10 Июня 2020

Как Беловская ГРЭС сможет обогреть Белово?

Интересный проект СГК в Кузбассе: замещение шести неэффективных котельных мощностями КЭС. Для этого нужно организовать теплофикационный отбор на турбинах К и проложить 12-километровую теплотрассу.
Поделиться в социальных сетях

Сибирская генерирующая компания (СГК) в этом году приступила к реализации проекта, задуманного еще в советские годы, но давно и незаслуженно забытого. В общих чертах речь идет о масштабной трансформации теплоснабжения Белово, четвертого по числу населения города в Кузбассе. Порядка 35 тыс. потребителей шести неэффективных угольных котельных, что негативно влияют на экологическую обстановку в центральной части этого моногорода, будут переключены на Беловскую ГРЭС, которая расположена в пгт. Инской в 10 км от центра города и исторически обогревает только этот населенный пункт. Для расширения контура СГК предстоит построить новую 12-километровую тепломагистраль и нарастить теплофикационную мощность конденсационных турбин на самой станции. 

Завершить основные работы планируется к празднованию 300-летия Кузбасса в 2021 году. А полный ввод обновленной системы теплоснабжения города в эксплуатацию намечен на 2022-ой.

В настоящее время СГК завершает проектирование тепловой магистрали, и ведет подготовительные работы на ГРЭС. Суммарный объем вложений компании за два года превысит 1,7 млрд рублей (без НДС), из которых более 1,1 млрд будет потрачено на прокладку «трубы», а еще 617 млн – на переоборудование электростанции. Для окупаемости инвестиций СГК совместно с правительством Кемеровской области и городской администраций прорабатывают вопрос о переводе Белово в ценовую зону рынка тепла (т.н. модель «альтернативной котельной»). 

Губернатор Кузбасса Сергей Цивилев уже назвал проект «уникальным и важным для всего региона». «За счет привлечения частных и государственных инвестиций в городе Белово фактически будет создана новая, более надежная и экологически эффективная система теплоснабжения, с «умными» технологиями диагностики труб, современным цифровым комплексом диспетчеризации и управления. Это повысит комфорт городской среды и улучшит бизнес-климат с учетом снижения стоимости тепла от комбинированного источника — Беловской ГРЭС», - отмечает заместитель генерального директора – директор Кузбасского филиала СГК Юрий Шейбак.

«Кислород.ЛАЙФ» разобрался, как технически будет реализован беловский проект СГК.

Бесовская ГРЭС исторически обогревает только пос. Инской, а вот до самого Белово тепло от станции так и не доходило. С 2022 года все изменится.
DSC_6135.jpg

Много котельных, изношенных и разных

Белово – достаточно крупный город, здесь проживает порядка 127 тыс. человек (миграционная динамика, правда, устойчиво отрицательная). Расположен он фактически в центре Кузбасса, в 120 км от Новокузнецка и 132 км от Кемерово, на пересечении железных дорог Новосибирск-Новокузнецк и Белово-Гурьевск. Основные предприятия здесь – угледобывающие (в том числе один из крупнейших в России Бачатский и старейший в регионе Краснобродский разрезы, которые входят в состав УК «Кузбассразрезуголь»), да бюджетный сектор.

Как и множество подобных муниципалитетов в Кузбассе (да и не только), Беловский городской округ состоит из административно объединенных, но территориально разрозненных частей. Фактически, из нескольких маленьких «городков»: центра, в котором сохранилась историческая застройка и добротные «сталинки», четырех поселков городского типа (Бачатский, Новый Городок, Инской и Грамотеино) и двух сельских поселений (пос. Финский и село Заречное). В каждой из них – изолированные системы тепло- и водоснабжения. 

Особенно много котельных в центре города: по данным из Схемы теплоснабжения Беловского городского округа до 2028 года (актуализация на 2020 год), это 12 котельных ООО «Теплоэнергетик» (всего в структуре этой компании – 17 объектов, остальные работают в Новом Городке и Грамотеино), и по одной котельной ООО «Термаль» (в квартале №30) и ООО «Теплоснабжение» (в квартале №34). Низкие дымовые трубы без очистки дымовых газов, угольные склады во дворах, доставка угля автотранспортом, тепловые сети преимущественно надземной прокладки – таков привычный пейзаж центральной части Белово.

Белово - типичный моногород, состоит из административно объединенных, но территориально разрозненных частей.

Установленная тепловая мощность (УТМ) источников тепловой энергии в городском округе составляет 738,182 Гкал/час, располагаемая – 675,328 Гкал/час. Даже с учетом имеющихся на ряде котельных ограничений резерв очень большой – существующая тепловая нагрузка потребителей всего 411,304 Гкал/час, полезный отпуск – порядка 442,5 тыс. Гкал в год.

При этом практически 2/3 тепловой мощности сегодня приходится на два объекта – Беловскую ГРЭС (229 Гкал/час), которая вырабатывает примерно 30% электроэнергии во всем Кузбассе, и котельную №10 из структуры ООО «Теплоэнергетика». Причем последняя по теплу даже мощнее электростанции – установленная мощность 232 против 220 Гкал/час.

Кроме того, Бачатский теплом обеспечивает мощная котельная ООО «ЭнергоКомпания» (ПСХ-2, 90 Гкал/час), а Грамотеино – еще и ООО «ТВК» (80 Гкал/час, компания входит в кемеровскую ХК «Сибирский деловой союз»). Всего на весь городской округ работает, таким образом, более 20 источников тепла, и только один из них – Беловская ГРЭС – в режиме когенерации. Тепло от 17 муниципальных котельных в жилых зонах получает только 72 тыс. беловчан. В перспективе городские власти рассчитывают на небольшой рост нагрузок, но при любых раскладах новых источников тепла Белову не потребуется. В этих условиях ключевой задачей для отрасли становится повышение экономической, экологической и энергетической эффективности действующих объектов тепловой генерации. И всей системы. 

Проект, разработанный СГК на основе давних советских расчетов, предполагает, по сути, объединение тепловых контуров пгт. Инской с центральной частью Белово, с закрытием шести котельных суммарной установленной мощностью 337,39 Гкал/час – четырех из структуры «Теплоэнергетика» (в том числе и котельной №10), а также единственных объектов ООО «Термаль» и «Теплоснабжение». Интересно, что два объекта – котельные МКУ «Сибирь» и квартала №33 – планировалось закрыть (с переводом в режим ЦТП) и ранее, «в связи с моральным и физическим износом установленного оборудования». А их нагрузки переключить на котельную квартала №34 и котельную №10. Все эти шесть объектов, как и другие котельные, работают с совершенно разной загрузкой и КИУМ на выработку тепла.

Тепло от 17 муниципальных котельных в жилых зонах получает только 72 тыс. беловчан.
Снимок экрана 2020-06-10 в 11.11.11.png

Как можно оценить вклад проекта СГК в экологию? Например, вот так: суммарное потребление угля в год по всем котельным в Белово превышает 235 тыс. тонн, замещение всего шести вышеуказанных объектов позволит сократить этот объем практически вдвое – что, очевидно, позитивно отразиться на экологии именно в центральной части города. Ведь, в отличие от Беловской ГРЭС, на котельных вообще нет никаких систем газоочистки, а их дымовые трубы расположены на уровне многоэтажной городской застройки. При высоте не более 20 метров радиус рассеивания вредных выбросов от них ограничен 400-800 метрами (для сравнения – у Беловской ГРЭС, которая и так расположена за городом, трубы по 150 метров, кроме того, на станции стоят газоочистные установки, способные улавливать до 97% твердых частиц).

Не стоит забывать и о том, что электростанция выдает тепло преимущественно в режиме когенерации: на тех же объемах сжигаемого угля производит не только электрическую, но и тепловую энергию. Что, очевидно, намного эффективнее. 

Экономический эффект также существенен. Замещение котельных позволит снизить стоимость тепла для потребителей в объединенном тепловом контуре чуть ли не втрое. Себестоимость производства гигакалории на ГРЭС априори ниже, чем на котельных; тарифы различаются тоже, что оборачивается существенной нагрузкой на бюджет – особенностью Кузбасса является так называемая компенсация выпадающих доходов, или разницы между стоимостью тепла для населения и тарифом, который устанавливается для источника (с учетом его НВВ). В случае закрытия котельных эти бессмысленные бюджетные затраты будут ликвидированы, тем более что средства из казны понадобятся на более важные дела - на ту же модернизацию теплосетевой внутриквартальной инфраструктуры.

При высоте не более 20 метров радиус рассеивания вредных выбросов от дымовых труб котельных ограничен 400-800 метрами.
Снимок экрана 2020-06-10 в 11.17.14.png

Труба с арочным переходом

Для объединения тепловых контуров Беловской ГРЭС и котельных в центральной части Белово СГК, как уже было сказано, предстоит построить тепломагистраль длиной свыше 12,4 км. Для сравнения – протяженность муниципальных тепловых сетей в Белово сегодня составляет 196 км в однотрубном исчислении.

Маршрут пройдет от электростанции до котельной №10, затем – до котельных №33 и 34. Далее теплосети проложат до котельной МКУ «Сибирь», котельных 30-го и 32-го кварталов, котельных микрорайона №3 и квартала «Сосновый». От самой станции до черты города диаметр трубопровода составит 700 мм, магистральная труба внутри Белово будет меньше – 500 мм. До городской черты ее проложат в надземном исполнении, в городе же теплотрассы планируется спрятать в подземных каналах (там, где это будет возможно – но по максимуму), а существующие сейчас наружные сети демонтировать – за счет этого улучшится внешний облик беловских улиц. 

В самом начале, примерно в километре от Беловской ГРЭС, строителям предстоит пройти над автомагистралью. Для этого, как рассказал «Кислород.ЛАЙФ» Олег Милинис, замдиректора Межрегиональной теплосетевой компании СГК, будет построен арочный переход: «В нем будет футляр, внутри которого пройдет основной трубопровод. Все для того, чтобы этот участок выглядел, так сказать, презентабельно, ведь он будет заметен всем проезжающим автомобилистам. Эту часть мы сделаем из самых современных материалов, в том числе изоляционных». По словам Милиниса, проектировщики рассматривали вариант и подземной прокладки этого участка, но в таком случае труба по весне стала бы «тонуть» в талых водах – что, очевидно, вредно для надежной и долгой эксплуатации. 

Протяженность магистрали выглядит солидной, но, на самом деле, в крупных городах теплотрассы от станций могут проходить до жилых районов и более дальние расстояния. Тем не менее, проектировщики «подстрахуют» температурные и гидравлические режимы трубопровода дополнительным оборудованием: подкачивающими насосными станциями, которые будут задавать необходимое давление, чтобы тепло доходило до каждой квартиры даже в отдаленных от Беловской ГРЭС кварталах. В Белово поставят два бака-аккумулятора химически обработанной и деаэрированной подпиточной воды по 1 тыс. кубометров каждый – это необходимо для выравнивания суточного графика расхода воды на горячее водоснабжение. «Но не только, в том числе, и на случай непредвиденных ситуаций. Если, допустим, от ГРЭС подача воды прекратится, то с этих баков в течение десяти часов непрерывно и на тех же параметрах можно будет осуществлять теплоснабжение городских потребителей», - разъяснил Милинис. 

Магистральная труба – это дело СГК, а вот перекладка внутриквартальных теплосетей в самом Белово – ответственность муниципалитета. На это город рассчитывает получить свыше 900 млн рублей из федерального бюджета. В марте Белово, вместе с Козьмодемьянском (Республика Марий Эл), Новоалтайском (Алтайский край), Переславлем-Залесским (Ярославская область) и Орском (Оренбургская область) вошел в перечень пилотных проектов модернизации коммунальной инфраструктуры в малых городах России – соответствующую госпрограмму курирует Минстрой РФ. Перекладку внутриквартальных теплосетей, связанных с проектом СГК, будут вести с применением современных технологий погодного регулирования, диагностики трубопроводов, тепло- и гидроизоляции – всего, о чем в городе даже не слышали.

Для объединения тепловых контуров Беловской ГРЭС и котельных в центральной части Белово СГК предстоит построить тепломагистраль длиной свыше 12,4 км.
IMG_20191107_141858.jpg

Внутриквартальные сети в Белово планируется по максимуму спрятать в подземные каналы, чтобы улучшить облик городских улиц.

Клапаны между цилиндрами

Уникальная составляющая проекта СГК – реконструкция двух энергоблоков и вспомогательного оборудования на Беловской ГРЭС. Это необходимо для увеличения теплофикационной мощности конденсационных турбин электростанции. Исторически ГРЭС (по факту, конденсационные электростанции, или КЭС) в России были «заточены» на выработку исключительно электроэнергии. Строили их в узлах электрических, а не тепловых нагрузок, поэтому от крупных городов такие станции обычно расположены на значительном расстоянии – в отличие от тех же ТЭЦ, которые старались воткнуть как можно ближе к потребителям (особенно пара). Впрочем, паровые турбины марок К и Т, по которым различают ГРЭС и ТЭЦ, конструктивно схожи. Разница между ними – только в объемах и способах использования пара. 

Пройдя через конденсационную турбину, пар с котла, отдав часть своей энергии на вращение ротора турбины, в большей степени сбрасывается в конденсатор, где его теплота передается охлаждающей воде через стенки трубок конденсатора, то есть попросту теряется. Из промежуточных ступеней турбины часть пара отбирают обычно для подогрева питательной воды – такие отборы называются регенеративными, и они являются нерегулируемыми (их может быть от двух до девяти). В турбинах типа Т пар в значительно большем количестве, чем на регенерацию, отбирается на теплофикацию, и только оставшийся, пройдя последние ступени, направляется в конденсатор. Давление пара в теплофикационных отборах поддерживается на постоянном уровне, в зависимости от требуемой температуры сетевой воды, поэтому такие отборы называют регулируемыми. 

Большинство ГРЭС, как правило, производят тепло по первой схеме. Этого вполне достаточно для обеспечения собственных нужд, а также обогрева и ГВС небольших близкорасположенных поселков. Впрочем, где-то на таких станциях ставят и теплофикационные турбины (как, например, на Томь-Усинской ГРЭС в Кузбассе), где-то – отдельные водогрейные котлы. А самая мощная по теплу в России Киришская ГРЭС ОГК-2 (1234 Гкал/час) в Ленинградской области фактически состоит из трех взаимосвязанных объектов – теплоцентрали, КЭС и новой ПГУ-800. Обычно конденсационные станции имеют небольшие тепловые мощности, за редким исключением. В структуре СГК, кстати, по этому параметру выделяется Назаровская ГРЭС в Красноярском крае (775 Гкал/час), которая обогревает Назарово (порядка 50 тыс. человек). 

Беловская ГРЭС в этом плане также не была исключением, и с самого запуска обеспечивала теплом только пос. Инской, рядом с которым и была построена (вырабатывая в год примерно по 200 тыс. Гкал). Сейчас тепловая мощность отборов турбин станции составляет 229 Гкал/час (при электрической – 1260 МВт), однако на теплофикацию ГРЭС может использовать только 115,2 Гкал/час. С учетом потребления на собственные нужды располагаемая тепловая мощность и того меньше – 89,7 Гкал/час, при присоединенной нагрузке абонентов и тепловых потерях в сетях – 80,759 Гкал/час (данные из Схемы теплоснабжения Белово).

Исторически ГРЭС в России были «заточены» на выработку исключительно электроэнергии.

Для того, чтобы обогревать центральную часть Белово, нынешних тепловых мощностей ГРЭС не хватит. Поэтому проектом реконструкции предусмотрено увеличение теплофикационной мощности турбин К-215-130-1 энергоблоков №3 и №5 до 160 Гкал/час каждой (примерно в восемь раз больше, чем сейчас). Но главное - в организации регулируемых отборов пара. Сегодня эта техническая задача решается достаточно просто: как объяснил «Кислород.ЛАЙФ» начальник производственно-технического отдела Беловской ГРЭС Юрий Буданов, в перепускных трубопроводах между цилиндрами среднего и низкого давления нужно будет установить дополнительные регулирующие клапаны, которые позволят отбирать пар по вновь смонтированному паропроводу на бойлерную установку, препятствуя пропуску пара в ЦНД и далее в конденсатор.

«Сейчас пар на теплофикацию из турбины К мы можем отбирать только из нерегулируемых отборов, с промежуточных ступеней, его объемы ограничены надежностью работы машины, а его параметры регламентированы текущей электрической нагрузкой, которая зависит от диспетчерского графика. После реконструкции мы сможем отбирать пар после того, как он пройдет цилиндр среднего давления, и направлять его на подогрев сетевой воды в бойлерные установки. В конденсатор в итоге будет сбрасываться меньший, вплоть до вентиляционного, расход пара; вентиляционный – это минимальный, чтобы не разогревать ротор низкого давления», - объясняет Буданов. В дополнение к клапанам на турбины поставят еще и системы управления, которые позволят эксплуатировать машины как по тепловому, так и по более привычному для ГРЭС электрическому графику. 

Выбор для реконструкции энергоблоков №3 и №5 в СГК объяснили следующим образом. Турбины на них идентичны с двумя первыми, но отличаются от турбин К-230-12,8-3М энергоблоков №4 и №6, которые здесь установили в 2014 году в рамках программы ДПМ. Интересно, что на «шестой» машине ранее стояла турбина К-200-130, еще на излете советской эпохи реконструированная под теплофикацию – как раз под проект теплоснабжения Белово. Тогда же между пятым и шестым энергоблоками построили и общую бойлерную установку, которой – превратности судьбы – пришлось ждать своего часа более трех десятилетий. При замене энергоблока №6 в 2014-м ее даже хотели демонтировать за ненадобностью. «Мы тогда подумали, а вдруг замерзнем здесь, два блока все-таки на реконструкцию вывели в тот год одновременно. Тем более, зимы были очень холодные. И оставили эту бойлерную», - вспоминает Юрий Буданов. Как оказалось, не зря. 

Энергоблок №5, таким образом, исторически расположен рядом с этой установкой. Третья машина выбрана под реконструкцию потому, что четвертый энергоблок тоже заменили по ДПМ, и его трогать нельзя. На обе реконструируемые по теплофикацию турбины будет работать одна насосная станция и общий коллектор сетевой воды. «Важно, чтобы бойлерная была рядом с турбиной, так как пар низкопотенциальный, потери его давления в паропроводе, за счет удаленности от источника, обернуться снижением коэффициента использования тепла. Кроме того, нам нужно все скомпоновать как можно ближе и к тепломагистрали, которая начнется от главного корпуса и пройдет до центра города Белово. Третий и пятый энергоблоки, что называется, сами напрашивались – минимум затрат и проще реконструкция», - объясняет Буданов. 

Кратный рост располагаемой тепловой мощности ГРЭС потребует реконструкция химводоочистки (ХВО) и бакового хозяйства. Для подготовки возросших объемов воды мощности установок ХВО на станции будут увеличены практически в два раза, с 210 до 400 кубов в час. Планируется также установка на территории ГРЭС двух баков-аккумуляторов сетевой воды по 400 кубометров каждый (в дополнение к тем, что будут построены в самом Белово – смотри выше). Объемы предопределены расчетами среднесуточного расхода сетевой воды на Белово – 260 кубометров в час (максимумы могут доходить и до 600 кубов), по нормативам требуется обеспечить десятикратный запас подпитки. Четыре бака суммарно его и обеспечат. 

По словам Юрия Буданова, тепловая мощность станции в горячей воде вырастет в итоге почти в четыре раза по сравнению с нынешней. И покроет как существующий спрос на тепло замещаемых котельных Белово, так и перспективные нагрузки. Но главное, проект можно будет тиражировать. Так, губернатор Кемеровской области Сергей Цивилев уже заявил, что «подобную идею необходимо реализовать и в Новокузнецке» (в последнем случае трубу нужно будет строить от Томь-Усинской ГРЭС, расположенной в Мысках): «Южной столице Кузбасса нужны серьезные проекты по снижению нагрузки на окружающую среду, в том числе и переход на экологичное теплоснабжение».

Теплофикационной мощности турбин К-215-130-1 энергоблоков №3 и №5 будут увеличены до 160 Гкал/час каждой, с организацией регулируемых отборов пара.
Александр Попов Учредитель и шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект