Диссертация (Научно-техническое обоснование бивалентного теплоснабжения с использованием энергетической утилизации органосодержащих отходов)

2ОглавлениеВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….…4Глава 1.ПРЕДПОСЫЛКИКИССЛЕДОВАНИЮБИВАЛЕНТНЫХСЦТНА ОСНОВЕ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ – (ОБЗОР)………………....111.1.Особенности современного этапа развития теплофикации.. ………..….……...111.2.Вопросы расчёта эффективности систем теплоснабжения .. …………...……...191.3.Понятие местных топлив и их теплотехнические характеристики………….....231.4.Технологииэнергетическогоиспользованияотходовистепеньихосвоения…………………………………………………………………...…………...281.5.Цели и задачи исследовани……………...………………………...……………...42Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………...442.1.Элементы термодинамического описания бивалентных СЦТ…………………442.2.Тепловой эквивалент ТКО…………………………………………..…….……...472.3.Теплота сгорания и температура горения топлив, получаемых на основеТКО………………………………………………………………………………….....542.4.Обобщение опыта разработки и актуализации схем теплоснабжения………...62Глава 3.РАЗРАБОТКАМЕТОДИКПРЕДПРОЕКТНОЙОЦЕНКИХАРАКТЕРИСТИК БИВАЛЕНТНЫХ СЦТ………………………………………...793.1.Переменная зона действия источников теплоснабжения, работающих на однуСЦТ – принципы организации…………………………………………..…………...793.2.Расчет основных параметров бивалентной системы теплоснабжения………...903.2.1.Определение материальной характеристики и протяженноститепловыхсетей……………………………………………………………………………………903.2.2.Граничныеусловияприпроектированиибивалентныхсистемтеплоснабжения………………………………………………………………….……973.2.3.Оценка тепловых потерь в сетях………………………………………….…..1013.3.Расчет экономической эффективности строительства бивалентных системтеплоснабжения…………………………………………………………………..….1033Глава 4.

АЛГОРИТМ ПРЕДПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА БИВАЛЕНТНОЙ СЦТИ ЕГО АПРОБАЦИЯ………………………………………………………………..1104.1.Требования совершенствования нормативной документации и дополнительныеисходные данные для проектирования бивалентных систем…………………….1104.2.Алгоритм предпроектного расчета бивалентной СЦТ…………….………….1124.3.Примеры предпроектных расчетов бивалентных СЦТ……………………….113ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………...120СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ…………………..122СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………..124Приложение А. Акты внедрения результатов диссертационного исследования.136Приложение Б. Перечень законодательных актов, регламентирующий развитиесистем теплоснабжения…………………………………………………………… .140ПриложениеВ.Описаниеобследовавшихсятерриторийи методическиеособенности экспериментального определения нормы накопления ТКО……….142Приложение Г.

Формулы расчета теплофизических свойств топлив, получаемых изТКО…………………………………………………………………………………...145Приложение Д. Реестр характеристик СЦТ различных городов………………....147Приложение Е. Алгоритм расчета радиуса эффективного теплоснабжения…….1494ВВЕДЕНИЕРяд законов и постановлений, принятых на федеральном уровне в последнеедесятилетие, определил порядок и формы реализации Энергетической стратегииРоссии. В частности, новым её элементом является необходимость разработкииндивидуальных планов развития систем централизованного теплоснабжения длявсех поселений и городских округов Российской Федерации на период 15 летс ежегоднойихРеализацияактуализацией.подобнойзадачитребуетна стадии проектирования определять эффективные источники дополнительнойтепловой мощности, необходимые для расширения зон обслуживания, при этомнужно в полной мере оценивать возможности использования местных топливноэнергетическихресурсов (ТЭР):органосодержащихотходов,твердыхкоммунальных отходов (ТКО).Традиционныедля нашейстранысистемыцентрализованноготеплоснабжения (СЦТ), базируются на известных трудах отечественных учёныхи инженеров:Л.

А. Мелентьева,Н. М. Зингера,А. И. Андрющенко,М. А. Стыриковича,В. В. Дмитриевского,Е. Я. Соколова,Л. Л. Гинтера,Д. П. Гохштейна, В. Г. Семенова, В. Н. Папушкина, И. Г. Ахметовой и многихдругих. Основой таких систем являются ТЭЦ с паровыми (последнее времяи с газовыми) турбинами большой мощности. Из отборов паровых турбинпокрываетсябазиснаячастьтепловойнагрузки,а для резервированиятеплоснабжения и обеспечения повышенной нагрузки отопления при низкихтемпературах воздуха служат пиковые водогрейные котлы на ТЭЦ (и котельные).Такие системы, весьма прогрессивные для своего времени, с ростом единичныхмощностей агрегатов, ужесточением экологических требований, снижениемспроса на тепловую мощность и ряда других объективных факторов во многомпотеряли свои преимущества.

Отсюда растущий интерес к комбинированным(бивалентным) системам, где традиционный источник энергии дополняетсяместным, обычно - нетрадиционным источником, что снижает удельные расходытоплива и расширяетзонудействияцентрализованного теплоснабжения.5Исследования данного направления преимущественно связаны у нас в странес использованиемтепловыхА. И.

Андрющенко,насосов (В. А. Михельсон,В.А. Зысин,Л. А. Огуречников,Н. И. Гальперин,Ю. В. Пустовалов,П. В. Ротов, С. И. Ткаченко, Е. И. Янтовской и др.). На этом фоне распределённыеэнергетические установки, использующие различные виды местных топливдо последнеговремени рассматривалисьунасв странепреимущественнокак автономные или в качестве элементов энергетических блоков крупных ТЭЦ(В.

В. Померанцев,Г. В. Ильиных,В. В. Сергеев,Б. П. Левин,Р. Ш. Загрутдинов,А. Б. Пермяков,Г. А. Рябов,В. М. Зайченко,Н. Ф. Тимербаев,А. Н. Тугов и др.). Крайне незначительной оставалась степень разработанностипутейинтеграцииподобныхустановок в системыцентрализованноготеплоснабжения, дальнейший прогресс в области СЦТ обусловил необходимостьпроведениясоответствующихкомплексныхисследований.С учетомсуществующих методов утилизации отходов, целесообразно также рассматриватьпути интеграции энергетической утилизации органосодержащих отходов в СЦТ.Проблемеобращенияс ТКОунасв странеи за рубежомпосвященыразносторонние исследования (М. П. Фёдоров, Л.

С. Венцюлис, О. В. Горбатюк,П. В. Дарулис, А. В. Зинченко, В. И. Масликов, А. Н. Мирный, Е. Г. Сёмин,А. В. Черемисин, R. Kossu, R. Stegmann и многие другие).На основании изложенного целью настоящей диссертации являетсяСовершенствование систем централизованного теплоснабжения на основебивалентныхтехнологийс использованиемэнергетическойутилизации органосодержащих отходов.Для достиженияпоставленнойцелив работепоставленыи решеныследующие основные задачи:1.Обобщитьнакопленныйв 2013-2017гг.опытразработки схемтеплоснабжения для поселений и городских округов Российской Федерации,установить обобщённые характеристики СЦТ, способствующие унификациидальнейших расчетов.62.Определить тепловой эквивалент ТКО для теплоснабжения поселенийи городских округов Российской Федерации.3.Разработать режимы эксплуатации бивалентных СЦТ, обеспечивающиемаксимальнуюэкономиюэнергетическихресурсов и повышениекачества теплоснабжения.4.Разработать и апробировать методику предпроектной оценки технико-экономических показателей бивалентных СЦТ.5.Разработатьнаучно-методическиетехнико-экономическомурасчетурекомендации по предпроектномубивалентныхСЦТс использованиемэнергетической утилизации ТКО.Научная новизна проведенного исследования заключается в том, что:1.На основе систематизации и обобщения накопленного опыта разработкисхем теплоснабжения для поселений и городских округов Российской Федерацииустановленыобобщённыетехнико-экономическиехарактеристики СЦТ,способствующие унификации предпроектных расчетов.2.Впервые определены значения теплового эквивалента ТКО в СЦТ для ряданаселённых пунктов Российской Федерации;3.Предложен оптимальный режим работы бивалентной СЦТ, обеспечивающиймаксимизацию загрузки наиболее эффективного источника за счёт организациипеременной зоны действия источников теплоснабжения, и новый метод расчетарасхода теплоносителя в тепловой сети в зависимости от температуры наружноговоздуха;4.Предложена методика предпроектной оценки технико-экономическихпоказателей бивалентных СЦТ;5.В результате сравнительного технико-экономического расчета (на примерег.

Петрозаводска) доказана целесообразность организации бивалентных СЦТ.Теоретическая значимость работы определяется тем, что:71.Сравнительными технико-экономическими расчётами на основе реальныххарактеристик городского поселения (г.

Петрозаводск) показано, что бивалентныеСЦТ, использующие местные топлива при определённых условиях могут бытьболее рентабельны, чем традиционные СЦТ, обоснована целесообразностьраспространения подобных исследований на другие регионы страны.2.Предложенные методики расчёта создают научно-методическую основу длядальнейшихрасчётно-теоретическихисследованийбивалентныхСЦТсразличными видами местных топлив, в том числе и комбинированных, а такжеиных видов НиВИЭ;3.Совокупность предложенных алгоритмов создает научно-методическуюосновудляразработкиэлементовпрограммныхкомплексови регламентов на проектирование схем теплоснабжения для всех поселенийи городских округов Российской Федерации.Практическая значимость работы определяется тем, что:- предложенные методики расчёта и рекомендации могут быть использованыпри проектировании бивалентных СЦТ, а также при разработке индивидуальныхпланов развития СЦТ для всех поселений и городских округов РоссийскойФедерации.- определены требования к заказчику по содержанию и объёму исходныхданных на проектирование бивалентных СЦТ, предусматривающих использованиеТКО и других видов органосодержащих отходов;Степеньопределяетсядостоверноститем,чтов своихи обоснованности результатов работыпредпосылкахавториспользуетдостаточно хорошо апробированные экспериментальные данных, полученныена натурных объектах (СТЦ, установках по переработке ТКО, газогенераторахи др.), а в расчётах и математических моделях исходит из общепризнанныхфизическихпредставленийтеплофизического анализа.и созданныхна ихосновеметодах8Авторзащищает:Результатыобобщенияданныхразработки схемтеплоснабжения для поселений и городских округов Российской Федерации;новый режим работы бивалентной СЦТ, обеспечивающий максимизациюзагрузки наиболее эффективного источника энергосбережения за счёт переменнойзоны действия нетрадиционного источника, определяемой значением температурынаружного воздуха;для ряда населённыхрезультатырасчетов теплового эквивалента ТКО в СЦТпунктов РоссийскойФедерации;методикурасчёта предпроектных технико-экономических показателей бивалентных СЦТи результаты ее апробации; результаты сравнительного анализа техникоэкономической эффективности моновалентных и бивалентных СЦТ на примере г.Петрозаводска.Апробация результатов диссертации.

Основные результаты работыдокладывались на: Международной научно-практической конференции «Зеленоестроительство 2016» (Санкт-Петербург, 29 сентября – 01 октября 2016 года);Научной конференции с международным участием «Неделя науки СПбПУ»(Санкт-Петербург, 14-19 ноября 2016 года); Заседании комиссии по рассмотрениюпроектов схем теплоснабжения поселений, городских округов с численностьюнаселения пятьсот тысяч человек и более, а также городов федерального значенияпод председательством заместителя Министра энергетики Российской ФедерацииВ.