ-51),
руковод. Ямлеева Э.У. (к.т.н., доцент)
Простейшим решением проблемы роста нагрузки на электрическую
сеть, обусловленного работой холодильного оборудования, становится
применение аппаратуры, работающей на газе. Причем это никак не
сказывается на нагрузке газовых распределительных сетей. Напротив, такое
решение даже благотворно для сбалансированности потребления газа.
Не следует также забывать, что газовая аппаратура имеет целых
ряд других преимуществ. Если говорить об абсорбционных холодильных
агрегатах: в них не применяются синтетические хладагенты, этот факт
позволяет спокойно относиться к проблеме CFC и их заменителей. Эти
машины известны своей надежностью, бесшумностью, отсутствием
вибраций. В некоторых случаях они могут использовать
рекуперированное тепло двигателей внутреннего сгорания, сжигающих
установок и горячих промышленных выбросов.
Основная технология, которой можно воспользоваться для
производства холода с помощью газа, – это технология производства
механико-электрической энергии для приведения в действие
традиционных компрессионных машин. В этих целях используется
возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания. Среди
систем внутреннего сгорания упоминания заслуживают газовые турбины.
Их мощность исчисляется многими сотнями кВт, что существенно
превышает масштаб оборудования, которому посвящен данный обзор.
Правда, в последнее время появились прототипы более скромных
турбин, мощностью в десятки кВт, называемых микротурбинами. И вот
они-то и могли бы составить определенную альтернативу возвратно-
поступательным двигателям.
Как бы там ни было (будь то возвратно-поступательный двигатель
или микротурбина), зачастую определяющим фактором в решении
вопроса, какой системе отдать предпочтение, является возможность
использования рекуперированной тепловой энергии, объемы которой
могут вдвое превышать объемы производимой механической энергии. В
летнем режиме ее можно использовать, скажем, для производства
холода с использованием теплоты. Правда, это потребует применения
абсорбционных машин либо иного оборудования, зачастую достаточно
11
«проблемного» как с технической точки зрения, так и в плане расходов на
обслуживание.
Еще одной альтернативой двигателям внутреннего сгорания
являются двигатели наружного сгорания. На уровне прототипов наиболее
изученным представляется двигатель Стерлинга. Его основные
преимущества: меньший уровень шумности и загрязнения, более
широкий выбор видов горючего и потенциально большая мощность. Хотя
следует признать, что и в этой области, и в столь же многообещающей
области топливных камер дело находится пока в стадии прототипов.
Как известно, топливные камеры обеспечивают непосредственное
превращение части энергии, содержащейся в топливе, в электрическую.
И в этом случае мы имеем достаточный объем утилизируемой тепловой
энергии.
Список литературы
1. [Электронный ресурс] Газовое кондиционирование: направление развития//
http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=1395
2. [Электронный ресурс] Форум журнала сантехника, отопление, кондиционирование//
http://forum.c-o-k.ru/map.php?forum=42&news&start=70
12
