Стационарная энергетика

Ресурсосбережение в стационарной теплоэнергетике


Т.А. Хробастова, генеральный директор ООО «ЖДК-Энергоресурс»
В.Н. Михайловский, заместитель генерального директора
С.М. Погребинский, заместитель генерального директора

Снижение расходов энергоресурсов в натуральных показателях на железнодорожном транспорте в последние годы происходит медленнее, чем рост цен на топливо. Денежные затраты на энергоресурсы растут значительно и остаются одной из основных статей эксплуатационных расходов, влияющих на себестоимость перевозок.

Железнодорожный транспорт потребляет в год котельно-печного топлива 7 млн. т в условном исчислении. Из них примерно 70 % сжигается в котельных с целью получения тепловой энергии для нужд систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения административных и производственных зданий и сооружений, а также для технологических нужд железнодорожных предприятий. При этом затраты денежных средств на топливо для стационарных установок железнодорожного транспорта составляют около 30 % от общих топливных затрат по отрасли, а расходы на производство тепловой энергии увеличивают эту величину в 2-3 раза. Поэтому совершенствование систем теплоснабжения предприятий становится приоритетным при решении энергоснабжения в нетяговой энергетике. При этом одним из вариантов экономии топливно-энергетических ресурсов является внедрение на предприятиях отрасли высокоэффективного оборудования взамен морально и физически устаревшего, работающего с низким КПД.

Начиная с 1996 г. на железнодорожном транспорте потребление котельно-печного топлива снизилось на 27%. Это связано с изменением грузооборота, уменьшением объемов ремонта подвижного состава, внедрением ряда организационных и технических мероприятий, направленных на экономию энергоресурсов, а также передачей ведомственных объектов соцкультбыта в муниципальную собственность. В то же время за этот период резко возросли цены на приобретаемые энергоресурсы.

Анализ работы котельных железнодорожного транспорта, в которых эксплуатируется более 20 тыс. котлов различных типов, показывает, что около 50% котлоагрегатов физически изношены и морально устарели, автоматизацией охвачено не более 25% котельных, а средний КПД всех теплоэнергетических установок находится на уровне 55%, что на 15-20% ниже, чем в промышленности. Наибольшее количество котельных эксплуатируется в дистанциях гражданских сооружений (около 4,5 тыс.) и локомотивных депо (около 350). Системы отпуска тепла котельными, как правило, не автоматизированы. Регулирование температур воздуха в помещениях в лучшем случае производится вручную. В то же время превышение температуры воздуха в помещении на 1°С приводит к перерасходу топлива на 2-5%.

Одним из направлений деятельности Отраслевого центра внедрения новой техники и технологий является перевод систем теплоснабжения объектов железнодорожного транспорта на энергосберегающие технологии. При этом предусмотрено использовать современные технические средства, в том числе возведение полностью автоматизированных и высокоэффективных блок-модульных котельных, внедрение систем газовых инфракрасных излучателей для отопления рабочих мест и установку узлов учета расхода тепла и воды. Эти работы проводят ООО «ЖДК-Энергоресурс» (дочернее предприятие ЗАО «ОЦВ»), которое имеет большой опыт внедрения новой техники в области стационарной теплоэнергетики на предприятиях железнодорожного транспорта. Организация располагает высококвалифицированными специалистами с большим опытом работы в сфере железнодорожной отрасли. Все специалисты (20 человек) с высшим образованием и аттестованы в надзорных органах с правом проведения специализированных работ в стационарной энергетике.

Основными видами деятельности ООО «ЖДК-Энергоресурс» является обеспечение комплекса работ по проектированию, доставке, монтажу и наладке блок-модульных котельных, систем газо-лучистого отопления и узлов учета тепла и воды на предприятиях железнодорожной отрасли. В связи с этим было проведено обследование предприятий железнодорожного транспорта на предмет поставки вышеуказанных технологий и выявлена фактическая потребность в них железных дорог. Так, в целом по сети потребность в установке блок-модульных котельных различной мощности составляет порядка 3500 единиц; узлов учета тепла около 9500; центральных тепловых пунктов 500; систем газового инфракрасного отопления – около 200 объектов. Рассмотрим конкретно каждое из этих направлений.

Блок-модульные котельные

Блок-модульные котельные: Южно-Уральская дорога
(о/к «Аленушка» - мощность 3 мВт, газ; локомотивное депо Карталы - 6,5 мВт, газ - мазут);
Октябрьская дорога (пост ЗЦ - 10 мВт, газ - мазут)

Блок-модульные котельные: Южно-Уральская дорога

Комплекс работ по их проектированию, доставке, монтажу и наладке на предприятиях железнодорожной отрасли - один из основных видов деятельности ООО «ЖДК-Энергоресурс». С 2001 г. на предприятия железных дорог поставлено 27 таких котельных разной мощности, работающих на различных видах топлива. Эффективность их такова, что капитальные вложения окупаются в течение трех лет. Эффект достигается за счет высокоэкономичного использования топлива для выработки тепловой энергии с высоким КПД, снижения затрат на эксплуатацию, автоматизации процесса производства тепла, а также существенного снижения выбросов в окружающую среду.

Котельные работают на газе или мазуте и оснащены современными автоматизированными водогрейными котлами. Автоматика безопасности обеспечивает надежную защиту оборудования, автоматизированное регулирование всех систем, контроль и управление технологическим процессом, а также пожарную безопасность. Постоянное присутствие обслуживающего персонала не требуется, контроль за работой котельной осуществляет диспетчер по компьютеру. При выборе оборудования приоритет отдается высококачественному, надежному и экологически чистому оборудованию, которое может бесперебойно функционировать в российских условиях. Гарантия безопасности подтверждается зарубежными и российскими сертификатами, а также разрешением Гостехнадзора.

Основной отличительной чертой производства блок-модульных котельных является то, что вся строительно-монтажная сборка блоков выполняется в заводских условиях. Это позволяет повысить их качество и сократить сроки возведения котельных. Установка блоков основного и вспомогательного тепломеханического оборудования осуществляется на усиленный пол без специальных фундаментов с креплением опорных конструкций к закладным элементам. Габаритные размеры модулей позволяют осуществлять их транспортировку как железнодорожным, так и автомобильным транспортом. Сборка производится на месте монтажа. Здание котельной выполняется из металлических конструкций с навесными стенами из утепленных плит с металлическим покрытием или используется существующее строение.

Котельные полностью автоматизированы. Котлоагрегаты и вспомогательное оборудование оснащаются автоматическими средствами защиты, отключающими котлы и подачу топлива к ним в аварийных ситуациях. Пуск горелок, перевод их в рабочее состояние, работа, выключение, продувка камеры сгорания, проверка герметичности клапанов также полностью автоматизированы. Водогрейные котлы прошли испытания в сертификационном центре и соответствуют требованиям ГСС России, ГОСТ 15001-69 и Системы сертификации ГОСТ Р. Накоплен опыт использования этого оборудования на железнодорожных предприятиях страны.

Таким образом, внедрение блок-модульных котельных позволяет обеспечить рациональное вложение средств – взамен повторяющихся через 2-3 года дорогостоящих ремонтов устаревшего оборудования строительство новой котельной, срок эксплуатации которой до капитального ремонта 25-30 лет. Снижаются и затраты на эксплуатацию котельной, обеспечивается контроль производства и использования вырабатываемой тепловой энергии.

Системы газового инфракрасного отопления

Размещение ленточных излучателей в цехе
(Южно-Уральская дорога)

Традиционно на объектах железнодорожного транспорта помещения отапливают теплым воздухом. При использовании этих систем для получения в рабочей зоне (у пола) заданного значения температуры за счет циркуляции воздуха температура под перекрытием получается намного выше, что приводит к повышенным тепловым потерям. Наиболее заметно недостатки конвекционной системы проявляются при отоплении помещений значительной высоты (свыше 4,5 м). Для этих систем также характерно отсутствие или обратное направление лучистой составляющей теплопередачи между человеком и окружающей средой. Поэтому в большепролетных помещениях с плохой теплоизоляцией и низкой температурой поверхностей для достижения теплового комфорта приходится поднимать температуру воздуха, что приводит к повышенным энергозатратам. Дополнительные затраты тепла на прогрев всего объема могут составить до 30-40%. Кроме этого, при централизованной конвективной системе отопления необходимость транспортировки теплоносителя (вода, пар) от котельной к месту потребления тепла (производственные помещения) влечет за собой дополнительные тепловые потери, большие капитальные вложения при строительстве и последующие эксплуатационные затраты.

Короткий темный и длинный
ленточный газовые инфракрасные излучатели

Все эти проблемы удается решать с применением систем газового инфракрасного отопления (ГИО). Системы эти принципиально отличаются способом обогрева рабочих мест. При газо-лучистом отоплении нагреватели (инфракрасные излучатели) располагаются в верхней части помещения, а падающее тепловое излучение обогревает непосредственно персонал, пол, рабочие места и оборудование. Воздух при этом нагревается от нагретых поверхностей. Таким образом, персонал обогревается как за счет падающего теплового излучения, так и за счет воздуха в помещении. Это дает возможность снизить среднюю температуру воздуха в помещении. Кроме того, системы газо-лучистого нагрева мобильны сами по себе, могут быть распределены по помещению оптимальным образом, их монтаж ведется без остановки производства.

Эффективность системы газового инфракрасного отопления обусловлена:
маркированный список отсутствием потерь на транспортировку теплоносителя от котельной до потребителя тепла (ввиду отсутствия теплотрасс) и эксплуатационных затрат на содержание и обслуживание теплотрасс и теплосилового оборудования котельных (для вновь возводимых объектов исключают затраты на прокладку тепловых сетей);
маркированный список формированием рационального температурного профиля по высоте помещения, в связи с чем не допускается перегрев верхних слоев воздуха и уменьшаются тепловые потери через кровлю;
маркированный список уменьшением потерь тепла через наружные ограждения помещений;
маркированный список возможностью установки пониженного уровня ночной температуры в помещении при использовании СГЛО;
маркированный список возможностью снижения средней температуры в помещении за счет создания зон с различной комфортностью (с повышенной температурой на рабочих местах и пониженной в проходах, местах складирования и т.п.);
маркированный список низкой инерционностью работы системы и возможности быстрого (за 15 – 30 мин. ) перехода из режима дежурного (ночного) отопления в рабочий режим;
маркированный список отсутствием необходимости в постоянном обслуживающем персонале.

В состав системы газового инфракрасного отопления входят: газовые инфракрасные излучатели, система внешнего и внутреннего газоснабжения (в том числе шкафной газорегуляторный пункт, узел коммерческого учета газа), система удаления продуктов сгорания, система диспетчеризации и контроля загазованности. Все оборудование работает в автоматическом режиме и поддерживает необходимые температурные условия в помещениях по заданной программе в течение суток.

В зависимости от особенностей производственных помещений, характеристик и состояния ферм и кровли, особенностей температурных режимов технологических процессов обслуживания локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава (недопустимость образования конденсата на обмотках электродвигателей), категорийности помещений и других факторов, проектом предусматривается применение газовых инфракрасных излучателей различных типов, моделей и фирм производителей. По типу различают короткие и длинные (ленточные) газовые инфракрасные излучатели.

Короткий «темный» газовый инфракрасный излучатель включает в себя следующие основные элементы: автоматизированный горелочный блок, U-образную или прямолинейную излучающую стальную трубу, рефлектор, элементы крепежа и вентилятор-дымосос. Автоматизированный горелочный блок состоит из инжекционной горелки с электрическим зажиганием, системой ионизационного контроля пламени, автоматизированного блока регулирования тепловой нагрузки и автоматики безопасности.

Продукты сгорания из горелочного блока попадают в U-образную или прямолинейную трубу и далее всасываются и выводятся наружу вентилятором через систему групповых или индивидуальных дымоходов (система удаления продуктов сгорания). Над стальной излучающей трубой сверху расположен рефлектор со специальным приспособлением для подвешивания на крепежные устройства. Рефлектор отражает тепловое излучение вниз в направлении обогреваемой зоны. Для уменьшения конвективных теплопотерь рефлектор может покрываться сверху слоем теплоизоляции, иметь двойной контур.

У длинного темного газового инфракрасного излучателя в ленточном исполнении к горелочному блоку мощностью от 60 до 350 кВт подключается одинарный или двойной трубчатый излучающий элемент длиной до 150 м. Сверху и с боков он закрыт мощным слоем теплоизоляции (10 – 20 см) для уменьшения теплопотерь.

Ленточный излучатель отличается от короткого мощностью горелочного блока, диаметром излучающего элемента, устройством рефлектора и несколько иной схемой циркуляции уходящих газов. Сам блок горения вместе с газовой арматурой может размещаться вне обогреваемого помещения на стене или на крыше, а ленточный излучатель подвешивается под потолком. Подобная схема обеспечивает высокую пожарную безопасность, удобна для отопления больших площадей с зонами с различной температурой. Для обогрева большого помещения требуется всего несколько горелочных блоков.

Теплоизлучающие трубы могут быть повешены под потолком помещения прямо или с изгибами, учитывающими специфику производства и рабочих мест. Заданная температура в помещении поддерживается с помощью температурных датчиков, которые через центральный процессор системы могут отключать на время излучатель или группу излучателей.

ООО «ЖДК-Энергоресурс» является поставщиком консалтинговых услуг в области внедрения систем газового инфракрасного отопления. Оно осуществляет подбор и предлагает индивидуально каждому железнодорожному предприятию наиболее эффективное оборудование с учетом местных экономических и технических особенностей. Определяющим при этом является технологическое соответствие и экономическая целесообразность применения оборудования на данном предприятии.

За период 2001 - 2004 гг. «ЖДК-Энергоресурс» выполнило монтаж систем газового инфракрасного отопления на 10 объектах Южно-Уральской, Северной, Октябрьской и Горьковской дорог. Общая площадь помещений, отапливаемых с использованием данных систем, составляет 130 тыс. м2. Всего было смонтировано около 800 единиц газового оборудования, проложено 5 км трасс газопроводов высокого давления и около 20 км внутрицеховых газопроводов.

Эффективная работа оборудования обеспечивает его окупаемость за три года. Значительные качественные изменения заметны в улучшении условий труда обслуживающего персонала, соблюдении температурных режимов технологических процессов, возможности применения зонного обогрева и регулирования температуры в зависимости от изменения режима работы и потребностей предприятия, что недостижимо при применении традиционных конвективных систем.

Узлы учета расхода тепла и воды

Теплосчетчик КМ-5

Предприятия железнодорожного транспорта покупают на стороне около 5,6 млн. Гкал тепловой энергии в год, затраты на ее приобретение составляют около 2265,8 млн. руб. Основным мероприятием по снижению расходов при этом является оборудование всех предприятий, получающих тепловую энергию, узлами учета тепла. Дело в том, что отсутствие приборов учета тепловой энергии как вырабатываемой, так и получаемой со стороны приводит к 20-30%-ной переплате за поставляемое тепло. По состоянию на сегодняшний день на сети железных дорог обществом «ЖДК-Энергоресурс» уже установлено более 5200 узлов учета расхода воды и тепла, оборудованных теплосчетчиками КМ-5.

Электромагнитный теплосчетчик KM-5 – новейшая разработка ООО «ТБН Энергосервис» в области измерений и организации учета, контроля и экономии энергоресурсов в тепловых системах различного типа. У этого счетчика уникальные, на несколько порядков более высокие метрологические параметры, он содержит новую техническую идею и обладает рядом серьезных отличительных особенностей. В конструкции размещение измерительно-вычислительной части реализовано непосредственно на первичном преобразователе расхода, имеется также ряд аппаратно-программных решений, позволяющих резко улучшить его технические характеристики. Счетчик позволяет измерять, регистрировать и регулировать расход тепла и теплоносителя. Функциональная универсальность конструкции позволила достичь уникальных метрологических характеристик и значительно расширить зону применения теплосчетчика. Он имеет сертификат Госстандарта России об утверждении типа средств измерения, экспертное заключение Госэнергонадзора, санитарно-эпидемиологическое заключение Госсанэпидемнадзора.

Использование узлов учета предполагается практически на всех предприятиях железнодорожного транспорта, где есть системы тепло-и водоснабжения, в том числе в локомотивных и вагонных депо, на вокзалах, в промышленных и жилых домах и т .д. С их помощью экономятся денежные средства при оплате за потребленные энергоресурсы, так как она производится не по расчетным нагрузкам, а по фактическим затратам.

Огромный динамический диапазон измерения расхода 1:1000, высокая точность и стабильность измерений всех аналоговых и цифровых электрических цепей с многоступенчатой гальванической развязкой, наличие многофункциональных интеллектуальных периферийных устройств – вот основные достоинства электромагнитного теплосчетчика КМ-5. У него также автоматическая автокалибровка АЦП по командам от процессора, наличие датчика отсутствия теплоносителя в трубопроводе (датчик пустой трубы), универсальность и возможность конструирования многопоточных систем учета любой конфигурации. По результатам конкурса «Лучший теплосчетчик для промышленного производства и жилищно-коммунального хозяйства», проводимого в 2000 г., КМ-5 был признан победителем и отмечен дипломом «Лучший теплосчетчик – 2000». Счетчик получил также свидетельство лауреата национального конкурса «Российская Марка» с присуждением золотого знака качества и медали «Российская Марка».
Расходомер воды РМ-5

Внедрение узлов учета проводится ОЦВ в рамках отраслевых программ ресурсосбережения с 2001 г. Наиболее широкое распространение узлы учета получили на Горьковской, Забайкальской, Дальневосточной, Октябрьской, Куйбышевской, Красноярской, Северной и Московской дорогах. Сервисное обслуживание и постгарантийный ремонт налажены на Южно-Уральской, Забайкальской, Горьковской, Северной, Дальневосточной и Западно-Сибирской дорогах, причем ДЦВ принимают в этих работах самое непосредственное участие.

Установка коммерческих узлов учета расхода тепла и воды позволяет на 20-40% снизить затраты на тепло и на 20% расходы на горячую и холодную воду. Потребитель прекращает оплачивать недополученные им энергоресурсы и тем самым сокращаются эксплуатационные расходы. Эффективность от внедрения узлов учета составляет за год от 33% до 44%. Срок окупаемости, по данным железных дорог, составляет менее 3 лет.

Важной задачей, стоящей также перед системой энергоснабжения и энергосбережения, является получение объективной информации о расходовании энергоресурсов и о состоянии данной системы на любой момент времени. На данном этапе очевидно, что технология учета не должна заканчиваться только установкой приборов и снятием показаний с них один раз в месяц. Бесхозный и бесконтрольный теплосчетчик не оправдывает свое прямое назначение. Сегодня в технологии учета требуется менеджер процесса – энергосервисный посредник, осуществляющий технические функции и административный интерфейс взаимодействия.

Необходимость такой обслуживающей компании подтверждает простой перечень системных задач профессионального характера: техническое обслуживание средств коммерческого учета тепла и теплоносителя, мониторинг основных параметров теплосистем (расход теплоносителя, температуры, давления), съем и обработка показаний приборов учета и контроля потребления, информационно-аналитические функции процесса. Кроме того, требуется постоянный контроль балансов тепловой энергии в системе ее производства и передачи потребителю. Неизбежные потери в сетях, ошибки в тепловых расчетах объектов, спорные вопросы по качеству и количеству потребляемого тепла и теплоносителя возлагают на энергосервисную компанию также и функции арбитра, использующего в качестве аргументов техническую и программную аналитику, результаты учета.

Таким образом, на повестку дня ставится вопрос формирования самостоятельной коммерческой деятельности дорожных центров внедрения в рамках развития энергосбережения на дорогах. Сегодня специалисты ДЦВ прошли обучение на заводе-изготовителе и получили свидетельства на право эксплуатации, ремонта и технического обслуживания узлов коммерческого учета потребления тепла и воды.

Все больший интерес проявляется к созданию диспетчерских информационно-измерительных систем. Создание единой электронной системы диспетчеризации и управления энергоресурсами и введение электронного документооборота позволит снизить затраты на эксплуатацию системы обслуживания приборов учета. Причем появляется возможность автоматизации сбора данных.