Стартовая >> Архив >> Теплофикация в СССР

Теплофикация в СССР

СОКОЛОВ Е. Я., доктор техн. наук, МЭИ

Тепловое потребление — одна из главных статей топливно-энергетического баланса СССР. На удовлетворение тепловой нагрузки страны расходуется ежегодно свыше 600 млн. т условного топлива, т. е. примерно 30% всех используемых в стране топливно-энергетических ресурсов. Это в 1,5 раза больше расхода первичных энергоресурсов на электроснабжение страны.
Тепловое хозяйство СССР в течение длительного периода развивается по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабжения и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.
Ориентация на комбинированную выработку электрической энергии и теплоты была предусмотрена еще в плане ГОЭЛРО. Эта идея широко реализована в городах и промышленных районах нашей страны.
Развитие теплофикации способствует решению многих важных народнохозяйственных и социальных проблем: повышению тепловой и общей экономичности электроэнергетического производства, обеспечению экономичного и качественного теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, улучшению экологической обстановки в городах и промышленных районах, снижению затрат труда в тепловом хозяйстве.
Динамика изменения средних удельных расходов условного топлива
Рис. 1. Динамика изменения средних удельных расходов условного топлива (нетто) на электростанциях общего пользования и экономии условного топлива на базе комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ:
1, 2, 3 — расход топлива соответственно на КЭС, ТЭЦ и ТЭС; 4 — экономия топлива
В нашей стране теплофикация является основным, но не единственным видом централизованного теплоснабжения. Наряду с ней рациональное использование находит теплоснабжение от экономичных котельных, а также от промышленных теплоутилизационных установок.
Основной энергетический эффект теплофикации заключается в замене теплоты, вырабатываемой при раздельном энергоснабжении в котельных, отработавшей теплотой, отведенной из теплосилового цикла. При этом в электроэнергетическом производстве ликвидируется бесполезная потеря теплоты в окружающую среду при превращении химической энергии топлива в электрическую энергию.
Развитие комбинированной выработки является одним из основных путей улучшения тепловой экономичности электроэнергетического производства в нашей стране. Экономия условного топлива за счет нее составила в 1988 г. 45 млн. т, или 13% расхода топлива на выработку электроэнергии на всех тепловых электростанциях Минэнерго СССР.
На рис. 1 показана динамика изменения удельных расходов условного топлива (нетто) на выработку электроэнергии на тепловых электростанциях Минэнерго СССР с 1961 по 1988 г. За этот период удельный расход топлива снизился на конденсационных тепловых электростанциях с 450 до 355,6 г/(кВт-ч); на ТЭЦ — с 462 до 268,4 г/(кВт-ч), в среднем по всем ТЭС, сжигающим органическое топливо, — с 454 до 325,3 г/(кВт-ч).
Разность средних удельных расходов топлива на КЭС и ТЭЦ составила в 1988 г. 87,2 г/(кВт-ч). За последние три года удельный расход топлива на ТЭЦ не только не снизился, но даже возрос на 2,2 г/(кВт-ч).
Отсутствие тенденции дальнейшего снижения удельного расхода топлива на ТЭЦ вызвано отставанием роста тепловой нагрузки ТЭЦ от роста электрической мощности, что привело к стабилизации доли комбинированной выработки электрической энергии на ТЭЦ на уровне 60—61%. Этот показатель существенно ниже проектного, составляющего примерно 70%.
Основной путь дальнейшего повышения доли комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ заключается в увеличении тепловой нагрузки ТЭЦ за счет исключения из эксплуатации низкоэкономичных котельных установок — потребителей теплоты. Необходимо создать экономические условия, стимулирующие такое замещение.
Несмотря на некоторое повышение удельного расхода топлива на ТЭЦ, экономия топлива на базе комбинированной выработки ТЭЦ за период 1985—1988 гг. повысилась, так как отпуск электроэнергии от ТЭЦ возрос с 331 до 375 млрд. кВт-ч, т. е. на 13%. За эти годы не только возрос абсолютный отпуск электроэнергии на ТЭЦ, но и увеличилась также с 33,4 до 34,7% доля ТЭЦ в суммарном отпуске электроэнергии от ТЭС, работающих на органическом топливе, поэтому произошло соответственно снижение среднего удельного расхода топлива на ТЭС несмотря на некоторое повышение этого показателя на ТЭЦ.
Кроме повышенной тепловой экономичности электроэнергетического производства, теплофикация дает также существенную экономию топлива за счет концентрации выработки тепла и централизации теплоснабжения благодаря более высокому КПД мощных котельных ТЭЦ по сравнению с КПД районных, квартальных или местных котельных значительно меньшей мощности.
При средней удельной экономии топлива за счет более высокого КПД котельной ТЭЦ 5 кг/ГДж (21 кг/ /Гкал) и ежегодном отпуске теплоты от ТЭЦ Мосэнерго в размере 4,7 млрд. ГДж экономия топлива за счет концентрации выработки энергии и централизации теплоснабжения может быть оценена в 23 млн. т условного топлива за год.
Суммарная ежегодная экономия условного топлива на теплофикационных установках Минэнерго СССР составляет примерно 68 млн. т.
Крупнейшим производителем теплоты в СССР является Министерство энергетики и электрификации СССР. В его ведении находится более 360 ТЭЦ и примерно 250 крупных котельных. Структура установленной электрической мощности ТЭЦ по начальным параметрам в настоящее время такова: 24 МПа — 8, 13 МПа — 65, 9 МПа — 21, 4,5 МПа и ниже — 6%. Ежегодный ввод теплофикационных мощностей составляет приблизительно 2,5 млн. кВт. В настоящее время на ТЭЦ Минэнерго СССР вводятся теплофикационные мощности, рассчитанные на давление пара 13 и 24 МПа.

Удельная комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ, определяющая экономию топлива за счет использования теплофикации в электроэнергетическом производстве, составляет в среднем по Минэнерго СССР 80 кВт-ч/ГДж теплоты, отведенной из отборов турбин. Она существенно зависит от начальных параметров пара на ТЭЦ и параметров пара в отборах теплофикационных турбин. Наибольшее значение удельной комбинированной выработки — 160 кВт -ч/ГДж имеют турбины Т- 250-240. На турбинах, рассчитанных на начальное давление пара 13 МПа,  удельная комбинированная выработка ниже в среднем на 25 кВт-ч/ГДж при одних и тех же давлениях пара в отборе. На турбинах, рассчитанных на начальное давление пара 9 МПа, удельная комбинированная выработка по сравнению с турбинами на начальные параметры пара 24 МПа в среднем на 50 кВт-ч/ГДж ниже.
Увеличение, удельной комбинированной выработки является стимулом для совершенствования структуры оборудования ТЭЦ в направлении повышения начальных параметров пара. При средней разности удельных расходов топлива на конденсационную и теплофикационную выработку электрической энергии 0,2 кг/(кВт-ч) замещение 1 Гкал теплоты из отбора турбины с начальным давлением пара 13 МПа отбором из турбины на 24 МПа дает дополнительную экономию топлива, равную 0,2X105 = 21 кг.
На рис. 2  динамика  развития электрической мощности ТЭЦ.
В 1988 г. она достигла 96 млн. кВт, в том числе на электростанциях Миэнерго СССР — 82,5 млн. кВт. На долю теплоэлектроцентралей Минэнерго СССР приходится 86% электрической и 80% тепловой мощности всех ТЭЦ страны.
Годовая выработка электрической энергии теплофикационными турбинами Минэнерго СССР составляет 436 млрд. кВт-ч, или 37% выработки тепловых электростанций. Комбинированная выработка электрической энергии на ТЭЦ Минэнерго СССР составляет 61% их полной выработки.
Динамика развития электрической мощности тепловых электростанций
Рис. 2. Динамика развития электрической мощности тепловых электростанций:
1 — ТЭС на органическом топливе; 2 — ТЭЦ; 3 — доля мощности ТЭЦ в суммарной мощности ТЭС

Ежегодный отпуск теплоты на ТЭЦ Минэнерго СССР составляет примерно 4,7 млрд. ГДж. Приблизительно 0,8 млрд. ГДж теплоты отпускают остальные ТЭЦ страны. Всего, таким образом, ТЭЦ отпускают ежегодно 5,5 млрд. ГДж теплоты.
Примерно столько же составляет ежегодный суммарный отпуск теплоты от всех других установок централизованного теплоснабжения, т. е. промышленных, районных и квартальных котельных и теплоутилизационных установок промышленных предприятий. При суммарном годовом теплопотреблении народного хозяйства и жилищно-коммунального сектора страны 16 млрд. ГДж (3,8 млрд. Гкал) централизованное теплоснабжение обеспечивает примерно 70% теплового потребления, из них половину — за счет теплофикации.
Ускорению развития и улучшению экономических показателей теплофикации способствуют укрупнение ТЭЦ и увеличение единичной мощности котельных и турбинных агрегатов, блочная компоновка оборудования, а также применение дешевых водогрейных котлов и паровых котлов низкого давления для покрытия кратковременных пиков сезонной и технологической тепловой нагрузки и резервирования теплоснабжения.
Использование для централизованного теплоснабжения водогрейных и паровых котлов низкого давления «а первых этапах развития теплофикации дает в ряде случаев выигрыш в очередности капиталовложений, позволяя с минимальными затратами на сооружение источников теплоты централизовать теплоснабжение в тех районах, где ввод в действие ТЭЦ отстает по времени от ввода тепловых потребителей. После ввода в действие ТЭЦ эти котлы используются для покрытия пиковой тепловой нагрузки и резервирования теплоснабжения.
Росту эффективности теплофикации способствует внедрение прогрессивных проектов ТЭЦ повышенной заводской готовности, предусматривающих монтаж строительно-технологических секций с различными типами турбин и однотипными котлами и позволяющих заметно (на 5—10%) уменьшить капитальные и трудовые затраты на сооружение ТЭЦ и сократить сроки их строительства.
По масштабам развития теплофикации и централизованного теплоснабжения СССР занимает передовое место в мире. Этот метод будет интенсивно развиваться в нашей стране и в дальнейшем. Намечаемое увеличение установленной мощности ТЭЦ должно привести к дальнейшему росту энергетической эффективности теплофикации.
В условиях ограниченного завоза органического топлива в европейскую часть СССР в качестве дополнительного пути развития теплофикации целесообразно использовать ГРЭС, расположенные вблизи крупных городов утем реконструкции конденсационных энергоблоков мощностью 160, 200, 300 МВт в теплофикационные с заменой всех изношенных узлов. Такая реконструкция позволит продлить время активной эксплуатации ГРЭС и повысить их тепловую экономичность.
Снижение удельных расходов условного топлива (нетто) на реконструированных ГРЭС за счет комбинированной выработки электрической энергии составляет 40—100 г/(кВт-ч). Наряду с этим создаются благоприятные условия для. ликвидации мелких котельных, для снижения затрат труда в тепловом хозяйстве и для перевода теплоснабжения городов с газа (на котором обычно работают мелкие котельные) на твердое топливо.
В районах, располагающих газом в качестве базового топлива, перспективно применение парогазовых теплофикационных установок с высокотемпературными газовыми турбинами. Такие установки позволяют получить низкие удельные расходы топлива при невысоких удельных начальных затратах.
Важным звеном теплофикационной системы являются тепловые сети. В связи с повышением требований к качеству планировки и чистоте воздушного бассейна городов многие мощные ТЭЦ, в первую очередь для теплоснабжения крупных городов, будут размещаться на значительном расстоянии от районов теплового потребления, часто за пределами городской черты. Рост единичных мощностей источников теплоснабжения и радиусов передачи теплоты вызывает необходимость существенного повышения надежности и экономичности систем теплоснабжения.
Актуальной задачей является совершенствование систем централизованного теплоснабжения крупных городов в следующих направлениях: расширение диапазона безопасных гидравлических режимов; полноценное использование блокировочных связей между смежными магистралями или смежными ТЭЦ; снижение потерь сетевой воды при авариях на магистральных линиях; обеспечение автономной, независимой от тепловой сети, циркуляции воды в отопительных установках; более широкое использование автоматического группового и местного регулирования в дополнение к центральному регулированию; внедрение системы дистанционного контроля и телеуправления.
Начальные затраты на сооружение теплофикационных систем, а также эксплуатационные расходы на транспортирование теплоты непосредственно зависят от удельного расхода сетевой воды на единицу тепловой нагрузки системы. В настоящее время для снижения этого показателя используются повышение расчетной температуры сетевой, воды в подающей линии до экономически оправданного значения; более глубокое использование энтальпии теплоносителя в абонентских установках за счет последовательного включения по сетевой воде тепловых потребителей, удовлетворяемых теплом разного потенциала (например, отопление и горячее водоснабжение или отопление и вентиляция); применение в открытых системах однотрубного (однонаправленного) транзитного транспорта тепла.
Важное значение имеет повышение технического уровня тепловых сетей. Все элементы тепловой сети должны быть равнопрочны и обеспечивать качественную работу системы теплоснабжения в течение не менее 25—30 лет.

Основной путь повышения надежности и долговечности подземных теплопроводов — это защита от наружной коррозии. На наружную поверхность стальных трубопроводов следует накладывать специальное антикоррозионное покрытие. В СССР разработана технология нанесения на стальные трубопроводы антикоррозионных покрытий из силикатных эмалей, а также из алюминия. Задача заключается в организации промышленного производства таких покрытий.
Опыт показывает, что надземные теплопроводы имеют более высокую надежность и долговечность по сравнению с подземными. Поэтому теплопроводы за городом и на окраинах городов, на промышленных площадках, а также в других местах, где это согласуется с архитектурными и планировочными требованиями, целесообразно сооружать надземными.
Значительный прогресс в повышении надежности и снижении затрат труда при эксплуатации тепловых сетей может быть достигнут при установке на теплопроводах сильфонных компенсаторов температурных деформаций вместо сальниковых, применяемых в настоящее время. Изготовление сильфонных компенсаторов освоено на Ленинградском судостроительном заводе. В качестве дальнейшего шага в этом направлении намечается переход на самокомпенсирующиеся трубопроводы, разработанные Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР.
Важной задачей является повышение надежности тепловой изоляции подземных теплопроводов и снижение тепловых потерь.
За рубежом в настоящее время применяются конструкции теплопроводов индустриального изготовления в монолитных оболочках из полиуретана, имеющего коэффициент теплопроводности Х = 0.04-н0,05 Bt,/(im-K). т. е. примерно в 3 раза ниже, чем у широко применяемых в настоящее время теплоизоляционных конструкций из минеральной ваты или армопенобетона. Снаружи полиуретановая изоляция дополнительно защищена от влаги  полиэтиленовой оболочкой. Такая изоляция не только сокращает тепловые потери, но и защищает стальной трубопровод от наружной коррозии.
Разработка теплоизоляционных конструкций на базе полимерных материалов ведется также в СССР. Эти разработки необходимо ускорить.
Для совершенствования эксплуатации современных протяженных и разветвленных тепловых сетей следует разработать методы и приборы неразрушающего контроля и диагностики состояния подземных теплопроводов, позволяющие устанавливать места утечек теплоносителя без вскрытия каналов. Такие разработки ведутся в настоящее время в ряде институтов.
Как в СССР, так и за рубежом основной прогресс в сооружении теплопроводов, создающий ,возможность существенного снижения начальной стоимости, затрат труда и сроков строительства при одновременном повышении надежности и долговечности, идет по пути индустриализации, т. е. изготовления блоков теплопроводов механизированным путем в заводских условиях. Наряду с этим необходимо механизировать строительство н монтаж тепловых сетей, а также камер, колодцев, тепловых подстанций и абонентских вводов.
В настоящее время назрела также необходимость централизовать капитальный ремонт магистральных тепловых сетей и организовать заводское производство запасных частей.
Централизованное теплоснабжение должно стимулировать совершенствование схем и оборудования теплового хозяйства абонентов в направлении рационального сочетания технологических и энергетических процессов и оптимизации энергозатрат. Задача заключается в сбережении расходуемых энергоресурсов на всем пути от источника теплоты до теплопотребляющих приборов; КПД всех энергетических, передающих и теплоиспользующих установок должен быть повышен до экономически обоснованного уровня.

 
« Тепловизоры   Технические данные тепловизоров и инфракрасных пирометров »
электрические сети