Целевой республиканской программой, рассчитанной на период с 2004 по 2012 г., планируется обеспечивать не менее 25% объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования местных видов топлива, альтернативных источников энергии, а также вторичных тепловых энергоресурсов (ВТР). По подсчетам, общий выход ВТР в настоящее время составляет 17,9 млн Гкал/год, а наибольшее их количество (около 96,5%) образуется на предприятиях концернов “Белнефтехим” (11,1 млн Гкал) и “Белэнерго” (2,72 млн Гкал), Минстройархитектуры (1,77 млн Гкал), Минпрома (0,97 млн Гкал). Технически возможный объем использования — 10 млн Гкал/год, из которого к 2012 г. стоит задача вовлечь в народное хозяйство не менее 5 млн Гкал/год, направив их как на удовлетворение собственных нужд предприятий, так и в действующие системы теплоснабжения городов, поселков и промышленных узлов.
Разработка и внедрение технических решений, обеспечивающих рациональное использование тепловой энергии проектируемыми промышленными объектами, является одной из наиболее актуальных задач Белпромпроекта и идет в двух направлениях — сокращение энергопотребления и вовлечение в тепловой баланс промышленных предприятий вторичных тепловых ресурсов (ВТР).
При разработке объемно-планировочных и конструктивных схем зданий предусматривается их блокировка, что в результате ликвидирует значительную часть теплоотдающих поверхностей здания. По подсчетам, это обеспечивает сокращение годового потребления условного топлива в пересчете на 1 м2 поверхности ограждений в количестве 50 кг.
В последнее время широкое применение в практике проектирования получили световые плафоны вместо светоаэрационных фонарей. С одной стороны, они помимо снижения потерь тепла через ограждающие конструкции в значительной степени способствуют сокращению инфильтрации наружного воздуха и, как следствие, расхода тепла на его нагрев. Эта же цель достигается за счет ликвидации неоправданного избыточного остекления ограждающих частей зданий.
С другой стороны, положительным результатом уменьшения остекленных наружных поверхностей зданий является уменьшение инсоляции, проникающей в здание, что кроме гигиенического эффекта обеспечивает сокращение воздухообменов для ассимиляции теплоизбытков и расхода электроэнергии на привод вентиляторов.
Наиболее крупными потребителями тепла на промышленных предприятиях являются системы вентиляции, в которых тепло используется на нагрев приточного воздуха, а в некоторых — и на технологические установки. Эти системы потребляют свыше 40% топлива, производимого в стране, что в переводе на тепло составляет около 2 млрд Гкал/год. Больше половины данного объема приходится на промышленные предприятия и их технологические нужды. Столь высокое теплопотребление промышленностью в условиях дефицита топлива заставляет искать пути снижения его расхода.
Значительный эффект может дать сокращение воздухообменов в системах вентиляции, разумеется, без ухудшения санитарно-гигиенических условий в помещениях. Эта задача решается путем проведения мероприятий технологического характера, например герметизацией производственного оборудования и снижением вследствие этого выделений вредных веществ в воздушный бассейн помещений, внедрением безотходных технологических процессов. Но главным образом — за счет совершенствования работы систем отопления и вентиляции, в частности автоматизации работы приточных и вытяжных систем с регулированием производительности систем по расчетной вредности. Так, расчеты показывают, что регулирование производительности вентиляционных систем на основе стабилизации относительной влажности воздуха помещений на предприятиях сборного железобетона сокращают теплопотребление до 40–50%.
Значительным резервом экономии топлива на предприятиях является организация дежурного отопления при помощи отопительных агрегатов, а не путем переключения приточных систем на режим рециркуляции, как это регламентировано действующими нормами. Дело в том, что из-за неплотностей приемных планов приточных установок в режиме воздушного отопления подсасывается значительное количество наружного воздуха, который необходимо подогреть до температуры помещений. Кроме того, на привод вентиляторов приточных систем затрачивается гораздо больше электроэнергии, чем на привод вентиляторов отопительных агрегатов. По расчетам, замена одной приточной установки производительностью 25 тыс. м3/час отопительным агрегатом обеспечивает экономию условного топлива в течение года в количестве 7 т при более низких приведенных затратах.
Эффективными способами снижения теплопотребления являются рациональная организация воздухообменов в производственных помещениях, повышение степени использования воздуха. Так, замена сосредоточенной подачи приточного воздуха на рассредоточенную — непосредственно в рабочую зону, сокращает воздухообмен до 25% и соответственно расход тепла на нагрев приточного воздуха.
Более глубокий анализ тепловых балансов промышленных предприятий показывает, что тепло, используемое технологическими установками, в трансформированном виде сбрасывается в канализацию сточными водами или отводится в атмосферу оборотной воды или отходящими газами промышленных печей. Электроэнергия, потребляемая технологическим оборудованием, также преобразуется в тепло и в конечном счете сбрасывается в окружающую среду, а в холодное время уходит с вентиляционными выбросами.
Все эти виды вторичного тепла в той или иной степени имеются на каждом предприятии и составляют до 25%, а иногда и больше, потребляемых ими энергоресурсов. Вовлечение их в тепловой баланс — значительный резерв экономии топлива.
В зависимости от источника режимы поступления ВТР бывают как сезонными, так и круглогодичными. Кроме того, они характеризуются суточной неравномерностью, обусловленной перерывами в работе, колебаниями интенсивности загрузки технологических установок в период работы предприятия и резким спадом в междусменный период. Потребителями вторичного тепла могут быть не только технологические установки, но и системы отопления и вентиляции, которые в свою очередь также характеризуются неравномерностью теплопотребления.
При разработке технологических решений, обеспечивающих вовлечение в тепловой баланс предприятий ВТР, неравномерность и несовпадение режимов поступления и потребления тепла учитываются путем установки теплоаккумулирующих устройств или многоступенчатым отбором и отдачей тепла.
Оптимальным решением является глубокий отбор тепла низкотемпературной средой через контактные теплообменные аппараты, но возможности использования большого количества слабонагретой среды для технологических установок, а также в системах отопления и вентиляции весьма ограничены. Повышение температурного потенциала вторичной среды с одновременным сокращением ее расхода путем отбора вторичного тепла от сред-носителей возможно при помощи теплонасосных установок. Однако этот путь энергетически менее предпочтителен, чем непосредственная теплопередача.
Работы, выполненные Белпромпроектом по вовлечению в тепловой баланс ВТР предприятий, расположенных в ряде промузлов, показали, что задача решается путем комбинации различных методов отбора тепла в зависимости от конкретного соотношения количеств вторичного тепла, производительности теплопотребляющих установок, режимов поступления и потребления с тем условием, чтобы обеспечивалось максимальное использование ВТР в течение всего года с минимальным расходом энергии и наименьшими приведенными затратами.
Наиболее рациональным путем экономии топлива на базе утилизации ВТР является комплексная утилизация всех вторичных тепловых ресурсов группы предприятий, расположенных в промышленном узле, с использованием вторичного тепла не только для нужд самих предприятий, но и прилегающих жилых районов. Дело в том, что далеко не всегда на отдельном предприятии могут быть достаточно полно утилизированы собственные ВТР. Поэтому избыток их на одних предприятиях целесообразно использовать на других, где они отсутствуют или имеются в недостаточном количестве.
Более того, прилегающие к промузлам промышленные районы являются крупными потребителями тепла и в период максимума потребления могут использовать значительную его часть, аккумулированную на промышленных предприятиях в периоды максимумов теплопоступления. Тем самым обеспечивается возможность выравнивания графиков расходов тепла и максимальной утилизации ВТР.
Характерным примером комплексного использования ВТР могут служить разработанные Белпромпроектом предложения по экономии тепловых ресурсов на промышленных предприятиях Восточного промышленного узла г. Бреста. Решение этой задачи основывалось на данных обследования действующих и строящихся предприятий, в ходе которого были выявлены источники ВТР, виды, параметры и количества энергоносителей, а также определены потенциальные потребители вторичного тепла.
В данном промузле расположены предприятия легкой промышленности (ковровый и чулочный комбинаты) и машиностроительного профиля (электромеханический и электроламповый заводы), а также ряд мелких предприятий, на которых в сколько-нибудь значительных количествах отсутствует вторичное тепло.
Теплоснабжение объектов промузла и прилегающего жилого района происходит от районной котельной, теплоносители — перегретая вода и пар. Система теплоснабжения закрытая, горячее водоснабжение осуществляется по независимой схеме.
Вторичные тепловые ресурсы на предприятиях промузла представлены в виде уходящих газов котельной, а также стекловаренных печей на электроламповом заводе, слабонагретой (до 35 град. С) оборотной воды системы технического водоснабжения, теплых сточных вод и т.п. Кроме того, источником вторичного тепла в холодный период года является вытяжной вентиляционный воздух, не загрязненный пылью, маслянистыми и другими веществами.
При определении методов использования ВТР особое внимание было уделено повышению глубины охлаждения теплонесущих сред, а также увеличению времени отбора тепла в течение суток и года. Следует отметить, что графики поступления тепла и его потребления носят скачкообразный характер и, как правило, не совпадают по времени. Это предопределило необходимость устройства аккумуляторов тепла.
Учитывая невысокий температурный потенциал основных сред-носителей вторичного тепла, использовать их в качестве теплоносителей для технологических установок не представлялось возможным, а для нагрева приточного воздуха — нецелесообразным ввиду сравнительно небольшого периода использования (примерно 30% от годового фонда времени). Сопоставление суточных балансов теплопоступления и теплопотребления показало, что наиболее полно вторичное тепло может быть использовано для нагрева воды системы горячего водоснабжения предприятий и прилегающего жилого района, что и было положено в основу предложений.
В общих чертах их содержание сводится к следующему. Холодная вода хозпитьевого качества последовательно нагревается в теплообменниках оборотной водой, конденсатом, затем паром, получаемым в котле-утилизаторе, использующем уходящие газы стекловаренных печей электролампового завода, после чего — уходящими газами котельной (нагрев осуществляется в контактных экономайзерах). Нагретую таким образом до 50 град. С воду предусматривается догревать до 60 град. С (то есть до нормируемых значений) в конденсаторах теплонасосной установки, испарительная часть которой отводит вторичное тепло от слабонагретых условно-чистых сточных вод.
Режимы поступления вторичного тепла и его потребления не совпадают по времени, поэтому предусмотрено накапливание горячей воды в баках-аккумуляторах в период максимума теплопоступления, при этом емкость баков определена из расчета аккумуляции расходов воды, отклоняющихся от среднесуточных значений.
Подача горячей воды к потребителям в принципе может осуществляться двумя путями: либо по дополнительно прокладываемым тепловым сетям, либо путем перевода системы теплоснабжения с закрытого на открытый режим, то есть режим отбора тепла на горячее водоснабжение непосредственно из тепловых сетей. При этом не требуется их дополнительной прокладки, а водоподогревательные установки у потребителей ликвидируются.
Поскольку промышленный узел и жилой район в основном застроены, прокладка дополнительных тепловых сетей повлекла бы за собой необходимость выполнения большого количества строительно-монтажных работ. Поэтому предложения института предусматривают второй вариант организации горячего водоснабжения, а именно: перевод системы теплоснабжения на открытый режим. При этом все существующие тепловые сети сохраняются, а в районе котельной предполагается строительство установки водоподготовки.
Общие капиталовложения, необходимые для осуществления мероприятий по использованию ВТР Восточного промузла в г. Бресте, по ориентировочным оценкам института “Белпромпроект”, составляют (в ценах 1991 г.) порядка 2 млн рублей, в том числе стоимость теплонасосной установки — 1,1 млн рублей. Годовой экономический эффект — 374,9 тыс. рублей, годовая экономия условного топлива — 19 тыс. т.
Организационные предпосылки для реализации технических решений по утилизации ВТР имеются при строительстве новых и реконструкции действующих предприятий, когда на эти цели направляются капиталовложения и соответствующие материальные ресурсы.
В ряде технических проектов, выполненных институтом, такие мероприятия предусматриваются. Гораздо сложнее обстоит дело с утилизацией ВТР на действующих предприятиях, где строительные работы закончены, а сводные сметы закрыты. При этом особенно сложна утилизация тепла для групп действующих предприятий, расположенных в промузлах, в то время как именно в этом случае может быть получен наибольший экономический эффект в короткие сроки.
На наш взгляд, ускорение осуществления мероприятий по экономии топлива на основе вовлечения в тепловой баланс ВТР возможно лишь с появлением целевых источников финансирования и возложением обязанностей заказчика по выполнению этих работ по всему промузлу на одно из предприятий.
Для сокращения топливопотребления целесообразно шире развернуть работы по созданию комплексных схем теплоснабжения промышленных центров на основе оптимизации режимов теплопотребления предприятий и жилых районов и вовлечения ВТР в тепловой баланс.