- Одна из особенностей технологии, которая используется на ТЭС (тепловых электростанциях) и на ТЭЦ (тепловых энергоцентралях) – круглогодичная необходимость утилизации излишков тепла, образующегося при сжигании органического топлива или образующегося как результат ядерных реакций на АЭС. Для России, которая была и остается самой северной страной на планете, это звучит не только парадоксально, но и, в общем-то, обидно – в отопительный сезон всем нам и нашей промышленности не хватает тепла, а энергетики упорно сбрасывают его в охладительные пруды своих электростанций и в атмосферу. С законами физики, конечно, не поспоришь, но это не мешает разрабатывать проекты, которые позволили бы хоть немного более рационально использовать вот эти технологические излишки тепла.
- Устройство дворовых снегоплавильных пунктов с использованием ЦТП
- Экономическая составляющая проекта
- Плавление снега на подогреваемой площадке
- Ёмкостная плавильня с затоплением снега горячей водой
- Заключение
Одна из особенностей технологии, которая используется на ТЭС (тепловых электростанциях) и на ТЭЦ (тепловых энергоцентралях) – круглогодичная необходимость утилизации излишков тепла, образующегося при сжигании органического топлива или образующегося как результат ядерных реакций на АЭС. Для России, которая была и остается самой северной страной на планете, это звучит не только парадоксально, но и, в общем-то, обидно – в отопительный сезон всем нам и нашей промышленности не хватает тепла, а энергетики упорно сбрасывают его в охладительные пруды своих электростанций и в атмосферу. С законами физики, конечно, не поспоришь, но это не мешает разрабатывать проекты, которые позволили бы хоть немного более рационально использовать вот эти технологические излишки тепла.
Для того, чтобы предлагаемый вашему, уважаемые читатели, вниманию проект был более понятен, Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru уже публиковал статью, посвященную некоторым особенностям работы ТЭЦ и центральных тепловых пунктов, в которой описывали и режимы работы ТЭЦ в зависимости от времени года.
Климатическое распределение температуры во время отопительного сезона для средней полосы России таково, что самые длительные периоды работы ТЭЦ зимой — это режимы при слабом минусе или при оттепелях, и ради этих длительных и наиболее экономичных режимов, и были созданы ТЭЦ.
Но именно в те дни, когда температура колеблется вокруг нулевой отметки (от -3 до +3), у нас зимой идут интенсивные снегопады. Такое удивительное совпадение, мы уверены, необходимо использовать к взаимной выгоде как для энергетиков на ТЭЦ, так и для коммунальных служб крупных и средних городов, занятых борьбой со свежевыпавшим снегом. Экономичность этих «относительно тёплых» периодов работы ТЭЦ можно искусственно повысить, создав дополнительную контролируемую и регулируемую искусственную тепловую нагрузку в городе, чтобы обеспечить максимальный уровень спроса на тепло для ТЭЦ. Такой контролируемой нагрузкой могут служить снегоплавильные пункты, отбирающие тепло из обратных трубопроводов тепловых сетей для расплавления многих тысяч тонн свежевыпавшего снега.
Устройство дворовых снегоплавильных пунктов с использованием ЦТП
Сильные снегопады зимы 2019 года в Москве ярко продемонстрировали критическое состояние системы уборки снега в столице, на примере которой мы и рассмотрим предлагаемый проект. Если с крупными магистралями и центральными улицами коммунальщики ещё справились на пределе сил людей и возможностей техники, то во дворах ситуация оказалась значительно хуже. Вывезти аномально большой объём снега со всей территории города в короткие сроки никак не удаётся, что требует принятия решений по складированию снега непосредственно внутри дворовых территорий.
Но заполнение дворов сугробами — это не решение проблемы, а лишь оттягивание его во времени. Необходимо переходить к принудительному плавлению снега непосредственно во дворах, без вывоза его на общегородские снегоплавильные пункты с помощью больших грузовиков. Такой подход резко снизит нагрузку на крупные снегоплавильные пункты и на дорожную сеть города. В таком случае грузовики лишь перевезут снег от места погрузки до снегоплавильной площадки внутри ближайших дворов. Ну, а при очистке небольших улиц и внутридворовых территорий можно будет вообще обойтись без больших грузовиков, перемещая снег по дворам малыми порциями в ковшах компактных дворовых погрузчиков.
Знакомая для многих картина
В таком случае повысится эффективность использования грузовиков — короткие расстояния обеспечат несколько десятков рейсов в смену, тогда как сейчас грузовики со снегом простаивают в пробках на дорогах города и в очередях на снегоплавильных пунктах, совершая за 12-ти часовую смену всего 2-3 рейса. Для обеспечения эффективной очистки дворов от снега необходимо шире применять малую механизацию, использовать малоразмерные моторизованные самоходные снегоочистители со скребками, щетками-подметалками и механическими снегоотбрасывателями. Тогда даже при сильных снегопадах станет возможно оперативно расчищать наиболее критические участки тротуаров и проездов, складируя снег не только на газонах до весны, но и расплавляя его на специальных местных снегоплавильных площадках рядом с дворовыми ЦТП.
Экономическая составляющая проекта
При существующей цене вывоза снега около 300 рублей за кубометр (расценки взяты по городу Москве), плавление снега внутри двора становится весьма эффективным коммерческим проектом. Источником тепла для таких снегоплавилен может быть как мощность местной котельной, так и тепловые мощности районных ТЭЦ. Учитывая тот факт, что снег идёт только при малых отрицательных температурах, то есть в этот момент все теплогенерирующие котельные и ТЭЦ работают в недогруженном режиме, а избыток мощности может быть направлен на плавление снега внутри дворов.
В Москве цена тепловой энергии от ТЭЦ составляет 2’200 рублей за 1 гигокалорию или 0,525 рубля за 1 мегаджоуль.
Тогда энергия на плавление 1 кубометра снега (насыпная плотность – 350 кг в 1 кубометре) составит:
340 кДж/кг * 350 кг = 119’000 Кдж = 119 Мдж
Стоимость затраченной энергии на плавление 1 кубометра снега составит:
119 Мдж * 0,525 руб/МДж = 63 рубля
Таким образом, плавление снега внутри двора за счёт энергии от систем теплоснабжения почти в 5 раз выгоднее, чем оплата вывоза этого снега грузовиками. Большие грузовики, используемые на вывозе снега, в среднем за один рейс перевозят 23 кубометра снега, экономия с плавки одной такой «порции» внутри двора составляет около 5 тысяч рублей. Кроме того, сточные воды от таких снегоплавилен будут попадать в сеть дворового водостока, а не перегружать сеть бытовой канализации, как это происходит на больших снегоплавильнях. Тем более, что резервов тепла в системе канализации вовсе не бесконечное количество — водосброса от жилья с расходом 200 литров на человека в сутки и температурой сточной воды +8С в коллекторе едва хватает на плавление 700 тысяч кубометров снега за сутки, принимаемых на снегоплавильнях (700-800 грузовиков в сутки по 23 кубометра в каждом трёхосном КамАЗе на каждом из 40 снегоплавильных пунктов в городе Москве).
Таким образом, внутридворовые снегоплавильные пункты способны обеспечить:
- дополнительное использование энергии от ТЭЦ в период их неполной загрузки при незначительном минусе на улице;
- снижение загрузки улиц грузовиками в наиболее напряжённые моменты при снегопадах;
- ускорение уборки дворов от снега при оперативном плавлении снега внутри дворов;
- развитие малой дворовой механизации при уборке снега, что позволит создать новые высокорентабельные и квалифицированные рабочие места в сфере ЖКХ, значительно сокращая долю ручного труда с лопатами и мётлами во дворах;
- усилить спрос на малую механизацию ЖКХ, что подстегнёт в стране машиностроение в наиболее быстро осваиваемом и массовом сегменте производства малоразмерной моторизованной техники.
Техническое исполнение снегоплавилен внутри дворов может быть выполнено в нескольких вариантах.
Плавление снега на подогреваемой площадке
Первый вариант исполнения дворовой снегоплавильни — простая бетонированная площадка с замурованными в бетон трубами с циркуляцией горячей воды от дворового ЦТП. Такая площадка в летнее время будет служить обычной парковкой.
Производительность снегоплавления во дворе зависит от номинальной мощности дворовой ЦТП. Так, во дворе из четырёх «брежневских» пятиподъездных панельных девятиэтажек остаток тепла в обратке от ЦТП при снижении температуры воды в ней с +50-70 С до +30 cможет обеспечить плавление до 300-400 кубометров снега в сутки. Этот способ обеспечивает возможность плавление снега в темпе не меньшем, чем темп его выпадения на дворовой территории.
Таким образом, при неизменных объёме прокачки теплоносителя и графике теплоснабжения, будет обеспечен повышенный поток тепла через дворовые ЦТП в период неполной мощности электрогенерации на ТЭЦ, когда тепло без какой-либо пользы просто выбрасывается на ветер на градирнях.
Недостатком таких плоских снегоплавящих площадок является их низкая производительность и высокая инерционность системы при относительно низких параметрах температуры в обратке тепловой сети. К тому же необходимо применять незамерзающий промежуточный теплоноситель в уличной плите, то есть раствор антифриза, как в радиаторах автомобиля зимой. Наличие антифриза в уличной снегоплавильной плите не позволяет отбирать тепло сразу от воды из обратки, а требует установки в ЦТП разделительного пластинчатого теплообменника. Такой теплообменник — достаточно большое и дорогостоящее устройство, требующее регулярного обслуживания и ежегодных промывок.
Плоские снегоплавильные пункты целесообразнее устраивать в промзонах вблизи от магистральных труб от ТЭЦ, где есть большие площади для возможного достаточно длительного складирования и постепенного плавления снега. В этом случае поток тепла через плавильни будет задаваться исключительно в интересах стабилизации работы ТЭЦ без включения градирен, а плавление толстых слоёв снега на площадке будет проходить уже в меньшей зависимости от текущей погоды.
Ёмкостная плавильня с затоплением снега горячей водой
Вторым вариантом исполнения снегоплавильни от ЦТП может быть система в виде контейнера объёмом 30-35 кубометров, в который заливается предварительно нагретая в ёмкостях внутри ЦТП вода с температурой +35 С. При этом 20 кубометров тёплой воды расплавляют 8 тонн льда (или 20-30 кубометров снега, в зависимости от плотности ), сливая в ливнёвую канализацию воду с температурой +2+5С.
Бак с нагретой водой размещается внутри отапливаемого объёма ЦТП. После проведённой реконструкции старых ЦТП образца времён СССР с заменой громоздких кожухотрубных теплообменников на компактные пластинчатые теплообменники внутри помещений образовались значительные неиспользуемые площади. Именно эти освободившиеся площади и могут быть использованы для установки баков-накопителей для плавящей воды снегоплавильного дворового комплекса.
В пересчете на кубометр расплавляемого снега вариант с ёмкостями дешевле, чем подогреваемая плита, так как интенсивность теплообмена при нагреве от плавящей воды в резервуаре выше, чем при плавлении снега на бетонной подогреваемой площадке. Кроме того, вариант с ёмкостями имеет лучшие характеристики при эпизодических включениях на таянье и длительным накоплением снега в бункере. Также накопление тёплой воды в бункере может обеспечиваться по графику, выгодному для ТЭЦ, вне зависимости от наличия снега на площадке сбора, что повысит экономический эффект.
Внутри реконструированного ЦТП
Теплообменники для нагрева воды — это обычный регистр из стальной трубы, погружённый в бак с водой (накопительный водонагреватель косвенного нагрева).Подключение этих теплообменников возможно непосредственно от «обратки» тепловой сети с переохлаждением её от нормативной температуры +70С до +20-30С, что избавит от необходимости хоть какого-то вмешательства в графики теплоснобжения от ТЭЦ. Переохлаждённая «обратка» при этом значительно повысит рентабельность работы ТЭЦ – в конденсаторы будет поступать более холодная вода, при этом это дополнительное охлаждение становится оплаченным.
Оценочная стоимость варианта с бункером на 35 кубометров снега и ёмкостями нагретой воды на 20м.куб составляет около 1,5-2 миллиона рублей. При экономии 200 рублей с каждого расплавленного кубометра снега срок окупаемости дворовой снегоплавильни составит 2.000.000/200= 10тысяч кубометров или 400-500 грузовиков расплавленного снега.В спальных районах такой объём снега собирается за одну зиму с нескольких соседних дворов.Таким образом, данная система имеет срок окупаемости в одну зиму, и уже со второго года приносит ощутимую прибыль местной управляющей компании.Также возможна система «цепного финансирования», когда строительство следующей снегоплавилки производится из поступлений от экономии средств в процессе эксплуатации построенной ранее снегоплавилки.
Организация внутридворого снегоплавления требует создания межведомственных структур управления снегоплавилками от ЦТП, учредителями которых могут быть городские ЖКХ (убирающие дворы от снега) и энергетические компании, владеющие квартальными ЦТП.
Рис. Схема принципа устройства дворового снегоплавильного пункта при ЦТП.
Цикл работы:
- Емкость внутри ЦТП заполняется холодной водой в объёме 25 кубометров и нагревается теплообменниками-регистрами из стальной трубы до температуры +35С. Длительность нагрева от +2до +35С около 1часа, с номинальной теплоотдачей теплообменников около 1МВт или 0,9Гкал/ч;
- Уличная ёмкость наполняется снегом в количестве 8 тонн или 23м.куб. (один кузов грузовика КамАЗ);
- Включаются насосы в ёмкости с тёплой водой в помещении ЦТП. Тёплая вода из бака в ЦТП перекачивается в уличную ёмкость со снегом, полностью затопляя снег и расплавляя его с выходом итоговой воды с температурой около +2С. Длительность цикла — 20минут, суммарная производительность насосов 75-90м.куб/ч (5 насосов по 300л/мин каждый);
- Откачка расплавленного снега из ёмкости на улице в ёмкость внутри ЦТП. Насос на откачку включается сразу по окончании затопления снега тёплой водой, так как снег плавится практически без задержки при соприкосновении с тёплой водой.Время цикла откачки — 30 минут. Суммарная производительность насосов 75-90 кубометров в час (5 насосов по 300л/мин каждый). В процессе откачки снова наполняется бак внутри ЦТП для последующего нагрева, а избыток от расплавленного снега сливается в канализацию через промежуточную ёмкость объёмом 10 кубометров.
Итого:
- общая длительность цикла плавления около 2 часов;
- производительность одной снегоплавильни — 250 м.куб снега в сутки.
Таблица 1: Оценочный перечень комплектующих, материалов и оборудования для организации дворовой снегоплавильни при ЦТП.
Монтаж 50-100% от стоимости материалов и оборудования.
Заключение
Оба варианта устройства принудительного снегоплавления имеют право на существование, причём одновременно, но в разных местах. Два варианта исполнения снегоплавилен могут решать различные задачи в разных условиях, с различными экономическими моделями своего применения.
Дворовые снегоплавилки с затоплением более компактны, у них выше скорость плавления, что позволяет их с успехом применять внутри тесных дворов с использованием малой механизации при уборке снега из примыкающих дворов.
Большие площадные снегоплавилки в промзонах вблизи ТЭЦ могут выполнять роль охладителей в дополнение к градирням при ТЭЦ, включаясь на активное плавление лишь при наличие невостребованного тепла в цикле работы ТЭЦ, при чём как высокотемпературного +80-105С от цилиндров среднего давления турбин ТЭЦ, так и низкотемпературного сброса +35С от конденсаторов цилиндров низкого давления.
Третьим вариантом может быть применение больших накопительных снегоплавилен, специально построенных на пустырях в промышленных зонах там, где удобно выстраивать логистику вывоза снега из прилегающих районов. В этом случае большой промышленный снегоплавильный пункт подключается к обратке ближайшей мощной тепловой сети к ТЭЦ, а объём и мощность баков-нагревателей определяется планом приёма снега при снегопадах. Отличие такого снегоплавильного пункта от существующих в том, что действующие привязаны к сетям бытовой канализации и не могут быть перенесены от них, тогда как принудительное плавление от обратки ТЭЦ легко переносится в удобное место на сотни метров от магистральных труб с теплоносителем.
Суммарный тепловой поток по обратке, который может снять дополнительный снегоплавильный комплекс, обеспечит ТЭЦ перепад температуры охлаждающей воды в 50 градусов, при том что обычный режим ТЭЦ использует перепад только в 30 градусов. Получается, что в зимний период максимально возможные для ТЭЦ 85% КПД можно получать значительно дольше — как в период оттепели на ёмкостных снегоплавильнях, так и во время больших холодов за счёт сброса низкотемпературной воды из цилиндров низкого давления на нужды снегоприёмных площадок возле ТЭЦ, минуя при этом градирни. К тому же на больших плавильных площадках можно спокойно обходиться без антифриза, так как объем постоянно циркулирующей горячей воды это вполне позволяет.
В случае использования описанного проекта вся энергия, используемая для плавления снега оказывается оплачиваемой, приносит дополнительную выгоду для владельцев ТЭЦ. Но и службы ЖКХ будут экономить свои ресурсы — из-за сокращения простоев грузовиков в очередях, из-за снижения плеча вывоза снега этими грузовиками до более удобной по логистике снегоплавилки от ТЭЦ. В конечном случае выигрывает и простой потребитель, оплачивающий весь этот «банкет» своими платежами за квартиру, так как он меньше стоит в пробках рядом с грузовиками и едет по быстрее очищаемым улицам на автобусе или в личном автомобиле.
