Методы и установки для снижения расхода топлива в коммунальной теплоэнергетике Институт промышленной экологии
Download ReportTranscript Методы и установки для снижения расхода топлива в коммунальной теплоэнергетике Институт промышленной экологии
Институт промышленной экологии Тел.: (+38 044) 453 2862 Тел/факс: (+38 044) 456 9262 e-mail: [email protected] www.engecology.com Методы и установки для снижения расхода топлива в коммунальной теплоэнергетике А.И.Сигал 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 1600 1400 Украина 1200 Сев .Африка 1000 США Германия 800 Великобритания ЕС 600 Япония 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 Удельное потребление природного газа на доллар ВВП в мире и в Украине Топливный баланс Украины 17,1% 50,7% 32,1% 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 – 167,1 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 (Інтернет, телефон, телебачення, наука, медицина ) 3% Короткотермінові маловитратні технологічні заходи з 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 Питомі капіталовкладення 5,3 ÷ 5,5 млрд.грн. 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% АР Крим Севастополь500 Вінницька Київ Волинська 400 Чернігівська Дніпропетровська Чернівецька Донецька 300 Черкаська 200 Житомирська Хмельницька 100 Закарпатська Херсонська 0 Харківська Тернопільська Сумська Рівненська Полтавська Одеська Запорізька Івано-Франківська Київська Кіровоградська Луганська Львівська Миколаївська Частка енергетичних витрат у сукупних доходах населення за областями, % коефіцієнт кореляції із середньою зарплатою = -16,9% АР Крим Севастополь 6 Вінницька Київ Волинська 5 Чернігівська Дніпропетровська 4 Чернівецька Донецька 3 Черкаська Житомирська 2 Хмельницька Закарпатська 1 0 Херсонська Запорізька Харківська Тернопільська Сумська Рівненська Полтавська Одеська 9 Івано-Франківська Київська Кіровоградська Луганська Львівська Миколаївська 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 Парокомпрессионный тепловой насос с тепловим двигателем Абсорбционный термотрансформатор 0,6 - 1,7 1,3 - 2,1 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/год Экономия средств на газ ≈ 840 млн. грн./год Полные 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 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ МАЛОЗАТРАТНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ КОММУНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (продолжение) Повышение эффективности использования топлива в крупных котлах – 7-9% экономии: • замена горелок • установка теплоутилизаторов: - мазутоподогревателей - воздухоподогревателей - экономайзеров Мероприятия 8 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 28 встановлене в Україні до 2015 р. Тип обладнання Ємність ринку України, шт Встановлена потужність МВтт МВте Зниження викидів СО2, млн. т/ рік Заван тажен ня, год/рі к Заміще ння ПГ, млрд. м3/ рік Інвест иції, млн. грн 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 60 90 60 2,4 8000 0.13 300 9280 60 13.06 5.57 5400 Біогаз з полігонів ТПВ Всього Заміщення ПГ: 700 грн/1000 м3*5.57 млрд. м3/рік = 3900 млн. грн/рік Обсяги економії та заміщення використання природного газу і зменшення викидів парникових газів на період 2010-2011 рр. в сфері теплозабезпечення України Захід Економія природного Заміщення природного Зменшення викидів газу, млрд. м3 газу, млрд. м3 парникових газів (СО2, СН4), млн.. т/рік Комунальна теплоенергетика 0,34 1 Модернізація котлів (27,6 тис. шт..) 0,65 СО2 2 Встановлення теплоутилізаторів (14 тис. шт.) 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 6 Використання мазуту Використання соломи, деревини, торфу (1750 котлів) 0,125 0,84 -0,15 СО2 парниково нейтрально 7 Заміна 4750 зношений газових котлів на сучасні газові 8 Встановлення в 32 котельних потужних теплових насосів 1,14 парниково нейтрально 9 Використання низькокалорійних горючих газів 0,5 парниково нейтрально 0,38 СО2 0,2 1,12 СО2 0,59 10 Впровадження індивідуальних теплових пунктів в 5 тис. 16- 0,24 поверхових будинків 0,45 СО2 11 Заміна теплових мереж на попередньо ізольовані труби () 0,57 СО2 Всього 0,3 1,67 Соціально-бюджетна сфера Використання соломи, деревини, торфу (600 котлів) 3,405 2,86 СО2 0,18 парниково нейтрально Індивідуально-побутовий сектор (населення сільської місцевості) Використання деревини, торфу брикету (1500 котлів) 0,05 парниково нейтрально 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”, “Минск1”, “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 Позначенн я Навантаження Розмірність Фактичне значення % 31,7 73,6 102,6 110,1 Q МВт 0,634 1,472 2,052 2,202 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 Рвих кгc/см2 5,2 5,2 5,4 5,4 Теплопродуктивність Вода Тиск води на виході із котла 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 Qпал. МВт 0,681 1,588 2,235 2,387 Теплова потужність пальника Продукти згоряння t оС 91 152 178 184 Тиск у камері згоряння Рк.з.. Па 30 40 120 120 Розрідження за котлом Sк Па 70 60 60 80 О2 СО2 % % 5,3 8,8 3,8 9,7 4 9,6 2,1 10,6 СО NОх мг/м3 мг/м3 62 134 5 132 0 96 18 102 1,30 1,20 1,21 1,10 95,2 94,4 92,9 92,6 Температура відхідних газів Вміст в сухих продуктах згоряння: -кисню -двоокису вуглецю Вміст в сухих продуктах згоряння: приведений до = 1: -оксиду вуглецю -оксидів азоту, приведених до NО2 Коефіцієнт надлишку повітря ККД за зворотним балансом % зв СТРУКТУРА ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА Без излучателя С излучателем CO NO CO 2x ά На выхо де из топки 1,2 На выхо де из котла 1,26 СО СО2 NOx η% 130 43 13,3 9,1 102 101,8 63 94,6 СО2 NOx η% ά СО На выхо де из топки 1,3 169 12 59 72 На выхо де из котла 1,26 57 9,8 88 95 Методика расчета граничных удельных норм расхода топлива вгр в К о к • • • • • гр 3 К 3гр в в 2 4ас 2а 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; 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 700 600 500 400 300 200 100 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 0 1003 CO2 emissions, ths. t 800 year Bas eline 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 Институт промышленной экологии Тел.: (+38 044) 453 2862 Тел/факс: (+38 044) 456 9262 e-mail: [email protected] www.engecology.com Благодарю за внимание