Теплофикация, или централизованное снабжение теплом жилых домов и производственных помещений, в нашей стране получила развитие в первые годы Coветской власти. В 1924 г. в Ленинграде инженеры Дмитриев и Гюнтер осуществили систему производства тепла на Ленинградской электростанции и снабжение от нее теплом жилых зданий.
По трубопроводам в жилые дома поступала горячая вода, в домах были ликвидированы отопительные печи. Первые опыты централизованного теплоснабжения произвели огромное впечатление.
На опыте Ленинградской ГРЭС была доказана не только осуществимость идеи централизованного теплоснабжения, но и ее экономические преимущества.
Экономическая эффективность централизации теплоснабжения заключается в том, что коэффициент полезного действия теплоэлектростанции равен 60— 70%, тогда как при сжигании топлива в индивидуальных печах полезно используется не более 5 %.
Эффективность централизованного теплоснабжения была настолько очевидна, что оно явилось мощным толчком для сооружения теплоэлектроцентралей в Москве, Харькове, Киеве, Ярославле, Иванове, Казани и других городах.
Ярким примером эффективности центрального теплоснабжения может служить Москва.
В 1928 г. в Москве более 1000 домов имели свои мелкие котельные, в которых полезно использовалась примерно половина сжигаемого топлива. При переводе этих домов на централизованное теплоснабжение, за счет лучшего использования того же количества топлива ТЭЦ вырабатывалось дополнительно к теплу около 200 млн. кВт · ч электроэнергии.
В период с 1924 по 1931 г. теплофикация осуществлялась путем строительства, главным образом, заводских ТЭЦ, сооружаемых при создании новых предприятий тяжелой и легкой промышленности. Заводские ТЭЦ кроме производства электроэнергии обеспечивали предприятия технологическим паром и водой для отопительных и производственных нужд.
К началу первой пятилетки (1928—1933 гг.) был построен ряд ТЭЦ — Краснопресненская в Москве, Балахнинская, Калининская, Окуловская и др.
До начала Великой Отечественной войны (1941 г.) суммарная мощность теплоэлектроцентралей была 2,0 млн. кВт, протяженность тепловых трасс достигла внушительных размеров — 650 км. ТЭЦ в 1940 г. отпустили потребителям 26 млн. Гкал т. тепла, теплоэлектроцентрали обеспечили за счет комбинированной выработки тепла и электроэнергии экономию более 1 млн. т топлива.
До 1940 г. был сооружен ряд крупных теплоэлектроцентралей в Москве — ТЭЦ-8, ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11, Краснозаводская ТЭЦ в Харькове, теплоцентрали в городах Саратове, Ярославле, Орске, крупная ТЭЦ при целлюлозно-бумажном комбинате на Каме, Красногорская ТЭЦ и Нижне-Тагильская ТЭЦ на Урале, Игумновская ТЭЦ в Горьком, Каменская ТЭЦ в Ростовской области.
Характерной особенностью этого периода развития теплофикации является переход на установку крупных теплофикационных агрегатов с высокими технико-экономическими показателями.
Война не прекратила строительства теплоцентралей, которое интенсивно продолжалось на Урале, в Поволжье, в Сибири и некоторых районах Средней Азии. После разгрома немецких войск под Москвой (конец 1941 г.) и особенно под Сталинградом (начало 1943 г.) в освобожденных от оккупации районах было начато восстановление Алексинской ТЭЦ Мосэнерго, ТЭЦ в Ростове, Харькове, Киеве и ряде других городов.
За последние 15 лет (1960—1975 гг.) развитие теплофикации шло особенно быстро. Суммарная мощность ТЭЦ Минэнерго увеличилась более чем в 4 раза и достигла 49 млн. кВт.
Теплоэлектроцентрали производят в год огромное количество горячей воды и пара, измеряемое сотнями миллионов гигакалорий. Во всех крупных, средних и многих мелких городах отопление жилых зданий и снабжение их горячей водой осуществляется от теплоэлектроцентралей. Для этой цели в городах прокладываются теплотрассы, протяженность которых в настоящее время превышает 15 тыс. км.
Экономическое преимущество централизованного производства тепловой и электрической энергии состоит в лучшем использовании тепловой энергии пара. Дело в том, что в обычной турбине весь пар, пройдя турбину, направляется в конденсатор, где он превращается в воду и снова подается в паровой котел. В конденсационных электростанциях более половины тепла, заключенного в паре, передается охлаждающей воде, которая сбрасывается в реку, водоем или градирню.
В теплофикационной турбине часть поступающего в нее пара отбирается и направляется на подогрев воды, идущей на теплоснабжение. В результате потери тепла с охлаждающей водой сокращаются вдвое, что означает улучшение полезного использование тепла пара также в 2 раза.
Советское энергомашиностроение провело огромную научно-исследовательскую, проектно-конструкторскую и производственную работу по созданию и изготовлению теплофикационных агрегатов и вспомогательного оборудования. Практически весь ввод мощностей на ТЭЦ и тепловых сетях обеспечен отечественным оборудованием.
Еще в 1931—1932 гг. Ленинградский металлический завод (ЛМЗ) изготовил две крупные, по масштабам того времени, теплофикационные турбины мощностью по 12 тыс. кВт, в которых предусматривался отбор пара для подогрева воды, идущей на теплоснабжение.
В следующем, 1933 г. ЛМЗ выпустил турбину мощностью 25 тыс. кВт. Турбина имела регулируемый отбор пара (имеющий значение для теплофикации) от 1 до 2 ата.
Для удовлетворения потребности крупных промышленных предприятий металлургической, нефтехимической и некоторых других отраслей промышленности ЛМЗ с 1935 г. наладил производство турбин новой конструкции мощностью 25 тыс. кВт, в которых был предусмотрен отбор пара для производственных нужд предприятий.
Кроме ЛМЗ, производство теплофикационных турбин было организовано на Кировском и Невском машиностроительных заводах Ленинграда.
В 1949 г. коллектив конструкторов, технологов и рабочих ЛМЗ сделал новый шаг по пути совершенствования теплофикационных турбин. В это время были изготовлены турбины новой серии на повышенные параметры пара. В отличие от предыдущих серий одна турбина имела два регулируемых отбора пара, из первого отбора пар использовался для производства, а от второго направлялся для подогрева воды, идущей на теплофикацию.
Возрастающие потребности в теплофикации крупных жилых массивов ставили новые требования перед энергомашиностроителями.
В связи с этим возникла потребность создания серии новых теплофикационных агрегатов на более высокие параметры пара и перехода от одноступенчатой схемы подогрева воды на многоступенчатую. В соответствии с этими требованиями ЛМЗ разработал и организовал производство новых теплофикационных турбин мощностью 50 и 100 тыс. кВт. В новой серии турбин кроме повышения параметров пара предусматривался двухступенчатый подогрев воды, что повысило экономические характеристики агрегатов.
Следующим шагом в развитии теплофикации является создание теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт на сверхкритических параметрах пара. Целесообразность теплофикационной турбины такой мощности обусловлена:
концентрацией тепловых нагрузок в крупных городах, что требовало дальнейшего укрупнения единичных мощностей агрегатов;
необходимостью уменьшения расхода топлива на 1 отпущенный кВт-ч электроэнергии и на 1 Гкал тепла в районах, где испытывался дефицит топлива.
Переход на сверхкритические параметры пара и применение вторичного перегрева пара улучшило экономичность турбины в 250 МВт по сравнению с турбинами, ранее выпускавшимися на более низкое давление, примерно на 6%.
Первый теплофикационный энергоблок мощностью 250 МВт, изготовленный Уральским турбомоторным заводом, был введен в работу в 1971 г. на ТЭЦ-22 Мосэнерго. Теперь на этой ТЭЦ работает три таких энергоблока. За время эксплуатации этих энергоблоков с нагрузками, близкими к номинальным, достигнут весьма низкий удельный расход топлива на 1 отпущенный кВт-ч электроэнергии и единицу тепла.
В девятой пятилетке аналогичные теплофикационные энергоблоки, работающие на газо-мазутном топливе, вошли в эксплуатацию на ТЭЦ-21 Мосэнерго и ТЭЦ-5 Киевэнерго.
К началу десятой пятилетки введено 7 теплофикационных турбин мощностью по 250 тыс. кВт. До 1981 г. намечено ввести еще 6—7 агрегатов.
Развитие теплофикации на перспективу до 1990 г. будет, естественно, возрастать и определяться двумя факторами:
дальнейшим расширением централизованного теплоснабжения городов и населенных пунктов;
необходимостью осуществления дополнительных мероприятий по экономии топливных ресурсов.
Оптимальный экономический эффект теплофикации может быть обеспечен при условии комплексного, взаимосвязанного процесса совершенствования теплофикационного основного и вспомогательного оборудования и правильного его использования в эксплуатации.
Общий экономический эффект от теплофикации будет зависеть также от оптимального распределения между различными источниками производства тепла.
В 1975 г. централизованное теплоснабжение осуществлялось от теплоэлектростанций в размере несколько более 53%. Крупные котельные производили около 40% тепла, остальное тепло потребители получали из других источников.
При разработке перспективного плана развития теплофикации учитываются многие факторы — рост городов и городского населения, улучшение комфорта жилых зданий, централизация теплоснабжения мелких населенных пунктов, включая сельские. Следует учесть также рост потребления тепла промышленными предприятиями, животноводческими комплексами, тепличным хозяйством. Словом, здесь есть над чем поработать и что учесть.
При определении тепловых нагрузок промышленных предприятий необходимо, например, учитывать использование вторичных энергетических ресурсов самих предприятий. Как правило, общий экономический эффект (капитальные затраты плюс эксплуатационные расходы) использования вторичных энергетических ресурсов больше, чем от тепловой энергии, получаемой с ТЭЦ. В поисках путей снижения удельных капитальных затрат на сооружение ТЭЦ, сокращения сроков строительства и количества строителей и монтажников ВНИПИэнергопромом и Ростовским отделением Теплоэлектропроекта разработаны два варианта проектов ТЭЦ со значительными улучшениями технико-экономических показателей по сравнению с ранее применяемыми.
ВНИПИэнергопром по координационному плану Госкомитета по науке и технике совместно с рядом проектных институтов и энергомашиностроительных заводов разработал рабочий проект серийной газо-мазутной ТЭЦ с применением стандартных строительнотехнологических секций повышенной заводской готовности под названием ТЭЦ-ЗИГМ (Заводское изготовление, газо-мазутная).
В проекте предусмотрены коренные усовершенствования методов проектирования, комплектации и сооружения теплоэлектроцентралей.
В основу новых принципов создания ТЭЦ заложены типизация проектных решений и увеличение заводской сборности (готовности) серийных элементов технологического оборудования и строительных конструкций, поступающих на площадку строительства.
Новый проект серийной ТЭЦ состоит из отработанных элементов ТЭЦ, строительно-технологических секций, узлов или блоков, образуя при их применении необходимый комплекс частей и ТЭЦ в целом.
В процессе проектирования коллектив Института осуществил типизацию главного корпуса ТЭЦ путем создания модульных типоразмеров ячеек главного корпуса.
Каждый строительно-технологический модуль оформляется как самостоятельный проект, что дает возможность проектным организациям, выполняющим проект конкретной ТЭЦ, комплектовать ее модулями по готовой рабочей документации.
Сокращение размера здания, снижение грузоподъемности кранов, отказ от сооружения многочисленных фундаментов под оборудование — все это, вместе взятое, уменьшило объем главного корпуса и улучшило его удельные показатели.
Проект ОВК разрабатывается в трех модификациях:
две модификации для газо-мазутных ТЭЦ при наличии или отсутствии централизованных ремонтных предприятий и складского хозяйства;
одна — для пылеугольных ТЭЦ
Объединение этих служб улучшает технико-экономические показатели по сравнению с раздельно сооружаемыми зданиями, уменьшает строительный объем и площадь застройки до 35%, расход сборного железобетона и стальных конструкций — до 40 %.
Согласно технико-экономическим расчетам ВНИПИ- энергопрома реализация серийной ТЭЦ-ЗИГМ дает возможность уменьшить трудозатраты на 40% и сократить сроки строительства на один год. По проекту ТЭЦ-ЗИГМ в настоящее время осуществляется проектирование 15 ТЭЦ и строительство 12 ТЭЦ.
Ростовское отделение ТЭЦ разработало свой проект Ростовской ТЭЦ электрической мощностью 580 тыс. кВт.
В основу этого проекта заложен ряд прогрессивных мероприятий, в том числе: впервые на ТЭЦ принята блочная схема — котел — турбина, использованы опытные малогабаритные котельные агрегаты и реконструированные турбоагрегаты. В строительной части осуществлена максимальная унификация сборных железобетонных конструкций, а также предварительное укрупнение конструкций и части оборудования на специальных монтажных площадках.
На Ростовской ТЭЦ использованы малогабаритные котлы, значительно отличающиеся от серийных котлов: металлоемкость котла снижена на 18%, а трудозатраты на его монтаж — на 30%.
Сооружение однопролетного главного корпуса, в котором установлены два мостовых крана, обеспечивает полную механизацию ремонтных работ не только турбогенератора, но котлов и всего вспомогательного оборудования.
Уровень сборности строительно-монтажных конструкций характеризуется следующими цифрами: из общего количества 6650 строительно-монтажных блоков на строительную площадку в готовом виде поступило 4918 и в укрупненном 1732 блока, т. е. 100%. Это позволило снизить в Ростовской ТЭЦ по сравнению с ранее выполненными объектами строительный объем зданий на 21%, а строительные конструкции на 38% и стоимость строительной части зданий на 37%. Важным итогом строительства Ростовской ТЭЦ является сокращение сроков ее сооружения.
В десятой пятилетке предстоит освоить новое теплофикационное оборудование.
Чтобы улучшить технико-экономические показатели центральных котельных, до 1980 г. будет создана новая серия отопительных котельных агрегатов. В плане предусмотрено создать комбинированный котельный агрегат большой производительностью.
Учитывая все потребление тепловой энергии и концентрацию потребителей, намечено увеличить единичную мощность теплофикационных турбин до 400—600 МВт с улучшенными технико-экономическими показателями.
