Analiza układów hydraulicznych w elektrociepłowniach i ciepłowniach z akumulatorem ciepła

Ryszard Zwierzchowski

Zeszyt 64

Analiza układów hydraulicznych w elektrociepłowniach i ciepłowniach z akumulatorem ciepła.
STRESZCZENIE
Obecnie w Polsce w większości Miejskich Systemów Ciepłowniczych (MSC) zasilanych z Ciepłowni Komunalnej (CK) lub Elektrociepłowni (EC), procesy modernizacyjne dotyczące wytwarzania jak i przesyłu ciepła są znacząco zaawansowane, a niekiedy uznane są wręcz za zakończone. Jednakże, te procesy modernizacyjne nie obejmują wcale lub tylko w ograniczonym zakresie, układów hydraulicznych we wspomnianych powyżej źródłach energii. Układy hydrauliczne w eksploatowanych w Polsce CK i EC, zazwyczaj charakteryzują się nadmierną energochłonnością urządzeń, zbyt wysokimi stratami hydraulicznymi i brakiem dostosowania do zmieniających się warunków eksploatacyjnych MSC.

Zasadniczą analizę układów hydraulicznych poprzedza charakterystyka tych układów w typowych CK i EC oraz opis parametrów cieplno-hydraulicznych nośnika energii w poszczególnych obiegach źródła energii. Charakterystyka układów hydraulicznych obejmuje zarówno prezentację klasycznych rozwiązań tych układów w komunalnych źródłach ciepła jak i analizę danych eksploatacyjnych i symulację pracy tych obiegów w sezonie grzewczym i sezonie letnim. Analiza parametrów cieplno-hydraulicznych w układach hydraulicznych w CK i EC zawiera charakterystykę produkcji ciepła i energii elektrycznej w tych źródłach, a także przebiegi i zakresy zmian parametrów cieplno-hydraulicznych w tych układach.
Prezentowana praca wskazuje możliwe kierunki modernizacji układów hydraulicznych źródeł ciepła, łącznie z wprowadzeniem do nich obiegu akumulacji ciepła. Przedsięwzięcia te mają za zadanie ograniczenie strat energii, zwiększenie sprawności i niezawodności działania układów hydraulicznych, a także poprawę warunków eksploatacji MSC. Omówiono tutaj zagadnienia takie jak, wprowadzenie regulacji ilościowo-jakościowej wody sieciowej oraz możliwości obniżenia jej temperatury na zasileniu. Podano ogólne zasady energooszczędnej eksploatacji układów hydraulicznych i sposoby modernizacji istniejących oraz wprowadzenie nowych obiegów wodnych. Modernizacja istniejących i wprowadzenie nowych obiegów wodnych w CK i EC obejmuje takie przedsięwzięcia jak, zmiany funkcjonalno-technologiczne w istniejących obiegach wodnych, zastosowanie akumulatorów ciepła oraz nowych technologii odgazowania wody uzupełniającej i oczyszczania wody sieciowej. Wyżej wymienione działania zostały szczegółowo przeanalizowane i opisane.
Technologie związane z zastosowaniem akumulatorów ciepła, można uznać jako nowatorskie w polskim ciepłownictwie. Oferują one duże możliwości w zakresie poprawy warunków eksploatacyjnych systemów ciepłowniczych jak i ekonomiki produkcji energii cieplnej i elektrycznej, ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery oraz zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii do odbiorców.
Prezentowana praca zawiera także, analizę energetyczną i egzergetyczną układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, którą przeprowadzono dla wybranej EC, zasilającej w energię duże miasto w Polsce. Przedstawiono tu charakterystykę techniczną analizowanego źródła energii, a także charakterystykę eksploatacyjną na bazie danych eksploatacyjnych z kilku ostatnich lat. Analizę energetyczną i egzergetyczną wykonano dla sezonu grzewczego (Te = –20°C, tj. w warunkach obliczeniowych), okresu przejściowego (Te = +1°C) oraz okresu letniego Te = +15°C). Prezentowane wyniki analizy energetyczno-egzergetycznej układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, pozwalają wskazać miejsca największych strat energii w tych układach, a tym samym umożliwiają podjęcie odpowiednich działań do ich redukcji. Szczegółowe wyniki tej analizy pokazują, że zarówno zapotrzebowanie energii oraz straty egzergetyczne związane z funkcjonowaniem układów hydraulicznych EC z akumulatorem ciepła, zarówno w cyklach ładowania jak i rozładowania tego urządzenia, są niewielkie tzn. moc dodatkowych urządzeń (pomp rozładowczych akumulatora) sięga zaledwie 0,5–0,8% mocy bloku ciepłowniczego, a straty egzergetyczne są rzędu kilkuset kW.
Dla wybranej EC, w której w ramach działań modernizacyjnych układów hydraulicznych, został zabudowany akumulator ciepła, przeprowadzono wstępną analizę wpływu na środowisko eksploatacji tego urządzenia. Przedstawione wyniki wskazują, że zastosowanie akumulatora ciepła ma bardzo pozytywny wpływ na środowisko, co przejawia się zmniejszeniem przez EC emisji zanieczyszczeń gazowych, a szczególnie pyłów do atmosfery.