Исследование собственных нужд котельных



В статье представлены результаты расчетов собственных нужд котельных, расположенных на территории Воронежской области. Выполнено сравнение полученных опытно-расчетных данных с ориентировочными, рекомендуемыми нормативно-технической литературой. Установлена нелинейная зависимость коэффициента собственных нужд от паропроизводительности котельных, позволяющая при минимальных затратах времени получать достоверные результаты.

Ключевые слова: теплогенерирующие установки, собственные нужды котельных, затраты тепла, нормирование.

К собственным нуждам относят затраты связанные с работой теплогенерирующего оборудования [1,4]. Долю собственных нужд относят к энергетическим показателям теплогенерирующих установок, характеризующим степень использования тепла топлива и тепловую экономичность.

Доля расхода тепловой энергии на собственные нужды котельной K_сн, является важным показателем, участвующим в расчете нормативных расходов топлива на отпущенную тепловую энергию потребителям [1,2], запасов топлива на источниках тепловой энергии, а также при тарифном регулировании. Неадекватный расчет собственных нужд может стать причиной ошибочного планирования расходов топлива котельной [5], несоблюдения графика подачи тепловой энергии потребителю [9], нарушения в поставках тепловой энергии.

Нормативная доля расхода тепловой энергии на собственные нужды котельной K_сн, определяется расчетным или опытным методами. Для проведения расчетов необходимо большое количество исходной информации, содержащей технико-экономические показатели котельных за предыдущие периоды с горизонтом в несколько лет. Сбор подобной информации является трудной и долговременной задачей. В ряде случаев для получения информации приходится проводить экспресс-энергообследования [8]. Предоставляемая информация от котельных часто характеризуется неполнотой, недостоверностью, а часто — отсутствует. В подобных условиях приходится пользоваться ориентировочными, приближенными показателями, которые часто не соответствуют действительным. Анализ реальных значений исходных данных для расчета собственных нужд, поиск оптимальных методик, систематизация данных и получение на их основе осредненных значений собственных нужд является актуальной задачей на сегодняшний день [7].

На начальном этапе исследований были собраны исходные данные по котельным: тип котлов и виды используемой продувки; количество тепловой энергии, произведенное каждым котлом за расчетный период; количество котлов; средняя за время работы производительность i-го котла; продолжительность работы i-го котла; температуры пара используемого для обдувки и питательной воды; состав оборудования и параметры системы химводоочистки; общая жесткость исходной воды; средний расход воды на ХВО в расчетном периоде; продолжительность работы ХВО в расчетном периоде; количество душевых сеток, установленных в котельных; численность работающих человек в сутки; количество растопок из горячего и холодного состояния в расчетном периоде; объемы помещений котельной V_i, параметры установленных баков с горячей водой.

В таблице 1 представлены основные выражения используемой методики расчета собственных нужд котельных [1,3]

Таблица 1

Расчетные статьи собственных нужд, Гкал

№	Вид собственных нужд	Расчетная формула
1	Потери тепловой энергии с продувочной водой
2	Затраты тепловой энергии на нужды ХВО
3	Затраты тепловой энергии на хозяйственно-бытовые нужды
4	Затраты тепловой энергии на растопку котлов
5	Затраты тепловой энергии на отопление котельной (с учетом теплопоступлений от котлов, баков, оборудования)
	5.1. Затраты на отопление каждого помещения котельной	,
	5.2.Теплопоступления в котельную
	5.2.1. баки с горячей водой
	5.2.2. потери с поверхности котлоагрегатов
6	Другие потери

При расчетах затрат на отопление, сумма потерь тепла баками и котлоагрегатами получалась больше, чем необходимые затраты на отопление верхней зоны котельной, и итоговое значение затрат принималось равным необходимой теплоте для нижней зоны [3].

Были проведены расчеты всех статей затрат на собственные нужды для рассмотренных котельных Воронежской области и определен коэффициент собственных нужд K_сн, показывающий какую часть выработанной теплоты котельной составляют затраты на собственные нужды. Из результатов расчетов следует, что доля собственных нужд K_сн для паровых котельных Воронежской области, работающих на газообразном топливе, находится в интервале 3,06≤K_сн≤4,43 %, а среднее значение составляет K_сн=3,64 %.

В таблице 2 представлены итоговые результаты расчета собственных нужд, диапазоны возможных изменений и среднее значение. На рис. 1 представлена диаграмма, отображающая средние значения статей собственных нужд.

Таблица 2

Итоговые значения расчета значений собственных нужд

Статьи собственных нужд	Диапазон изменений,%	Средние значения,%
Qпрод	22,8÷33,03	28,11
Qхво	11,1÷54,43	38,89
Qх	1,45÷3,99	2,27
Qраст	8,54÷18,54	11,22
Qот	7,03÷26,80	13,95
Qпр	4,51÷6,54	5,57

Рис. 1. Средние значения собственных нужд котельных

Из таблицы 2 и рис.1 следует: наибольшие затраты в собственных нуждах котельных связаны с системой химводоподготовки 38,9 %, а наименьшие с хозяйственно-бытовыми нуждами 2,3 %; значительный вклад вносят затраты с продувкой паровых котлов 28,1 %; сопоставимы между собой затраты на отопление котельной 13,9 % и на растопку котлов 11,2 %. Подобная ситуация объясняется тем, что рассматриваемые котельные являются паровыми, работающими в большинстве случаев на технологические нужды. У таких котельных доля возвращаемого конденсата может быть менее 0,5. Значения продувки котлов (периодическая или непрерывная) может достигать 15 %. Требуется большое количество подпиточной воды, прошедшей химводоочистку.

При отсутствии данных для определения расходов теплоты на собственные нужды, можно использовать нормативы расхода теплоты по элементам затрат [1,4]. В таблице 3 представлены ориентировочные значения собственных нужд и точные расчетные.

Таблица 3

Сравнение рекомендуемых ориентировочных значений собственных нужд срасчетными

Составляющие затрат тепловой энергии на собственные нужды	Ориентировочные значения [4,5]	Расчетные значения
Продувка паровых котлов паропроизводительностью, т/ч:
до 10	0,13	1,01
боле 10	0,06	1,01
Растопка	0,06	0,34÷0,57
Технологические нужды ХВО, деаэрация (выпар)	0,25	0,34÷2,41
Отопление, хозяйственные нужды котельной, потреи с излучением теплоты паропроводами, насосами, баками и т. п.; утечки, испарения при опробовании и выявлении неисправностей в оборудовании и неучтенные потери	1,95	0,58÷1,14
Доля расхода тепловой энергии на собственные нужды котельной	2,3÷2,4	3,06÷4,43

По данным таблицы 3 можно заключить, что ориентировочные значения долей расхода тепловой энергии на собственные нужды котельной, принимаемые при отсутствии данных, являются заниженными. Ориентировочные значения, связанные с продувкой, растопкой котлов, нуждами ХВО, являются заниженными, а прочие затраты (отопление, хозяйственные нужды котельной, потреи с излучением теплоты паропроводами…) являются завышенными по сравнению с точными расчетными.

На рис.2 представлены значения коэффициентов собственных нужд К_сн рассматриваемых в работе котельных при соответствющих значениях номинальной паропроизводительности Д, т/ч.

Методом наименьших квадратов на плоскости [10] было получено уравнение регрессии, позволяющее рассчитать коэффициент собственных нужд в зависимости от паропроизводительности котельной с коэффициентом детерминации r²=0,995:

.

Рис. 2. Зависимость коэффициента собственных нужд от паропроизводительности

На рис.2 изображена нелинейная зависимость, описываемая полиномом четвертой степени [6]. Полученное уравнение достаточно точно для инженерных расчетов позволяет определять коэффициент собственных нужд К_сн, % в зависимости от паропроизводительности котельной Д,т/ч. Полученное уравнение позволяет значительно сократить время расчета и определить искомый показатель при отсутствии или неполноте исходных данных.

С использованием в качестве исходных данных собранных материалов по фактическим характеристикам паровых котельных, работающих на газообразном топливе, на территории Воронежской области, проведены расчеты значений собственных нужд по статьям расходов: потери тепловой энергии с продувочной водой; затраты тепловой энергии на нужды ХВО; затраты тепловой энергии на хозяйственно-бытовые нужды; затраты тепловой энергии на растопку котлов; затраты тепловой энергии на отопление котельной; другие потери. Рассчитан коэффициент собственных нужд К_сн для каждой котельной, который оказался в диапазоне 3,06≤K_сн≤4,43.

Получены осредненные значения долей собственных нужд. Выполнено сравнение полученных опытно-расчетных данных с ориентировочными нормативными, рекомендуемыми нормативно-технической литературой. Анализ показал превышение фактических долей затрат по сравнению с ориентировочными нормативными. Установлено, что существующие рекомендации не учитывают специфики паровых котельных, в результате чего собственные нужды таких котельных получаются заниженными.

Проведенный регрессионный анализ позволил установить оптимальную для инженерных расчетов зависимость коэффициента собственных нужд от паропроизводительности котельных, позволяющую при минимальных затратах времени получать достоверные результаты.

Литература:

1. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации (Минэнерго России) от 10 августа 2012 г. N 377 г. Москва «О порядке определения нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии, теплоносителя, нормативов удельного расхода топлива при производстве тепловой энергии, нормативов запасов топлива на источниках тепловой энергии (за исключением источников тепловой энергии, функционирующих в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии), в том числе в целях государственного регулирования цен (тарифов) в сфере теплоснабжения» Российская газета. 19 декабря 2012г.
2. СП 89.13330.2012. Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35–76. Котельные установки.М.: Минрегион России, 2012.- 93с.
3. Информационное письмо (разъяснения) Минэнерго России «О повышении качества подготовки расчетов и обоснований нормативов удельного расхода топлива на отпущенную тепловую энергию от отопительных (производственно-отопительных) котельных». Минэнерго России. 2009. -9с.
4. Методические указания по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку теплоты отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий. М.: ГУП Академия коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова. 2002.-241с.
5. Китаев, Д. Н. Развитие системы теплоснабжения городского округа город Воронеж в долгосрочной перспективе /Д. Н. Китаев // Инженерные системы и сооружения. — 2010. — № 2. — С.72–77.
6. Китаев, Д. Н. Интерполяционные полиномы теплоемкостей идеальных газов / Д. Н. Китаев, О. А. Цуканова // Молодой ученый. — 2008. — № 1. — С.7–13.
7. Китаев, Д. Н. Исследование значений кпд мини-тэц / Д. Н. Китаев, А. Т. Курносов // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2008. — Т.4. — № 12. — С. 71–73.
8. Семенов, В. Н. Энергосбережение и повышение энергоэффективности для объектов социальной сферы / В. Н. Семенов, Д. Н. Китаев, Т. В. Щукина, Д. Ю. Королев // Энергосбережение. — 2010. — № 6. — С.38–45.
9. Китаев, Д. Н. Расчет температуры наружного воздуха в точке излома температурного графика / Д. Н. Китаев // Новости теплоснабжения. — 2012. — № 10. — С.46–48.
10. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. — М.: Высш. школа, 1982. — 224с.