Каравайков В.М., Кукушкин С.В., Шипов А.В. Организационно

ВЕСТИ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ЧЕРНОЗЕМЬЯ
№2(16). 2009
УДК 658. 265: 621.365
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
РАЙОНОВ КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Костромской государственный технологический университет
В.М. Каравайков, С.В. Кукушкин, А.В. Шипов
Определены основные причины повышенных потерь при генерировании тепловой энергии, приведены факторы, характеризующие состояние тепловых сетей Костромской области. Рассматриваются организационнотехнические решения, направленные на повышение энергоэффективности систем теплоснабжения.
«Малая» теплоэнергетика Костромской
области характеризуется наличием сравнительно мелких систем теплоснабжения
(мощностью от 500 кВт до 1500 кВт, иногда – до 10 тыс. кВт), высокой степенью их
износа, малым общим КПД использования
тепла топлива (от 19% до 30%). В таких
системах теплоснабжения в значительных
объемах используются традиционные виды
топлива: уголь, мазут, печное топливо, последнее в меньшей мере. Качество этих топлив по ряду причин не отвечает современным требованиям: повышенная загрязненность, влажность, высокая стоимость. Вместе с тем, изменения в структуре топливного баланса осуществляются крайне медленно, поэтому тепловая энергия становится
все более дорогостоящей, а экологические
последствия от сжигания серосодержащих
топлив (уголь, мазут) – негативными.
Региональным центром энергосбережения при КГТУ проводится системный
анализ функционирования, состояния и
перспектив развития систем теплоснабжения Костромской области. Синтезом системного анализа является комплексный
план, на основании которого принимаются
соответствующие организационно-технические решения. Этот план входит составной частью в областную целевую программу «Энергоэффективная экономика Костромской области на 2005 год и на период
до 2010 года» [1].
Анализ результатов многолетних наблюдений за функционированием систем
теплоснабжения АПК и ЖКХ районов Костромской области показывает, что дальнейшее эффективное их развитие не возможно без разработки и реализации комплекса мер, обеспечивающих повышение
энергоэффективности [2].
Проведенные нами исследования работы котельных, принадлежащих сельским
кооперативам и ЖКХ в районах Костромской области, позволили выявить целый
ряд причин повышенных потерь при генерировании тепловой энергии:
- низкое качество топлив (в т.ч. повышенная влажность твердых топлив, повышенное содержание балласта (зольность),
некачественная подготовка к сжиганию);
- не экономичный способ сжигания
(недостаток или чрезмерный избыток воздуха, отсутствие современной шуровки,
отсутствие защитного экрана при сжигании
и др.);
- некачественная обмуровка котлов
(наличие не защищенных поверхностей,
обмуровка из материалов с повышенной
теплопроводностью, не оптимальная толщина слоя теплоизоляции);
- пониженная эффективность работы
тепловоспринимающих поверхностей котлов (наличие слоя сажи на наружных тепловоспринимающих поверхностях, наличие
накипи на внутренних поверхностях котельных труб, наличие коррозии на поверхностях теплообмена, некачественная
работа тяго-дутьевых устройств, отсутствие
89
СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
изоляции и футеровки дымовой трубы и
др.);
- конструктивные недостатки котельных установок (отсутствие элементов, повышающих КПД, повышенные сопротивления газового тракта);
- неквалифицированное обслуживание
котлов в процессе эксплуатации (подача
топлива, золоудаление и др.);
- использование котлов в режимах нагрузок ниже номинальных;
- ветхое помещение котельной (наличие сквозняков, пониженная температура
воздуха, повышенная влажность).
Поскольку на величину тепловых потерь котельных установок влияет целый
комплекс факторов, не всегда связанных
между собой функционально, то снижение
тепловых потерь следует обеспечивать путем исключения или ослабления действия
каждого из них за счет конструктивных,
технологических и организационных способов. При этом основное внимание следует уделять факторам, роль которых в снижении КПД наиболее существенна.
К таким факторам относится накипеобразование при отсутствии качественной водоподготовки котловой воды, особенно при
работе по открытой схеме. В этом случае
при заборе воды из скважин и колодцев
слой накипи на внутренних теплообменных
поверхностях возрастает настолько быстро
(за один отопительный сезон от 0 до 3 4,5 мм), что резко увеличивается термическое сопротивление рабочих поверхностей
теплообмена и, как следствие, потери с дымовыми газами увеличиваются в два раза
[3].
Другим не менее важным фактором является качество топлива. При повышенной
влажности местного топлива – дров, отходов деревообработки, торфа разница между
высшей и низшей теплотой сгорания оказывается недопустимо высокой. За счет
подсушки топлива отбросным теплом можно сблизить Q pB и Q pH , что обеспечит фактически косвенную регенерацию отбросного тепла и повышение КПД топки.
90
Существенную роль в повышении экономичности работы котельных установок
играет наличие разветвленной поверхности
теплообмена, а именно: экономайзеры, воздухоподогреватели, сушилки для топлива и
другие теплообменные устройства, понижающие температуру уходящих газов и повышающие таким образом коэффициент
полезного использования теплоты. Расчеты
показывают, что при снижении температуры уходящих газов от 2500С до 800С (что
реально при работе газовых котельных)
сбережение тепловой энергии составит не
менее 5,5% от общего тепловыделения при
сгорании топлива [4].
На величину КПД котельных установок
существенно влияет и способ забора воздуха, подаваемого в топку из верхних горизонтов помещения котельной, где скапливаются теплопотери от наружного охлаждения поверхностей котлов (обмуровки).
Таким образом осуществляется частичная
регенерация отбросного тепла с повышением КПД на 1,5 - 2,5% [3].
Упрощение конструкций дымовых
труб (что часто имеет место в котельных
малой и средней мощности), на наш взгляд,
технологически и экономически неоправданно, поскольку значительная часть тепловой энергии, не освоенная на поверхностях теплообмена, теряется в окружающую
среду через стенки стальных труб, за счет
чего ухудшается тяга и имеет место конденсация водяных паров в дымовой трубе.
Температура и состав уходящих дымовых газов могут служить надежным критерием экологичности теплогенерирующих
установок и, вместе с тем, нести информацию о техническом состоянии их элементов: поверхностей теплообмена котла, топочного устройства, фильтров дымовой
трубы.
Низкая энергоэффективность систем
теплоснабжения в районах области обусловлена и высокими потерями тепловой
энергии при ее транспортировке к потребителю, которые достигают 30 - 60% от объема производства.
ВЕСТИ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ЧЕРНОЗЕМЬЯ
Проведенный анализ показал, что состояние тепловых сетей Костромской области характеризуется следующими факторами.
- Высокая степень износа тепловых сетей (их низкая надежность). Более 50% муниципальных тепловых сетей отработали
свой срок службы и относятся к категории
изношенных.
- Нарушение тепловой изоляции тепловых сетей и потери тепла через изоляцию.
В качестве теплоизоляции до сих пор часто
используется минеральная вата (при канальной прокладке). Шурфовка тепловых
сетей и осмотр их при проведении ремонтных работ показал, что на значительных
участках изоляция или повреждена, или отсутствует.
- Трубопроводы систем центрального
теплоснабжения, не имеющие современной
теплогидроизоляции, теряют до 30% тепла
и до 40% подготовленной воды.
- Нарушение гидравлических режимов
тепловых сетей. В муниципальных тепловых сетях в основном не проводятся гидравлические испытания сетей, их промывка, наладка гидравлического режима.
Изменить сложившееся положение
можно только путем оптимизации организационно-технических решений, направленных на использование прогрессивных
новейших технологий производства, современного оборудования и высокоэффективных материалов.
Ключевым элементом системы оптимизации организационно-технических решений является методика оценки инвестиционных проектов, направленных на повышение надежности тепловых сетей. Методика должна включать аудиторскую проверку состояния тепловых сетей и объективную оценку экономической эффективности капиталовложений.
Наиболее уязвимыми характеристиками теплопроводов являются сверхнормативные теплопотери, обусловленные техническим состоянием трубопроводов, их
преждевременный выход из строя под воздействием коррозии. Опыт эксплуатации
№2(16). 2009
систем теплоснабжения свидетельствует о
том, что ежегодно на ремонт сетей старше
10 лет расходуется не менее 40% от их балансовой стоимости при бесканальной прокладке и до 25% – при прокладке в непроходных и полупроходных каналах; при воздушной прокладке эта величина равна
≈ 10%. Эти данные получены в результате
обработки бухгалтерских материалов ряда
организаций, обеспечивающих теплоснабжение сельских потребителей Костромского и Галичского районов. Отсюда следует,
что на ремонтные работы по восстановлению тепловых сетей при бесканальной прокладке расходуются за 2,5 года средства,
равные полной стоимости сетей, а при других видах прокладки этот срок составит от
4-х до 10 лет.
По этим данным можно сделать вывод
о том, что перекладка тепловых сетей с использованием современных элементов теплопроводов, обеспечивающих безаварийное
функционирование сетей в течение 20…30
лет (полиэтиленовые трубы, стальные трубы в заводской пенополиуретановой изоляции), экономически оправдана, поскольку
срок окупаемости капитальных вложений
составит от 3 до 5 лет, а далее ежегодная
экономия будет составлять от 10% до 40%
стоимости сетей в течение оставшихся
15…20 лет эксплуатации теплопроводов.
В то же время опыт эксплуатации и
расчеты показывают, что тепловые сети
воздушной прокладки целесообразно поддерживать в рабочем состоянии за счет ремонтов (без перекладки) в течение 15…18
лет, поскольку затраты при этом составят в
среднем до 10…12% от балансовой стоимости сетей. При сроке эксплуатации, превышающем 18 лет, затраты на ремонт возрастают до 25…40% стоимости сетей, поэтому их перекладка становится экономически целесообразной.
В соответствии с разработанной методикой перекладка тепловых сетей целесообразна при сроке окупаемости проекта до
5 лет (и менее). В противном случае (при
сроке окупаемости более 5 лет) предпочтительнее поддерживать работоспособность
91
СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
сети за счет ремонтов и технического обслуживания. В масштабе Костромской области расчетным путем определены объемы
работ и их стоимость по поддержанию тепловых сетей в работоспособном состоянии
за счет перекладки и капитальных ремонтов.
Для оптимизации организационнотехнических решений по повышению энергоэффективности систем теплоснабжения
АПК и ЖКХ районов Костромской области
необходимо вести постоянный мониторинг
состава дымовых газов и их температуры за
котлом и на выходе из дымовой трубы. Необходим и мониторинг теплопотерь по динамике температур горячего и холодного
теплоносителя в реперных точках магистралей.
Повышение обоснованности и адекватности принимаемых управленческих решений возможно лишь в случае оперативного
получения руководителями всей необходимой информации об энергоэффективности
систем теплоснабжения. В этой связи, объективно обоснованным является предложение по разработке и внедрению единой
корпоративной информационной системы,
которая позволит решать не только оперативные, но и стратегические задачи по
управлению теплоснабжением региона. Целью создания данной системы является повышение энергоэффективности и надежности теплоснабжения за счет повышения качества управленческих решений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Энергоэффективная экономика Костромской области на 2005 год и на период
до 2010 года: областная целевая программа.– Кострома, 2004.– 170 с.
2. Каравайков, В.М. К решению проблемы повышения энергоэффективности
Костромской области [Текст] / В.М. Каравайков // Управление развитием региональных экономических систем: сб. науч. тр.;
под ред. проф. Б.Н. Ичитовкина. – Киров:
Изд-во ВятГУ, 2003. – С. 47-50.
3. Борзов, В.П. Модернизация сельских
систем теплоснабжения [Текст] / В.П. Борзов. – Кострома: Изд. ФГОУ ВПО КГСХА,
2003. – 150 с.
4. Аронов, И.З. Использование тепла
уходящих газов газифицированных котельных [Текст] / И.З. Аронов. – М.: Энергия,
1967. – 192 с.
Сведения об авторах
Каравайков Владимир Михайлович, директор
регионального центра энергосбережения, доктор
технических наук, профессор Костромского государственного технологического университета.
Кукушкин Сергей Владимирович, аспирант
Костромского государственного технологического
университета.
Шипов Алексей Вячеславович, аспирант Костромского государственного технологического университета
УДК 338.4: 658.264
УТОЧНЕНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ (СЦТ)
Орловский государственный аграрный университет
В.П. Горшенин
Отмечено, что процедура обоснования проектного решения СЦТ по своей сути сводится к анализу его экономической эффективности. Проанализированы показатели для оценки экономической эффективности проектного решения СЦТ и ее отдельных элементов.
Как известно, наиболее объективная
оценка эффективности проекта (инвести92
ций) обеспечивается в рамках его экономического и финансового анализов. При этом