Методы и установки для снижения расхода топлива в коммунальной

теплоэнергетике

А.И.Сигал

Институт промышленной экологии

Тел.: (+38 044) 453 2862 Тел/факс: (+38 044) 456 9262

e-mail: engeco@kw.ua www.engecology.com

По информации ООН:

В Украине самая низкая в мире эффективность использования энергоресурсов :

25-40% тепловой энергии теряется в процессе транспортировки

40-60% воды сливается в землю

в коммунальных теплосетях

Показатели удельного энергопотребления

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6 7

Украина

Сев.Африка

США

Германия

Великобритания

ЕС

Япония

Удельное потребление природного газа на доллар ВВП в мире и в Украине

Топливный баланс УкраиныТопливный баланс Украины

50,7%

32,1%

17,1%

Natural gas - 72,4 billion m3 (8200 kcal/m3)

Coal - 80 million ton (4700 kcal/kg)

Oil - 20 million ton (10000 kcal/kg)

Общее энергопотребление Общее энергопотребление – 167– 167,1 млн.т.у.т.,1 млн.т.у.т.

Потребление энергоресурсов

СТВОРЕННЯ КОМФОРТНИХ УМОВ У МІСЦЯХ 40%ТРИВАЛОГО ПЕРЕБУВАННЯ ЛЮДЕЙ (будівлі)

ВИРОБНИЦТВО ТОВАРІВ ДЛЯ СПОЖИВАННЯ 27%(харчові продукти, житло, одежа, засоби транспорту)

ПЕРЕМІЩЕННЯ ОСІБ І ТОВАРІВ У ПРОСТОРІ 30%

(залізничний, автомобільний, авіаційний транспорт)

КОМУНІКАЦІЯ, НАУКА, ІНШЕ 3%(Інтернет, телефон, телебачення, наука, медицина )

Короткотермінові маловитратні технологічні заходиз енергозбереження (до 1 - 2 років)

Житлово-комунальний сектор 6,3 млн. т у.п.

Електроенергетичний комплекс 6,1 млн. т у.п.

Нафтогазовий комплекс 2,8 млн. т у.п.

Міжгалузеві заходи (освітлення,лічильники, регульований привід,силова електроніка і ін.) 2,7 млн. т у.п.

Вугільна промисловість 1,6 млн. т у.п.

Металургія 1,2 млн. т у.п.

Інші галузі та джерела 3,1 млн. т у.п.

РАЗОМ 23,8 млн. т у.п.

Загальні капіталовкладення 5,3 ÷ 5,5 млрд.грн.

Питомі капіталовкладення 222,5 ÷ 230,9 грн/т у.п.

Рівень енергетичних витрат за областями, грн на рік на 1 особу

коефіцієнт кореляції між рівнем витрат і рівнем урбанізації – 68,5%

0

100

200

300

400

500АР Крим

ВінницькаВолинська

ДніпропетровськаДонецька

Житомирська

Закарпатська

Запорізька

Івано-Франківська

Київська

КіровоградськаЛуганська

ЛьвівськаМиколаївськаОдеськаПолтавськаРівненська

Сумська

Тернопільська

Харківська

Херсонська

Хмельницька

Черкаська

ЧернівецькаЧернігівська

КиївСевастополь

9

Частка енергетичних витрат у сукупних доходах населення за областями, %

коефіцієнт кореляції із середньою зарплатою = -16,9%

0123456

АР КримВінницька

ВолинськаДніпропетровська

Донецька

Житомирська

Закарпатська

Запорізька

Івано-Франківська

Київська

КіровоградськаЛуганська

ЛьвівськаМиколаївськаОдеськаПолтавськаРівненська

Сумська

Тернопільська

Харківська

Херсонська

Хмельницька

Черкаська

ЧернівецькаЧернігівська

КиївСевастополь

Сравнительный расход топлива для производства тепла в Украине (г. Артёмовск) и в Литве (г. Нов. Акмяне),

кг у. т/Гкал

Цена на природный газ в Украине и Литве в 2011 г.

Цена на тепловую энергию в Украине и Литве в 2011 г

Стоимость отопления разными видами топлива дома площадью 200 м2 (за год)  

• При расчете диаграммы приняты следующие исходные условия: - дом хорошо утеплен (расчетное пиковое теплопотребление составляет 15 кВт);- цена электричества составляет 0,25 грн/кВт*ч;- цена газа составляет 0,48 грн/м3;- цена дизтоплива составляет 5680 грн/т.

• * При расходе газа свыше 6000 м3, когда теплопотери дома составляют более 20 кВт, стоимость газа составит 0,98 грн/м3 (пересчитано с сохранением пропорции для 15 кВт).  

Коэффициент использования энергии топлива

Электронагревание 0,27 - 0,34

Сжигание топлива 0,75 - 0,93

Парокомпрессионный тепловой насос с электроприводом

0,6 - 1,7

Парокомпрессионный тепловой насос с тепловим двигателем

1,3 - 2,1

Абсорбционный термотрансформатор

1,44 - 2,25

Удельные эксплуатационные расходы энергоресурсов в отрасли на производство 1 Гкал теплоты в Украине:

185 - 190 кг у.т.

Удельные эксплуатационные расходы энергоресурсов в отрасли на производство 1 Гкал теплоты в странах ЕС:

130 - 140 кг у.т.

Перерасход энергоресурсов приводит к выбросам в атмосферу соответственно около 45 г/MДж СО2, и около 25 г/MДж СО2

Потенциал снижения удельных вибросов СО2 в коммунальной теплоэнергетике достигает:

20 г/MДж

ПОТЕРИ В ТОПЛИВНОМ ЦИКЛЕ

на добычу и подготовку топлива - 22-32%;с химическим недожогом - 1,5-2%;

с механическим недожогом - до 5%;с дымовыми газами - 10-25%;

ИТОГО на выходе из котельной - до 50% в сетях – 8-25%;

у потребителя - 25-30%.

ПОЛЕЗНО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ – 10-20%

Стоимость мероприятий по экономии 1 тыс. м3 природного газа

• Модернизация котельного оборудования – 200 тыс. грн.

• Замена теплотрасс – 600 тыс. грн.• Утепление зданий – 2 млн. грн.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ МАЛОЗАТРАТНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ

КОММУНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ(за базовый принят удельный расход 0.149 кг/МВтч)

Реконструкция устаревших котлов

небольшой производительности

– 5-7% экономии:• замена горелок• интенсификация топочного теплообмена• перевод котлов на газ• развитие хвостовых поверхностей• применение облегченной обмуровки

Сокращение потребления природного газа за счёт замены котлов мощностью

до 1 МВт

КПД устаревших котлов ≤ 80%КПД современных котлов ≥ 92%Количество котлов малой мощности ≈ 41000 шт.Из них подлежащих первоочередной замене ≈ 5000 шт.Сокращение потребления природного газа ≈ 230 млн. м3/годЭкономия средств на газ ≈ 840 млн. грн./годПолные капитальные затраты (включая проектные работы, демонтаж старого оборудования, монтажные и пуско-наладочные работы нового оборудования, закупку основного и вспомогательного оборудования для котельных)

≈ 1680 млн. грн.

Предполагаемый срок окупаемости 2-3 года

Сокращение потребления природного газа за счёт реконструкции котлов мощностью от 7 до 116 МВт

(в котельных ЖКХ Украины)

• КПД большинства установленных котлов = 85…90 %• КПД современных котлов = 92…94 %• Количество котлов в котельных ЖКХ = 1327• Сокращение потребления природного газа = 250 млн. м3/год• Экономия средств на газ = 601 млн. грн./год• Реконструкция оборудования в зависимости от типа котла включает: а) замену горелочных устройств на современные на всех котлах; б) модернизацию автоматики на большей части котлов;в) замену конвективных поверхностей нагрева на новые из трубы Ø32 мм в котлах типа ТВГ и КВГ, которых 59% (783) от общего количества.• Полные капитальные затраты на реконструкцию (включая проектные работы, демонтаж оборудования, монтажные и пуско-наладочные работы реконструированных котлов) = 1 057 млн. грн.

Предполагаемый срок окупаемости = 1,8 года

(продолжение)

Повышение эффективности использования

топлива в крупных котлах – 7-9% экономии:

• замена горелок• установка теплоутилизаторов:

- мазутоподогревателей

- воздухоподогревателей

- экономайзеров

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ МАЛОЗАТРАТНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ

КОММУНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Мероприятия8 тыс. котлов (малые – до 10 МВт) - замена на новые: - 1600 на электрические –

экономия 0,15 млрд. м3/год природного газа – 1,5% - 500 на угольные котлы 6-10 МВт – экономия 0,6 млрд. м3/год природного газа – 6%*

- 500 на мазутные котлы (там, где сохранилось мазутное хозяйство) –

экономия 0,13 млрд. м3/год природного газа – 1,3%*

- 1800 на котлы на биомассе (солома, дрова, торф) – экономия 0,6 млрд. м3/год природного газа – 6%

ИТОГО: возможная экономия природного газа 23,3%*не может рассматриваться как мероприятие согласно Киотского протокола, так как приводит к росту выбросов СО2

Мероприятия

180 крупных котлоагрегатов (20-100 Гкал/час) заменяются на

тепловые насосы и когенерационные ТЭЦ – экономия 1 млрд. м3/год природного газа (10%)

Использование котлов на биогазе, шахтном метане, свалочном газе, бытовых отходах –

экономия 0,5 млрд. м3/год природного газа (5%)

Ремонт теплотрасс и установка индивидуальных тепловых пунктов – экономия 0,7 млрд. м3/год природного газа (7%)

Мероприятия могут обеспечить экономию:

5,1 млрд. м3/год (51,3%)

в том числе по быстро внедряемым мероприятиям

20,5%а также - снижение выбросов

парниковых газов на 10 млн. т СО2-экв.

Необходимые вложения:

-в замену и реконструкцию котлов – 1 млрд. грн.

(окупаемость 2,5 года)

-в утилизаторы теплоты – 0,5 млрд. грн.

(окупаемость 2 года)

-в тепловые насосы – 4 млрд. грн.

(окупаемость 20 лет)

Пріоритетне біоенергетичне обладнання, яке може бути встановлене в Україні до 2015 р.

Тип обладнання Ємність ринку України, шт

Встановлена потужність

Зниження викидів СО2, млн. т/ рік

Завантаження, год/рік

Заміщення ПГ, млрд. м3/ рік

Інвестиції, млн.грн

МВтт МВте

Деревноспалюючі котли для теплопостачання, 1-10 МВт

1000 500 --- 0.56 4400 0.29 225

Деревноспалюючі котли для промисловості, 0.1-5 МВт

500 350 --- 0.53 6000 0.27 158

Побутові деревноспалюючі котли, 10-50 кВт

53000 1590 --- 1.78 4400 0.91 557

Соломоспалюючі котли, 0.1-1 МВт 16000 3200 --- 3,71 4400 1,89 2240

Соломоспалюючі котли, 1-10 МВт 1400 2800 --- 3,25 4400 1,66 1680

Котли для спалювання торфу, 0.5-1 МВт

1000 750 --- 0,84 4400 0.43 263

Біогаз з полігонів ТПВ 60 90 60 2,4 8000 0.13 300

Всього 9280 60 13.06   5.57 5400Заміщення ПГ: 700 грн/1000 м3*5.57 млрд. м3/рік = 3900 млн. грн/рік

28

Захід Економія природного газу, млрд. м3

Заміщення природного газу, млрд. м3

Зменшення викидів парникових газів (СО2, СН4), млн.. т/рік

Комунальна теплоенергетика

1 Модернізація котлів (27,6 тис. шт..) 0,34 0,65 СО2

2 Встановлення теплоутилізаторів (14 тис. шт.) 0,2 0,38 СО2

3 Використання електроенергії для теплопостачання, 400 МВтелектро

0,2 0,12 СО2

4 Використання вугілля (100 котлів) 0,6 -0,28 СО2, -0,012 SO2

5 Використання мазуту 0,125 -0,15 СО2

6 Використання соломи, деревини, торфу (1750 котлів) 0,84 парниково нейтрально

7 Заміна 4750 зношений газових котлів на сучасні газові 0,59 1,12 СО2

8 Встановлення в 32 котельних потужних теплових насосів 1,14 парниково нейтрально

9 Використання низькокалорійних горючих газів 0,5 парниково нейтрально

10 Впровадження індивідуальних теплових пунктів в 5 тис. 16-поверхових будинків

0,24 0,45 СО2

11 Заміна теплових мереж на попередньо ізольовані труби () 0,3 0,57 СО2

Всього 1,67 3,405 2,86 СО2

Соціально-бюджетна сфера

Використання соломи, деревини, торфу (600 котлів) 0,18 парниково нейтрально

Індивідуально-побутовий сектор (населення сільської місцевості)

Використання деревини, торфу брикету (1500 котлів) 0,05 парниково нейтрально

Обсяги економії та заміщення використання природного газу і зменшення викидів парникових газів на період 2010-2011 рр.

в сфері теплозабезпечення України

РАЗРАБОТАНЫ НОВЫЕ КОТЛЫ ВОДОГРЕЙНЫЙ

ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ 0,63 МВт

ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 0,63 МВт

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ ВАТ «КИЕВЭНЕРГОРЕМОНТ»

ТОПКА СОСТОИТ ИЗ 12-ТИ ТРЕХХОДОВЫХ ПАКЕТОВ ИЗ ТРУБЫ 32Х3,5

КПД не ниже 92%

ЭМИССИЯ NOX - 100 мг/м3

ЭМИССИЯ СO - 60 мг/м3

КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ КВВ-2,0 Гн ТЕПЛОПРОДУКТИВНІСТЮ 2,0 МВт

Внедрение котла позволит заменить устаревшие котлы типа “НИИСТУ-5”, “Минск-1”, “Универсал”, “Энергия” и др.

Это увеличит тепловую мощность котельной в 3-5 раз без изменения ее размеров, что резко увеличит экономичность и надежность источников теплоснабжения

Котел находится на уровне лучших отечественных и зарубежных аналогов

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА КВВ-2,0 Гн (по результатам приемочных испытаний 25.11.2002 г.)

Найменування параметру Позначення

Розмір-ність

Фактичне значення

Навантаження % 31,7 73,6 102,6 110,1

Теплопродуктивність Q МВт 0,634 1,472 2,052 2,202

Вода

Витрата води G мз/год 54 60 72 72

Тиск води на вході в котел Рвх кгс/см2 5,6 5,6 5,8 5,8

Тиск води на виході із котла Рвих кгc/см2 5,2 5,2 5,4 5,4

Газ

Тиск газу перед пальником Рп кПа 0,15 0,75 1,30 1,60

Витрата газу розрахункова G нмз/год 64,4 150,4 211,6 226,0

Теплова потужність пальника Qпал. МВт 0,681 1,588 2,235 2,387

Продукти згоряння

Температура відхідних газів t оС 91 152 178 184

Тиск у камері згоряння Рк.з..Па 30 40 120 120

Розрідження за котлом SкПа 70 60 60 80

Вміст в сухих продуктах згоряння:-кисню-двоокису вуглецю

О2

СО2

%%

 

5,38,8

3,89,7

49,6

2,110,6

Вміст в сухих продуктах згоряння:приведений до = 1:-оксиду вуглецю-оксидів азоту, приведених до NО2

СОNОх

мг/м3

мг/м3

  

62134

  

5132

  

096

  

18102

Коефіцієнт надлишку повітря 1,30 1,20 1,21 1,10

ККД за зворотним балансом % зв 95,2 94,4 92,9 92,6

СТРУКТУРА ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА

ά СО СО2 NOx η%

На выходе из топки

1,2 130 13,3 102 63

На выходе из котла

1,26 43 9,1 101,8 94,6

CO2CO xNO

ά СО СО2 NOx η%На

выходе из топки

1,3 169 12 59 72

На выходе из котла

1,26 57 9,8 88 95

Без излучателяБез излучателя С излучателемС излучателем

Методика расчета граничных удельных норм расхода топлива

К3 = 1 + (0,29 t1 - 0,4) 10-2 – ДКВР. ДКВ, ДЕ, ГМ-50-1, ТП, ТС-20,

• ШБА, Шухова, КРШ; • К3 = 1 + (0,36 t1 - 0,2) 10-2 – сталеві секційні

котли;• К3 = 1 + (0,306 t1 -0,27) 10-2 – чавунні

секційні котли;• К3 = 1 + (0,19 t1 - 1,05) 10-2 – КЕ, ВВД,

Ланкаширський, КВ, ММ3, Е-0,4/9, У-1/9;• К3 = 1 + (0,06 t1 - 1,85) 10-2 – ТВГ;

грокгр Квв 3

а

асввК гр

2

42

3

Методика расчета граничных удельных норм расхода топлива

Территориальные границы проекта:

Автономная Республика Крым

Город Симферополь Районы – Алуштинский, Джанкойский, Евпаторийский,

Керченский, Раздольнинский, Феодосиевский, Ялтинский.

График снижения выбросов СО2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

10

03

20

04

20

05

20

06

20

07

20

08

20

09

20

10

20

11

20

12

year

CO

2 e

mis

sio

ns

, th

s. t

Baseline Project

Стоимость мероприятий по реконструкции, тыс. Евро

5465; 38%

4050; 28%

1500; 10%3485;

24%

Реконструкция котельных Внедрение когенерации

Реконструкция тепловых сетей Утилизация полигонного газа

Снижение потребления топлива, т.у.т.

18166; 39%

28945; 61%

Снижение потребления природного газа

Снижение потребления жидкого топлива

Благодарю за внимание

Институт промышленной экологииТел.: (+38 044) 453 2862 Тел/факс: (+38 044) 456 9262

e-mail: engeco@kw.ua www.engecology.com