В настоящее время при разработке проектов теплоснабжения новых микрорайонов города предпочтение отдается автономным источникам теплоснабжения, таким как крышные котельные и встроенные (пристроенные) котельные.
Подобные источники теплоснабжения обладают рядом преимуществ перед системами централизованного теплоснабжения, такими как:
- отсутствие тепловых сетей (тепловых и гидравлических потерь в тепловых сетях, утечек);
- более быстрое срабатывание автоматики на возмущающие воздействия (меньшая инерционность системы, гибкое регулирование);
- меньшие единовременные затраты на строительство (3Мвт против 30Мвт в случае районной котельной);
- возможность подбора оптимальной единичной мощности котлоагрегатов;
- размещение источника выброса на значительной высоте БЕЗ необходимости строительства высоких дымоходов
Другим немаловажным плюсом крышных котельных является использование оборудования меньших габаритов, например, насосов типа инлайн и секционных чугунных водогрейных котлов, являющихся ремонтопригодными и позволяющих проводить его в короткие сроки.
С другой стороны, теории вероятности, вероятность аварии в одной крупной котельной меньше, чем хотя бы в одной из десяти. А учитывая тот факт, что в большое число элементов не имеет резервирования (арматура, трехходовые клапаны погодного регулирования, всевозможные датчики, фильтры), возможность отключения подачи тепловой энергии для одного дома при теплоснабжении от крышной котельной больше, чем при централизованном теплоснабжении.
Другим фактором, снижающим надежность работы крышных котельных, является отсутствие резервного топлива. В старой редакции СНиП II-35-76 устанавливалась необходимость резервирования при мощности котельной свыше 20Гкал/ч (23,3МВт). Газовые крышные котельные не имеют резервного топлива, поэтому надежность их работы основана на бесперебойной подаче газа. В большинстве случаев они находятся на балансе ТСЖ, поэтому обслуживание котельной в плане капиталовложений полностью ложится на плечи жильцов. Ресурс котлов в среднем составляет 20 лет, насосного оборудования и регулирующей арматуры с нашим качеством водопроводной воды – намного меньше.
Сравним 2 варианта: в случае строительства крышной котельной мощностью 3МВт на жильцов дома ложится полная стоимость обслуживания данной котельной, тогда как при строительстве квартальной котельной 30МВт и тепловых сетей – всего лишь десятая часть от всех капиталовложений. При том, что стоимости строительства газораспределительных сетей и тепловых сетей практически идентичны (определены на примере строительства теплосетей и сетей газораспределения микрорайона №8 ЮЗ г.Владимира).
Но у квартальной котельной есть огромный недостаток, который перекрывает все ее достоинства: микрорайон может застраиваться в течение продолжительного срока, тогда как котельную придется построить в самом начале, чтобы начать снабжать теплом дома сразу после их сдачи. К примеру, в первый год может быть построен всего один дом, тепловая нагрузка на который может не превышать 1Мвт, а котельная будет располагать мощностью 30МВт. Квартальная котельная не может обеспечить плавный набор тепловой мощности микрорайона, и это ее главный недостаток.
Рис. 1. Модель теплоснабжения потребителей с использованием сконцентрированной теплогенерирующей мощности (квартальная ТЭЦ) – так называемая «кольцевая застройка»
Первостепенной задачей является разработка новой концепции теплоснабжения города, совмещающей в себе плюсы автономных источников теплоснабжения и централизованного теплоснабжения, а по некоторым параметрам – превосходящей их. При этом не стоит нарушать ограничения, устанавливаемые нормативными документами. Так СП 41-104-2000 вводит ограничения на мощность крышной котельной в размере 3МВт для жилых зданий и 5МВт для общественных.
Рис. 2. Комбинированное теплоснабжение населенного пункта с помощью ТЭЦ и развитой сети крышных котельных (так называемая «кластерная застройка»)
Мы уже доказали, что строительство более крупных котельных экономически более выгодно. Поэтому предлагается совместить строительство крышных котельных максимально допустимой мощности (3МВт для жилых зданий и 5МВт – для общественных) с тепловыми сетями, позволяющими снабжать тепловой энергией соседние здания. Кроме этого, предлагается закольцевать все котельные в единую сеть, что позволит повысить надежность работы всей системы теплоснабжения микрорайона.
Рис. 3. Единица «кластерной застройки» города – сеть крышных котельных, соединенных трубопроводами тепловых сетей малых диаметров (до Ду150)
При этом данное решение совместит все положительные качества обоих вариантов, позволяя снизить капитальные затраты на строительство и обслуживание. Более того, завязав автоматику котельных в единую сеть и контролируя теплосъем на каждом из потребителей в автоматизированном индивидуальном тепловом пункте, возможно добиться отличных показателей КПД работы всей системы. А именно: рассмотрим все тот же пример с общей нагрузкой на микрорайон 30МВт. Чтобы покрыть потребность в тепловой энергии необходимо строительство 10 котельных по 3МВт. Чтобы сэкономить на стоимости оборудования предлагается установка в каждой котельной по одному котлу мощностью 3МВт с двухступенчатой газовой горелкой. Для того, чтобы обеспечить резервирование котлоагрегатов, предлагается единовременное строительство двух котельных на первых двух зданиях. Данные две котельные покроют потребность в тепловой энергии 6МВт, позволяя продолжить строительство остальных зданий до тех пор, пока не потребуются дополнительные мощности. Далее происходит наращивание мощностей системы теплоснабжения микрорайона до заданных 30МВт. Мы знаем, что двухступенчатое регулирование представляет собой работу котла на 40% и 100% мощности, причем КПД работы котла выше при 100% нагрузке. Теперь представим всю сеть наших котельных в виде одной котельной с установленными в ней 10 котлами. Каждый из котлов имеет 3 варианта работы: выключен, 40% и 100% мощности. Получается, что такая котельная будет иметь 20 ступеней мощности, по 2 на каждый котел. Такая система будет похожа на установку модулируемых горелок, только при этом несколько или все котлы будут работать на 100% мощности, в зоне максимального КПД. Это позволит значительно продлить ресурс оборудования, снизить капитальные затраты, снизить затраты на обслуживание и удешевить себестоимость тепловой энергии для конечного потребителя.
Чтобы собрать все котельные в одну сеть предлагается строительство перемычек на тепловых сетях, обладающих достаточной пропускной способностью, чтобы обеспечить потребителей при аварии одной котельной. То есть, кольцо должно позволить снабжать потребителя с двух сторон, следовательно при температурном графике 95/70°С (оптимальном для теплоснабжения жилищного фонда), гидравлических потерях 80Па/м (для магистрали) и тепловой нагрузки 1,5МВт диаметр трубопроводов кольца составит Ду150 мм. При надлежащем уровне автоматизации котельных и тепловых пунктов возможна работа тепловой сети без использования секционирующих задвижек. Также возможно устройство отдельно стоящей подпиточной станции, что позволит разместить все оборудование для подпитки теплосети в одном помещении.
С целью развития отечественного производства предлагается разработать типовые проекты котельных на 3МВт и 5МВт с использованием максимального количества отечественных комплектующих. Заводам-изготовителям и монтажникам также удобнее производить меньшее число типоразмеров оборудования и собирать идентичные котельные. Для обслуживания меньшего числа котельных потребуется меньше персонала, а идентичность оборудования позволит проводить ремонтные работы в кратчайшие сроки.
Рис. 4. Описываемый пример теплоснабжения микрорайона №8ЮЗ г. Владимира с применением сети крышных котельных единичной мощностью 3МВт в количестве 10 штук (учтена очередность застройки)
П.Я. Киреенко, аспирант
В.И. Тарасенко, к.т.н., профессор
Владимирский государственный университет
