Диссертация (Научно-техническое обоснование бивалентного теплоснабжения с использованием энергетической утилизации органосодержащих отходов), страница 9

По топливнойсоставляющей биогаз наиболее близок к природному газу. По количествуинертногогазабиогазсопоставимс генераторнымгазом,получаемымна воздушном дутье.Однако, инертные газы в биогазе и генераторном газе разные. В первом случаедвуокись углерода (СO2), во втором – азот (N2).

Разбавление горючих газовинертными (балластными) газами ухудшает их воспламеняемость. Вид инертногогаза может существенно влиять на пределы воспламеняемости, причем для случаяСO2 это влияние значительно сильнее, чем для N2 [40]. При минимальновозможной концентрации в биогазе CH4, воспламенение биогаза проблематично,так как находится в очень узком диапазоне концентраций воздуха.

В подобныхслучаях достаточно распространенным в технике приемом, позволяющим61улучшитьвоспламеняемость,являетсяприсадкавысококалорийногогазаот постороннего источника (природный газ, пропан, бутан и др.).Теплоту сгорания ТКО при прямом сжигании можно принимать согласноэкспериментальным данным ОАО «Завод ТО ТБО» в г. Мурманске (см. главу 2,параграф 2.2).

Калорийность ТКО колеблется от 1200 ккал/кг до 2200 ккал/кг,в среднем калорийность составляет 1600 ккал/кг.Относительно низкая скорость горения биогаза или генераторного газа,безусловно, вызовет удлинение факела и выход его за пределы топочногоустройства. Важно то, что проходные сечения топки, при переводе её на биогазили генераторный газ могут быть сохранены без изменения.

Последнее связанос тем обстоятельством, что расход дымовых газов с изменением теплоты сгораниятоплива (QP) при постоянном избытке воздуха (α) практически не меняется.Последнее иллюстрируется таблицей 2.8, где приведены результаты расчетовдля разных топлив при α = 1,2. Из приведенных данных видно, что расходдымовых газов мало зависит от QP.Таблица 2.8.

Количество дымовых газов, образующихсяпри сгорании топлив с разной теплотой сгорания при α=1,2.ПараметрПриродный газМазутГенераторныйгазрТеплота сгорания Qн , МДж/кг35,340,64,96Расход топлива, м3/с0,2830,00037,2Расход воздуха, м3/с7,2187,0615,155Расход дымовых газов, м3/с7,8457,3977,800Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что генераторный газ,каки биогаз,можетприменятьсяв различныхтопочныхустройствахкак промышленного (паровые и водогрейные котлы, технологические печи,сушильные установки, теплогенераторы, обогревательные устройства и др.),62так и бытового (отопительные печи, водогрейные устройства и т. п.) назначениябез их реконструкции.2.4.Обобщение опыта разработки и актуализации схемтеплоснабженияПоскольку, как отмечалось во Введении и далее, чтобы заложить научнометодические основы использования бивалентных СЦТ при перспективномразвитиинаселенныхпунктов,представляетсялогичнымобратитьсяк накопленному опыту проекирования и при необходимости внести требуемыекоррективы.Под руководством и при непосредственном участии автора в период с 2013по 2017 годы осуществлялась разработка и актуализация схем теплоснабжениягородов (СТС) с различным географическим положением и с широким диапазономчисленности населения (от 26 до 1232 тыс.

чел.). В результате была собранаобширная база данных по основным технико-экономическим показателям системтеплоснабжениянаселенныхпунктов,позволяющаяопределитьсходства и различия таких систем, а также классифицировать их по различнымпризнакам [3, 15].Перечень городов, схемы теплоснабжения которых рассматривались,приведен в таблице 2.9.Таблица 2.9.

Перечень рассматриваемых схем теплоснабжения№п/п12345678Город, для которогоразрабатывалась СТСАнгарскАрзамасГайКировскКазаньКашираМурманскНовокузнецкПериоддействияСТС2016-20312015-20302017-20322014-20292017-20322016-20312014-20292017-2032Численностьнаселения,тыс. чел226,374104,54735,225,981231,87849,247298,096552,445Площадьтерриториигорода, км229434,3262,1484,942526,41544246391011НазаровоОзерскПетрозаводск2013-20302014-20292013-202950,39779,5278,55147125135Основные характеристики систем теплоснабжения данных населенныхпунктов сведены в единый реестр и представлены в Приложении Д к диссертации.Для классификации систем теплоснабжения целесообразно применятьследующие показатели, полученные на основе анализа разработанных СТС:• Плотность тепловой нагрузки;• Относительная протяженность тепловых сетей;• Отношение полезного отпуска тепловой энергии к тепловой нагрузке;• Степень централизации теплоснабжения.Данные показатели позволяют характеризовать системы теплоснабженияс точки зрения концентрации тепловой нагрузки и теплопотребления.

Данныепоказателимогутвлиятьна определениерациональностимодернизациитеплоснабжения с точки зрения внедрения бивалентного теплоснабжения.Относительная протяженность тепловых сетей. Данный показательпозволяет оценить компактность системы теплоснабжения и эффективностьтранспорта тепловой энергии с точки зрения потерь в тепловых сетях.Показатель определяется как отношение протяженности тепловых сетейк тепловой нагрузке потребителей:L=LТСQсумм,(2.19)Где: L - относительная протяженность тепловых сетей, Lтс – суммарнаяпротяженность тепловых сетей в городе, км; Qсумм – суммарная максимальнаятепловая нагрузка потребителей, Гкал/час.Относительная протяженность тепловых сетей в рассматриваемых городахприведена на Рис.

2.3.64Относительная протяженность ТС0,900,820,800,690,700,620,600,520,460,500,370,400,300,200,200,210,220,370,270,100,00Рис. 2.3. Относительная протяженность тепловых сетейЧем ниже значение относительной протяженности тепловых сетей, тем болеесконцентрированыпотребителитепловойэнергиивокругисточников.Из рассматриваемых городов наибольшая концентрация потребителей тепловойэнергии вокруг источника теплоснабжения наблюдается в Казани, Мурманскеи Новокузнецке.Отношениеполезного отпуска тепловойэнергии к тепловойнагрузке.Согласно [71], зная тепловую нагрузку потребителей, годовой отпуск тепловойэнергии можно определить по формуле:Q год = Qогод + Qвгод + Qггод + Qтгод ,где Qгод(2.20)- годовой расход теплоты потребителями; Qогод , Qвгод , Qггод , Qтгод – годовыерасходы теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС, технологические нуждысоответственно.Qгодо= nо ⋅ Q ⋅`ot в.

р − t нср.оt в . р − t н .о,(2.21)где Qо` - отопительная нагрузка потребителя; no – продолжительностьотопительного периода, ч; tв.р – расчетная температура внутреннего воздуха65в помещении;tн.о – расчетнаяотопительнаятемпература;t нср.о – средняятемпература наружного воздуха за отопительный период.Qгодв= nв ⋅ Q ⋅`вt в. р − t нср.вt в . р − t н .в,(2.22)где nв – годовое число часов работы вентиляции, Qв` - вентиляционнаянагрузкапотребителя,tв.р – расчетнаятемпературавнутреннеговоздухав помещении; tн.в – расчетная температура наружного воздуха для вентиляции;t нср.о – средняятемпературанаружноговоздухаза периодиспользованиявентиляции.t − t х.

лгод= Qгвс ⋅ no + β ⋅ г⋅ ( n г − nо )  ,Qгвсt г − t х. з(2.23)где Qгвс – среднечасовой расход теплоты на ГВС; nг, nо – длительностьработы систем горячего водоснабжения и продолжительность отопительногопериода; β – коэффициент, учитывающий изменение среднечасового расхода водына ГВС в межотопительный период.Годовое потребление тепловой энергии на технологические нужны зависитот производственного процесса и определяется по данным предприятий.Активное внедрение учета потребляемой тепловой энергии показало,что потреблениетепловойэнергии,рассчитанноепо приведенномувышеалгоритму, значительно расходится с фактическим. Для наглядности в таблице2.10 приведено сравнение расчетного и фактического отпусков тепловой энергиипо рассматриваемым городам.Таблица 2.10.

Сравнение расчетного и фактического отпусковтепловой энергии.Расчетныйотпуск тепловойНаселенный пунктэнергии,тыс ГкалАнгарск6926Арзамас637Гай629Фактическийотпуск тепловойэнергии, тыс. Гкал2602665,9506,8Разница междуфактическими расчетнымотпусками, %-1664-2466Расчетныйотпуск тепловойНаселенный пунктэнергии,тыс ГкалКировск256Казань11259Кашира446Мурманск3541Новокузнецк14832Назарово724Озерск1718Петрозаводск3368Фактическийотпуск тепловойэнергии, тыс. Гкал188,5184574712635,511089608,75566,262295Разница междуфактическими расчетнымотпусками, %-36-335-34-34-19-203-47Из приведенных данных видно, что расчетный и фактический отпускитепловой энергии могут как совпадать, так и отличаться в два раза.Таким образом, для определения корреляции тепловой нагрузки с полезнымотпуском целесообразно ввести показатель:ξ=QгодQ`(2.24)где ξ – отношение тепловой нагрузки к полезному отпуску тепловой энергии;Q` – суммарная тепловая нагрузка потребителей, Гкал/час; Qгод – фактическийотпуск тепловой энергии, тыс Гкал.Показатель ξ для рассматриваемых городов приведен на Рис.

2.4.67Отношение полезного отпуска к нагрузке7,006,306,005,003,804,002,763,002,001,611,822,842,852,953,231,871,121,000,00Рис. 2.4. Отношение полезного отпуска тепловой энергиик тепловой нагрузкеЗначениепредполагаемыйкоэффициентаэффектξможетот подключениякачественнопотребителяхарактеризоватьк тепловойсетипри сравнении различных систем теплоснабжения. Из полученных значенийочевидно, что подключение потребителя с нагрузкой 1 Гкал/час к системетеплоснабжения в г.

Гай приведет к значительно большему росту отпуска тепловойэнергии, а, следовательно, и росту выручки, чем подключение потребителя с такойже нагрузкой в г. Озерске.Плотность тепловой нагрузки. Общепризнанной характеристикой системтеплоснабжения является плотность тепловой нагрузки [56, 71]. Плотностьтепловойнагрузки определяетсякак отношениесуммарнойподключеннойтепловой нагрузки к площади территории, на которой расположены абоненты.Показатель определяется по следующей формуле:q =Q`,F(2.25)68где q – плотность тепловой нагрузки, Гкал/ч км2; Q` - суммарная тепловаянагрузка потребителей,Гкал/час;F – площадьтерритории,на которойрасположены абоненты.Плотность тепловой нагрузки в рассматриваемых городах приведена на Рис.

2.5.12,0010,91Плотность тепловой нагрузки10,008,005,506,004,045,775,526,896,836,214,554,002,001,191,290,00Рис. 2.5. Плотность тепловой нагрузкиПлотность тепловой нагрузки зависит от плотности застройки, этажности,также важно учитывать отличие договорной нагрузки от фактической. В целом,данный показатель может служить характеристикой компактности системытеплоснабжения.Степеньцелесообразностицентрализациивнедрениясистемтехтеплоснабжения.или иныхтехнологийДля оценкитеплоснабженияважно оценить степень централизации теплоснабжения в населенном пункте. Подстепеньюцентрализации подразумеваетсяподключеннойк системамотношениетепловойнагрузки,централизованного теплоснабжения(СЦТ),к суммарной тепловой нагрузке в городе.