Реконструкция системы теплоснабжения с применением теплового насоса

Реконструкция центрального водозабора с 
установкой тепловых насосов для теплоснабжения 

Перед нашим водоканалом была поставлена задача произвести работы по реконструкции системы теплоснабжения центрального водозабора. Вот как она была решена. 

Объект – существующий центральный водозабор, представляющий комплекс сооружений, включающих: 
– шесть артезианских скважин глубиной от 70 до 100 метров, единичным дебетом от 60 до 220 м3/час; 
– административное здание с лабораториями и технологическими помещениями; 
– здание блока фильтров, сблокированное с административным зданием; 
– два резервуара запаса чистой воды ёмкостью по 2 000 м3; 
– здания насосной станции II-го подъёма с пристроенным зданием трансформаторной подстанции; 
– здания проходной; 
– здания котельной. 

Характеристика существующей системы теплоснабжения. 

Существующая система теплоснабжения включает в себя: 
– здание котельной со стальной дымовой трубой, двумя котлами КВТС-1 с сетевыми насосами, дутьевыми вентиляторами, оборудованием химводоочистки; 
– наружную теплосеть, выполненную на участке от котельной до административного здания со зданием блока фильтров в непроходном канале из стальных водо-газопроводных труб с утеплением матами из стекловолокна, остальная часть – в битумперлитовой изоляции; 
– внутренние системы отопления зданий, выполненные из стальных водо-газопроводных труб и отопительных приборов, представленных чугунными радиаторами, стальными конвекторами, и стальными регистрами. 
В существующей котельной в качестве топлива используются местные виды топлива: дрова, щепа, дровяные отходы. 
Котлы КВТС-1, установленные в котельной, исчерпали свой жизненный ресурс (10 лет службы), неоднократно ремонтировались и требуют замены на более совершенные экономичные пиролизные котлы, работающие на местных видах топлива. 
В результате длительной эксплуатации объекта (более 20 лет) в наружной тепловой сети неоднократно устранялись возникающие порывы из-за коррозионного износа электрохимической коррозии) стальных труб, что привело к сверхнормативному увеличению теплопотерь (более40%). 
Существующие системы внутреннего отопления находятся в удовлетворительном состоянии, но ввиду своего разнообразия в исполнении (чугунные радиаторы, конвектора и стальные регистры) требуют замены и пересмотра схемы разводки внутри зданий для оптимизации режимов подачи тепла в разные по назначению помещения. 
Тепловые нагрузки на отопление зданий водозабора составляют: 
– административное здание – 49 978 ккал/час; 
– здание блока фильтров – 97 724 ккал/час; 
– здание насосной станции II-го подъёма – 46 269 ккал/час; 
– здание проходной – 9 226 ккал/час. 

Варианты обеспечения объекта тепловой энергией. 

Вариант 1 – реконструкция существующей котельной с полной заменой основного и вспомогательного оборудования, реконструкция наружной теплосети. 
Вариант 2 – установка тепловых насосов, преобразующих низкопотенциальное тепло воды артезианских скважин в высокопотенциальное тепло, используемое для отопления зданий водозабора. 

Вариант 1 предусматривает реконструкцию строительной части существующей котельной, замену пришедших в негодность старых котлов на два новых экономичных пиролизных котла мощностью по 0,45 МВт с к.п.д. 90% и более, замену оборудования ХВО, замену сетевых насосов и запорно-регулирующей арматуры, устройство склада для хранения топлива, замену всех труб наружной теплосети на современные трубы в ПИ-изоляции. Капитальные вложения по варианту 1, что составляет – 168 тыс. долл. США. 

Дополнительно необходимо учитывать эксплуатационные затраты на содержание штата котельной: операторы котельных установок – 4 чел., аппаратчица ХВО – 1 чел, слесарь по ремонту котельного оборудования – 1 чел. Срок эксплуатации – 10 лет. 

Вариант 2 – установка трёх тепловых насосов общей тепловой мощностью до 201 кВт для отопления административного здания и здания блока фильтров непосредственно в здании блока фильтров и установка одного теплового насоса мощностью до 67 кВт непосредственно в здании насосной станции II-го подъёма для отопления самого здания насосной станции II-го подъёма и здания проходной; строительство участка теплосети длиной 60 м.п. из трубы «Изопрофлекс» для подачи теплоэнергии от здания насосной станции II-го подъёма до здания проходной. 
Часть воды из артезианских скважин, прошедшая фильтрацию и обезжелезивание в фильтрах здания блока фильтров поступает в пластинчатый контактный теплообменник, где отдаёт тепло рабочей жидкости (пропиленгликоль), поступающей в тепловой насос. В контактном испарителе теплового насоса рабочая жидкость находится в газообразном состоянии при низком давлении и нагревается до температуры водопроводной воды (+8…10°С). Далее рабочая жидкость, находящаяся в газообразном состоянии, проходит через компрессор, сжимается до состояния жидкости, повышая тем самым температуру до +55…65°С .После этого энергия рабочей жидкости с гораздо высокой температурой в контактном теплообменнике (конденсаторе) передаётся сетевой воде, циркулирующей во внутренней сети теплоснабжения здания по температурному графику 65/40°С. На последнем этапе рабочая жидкость, проходя через расширительный клапан, при многократном снижении давления переходит в газообразное состояние и поступает в контактный испаритель. Цикл повторяется. При этом варианте исключается необходимость реконструкции всей теплосети и сводятся на нет теплопотери при передаче теплоэнергии от котельной до отапливаемых зданий. Кроме этого исключается всякая возможность выброса в атмосферу вредных веществ от сжигания топлива. 
Капитальные вложения по варианту 2 составляют – 202 тыс.долл. США. 

Итог.

Из анализа производимых расчётов, при своей разнице в затратах срок окупаемости проектов почти одинаков. 
Для предприятия принявшего решение в пользу варианта 2, послужил тот факт, что на балансе предприятия имеется собственная мини-электростанции и стоимость электроэнергии для собственных нужд в два раза меньше покупной, при реализации второго варианта, персонал выполняющий низкоквалифицированный труд по заготовке, хранению и использованию дров в качестве топлива.