10680

91

нагружает насос 1 до установленного максимального предела (например, до 85%), а затем включает дополнительно другой насос (который установлен в автоматический режим), например 2. После разворота насоса 2 регулятор автоматически перераспределяет нагрузку на насосы 1 и 2. Далее, при увеличении нагрузки работающих насосных агрегатов до установленного максимального предела (например, до 85%) схема подает команду на включение насоса 3, а если он не установлен в автоматический режим, то формируется сигнализация о невозможности схемы выполнить поставленную задачу. Работа схемы на отключение насосов аналогична – при снижении нагрузки трех насосов до заданного значения (например, до 25%) производится отключение одного из насосов и т.д. Очевидно, что в нормальном штатном режиме работы ГНС все насосные агрегаты (1-3) должны быть включены в автоматический режим. Только в этом случае АСУТП может функционировать в круглосуточном автоматическом режиме.

Схема реализует функцию автоматического выравнивания моторесурса, что означает, что в случае, когда имеется необходимость включения/отключения одного из насосов, схема выбирает тот насос, у которого минимальное/максимальное значение наработки часов.

Вывод: Применение автоматизированной системы управления насосными агрегатами позволило получить следующие экономические и эксплуатационные эффекты:

• энергопотребление вновь смонтированных насосных установок в 3 раза меньше путем реализации энергосберегающего алгоритма работы и недопущения динамических пусковых режимов;

• ресурс запорной арматуры и насосных агрегатов увеличен в 1,4

раза;

•нагрузка на энергосберегающую систему КНС снижена за счет плавного пускового и остановочного режимов насосов;

•повышена надежность работы КНС путем резервирования насосов;

•использование оборудования, исключающего человеческий фактор;

•повышение электробезопасности при эксплуатации системы;

•сведены к минимуму затраты на обслуживающий персонал и эксплуатационные расходы;

•отсутствует необходимость вмешательства операторов в работу насосов.

92

УДК 620.9:697.34

Е.Г. Макарова

Особенности выработки тепловой энергии в крупных промышленных центрах

Одной из ключевых задач теплоэнергетики является повышение энергоэффективности систем теплоснабжения [1]. В большинстве крупных городов и промышленных центров России наиболее распространено централизованное теплоснабжение, которое обслуживает более 80% потребителей страны. В общей сложности теплофикационными системами вырабатывается около 6,28 млн. ГДж/год, из них: 47,5 % на твердом топливе; 40,7 % - на газе и 11,8 % - на жидком топливе [2].

Однако доля теплофикации в общей выработке тепловой энергии в стране неуклонно снижается. Это вызвано использованием устаревших технологий, физическим износом трубопроводов и оборудования, большими потерями теплоты. Кроме того, протяженность тепловых сетей зачастую превышает эффективный радиус действия источника теплоснабжения. Как следствие, непроизводительные затраты электроэнергии на транспортировку теплоносителя, резкое снижение его характеристик у потребителя теплоты, размещенного вне зоны эффективного действия котельной или ТЭЦ.

В связи с этим, получают всё большее распространение системы автономного теплоснабжения, включающие, в том числе, крышные котельные. Данный вариант широко применяется в Северной Америке. В районах плотной городской застройки таких мегаполисов, как Чикаго, Детройт, Сиэтл (США), Торонто и Ванкувер (Канада) на долю крышных котельных приходится до 80% общего производства тепловой энергии [3]. Североамериканский опыт строительства и эксплуатации таких котельных насчитывает уже много десятков лет.

Повышенный интерес к автономным источникам теплоты не случаен: децентрализация способна лучше адаптировать систему

капитальные вложения намного ниже, чем у централизованной системы. Однако следует отметить негативные стороны повсеместного

перехода на автономное теплоснабжение, особенно в зоне эффективного радиуса ТЭЦ. Резкое снижение установленной тепловой мощности ТЭЦ приведет к возрастанию выработки энергии по конденсационному циклу, а следовательно, понижению эффективности использования органического топлива.

93

Отличительными особенностями крышных котельных являются:

-отсутствие необходимости в землеотводе и сооружении отдельного здания;

-оперативное реагирование на изменения температурной обстановки;

-снижение длины трубопроводов и, соответственно, уменьшение теплопотерь в трубопроводах;

-круглогодичный рабочий цикл, без остановки летом на профилактический ремонт;

-высокий уровень автоматизации, т.е возможность функционирования котельной вне зависимости от присутствия-отсутствия операторов.

Таким образом, одной из главных задач повышения энергоэффективности систем теплоснабжения является рациональное сочетание централизованных и децентрализованных источников теплоты.

Рассмотрим особенности теплоснабжения крупных промышленных центров на примере Нижнего Новгорода.

Теплоснабжение города в настоящее время осуществляется от Автозаводской и Сормовской ТЭЦ с общей установленной тепловой мощностью 3163,4 МВт, 116 крупных котельных и более 1000 котельных малой мощности [4].

Суммарная установленная тепловая мощность всех источников тепловой энергии составляет 9459,8 МВт; протяженность тепловых сетей

-2 840 км; количество центральных тепловых пунктов – 235. Генеральный план развития города до 2030 предусматривает

увеличение доли жилого фонда с 51,6% до 57,8% от общего фонда жилой застройки. На рисунке 2 показаны планируемые объемы жилой и промышленной застройки в городе.

Рис.2. Объемы строительства и прирост нагрузок в Нижнем Новгороде в существующих границах города

94

Приведенный рост объемов строительства в городе вызывает необходимость создания новых источников тепловой энергии. В таблице 1 приведены сводные показатели динамики спроса на тепловую мощность жилого, общественного и производственного фондов.

С целью выявления степени эффективности системы теплофикации города энергии проанализируем радиусы крупных источников теплоснабжения (табл. 2).

На основе полученных данных следует, что теплоснабжение в городе недостаточно эффективно, так как наиболее удаленные от источника потребители не будут получать теплоту с рекомендуемыми параметрами теплоносителя (параметры будут ниже принятых). Да и расход теплоты будет значителен.

Кроме того, с развитием крупных промышленных центров возрастает потребность не только в тепловой, но и электрической энергии. Наиболее рациональным решением при новом строительстве жилой и

95

промышленной застройки явится проектирование когенерационных установок (совместное производство тепловой и электрической энергии) на базе котельных малой и средней мощности.

Мероприятия по переоборудованию котельных в источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии включают:

-строительство нового источника комбинированной выработки электрической и тепловой энергии;

-строительство нового источника комбинированной выработки электрической и тепловой энергии в районе закрытия существующей неэффективной котельной;

-дооборудование существующей котельной когенерационной установкой на базе газопоршневых машин, паровых и газовых турбин с целью выработки электрической и тепловой энергии для собственных нужд котельной.

Таким образом, одной из важных задач теплоэнергетики является необходимость выявления оптимального сочетания доли централизованного и децентрализованного теплоснабжения с выделением зоны эффективного действия каждой из систем.

Кроме того, необходимо рационально использовать отбор пара турбин на ТЭЦ, с целью получения тепловой энергии.

Литература

1.Копко, В.М. Теплоснабжение: учеб. для студентов по направлению 270100 «Строительство» / В. М. Копко. – Изд. 2-е, испр. и доп. – Москва.: АСВ, 2014. – 335 с.

2.Полонский, В.М. Автономное теплоснабжение : учеб. пособие

для студентов по направлению 653500 – «Строительство» / В. М. Полонский, Г. И. Титов, А. В. Полонский. – Москва.: АСВ, 2006. – 152 с.: ил.

3.Схема теплоснабжения города Нижнего Новгорода на период с 2012 года до 2027 года (проект): муниципал. контракт от 19.12.2011 г.

№13 : разраб. ОАО «Газпромпромгаз». – Москва, 2012. – 214 с.

4.Штокман, Е. А.Теплогазоснабжение и вентиляция : учеб. пособие / Е. А. Штокман, Ю. Н. Карагодин. – Москва: АСВ, 2013. – 176 с.

УДК 627.8

Р.Е. Мартынов

Формирование мелководий на равнинных водохранилищах Европейской части России

В настоящее время в России насчитывается свыше 2200 водохранилищ и прудов с объемом каждого более 1 млн. м3. Их общая площадь свыше 65 тыс. км2, что составляет 0,4% от общей площади

96

страны, а общий объем – 793 км3. В основном это пруды и малые водохранилища (объемом, равным 1-10 млн. м3). К числу крупных и средних (объемом не менее 10 млн. м3) принадлежит 327 водохранилищ, обеспечивающих работу более 80 ГЭС. Крупных водохранилищ (объемом более 1 км3) в России всего 41 (31 – в Европейской части России и 10 – в Азиатской). Самым большим по площади является Куйбышевское водохранилище (6448 км2), а по объему – Братское (169 км3) [1].

Наибольшая густота искусственных водоемов характерна для южных районов Европейской части (лесостепной и степной зон), где в верховьях оврагов, балок и ручьев создана масса прудов для сельскохозяйственных целей (водопоя скота и полива сельскохозяйственных культур). В целом в Европейской части страны, наиболее густо заселенной, число прудов и малых водохранилищ в 5 раз больше, чем в Сибири и на Дальнем Востоке, а число крупных и средних водохранилищ – в 3 раза больше. При этом площадь водохранилищ в Азиатской части вдвое меньше, а их объем в 1,5 раза больше, чем водохранилищ Европейской России [1].

Площадь мелководий в крупных равнинных водохранилищах весьма значительна и составляет в среднем примерно 16% от общей площади акватории, изменяясь в широких пределах в различных физикогеографических условиях [1].

Под мелководьем понимаются участки акватории водохранилища, верхней границей которых является положение уровня при НПУ, а нижней

– двухметровая глубина при любом положении уровня. Несмотря на условность нижней границы, она имеет определенный физический смысл через гидродинамический критерий – глубину взаимодействия волн с дном. Именно на глубинах, не превышающих 0,5-0,6 высоты средней из максимальных волн, происходит активное взаимодействие волн с дном водоема, что на большинстве крупных равнинных водохранилищ соответствует примерно двухметровой глубине [1].

Зона мелководья хорошо прогревается и освещается солнцем, благодаря чему происходит цветение воды микроводорослями, зарастание высшей водной растительностью. Личинки комара находят для своего развития в зонах мелководья максимально благоприятные условия.

Основными причинами развития мелководий на равнинных водохранилищах Европейской части России являются процессы переформирования берегов и осадконакопления.

В результате многолетней эксплуатации водохранилища происходит переработка берегов, что приводит к мелководному затоплению прибрежных территорий.

Наблюдения за берегами водохранилищ показали, что процесс их деформации особенно активен в первые годы после наполнения водохранилища [2].

Площади мелководных участков в равнинных водохранилищах не остаются постоянными. Прирост площадей мелководий за 10-25 лет

97

эксплуатации водоемов за счет переформирования берегов составляет 0,5- 5%, а на некоторых достигает 12-23% их первоначальной площади [1].

Приблизительно 0,5-1% общей емкости водохранилищ теряется ежегодно из-за накопления в них донных отложений. Это означает, что в ближайшие 25-50 лет 25% запасов воды в водохранилищах мира может быть потеряно [3].

В практике создания искусственных водоемов особое место занимают вопросы определения возможной ширины зоны переработки берега в результате развития абразии, оползней, карста, процессов выветривания и т.д. Данная проблема является весьма сложной, так как условия формирования берегов водохранилищ, расположенных в различных регионах крайне разнообразны. Разработано большое количество методик, позволяющих дать прогноз переработки берега. Данные методики сгруппированы по методам теоретического обоснования проводимых расчетов. Выделены: энергетические методы, методы геологического подобия, вероятностно - статистические методы [4].

На основе энергетических методов, в частности метода Е. Г. Качугина, в ННГАСУ на кафедре Гидротехнических сооружений разработан программный комплекс «Берега». Данный программный комплекс позволяет определить профиль берега на момент прогноза, объемы размытой и аккумулированной в отмели породы берега, величину отступания берега. Сравнение результатов, полученных при помощи программного комплекса, с результатами натурных наблюдений показало, что программный комплекс пригоден для инженерных расчетов переформирования берегов водохранилищ средней полосы.

Наиболее динамичной областью с активным проявлением процессов перемещения и накопления осадочного материала является прибрежная зона водохранилищ. В настоящее время несомненный интерес представляет изучение особенностей современного осадконакопления в прибрежной зоне крупнейших искусственных водоемов, в которых скорость осаждения и аккумуляции осадочного материала во много раз интенсивнее, чем в природных водоемах.

Развитие отмелей в водохранилищах и состав осадков, их слагающих, зависит от множества факторов, ключевыми среди которых являются волновые процессы, течения, состав и свойства размываемых пород, определяющие их прочностные характеристики, следовательно, и скорость абразии берегов. Основным источником осадкообразующего материала являются абразионные берега, поставляющие в водохранилища ежегодно 224 млн. т, из которых от 40 до 90 % идет на формирование прибрежных отмелей. Способы перемещения размытого материала от абразионного берега под действием гидродинамических и гравитационных процессов отражают литодинамические (генетические) типы, основными из которых в прибрежной зоне являются отложения гидродинамических потоков и гравитационные отложения [5].

Отложения гидродинамических потоков формируются при переносе

98

размытого материала под действием волн и течений. Наибольшей кинетической энергией обладают волны в верхних слоях воды, поэтому эта часть водной толщи является более подвижной и обладает максимальной способностью к разносу крупных фракций осадочного материала [5].

На подводном склоне прибрежных отмелей осадконакопление протекает в основном при ведущей роли гравитационных процессов, среди которых на водохранилищах наибольшее развитие получили оползни и обвалы. Процессы перемещения осадочного материала протекают гораздо медленнее, чем на отмели [5].

Различают два типа оползней: блоковые и поточные, которые формируют совершенно отличные друг от друга отложения [5]. Подводный оползень в рельефе дна выражен в виде ступени или крупных хаотично расположенных валов.

В результате формирования мелководий происходит потеря ценных земель, цветение воды микроводорослями, зарастание высшей водной растительностью, поэтому рекультивация мелководий и восстановление хозяйственной ценности земель, нарушенных при создании и многолетней эксплуатации равнинных водохранилищ, является важной научной задачей.

Литература

1.Эдельштейн, К.К. Гидрология озер и водохранилищ: учебник для ВУЗов / К.К. Эдельштейн. – Москва: Перо, 2014. – 399 с.

2.Иконников, Л.Б. Формирование берегов водохранилища / Л.Б. Иконников. – Москва: Наука, 1972. – 96 с.

3.Румянцев, И.С. Изменение объема равнинных водохранилищ на эксплуатационной фазе жизненного цикла / И.С. Румянцев, И.С. Соболь, С.В. Соболь // Гидротехническое строительство. – 2014. – № 3. – С. 2-9.

4.П 30-75. Методические рекомендации по прогнозированию переформирования берегов водохранилищ. – Ленинград: ВНИИГ им. Веденеева, 1975. – 185 с.

5.Лисицын, А.П. Зональность природной среды и осадкообразования в океанах / А.П. Лисицын // Климатическая зональность и осадкообразование. – Москва: Наука, 1981. – С. 5-45.

УДК 628:353

Ю.А. Матросова

Применение анаэробных аппаратов для очистки концентрированных сточных вод

В последние десятилетия анаэробный метод нашел широкое применение для очистки концентрированных сточных вод промышленных предприятий.

99

Интенсивное развитие анаэробной техники связано со стремлением создавать компактные и эффективные аппараты, отличающиеся надежностью и гибкостью работы, низкими капитальными и эксплуатационными затратами, а также снижением энергетических затрат на очистку сточных вод (рис. 1, рис. 2).

Анаэробный метод очистки сточных вод применяется в различных отраслях промышленного производства (рис. 3).

Анаэробная обработка высококонцентрированных сточных вод по сравнению с очисткой в аэробных условиях позволяет снизить капитальные затраты в 10 раз и разместить сооружения на площади, меньшей приблизительно в (10÷20) раз. Кроме того, эксплуатационные расходы по сравнению с аэробной очисткой снижаются в 3 раза [2].

100

Рис. 3. Области применения анаэробных сооружений в Германии

К недостаткам анаэробного метода очистки относится практическое отсутствие удаления соединений азота и фосфора, эффект очистки по ХПК составляет, как правило, (65÷95) %, низкая скорость роста анаэробных бактерий вызывает трудности, связанные с удержанием ила в системе. Кроме того, скорость анаэробных процессов ниже, чем для аэробных, анаэробные системы чувствительны к изменению рН, температуры и колебаниям концентраций загрязнений в сточной воде. Указанные недостатки компенсируют за счет конструктивных особенностей современных анаэробных аппаратов и грамотного комбинирования анаэробного и аэробного способов очистки сточных вод.

Основным направлением в развитии и совершенствовании анаэробных реакторов является поиск конструкций, обеспечивающих поддержание в сооружении высокой дозы активной биомассы. Наиболее успешно это достигнуто в UASB, EGSB аппаратах, использующих гранулированный активный ил. Гранулированный ил имеет высокую активность, достаточно высокую прочность гранул и хорошие седиментационные свойства. По этой причине концентрация ила в активной зоне аппарата может достигать 50-80 кг/м3, из-за чего возможно достижение высоких объёмных нагрузок.

В таблице 1 представлены важнейшие параметры основных конструкций анаэробных аппаратов для мезофильного режима сбраживания и их сравнение с традиционным метантенком. Из таблицы