Развитие теплофикации в России. К 75-летию теплофикации.

1. Исторический обзор

Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам прошлого столетия. В 1877 году в г. Локпорте в США была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Однако, в США длительное время (до 1937 года) централизованное теплоснабжение не связывалось с организацией комбинированной выработки электроэнергии, то есть не являлось теплофикацией.

Первые районные теплофикационные установки в Европе появились в начале ХХ века. В 1900 году была пущена в работу первая районная теплофикационная установка в Германии (г. Дрезден).

Комбинированная выработка тепла и электроэнергии нашла применение в России с начала ХХ века на предприятиях с теплоёмкими технологическими процессами, например, на сахарных заводах и текстильных предприятиях. Для этой цели создавались теплосиловые блок-станции, тепловая энергия от которых поступала группе зданий, принадлежащих одному владельцу. Так, в 1902 году была построена блок-станция на генераторной станции С.-Петербургского Политехнического института. В 1903 - 1912 годах по инициативе и по проектам проф. Электротехнического института В.В.Дмитриева в С.-Петербурге создаются несколько теплоэлектрических блок-станций для снабжения теплом и электроэнергией Синодальной типографии, детской больницы (17 зданий), 37 корпусов больницы им. Петра Великого (ныне им. Мечникова), дома предварительного заключения (тюрьма Кресты), здания электротехнического института.

В Москве также имелись отдельные предприятия, на которых отработавший пар паросиловых установок использовался для теплоснабжения, но реализация такого технического решения, как и в С.-Петербурге, ограничивалась пределами владения одного собственника (Трёхгорная мануфактура, текстильная фабрика Циндель и ряд других предприятий).

Исходя из положительного опыта работы созданных теплоэлектрических блок-станций, проф. В.В.Дмитриев, начиная с 1908 года, на специальных лекциях в Электротехническом институте и в докладах пропагандировал идею теплоэлектроцентралей и руководил разработкой проектов теплоснабжения. Одним из них был проект “Электростанция с использованием отходящего тепла для отопительных и бытовых нужд центрального района города”. В этом проекте, изложенном В.В.Дмитриевым в 1923 году на собрании Русского технического общества, предлагалась идея переоборудования в ТЭЦ 3-й Петроградской ГЭС на Фонтанке, подлежащей закрытию из-за ее неэкономичности. Этот проект являлся темой дипломной работы студента Е.Ф.Бродского - ученика В.В.Дмитриева. Идея проекта - сплошная теплофикация района города, прилегающего к 3-й ПГЭС с превращением этой ГЭС в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). В этом районе располагались здания как с печным, так и с центральным водяным отоплением. В рамках этого проекта печное отопление зданий должно было быть заменено центральным водяным. Летом 1924 года Л.Л.Гинтер при консультациях с В.В.Дмитриевым и Е.Ф.Бродским составляет свой вариант проекта, более реального с охватом только зданий, имеющих системы центрального отопления.

В январе-марте 1924 года на территории электростанции был заложен в земле первый опытный участок (стенд) для теплового испытания конструкции и изоляции теплопровода. В результате проведённых испытаний была установлена недостаточность изоляционных свойств воздушного цилиндрического зазора между трубой и стенкой канала. Хорошие результаты были получены при использовании изолирующих полуцилиндров из пробки. Так, при транспорте воды с температурой 90° С со скоростью 1.5 м/с по трубе диаметром 100 мм падение температуры составило менее 1° С на 1 километр. Прокладка трубопровода в непроходном канале и теплоизоляция его пробковыми полуцилиндрами была выбрана для дальнейшего использования.

25 ноября 1924 года в дом № 96 на наб. р. Фонтанки было подано тепло от 3-й Ленинградской ГЭС (острый пар), причем циркуляция воды в системе отопления здания осуществлялась пароводяным инжектором. Эта дата считается началом теплофикации России. После окончания в 1927 году перевода (реконструкции) конденсационной турбины мощностью 680 кВт фирмы Броун-Бовери на ухудшенный вакуум в трубопровод стала подаваться сетевая вода. Нагрев сетевой воды стал происходить за счёт тепла отработавшего в турбине пара в бойлере-конденсаторе. По результатам испытаний реконструированной турбоустановки, проведенной в апреле 1929 года проф. Е.Н.Яковлевым, температура нагретой в бойлере сетевой воды достигала 90° С. Для дополнительного нагрева сетевой воды и в качестве резерва служили специально разработанные пароводяные струйные подогреватели.

Все работы по превращению турбины в теплофикационную были выполнены на Ленинградском металлическом заводе под руководством М.И.Гринберга, будущего разработчика мощных паровых турбин. Циркуляция сетевой воды в системе теплоснабжения осуществлялась насосом с приводом от паровой турбинки.

В январе 1925 года горячая сетевая вода от 3-й Ленинградской ГЭС стала подаваться в баки Егорьевских бань на расстоянии 250 м от ГЭС.

Летом 1925 года от того же источника прокладывается магистраль (400 м) к котельной Обуховской больницы (ныне больница им. Нечаева) с пересечением Веденского канала по специальному мостику (надземная прокладка). В котельной больницы были установлены скоростные теплообменники для подогрева воды, циркулирующей с помощью электронасосов в системах отопления основных зданий. В зданиях были смонтированы теплообменники для нагрева сетевой водой воды системы горячего водоснабжения. Таким образом, первые установки теплоснабжения были выполнены по закрытой независимой схеме.

Присоединение систем отопления к тепловой сети, кроме Обуховской больницы, проводилось по зависимой схеме. В связи с подключением к тепловой сети в основном старых систем отоплением и опасениями за их прочность было принято к реализации предложение проф. Б.М.Аше о присоединении таких систем с помощью расширительного сосуда и петли, играющей роль водяного затвора. В системах с естественной циркуляцией, а их было большинство, подмешивание обратной воды к сетевой осуществлялось без элеваторов. В некоторых зданиях применялась принудительная циркуляция (насосами). Лишь позже, по примеру Москвы, состоялся переход к элеваторной схеме присоединения систем отопления.

Регулирование подачи тепла было принято местное количественное с поддержанием в сети постоянной температуры порядка 100° С и с повышением её до 115° С при низких температурах наружного воздуха.

В Москве с 1928 года начали проводиться аналогичные работы на экспериментальной ТЭЦ ВТИ. Горячая вода от ТЭЦ стала подаваться расположенным вблизи ВТИ заводам ("Динамо" и "Парострой") и бане. В начале сетевая вода нагревалась острым паром, а впоследствии паром из нерегулируемого отбора одной из старых паровых турбин, который был обнаружен заглушенным.

В итоге по чисто случайным обстоятельствам (наличие малоценного, но пригодного для экспериментов оборудования) 3-я Ленинградская ГЭС оказалась прообразом будущих отопительных ТЭЦ, а ТЭЦ ВТИ - прообразом промышленно-отопительных ТЭЦ. Обе ТЭЦ, несомненно, соответствовали районным, поскольку обслуживали разнородных потребителей.

Существенно важным для последующего оказалось то, что полученный в эксплуатации экономический эффект от теплофикации оказался весьма значительным. Электростанция со старой изношенной конденсационной турбиной 680 кВт фирмы Броун-Бовери, имевшая до реконструкции удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии 1046 гут/кВт-ч, после реконструкции показала на испытаниях расход топлива на теплофикационном режиме 238 гут/кВт-ч.

Начатое в 1924 году строительство тепловых сетей от 3-й Ленинградской ГЭС развивалось и к 1929 году суммарная протяжённость теплотрасс достигла 8.6 км. Эта сеть снабжала теплом 34 абонента с годовым потреблением тепла 53 тыс. Гкал.

В связи с тем, что часовой расход тепла от турбины Броун-Бовери мощностью 680 кВт покрывал слишком малую долю отпущенного тепла, в 1929 году на Ленинградской ГЭС была смонтирована турбина фирмы "Лаваль" мощностью 5 МВт с противодавлением 1.2 - 2.0 ата и соответствующие пароводяные подогреватели.

В Москве в 1929 году построена Краснопресненская ТЭЦ, снабжавшая паром текстильную фабрику – Трёхгорную мануфактуру. Через год от ТЭЦ косметической фабрики "ТЭЖЕ" (ныне ТЭЦ-8) был подан пар к заводам "Клейтук", "Новый мыловар" и ГПЗ-1. Длина паропровода составила более 1500 м, диаметр – 300 мм.

В те же годы проводились работы по теплофикации центра города. В 1931 году от ГЭС-1 был проложен первый в Москве водяной двухтрубный теплопровод диаметром 250 мм по Раушской набережной, Старому Москворецкому мосту, улице Варварка к Зданию ВСНХ в Китай-городе. В этот период в ВТИ была разработана первая генеральная схема теплофикации Москвы с крупными ТЭЦ на периферии города (Б.М.Якуб).

До войны 1941-1945 годов в Москве были построены ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11, оснащённые отечественными паровыми турбинами на параметры пара: 30 ата и 400° С. Суммарная установленная мощность теплофикационных турбин достигла 25 МВт. К 1941 году в Москве в работе находилось 6 ТЭЦ. В городе имелось 63 км водяных и 13 км паровых тепловых сетей, к которым были подключены 445 жилых здания и несколько десятков промпредприятий.

Включение в работу первых теплофикационных установок в Ленинграде и Москве явилось стимулом для развития теплофикации в Иванове, Казани, Ростове, Самаре, Ярославле и других городах. Активная работа по пропаганде и внедрению теплофикации проводилась Отделом промышленной энергетики, а затем созданным при Главэнерго ВСНХ Комитетом по теплофикации, руководимом проф. Ж.Л.Тамер-Таненбаумом.

Особенно широкое развитие теплофикации в России началось в 1931 году. Наряду с дальнейшим строительством ТЭЦ небольшой и средней мощности при отдельных промышленных предприятиях и в небольших городах началось строительство мощных по тому времени (100 - 200 МВт) ТЭЦ для районного теплоснабжения в крупных городах и при вновь создаваемых крупных промышленных комбинатах.