Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Споживання теплової енергії в Україні характеризується такими особ­ливостями.

По-перше, існуючий житловий фонд України і нове будівництво харак­теризуються великою неоднорідністю, що позначається на умовах забез­печення приватних та комунальних об’єктів тепловою й електричною енер­гією. Питання ощадливого й ефективного використання цих видів енергії особливо актуальні для України, що споживає імпортоване паливо.

По-друге, промислові підприємства різнопланові щодо випуску про­дукції, особливостей виробництва і розміщення сировини. У багатьох випадках це не дозволяє використовувати на них електроенергію і тепло­ту, отриману централізованим шляхом на ТЕЦ. Крім того, якщо підпри­ємство значно віддалено від ТЕЦ, то стає економічно невигідним транс­портування до нього гарячого теплоносія.

По-третє, багато ТЕЦ України відпрацювали свій ресурс, підлягають глибокому відбудовному ремонту і є основним джерелом забруднення атмосфери. Крім того, більшість розподільних теплових мереж знахо­дяться в поганому технічному стані і призводить до значних втрат тепло­ти. Тому питання реалізації децентралізованого енергозабезпечення як житлового фонду, так і промислових об’єктів є актуальним.

Децентралізоване виробництво електроенергії і теплоти підвищує за­гальну ефективність виробництва за рахунок таких чинників: усунення втрат під час транспортування теплоносія; регулювання теплового наван­таження за часом доби або порою року залежно від реальної потреби; за­стосування високоефективних котельних установок, що з’явилися нарин­ку в останні декілька років; утилізації низькопотенційного тепла в коге — нераційних установках. Іноді установки децентралізованого виробництва енергоресурсів можуть замінити вугільні і мазутні котельні, помітно знижуючи при цьому викиди оксидів азоту й інших забруднювачів.

Розрізняють такі системи децентралізованого опалення: індивідуальні з установкою настінних або підлогових котлів невеликої потужності (8…30 кВт) у кожній окремій квартирі, що являють собою граничний ступінь децентралізації опалення; домові з установкою котлів серед­ньої потужності (150…1 000 кВт) на горищних або в прибудованих до будинків приміщеннях; блокові районні котельні, системи опалення промислових споруд інфрачервоними випромінювачами, а також коге — нераційні установки.

Підходи до проектування енергетичних систем різні для кожного конкретного об’єкта і залежать від багатьох чинників: типу об’єкта, наяв­ності в регіоні центральних систем енергопостачання, об’ємів споживан­ня електричної і теплової енергії та їх співвідношення, можливості поста­чання визначеного виду палива, цін на устаткування й енергоносії. З по­рівняння капітальних витрат на створення систем централізованого опален­ня і будівництво блокових районних котельних з системою індивідуального поквартирного опалення найбільш капіталоємними виявляються блокові районні котельні. Якщо вважати їх вартість за 100 %, то вартість центра­лізованого опалення становитиме 86 %, а систем індивідуального опа­лення — 47 %.

Слід також ураховувати наявність витрат на утримання обслуговую­чого персоналу систем центрального і блочного опалення, наявність складної системи контролю, обліку і розподілу витрат порівняно з безви — тратною експлуатацією систем індивідуального опалення. При цьому від­падає проблема обліку теплової енергії, враховують тільки витрату газу. Залежно від місцевих тарифів економія коштів при квартирному опаленні може досягати 40 %.

Індивідуальне опалення. Системи індивідуального поквартирного опа­лення широко застосовують в Україні для опалення приватних будинків у сільській місцевості йу передмісті.

Котли можуть бути як підлогові, так і настінні, невеликих розмірів. Вони складаються з трьох блоків: власне котла з безшумним циркуляцій­ним насосом, розширювального бачка і контуру гарячого водопостачан­ня. Безпеку роботи забезпечують декілька систем контролю, які дублю­ють одна одну.

Установлену потужність індивідуального котла вибирають з розрахун­ку приблизно 1 кВт на 10 м2 опалювальної площі, що відповідає витраті природного газу 0,1 м3/г. В Україні настінні котли не випускають.

Близько 100 підприємств в Україні виробляють підлогові котли по­тужністю від 8 до 100 кВт. Як паливо в них найчастіше використовують природний газ або рідке чи тверде паливо. Безпека роботи котлів підтри­мується автоматично. Деякі конструкції котлів оснащено складною сис­темою регулювання співвідношення газ — повітря. Котли можуть мати вбудований або окремо розміщений бойлер для гарячого водопостачання.

Котли імпортного виробництва відрізняються поліпшеним дизайном, а деякі з них мають сучасні системи регулювання, зокрема програмне за­безпечення. Так, системи Bosch Thermotechnic дозволяють управляти кот­лами залежно від погодних умов і програмувати температуру в помеш­канні на декілька місяців уперед, що дозволяє заощаджувати до 20 % газу за опалювальний сезон.

Будинкові котельні. Ще один варіант децентралізації — опалення окремих будинків або під’ їздів багатоквартирних будинків. Для цієї мети використовують котли середньої потужності (150. ..1000 кВт) або блоки котлів меншої потужності.

Характерною властивістю котлів цієї серії (рис. 4.9) є інтенсифікація теплообміну в радіаційній зоні за рахунок установки вторинних випромі­нювачів з жаростійких керамічних елементів і застосування в конвектив — ній зоні багатоходових пучків з біметалічних оребрених труб. Це істотно знижує масогабаритні характеристики котлів. Котли мають вертикальне і горизонтальне виконання, що дає проектантам свободу вибору розмі­щення котлів на дахах або в прибудованих до будинків спорудах.

Рис. 4.9. Агрегат опалювальний серії АОМ (розробка Інституту газу Національної академії наук України): 1 — блочний газовий пальник; 2 — водоохолоджувальна топкова камера; 3 — проміжний випромінювач; 4 — водотрубний конвективний пучок; 5 — вихлопний патрубок; 6 — патрубок для входу води; 7 — патрубок для виходу нагрітої води; 8 — газовий патрубок

Ефективність котлів підвищується із застосуванням комбінованих по­верхнево-контактних водогрійних котлів серії КАОМ (рис. 4.10). Рис. 4.10. Контактний водогрійний агрегат КАОМ (розробка Інституту газу Національ­ної академії наук України): 1 — блочний газовий пальник; 2 — патрубок нагрітої води; 3 — водоохолоджувальна топкова камера; 4 — насос циркуляційний; 5 — бак водяний; 6 — контактна камера; 7 — патрубок подачі води; 8 — вихлопний патрубок

Такі агрегати поєднують нагрів води через трубчасті поверхні топко­вої камери з прямим контактом зворотної води і гарячими продуктами згорання. За принципом дії вони аналогічні конденсаційним котлам. Від­мінністю є те, що конденсація пари з продуктів згорання відбувається в контактній насадці.

Під час спалювання 1 кг природного газу в котлі утворюється більше 2 кг води за рахунок окиснювання водню метану. Точка роси для продук­тів згорання природного газу з теоретичного співвідношення газ — повіт­ря становить 53 °С. При температурі зворотної сітьової води близько 50 °С відбувається конденсація водяної пари з продуктів згорання і тим самим реалізація вищої теплоти згорання палива.

Різниця між нижчою і вищою теплотою згорання становить приблиз­но 11 %. Це потенціал підвищення ефективності котлів, наданий самою

природою. ККД конденсаційних (контактних) установок за вищою тепло­тою згорання дорівнює 94-96 %.

Водонагрівники КАОМ можна також використовувати для групового опалення в системах, обладнаних бойлерними, тоді, коли в систему треба подавати воду підтиском при температурі понад 100 °С.

Для опалення комплексів житлових і виробничих приміщень можна використовувати установки прямого контактного нагріву і контактно — поверхневі установки. У них також використовують вищу теплоту зго­рання. їх перевагою є те, що в них вода нагрівається під атмосферним тиском, тому ці установки не підлягають реєстрації у котлонагляді. Принципові схеми контактних і контактно-поверхневих нагрівників на­ведено нарис. 4.11, 4.12.

Рис. 4.11. Принципова схема контактного нагрівника зануреного типу (розробка Інституту газу Національної академії наук України): 1 — повітря; 2 — паливний газ; 3 — продукти згорання; 4 — зворотна вода; 5 — гаряча вода

У контактному нагрівнику газ спалюється безпосередньо під шаром води; водяна пара з продуктів згорання конденсується послідовно у шарі води і в контактному теплообміннику, установленому над водною поверх­нею. У контактно-поверхневому нагрівнику спалювання газу відбуваєть­ся в камері згорання, зануреній у шар води. Основний теплообмін відбу­
вається контактним способом у насадці, де вода нагрівається приблизно до 85 °С, а додатковий нагрів відбувається через стінки камери згорання. Такі нагрівники забезпечують підігрів води до 90…95 °С. ККД таких на­грівників, розрахований за вищою теплотою згорання, знаходиться в ме­жах 92-96 %. Вони досить компактні; модуль потужністю 1 МВт потре­бує площі 2,2 х 2,2 м2, висота його 3 м.

У районних котельнях за­стосовують котли більшої по­тужності, які поділяють на во­до — і жаротрубні. Найчастіше використовують водотрубні котли. Котли цього типу пере­важно застосовують для одер­жання пари або гарячої води високого тиску і великої вста­новленої потужності. Жаро­трубні котли використовують для тисків, менших від 2 МПа, і потужностей до 1.. .7 МВт.

В умовах країн Централь­ної і Східної Європи економіч­на границя відстані подачі га­рячої води в районних тепло­вих мережах становить 7 км.

Променисте опалення вико­ристовують для обігріву вели­ких виробничих приміщень, ан­гарів, залів для глядачів, спортив­них споруд (тенісних кортів,

льодових стадіонів, плавальних басейнів), церков, гаражів, складських при­міщень або тільки робочих місць у приміщеннях такого типу. Застосування газових інфрачервоних випромінювачів характеризується швидким монта­жем, можливістю перерозподілу зон обігріву і можливістю забезпечення еко­номії газу (близько 40 %) порівняно з автономним водяним опаленням. Такі випромінювачі бувають двох типів — «світлі», у яких спалювання газу відбу­вається на керамічній поверхні випромінювача, і «темні», де газ спалюється всередині труб, що випромінюють тепловий потік. Під час використання «світлих» випромінювачів продукти згорання викидаються безпосередньо в приміщення, тому треба забезпечити надійну вентиляцію.

Газові інфрачервоні випромінювачі використовують двох типів: під­вісні і настінні. Імпортні випромінювачі додатково обладнано тягодут — тьовими пристроями.

Автоматизований настінний газовий нагрівник (рис. 4.13) потужністю до 15 кВт і масою 96 кг забезпечує створення локальних робочих зон з комфортними температурними умовами на площі 50…100 м (рис. 4.14).

Питома витрата теплоти на обігрів цеху у разі променистого опалення може бути в чотирирази менша, ніж у разі традиційного водяного опалення.

Когенерація є одним з ефективних методів енергопостачання будин­ків і споруд за рахунок спільного виробництва електричної і теплової енергії. Вона полягає у використанні газових двигунів внутрішнього зго­рання або газових турбін для приводу електрогенераторів з одночасним використанням теплоти відпрацьованих газів, води й охолоджувачів мас­ла для комунальних і промислових споживачів. При цьому максимально використовують хімічну енергію палива, знижується рівень забруднення навколишнього середовища, зменшуються втрати під час передачі енергії і підвищується рівень надійності енергозабезпечення споживачів завдяки близькому розміщенню джерел енергоресурсів.

Когенерація все більше поширюється в європейських країнах. Модуль­ні когенераційні установки на природному газі споруджують найчастіше для об’єктів суспільного користування (великих офісних будинків, шкіл, лікарень тощо) і для районних котелень.

Теплофікаційний ККД когенераційного модуля знаходиться в межах 85-90 %. Відношення виробленої електричної енергії до теплової стано-
вить 0,6…0,7 і залежить від типу модуля. Недоліком когенераційних мо­дулів є вузькі межі регулювання (приблизно 70-100 % від номінальної потужності), що обмежує їх застосування.

Когенераційні установки вигідно застосовувати на об’єктах, де потре­ба в електроенергії і теплоті постійна і знаходиться в співвідношенні 3:1.

Контрольні питання

1. Призначення і класифікація котельних установок.

2. Особливості технологічної схеми виробництва водяної пари та гаря­чої води.

3. Особливості складу і призначення устаткування котельної установки.

4. Особливості пароводяного тракту котлів.

5. Тепловий баланс і теплова економічність котельної установки.

6. Загальні характеристики та техніко-економічні показники роботи котельних установок.

7. Загальні особливості топкових процесів і пристроїв.

8. Основні методи спалювання органічного палива.

9. Перелік і характеристика допоміжних систем і пристроїв котельних установок.

10. Організація керування роботою котлів.

11. Особливості експлуатації і ремонту котлів.

12. Загальні напрями розвитку котельної техніки.

13. Особливості малої енергетики України.

14. Характеристика децентралізованого опалення.

15. Основні конструктивні схеми водогрійних котлів індивідуального призначення.

16. Особливості променистого такогенеративного енергопостачання.

Комментарии запрещены.