В России очень короткое лето, и окончание очередного отопительного сезона всегда остро ставит проблемы ремонта, модернизации и обновления котельного оборудования. Топливо дорожает с каждым годом, поэтому при проектировании и комплектации котельной энергосберегающие аспекты, неразрывно связанные с параметрами энергоэффективности базового оборудования, приобретают все большее значение. КПД – ничто, ТЗ – все?
Фундаментальный показатель энергоэффективности – коэффициент полезного действия (КПД). Чем ниже КПД котлоагрегата, тем больше необходимо сжечь топлива для обогрева одной единицы полезного объема (площади). При этом КПД никогда не может быть больше 100 %, так как неизбежны потери тепла: с уходящими газами, от химического и механического недожога топлива, потери в окружающую среду. Применяя различные технологии, материалы, оборудование производители котлов научились снижать теплопотери, добившись впечатляющих результатов увеличения КПД, то есть увеличения базового показателя энергоэффективности установок. Например, своеобразный «стандарт» современных газовых котлов – КПД, равный 92 %. В некоторых моделях и сериях оборудования этого типа коэффициент полезного действия (заявленный производителем) достигает 94 % и даже 96 %.
Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают еще КПД котла по выработанной (КПД-брутто) и по отпущенной (КПД-нетто) теплоте. По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды, а это не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды. В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – экономичность. Понятно, что энергоэффектвиный котел должен обладать высокими параметрами и КПД-брутто и КПД-нетто.
«Все котельные установки проектируются с запасом по мощности от 20 до 30 %, большую часть времени котел работает в режиме 60-70 % от полной загрузки», ¬– говорит Андрей Варваркин, региональный директор по продаже промышленного оборудования ООО «Виссман» (г. Екатеринбург). – Энергоэффективность оборудования во многом зависит даже не от проектирования, а от грамотного и глубоко проработанного технического задания. Когда сделан хороший анализ, или даже энергоаудит системы, тогда проект и котельная будут на ту мощность, которая реально нужна заказчику».
«Необходима предпроектная работа, разработка схемы теплоснабжения, решающая проблему рациональной подачи тепла. Чтобы добиться энергосберегающего эффекта необходимо, но недостаточно иметь только энергоэффективное оборудование», – считает генеральный директор ООО ТД «Бустер бойлер-Урал» Алексей Яблонских (г. Екатеринбург).
В СССР на долгое время отказались от жаротрубных и дымогарных котлов, делая ставку на использование водотрубных конструкций. При монтаже такие котлы обмуровывали кирпичом или наносили защитное покрытие слоем жаростойкой изоляции.
В Европе преобладал другой подход. Сохраняя производство водотрубных котлов, компании параллельно развивали выпуск компактных энергоэффективных установок высокой заводской готовности. Газоплотные котлы с одной (или двумя) автоматизированными блочными горелками имели заводскую теплоизоляцию и не требовали установки высокозатратных дымососов и регулирования разрежения в топке.
С началом рыночных преобразований западные компании начали активно продвигать в России жаротрубные котлы на дизельном и газовом топливе. Среди большого числа иностранных марок этого оборудования наиболее известны немецкие – Viessman, Buderus, Loos.
В «линейке» Viessman преобладают трехходовые котлы (рис.1). Пламя топки обогревает первый газоход – цилиндрическую камеру сгорания, жаровую трубу первого хода, после чего продукты сгорания, возникающие в процессе работы горелки, через патрубок в конце топки поступают в жаровые трубы второго газохода котлового блока и по ним – в переднюю часть котла. После этого направление вновь меняется на 180, и по дымогарным трубам третьего хода газы движутся к камере сбора продуктов сгорания. Для интенсификации теплообмена и защиты последних ходов от конденсации Viessman применяет патентованную технологию изготовления многослойных труб – Duplex.
«Серия водогрейных котлов Vitomax вобрала передовые технические решения мирового котлостроения, – рассказывает Андрей Варваркин. – Учтено все: водоохлаждаемая передняя и задняя стенка, охлаждаемая горелочная труба, возможность обслуживания трубных решеток без демонтажа горелки, защита от попадания холодной воды на трубу, широкое пространство между трубами, исключающее массированное шламооотложение. Большее водонаполнение обеспечивает больший объем горячей воды и меньшее количество стартов автоматизированной горелки, т. е. снижаются расходы газа и эксплуатационные расходы на горелочное устройство. Максимальный КПД серии – 94,5 %».
Рис. 1. Водогрейный котел Viessman Vitomax-300LT.
Жаротрубные котлы доминируют в сегменте иностранной продукции современного российского рынка. Но есть и альтернативные технологии. Например, пароводогрейные вакуум-котлы южнокорейской компании Booster Boiler (рис. 2).
«Энергосбережение – отличительная особенность конструкции котла состоящего из двух камер: нижней (топки) и верхней камеры с теплообменниками, – рассказывает Алексей Яблонских, генеральный директор ООО ТД «Бустер бойлер-Урал». – Топочная камера прямоугольного сечения выполнена из двух рядов труб, заполненных водой, нагреваемая топочными газами; верхний уровень воды является плоскостью испарения, с которой пар, поднимаясь вверх, омывает трубы теплообменников и конденсируется, нагревая циркулирующую в них воду; конденсат стекает в водный объем камеры и смешивается в замкнутом внутреннем контуре циркуляции воды. Эффективный теплообмен при конденсации пара сокращает в несколько раз поверхность теплообменников. В свою очередь это дает очень малое сопротивление при движении сетевой воды, резко сокращая затраты на электроэнергию при перекачке. Так, для котла мощностью 3 Гкалч потеря напора составляет всего 4 м.вод.ст. Вакуумная среда – лучший изолятор. За счет этого теплообмен в производстве горячей воды происходит практически без потерь. Продолжительность пуска из холодного состояния не более 6 мин, КПД – 95 %».
Как уже говорилось, у России долгое время был свой – «особый» – путь развития котлостроения, но сейчас жаротрубные конструкции выпускает целый ряд предприятий: «Бийскэнергомаш», Белгородский завод энергетического машиностроения, «Дорогобужкотломаш», «Уралкотломаш» и некоторые другие. Параллельно развивается, совершенствуясь, и «традиционное» – водотрубное котлостроение.
Все поверхности нагрева газовых котлов КВ-Г (компания «ЭНКО») выполнены из стальных гладких и оребренных труб в виде одного цельного блока (рис. 3). Конструкция обеспечивает прохождение сетевой воды одним потоком последовательно сначала через трубы развитых топочных экранов, где она нагревается на 50 % от всего теплосъема котла, затем через конвективную часть попутно с движением дымовых газов. Так обеспечивается наиболее высокая температура воды в месте самой низкой температуры дымовых газов на выходе из котла; исключается образование конденсата и низкотемпературная коррозия. Котел может использоваться без рециркуляционных насосов, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. КПД – в пределах 93-96 %, в зависимости от температуры воды и нагрузки.
Рис. 3. Водогрейный водотрубный котел КВ-Г.
В России по-прежнему велика доля котельных, работающих на твердом топливе. При том, что КПД такого оборудования ниже, чем газового, дешевизна и доступность угля делает его использование экономически целесообразным. В свою очередь производители совершенствуют технологии сжигания.
Барнаульский завод котельного оборудования производит водогрейные котлы серии КВЦ (3,15 и 4,0 МВт, КПД – 83 %) на базе технологии «кипящий слой» (рис. 4). По словам Алексея Болотова, ведущего инженера-конструктора отдела по подготовке и диспетчированию производства ООО «НПО «БЗКО», технология сжигания топлива в низкотемпературном «кипящем» слое (НТКС) позволяет снизить выбросы токсичных газов и повысить экономические показатели. В топке размещена воздухораспределительная решетка с расположенной на ней массой гранулированного материала (песок, шлак, зола и т.п.), через которую снизу вверх продувается воздух. Массовая доля топлива в «кипящем» слое – 1-3 %. Это позволяет выводить золу из любой точки слоя с минимальными потерями от механического недожога. Возможно сжигание топлива с зольностью до 90 %, работа при низких нагрузках (30-50 %) без подсветки жидким топливом.
Рис. 4. Водогрейный котел КВЦ.
Коэффициент эффективности системы
КПД отопительного котла – важнейший показатель энергоэффективности, но эта величина не является определяющей при оценке эффективности работы отопительной системы в целом.
Российские нормативные документы, определяющие технические требования к котлам (ГОСТ 20219-74, ГОСТ 11032-80, ГОСТ 10617-83), предписывают рассчитывать тепловую нагрузку газовых котлов по формуле:
N = В*QH, ккал/ч, где В — часовой расход газа, куб.м/час, QH — низшая теплота сгорания газа, приведенная к нормальным условиям, ккал/куб.м.
В отличие от российских, в стандартах США на газовые котлы (при расчете нагрузки) применяется высшая теплота сгорания, которая в 1,11 раза превышает QH для природного газа и на 6% – для легкого жидкого топлива. В результате величина тепловой нагрузки, рассчитанная по высшей теплоте сгорания природного газа, на 11 % больше, чем принятая по российским нормам (высшая и низшая теплота отличаются на величину скрытой теплоты парообразования, т.е. на количество теплоты, выделяющейся при полной конденсации водяных паров, образующихся при горении газа). Так как величина КПД – функция тепловой нагрузки (и, соответственно, теплоты сгорания газа), то величины КПД, рассчитанные в соответствии со стандартом США, на 11 % ниже российских. Величина КПД, рассчитанная по высшей теплоте для любых котлов, никогда не бывает более 100 %, в то время как КПД котлов конденсационного типа, рассчитанные по низшей теплоте (применяющейся в России, странах СНГ и многих странах Европы), превышает 100 %.
В США величине КПД котла не придают столь решающего значения, как в России и странах СНГ. Это связано с тем, что величина КПД является характеристикой котла только в режиме непрерывной работы (при номинальной производительности). Такой режим применяется на испытательных стендах при определении фактических параметров котлов, либо в непрерывном производственном цикле с постоянной нагрузкой, но такой режим для отопительных систем невозможен. Это связано с переменной тепловой нагрузкой на котлы в течение годового цикла эксплуатации системы.
Именно поэтому, в соответствии с рекомендациями Минэнерго и Национального Бюро по Стандартам США, в инженерных расчетах принято рассматривать не величину КПД котлов, а коэффициент эффективности системы.
Наименее энергоэффективный режим работы котлов (вне зависимости от теоретической величины его КПД) имеет место в переходные периоды отопительного сезона.
Министерство энергетики США ввело в действие стандарт для оценки сезонного энергопотребления отопительных устройств. Установленный этим стандартом показатель AFUE (Annual Fuel Utilization Efficiency – годовая эффективность использования топлива) в настоящее время применяется в США для оценки работы системы в целом.
Величина AFUE выражается, как и КПД, в процентах, но – в отличие от величины КПД – она учитывает влияние многочисленных переходных периодов на протяжении всего отопительного сезона (т.е. всех периодов времени, когда котел работает в режиме неноминальной нагрузки).
Таким образом, показатель AFUE используется для оценки реальных стоимостных затрат отопительного сезона.
Для примера: данные о снижении эффективности работы системы при переходных нагрузках. (По замерам на системе отопления здания в г. Сиракузы, штат Нью-Йорк):
Соотношение:
В статье использованы материалы http://www.laarshs.ru
Технологическая схема энергоэффективной котельной
Важным сектором российской экономики, в котором осуществляется распределение и потребление энергии, является жилищно-коммунальное хозяйство. В сфере ЖКХ самым сложным и энергоемким видом деятельности является производство, распределение и потребление тепловой энергии, которое направлено на теплоснабжение и горячее водоснабжение населения.
Полезный эффект — это тепловой комфорт потребителя, который имеет индивидуальное восприятие окружающей действительности. Для того чтобы индивидуальное восприятие не мешало разрешению споров между поставщиками и потребителями услуг были разработаны Санитарные Правила и Нормы (СанПиН). Согласно Приложению 2 СанПиН 2.1.2.2465–10, гражданин Российской Федерации должен иметь температуру в жилом помещении не ниже +18 °С. Необходимым условием получения этого полезного эффекта является доставка в жилое помещение потребителя нужного количества теплоты. Последняя, в свою очередь, образуется в результате энергопреобразования первичных источников химической энергии, которыми являются газ, уголь, дрова и т.д.
Это энергопреобразование происходит в котле, где тепло от продуктов сгорания передается воде. А дальше дело техники — доставить нагретую воду от котла в квартиру, а потом вернуть ее обратно в котел для подогрева, так как она, отдавая тепло, остывает. Какие же виды энергии используются для удовлетворения нужд потребителя? В первую очередь — тепловая энергия. Она — источник тепла для обогрева здания.
Во вторую очередь — электрическая энергия. Она — источник энергии для доставки тепла. Без электроэнергии насосы не создадут нужного давления для перемещения нагретой воды. Тепловую энергию удобнее всего получать сжигая газ. Для того чтобы понять, сколько газа и электроэнергии нужно для поддержания тепла в доме, рассмотрим, как связаны источник тепла и потребитель. Удаляясь от радиатора потребителя, мы дойдем до котельной подомового теплоснабжения. Согласно СНиП II-35–76 ее тепловая мощность не должна превышать: для жилого здания — 3 МВт (2,58 Гкал/ч); для производственного здания — 5 МВт (4,3 Гкал/ч). Дальше идут квартальные (мощностью 17,2–90 Гкал/ч), районные (мощностью свыше 90 Гкал/ч) котельные и ТЭЦ.
Здесь возникают дополнительные вопросы: «сколько воды и электричества нужно для доставки до потребителя одной гигакалории тепловой энергии?», «какой температуры должна быть вода, чтобы она не успела остыть, перемещаясь по трубам от котельной до потребителя?». Анализ данных, опубликованных в литературе, и собственная практика эксплуатации котельных позволяют нам составить сравнительную табл. 1. Сравнительный анализ данных, представленных в таблице, показывает, что при подомовом отоплении температурный режим работы котельных, предназначенных для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, не превышает 90 °С.
Это значит, что имея котлы с проточным теплообменником можно значительно сэкономить на химической обработке воды. Опыт многолетней эксплуатации котлов с проточными теплообменниками в системах подомового отопления подтверждает это. Очень важным обстоятельством является то, что в системах подомового отопления нужно на порядок меньше воды и электрической энергии на ее доставку.
Практика эксплуатации систем подомового теплоснабжения показывает, что отопление одного квадратного метра обходится в 12– 15 руб. Сравните эти цифры с цифрами в своей квитанции и ответьте на вопрос: «насколько эффективна система теплоснабжения вашего дома?». Как сделать так, чтобы дом стал энергетически эффективным? Ответ простой: заказать проект реконструкции системы теплоснабжения вашего дома и воплотить его в жизнь, то есть приспособить старую неэффективную систему теплоснабжения для современного эффективного использования. При разработке проектов реконструкции существующих зданий важно правильно выбрать генерирующее оборудование.
Например, отлично зарекомендовали себя в России водогрейные котлы компании Camus Hydronics Ltd. Каждый котел проходит заводские гидравлические и теплотехнические испытания. Процесс пусконаладки и ввода в эксплуатацию котельной, оснащенной этими котлами, проходит легко, без затруднений. Компания Camus Hydronics Ltd. комплектует свои котлы горелками с микрофакельным горением.
Все горелки — как атмосферные, так и дутьевые — работают на низком давлении газа. Для природного газа, подаваемого по ГОСТ 5542–87, низким давлением являются номинальные значения 130 и 200 мм водн. ст., а для сжиженного газа, подаваемого по ГОСТ 20448–90 низким давлением является номинальное значение 300 мм водн. ст. Практика установки автономных котельных показала, что зачастую эта характеристика котлов является определяющий, так как в ряде случаев технические условия на поставку газа выдавались только на низкое давление.
Котлы Camus Hydronics Ltd. имеют удобную компоновку в целом и правильный выбор соединительных узлов основных элементов и теплообменника в частности. Потому сезонное обслуживание котлов проводится быстро без осложнений. Даже если возникает необходимость промыть теплообменник, то эта операция легко осуществляется с помощью переносного оборудования Ridgid DP-24, так как емкость теплообменника у котла мощностью 1 МВт составляет всего 30 л. Эксплуатация котельных осуществляется дистанционно — через диспетчерскую службу. Присутствие эксплуатирующего персонала в котельной не требуется, так как вся информация о работе котельной передается по GSM-каналу на пульт оператора.
В современных условиях все перечисленные качества котельных, монтируемых с применением котлов компании Camus Hydronics Ltd., являются актуальными — ведь они позволяют устанавливать котельные практически без ограничений, в любых условиях. На представленных фото — крышная котельная мощностью 3 МВт в состоянии монтажа. Вес котельной: 7 т + 1,2 т (дымовая труба) = = 8,2 т. Размер — 5 × 7 м.
Удельная нагрузка на перекрытие 8,2 т/35 м2 = 234 кг/м2. Представленная котельная снабжает теплом дом переменной этажности от 10 до 14 этажей, с пятью подъездами (может топить дом в семь подъездов по девять этажей). Это одна из котельных производимого модельного ряда в диапазоне мощностей от 0,2 до 3 МВт. Производство блочных котельных с котлами Camus Hydronics Ltd. освоено ООО «ТЭГМО» (город Уфа), ООО «Фортис» (город Энгельс), ООО «Газтехснаб», ООО НПО «Саргаз», ООО «Профессионал» (город Саратов).
Практика применения котельных на базе котлов канадской компании Camus Hydronics Ltd. показала, что они могут с успехом применяться в любых котельных (встроенных, пристроенных, отдельно стоящих и крышных) на вновь возводимых объектах. Но главным качеством этих котельных является то, что они могут устанавливаться в порядке реконструкции на любых существующих жилых домах.
Федорова У.Д. 1
Лебедева Е.А.1
ГОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
2. Геллер C.В. Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации // Журнал «Новости теплоснабжения» (Москва). – 2010. № 4 (апрель). С. 21-23.
3. Лебедева Е.А., Кочева М.А., Лучинкина А.Е., Шаров А.В.., Хохлова Е.Н. Энергосберегающие технологии потребления и производства теплоты //Приволжский научный журнал. 2010. №3.С.82-88.
4. Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. — Ульяновск:Ул. ГТУ.- 2000.-159с.
В последние годы наблюдается существенный рост потребности в энергетических ресурсах, что создает необходимость повышения энергоэффективности действующих теплогенерирующих установок. Наиболее высокого уровня энергоэффективности котельной можно достигнуть только за счёт комплексного подхода к решению конструктивных, технологических, технико-экономических и экологических проблем.
Актуальной проблемой становится оптимизация методов сжигания топлива при обеспечении экономичности, надежности и экологичности работы промышленных котлов.
Ниже приведены результаты исследований по повышению технологической и экологической эффективности паровой котельной установки нефтеперерабатывающего завода, использующей мазут в качестве топлива.
Рассмотрены способы энергоэффективного использования топлива в промышленной котельной. В качестве основного мероприятия принято сжигание мазута в виде водомазутной эмульсии.
В результате обработки экспериментальных данных были построены графические зависимости потерь теплоты и КПД теплогенераторов от коэффициента избытка воздуха и тепловых нагрузок котлов, а также составлены графики зависимости выброса оксидов азота от коэффициента избытка воздуха (рис.1,2.). Проведено сравнение полученных экспериментальных зависимостей с теоретическими механизмами образования вредных веществ.
Рисунок 1 – Зависимости потерь теплоты q2, q3 от коэффициента избытка воздуха
Рисунок 2 – Зависимость ηбр котла и выбросов оксидов азота от коэффициента избытка воздуха
В ходе проведенных опытов было выявлены следующие результаты: КПД «брутто» котла на топочном мазуте составил 66,76%, а КПД «брутто» котла на гидростабилизированном мазуте – 71,79%. Увеличение КПД «брутто» котла составило 5,03%. Снижение удельного расхода условного топлива на выработку 1Гкал тепла составило 14,99 кг у.т./1Гкал. Выброс оксидов азота снизился в 1,5-2 раза.
Положительные результаты проведенных исследований позволили рекомендовать использование водо-мазутной эмульсии для повышения энергоэффективности паровой котельной нефтеперерабатывающего завода.
Следующее направление повышения энергоэффективности – использование энергосберегающего оборудования. Наиболее эффективным представляется установка утилизаторов конденсационного типа. Применение высоковлажных топлив, в том числе водотопливных эмульсии (ВТЭ) существенно увеличит эффективность конденсации водяных паров. Кроме того, возрастание парциального давления водяных паров обеспечивает повышение температуры нагреваемой воды на выходе из контактного водяного экономайзера. Все это может стимулировать использование конденсационных теплообменников в топливосжигающих установках.
Выполнен анализ различных видов конденсационных теплообменников (контактные аппараты ЭКБМ, поверхностно-конденсационные КТАН, поверхностные калориферного типа). Выявлены преимущества и недостатки каждого из видов. Проанализирована потребность предприятия в горячей воде. Исследования показали, что на нефтеперерабатывающем заводе имеется высокая потребность в воде технического качества, однако она отличается существенно по времени суток. Использование контактного аппарата на газовом тракте котла позволяет выделить конденсат из продуктов сгорания и использовать на технические цели, тем самым сокращая затраты на техническую воду. Все это предопределило выбор контактного экономайзера ЭК-БМ-2. Конструкция контактного экономайзера приведена схематично на рис. 3. (загрузочные люки не показаны).
Рисунок 3. Конструкция контактного экономайзера: 1-вход продуктов сгорания; 2-выход продуктов сгорания; 3-оросительная система; 4-насадка из колец Рашига; 5-каплеулавливающий слой; 6-газораспределительная решетка; 7-нагретая вода;
8-насос; 9-потребитель.
Схема газовоздушного тракта котельной с установкой контактного экономайзера представлена на рис.4.
Рисунок 4 . Схема газо-воздушного тракта котельной: 1-паровой котлоагрегат; 2-топочная камера; 3-камера догорания; 4-водяной экономайзер; 5-дутьевой вентилятор; 6-воздухозаборная шахта; 7-контактный экономайзер; 8-дымосос; 9-дымовая труба.
Таким образом, применение водо-мазутной эмульсии в качестве топлива, использование теплоты конденсации водяных паров в контактном утилизаторе и конденсата в качестве технической воды позволят существенно повысить энергоэффективность котельной нефтеперерабатывающего предприятия.
Библиографическая ссылка
Федорова У.Д. 1, Лебедева Е.А.1 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-1.
– С. 184-186;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33822 (дата обращения: 30.05.2023).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
Основные вопросы энергоэффективности тепловых водяных котельных и варианты их решения
Технологические и инженерные средства решения задач энергоэффективности
1. Выбор основного топлива
При выборе топлива для котельной, зачастую приходится решать множество задач по доставке, складированию топлива, и по удалению отходов и продуктов сгорания. Каждый вид топлива имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при выборе основного и вспомогательного оборудования котельной, хотя зачастую выбор топлива обуславливается единственно доступным вариантом.
2. Тепловая схема котельной
3. Установка приборов коммерческого учета
Каждая котельная, работающего для стороннего потребителя, должна быть оснащена приборами коммерческого учета, способными отследить количество отданной тепловой энергии. В совокупности с приборами коммерческого учета непосредственно у потребителей, получается возможным четко разделить зоны коммерческой ответственности: котельная, тепловые сети (транспорт), потребитель.
4. Диспетчеризация, удаленный контроль и удаленное регулирование
Диспетчеризация и удаленный контроль позволяют снизить (а то и вовсе исключить) количество постоянного обслуживающего персонала в котельной. Удаленное регулирование позволяет более четко выполнять задачу энергоэффективности по обеспечению необходимым количеством тепла и исключить производство избыточного тепла.
5. Выбор основного оборудования
Для решения задач энергосбережения необходимо осуществлять комплексный подход при выборе основного оборудования.
Важнейшими характеристиками котлоагрегатов в рамках задач энергоэффективности являются:
1) КПД и количество самих котлов.
2) Тип горелочных устройств (модулируемые, двухступенчатые, одноступенчатые).
3) Функциональность котловой автоматики, обеспечивающей работу котлов в энергоэффективном режиме в разных тепловых нагрузках.
4) Дополнительные теплосъемные устройства, обеспечивающие минимизацию потерь тепла при отводе продуктов сгорания.
Насосное оборудование в котельной, как правило, используется для подачи теплоносителя в тепловые сети, подпитки тепловой сети (компенсации потерь в тепловых сетях), и перемещение теплоносителя в котельной в соответствии с технологическими процессами и тепловой схемой.
Установки водоподготовки и очистки воды
Основными проблемами в котельной при неверном подборе установок очистки воды являются скорый выход из строя основного технологического оборудования, а также сужение проходов водяных магистралей.
Вследствие сужения проходов повышается нагрузка на насосное оборудование, а также происходит резкое изменение режимов работы теплогенерирующего оборудования, зачастую выходящие за пределы рабочих энергоэффективных режимов.
Регулирующие устройства и трубопроводы
Правильный выбор регулирующих устройств и их типоразмеров позволяют снизить нагрузку на насосное оборудование, уменьшить капитальные затраты и снизить потребление основного топлива и электроэнергии.
Точный выбор диаметров внутрикотельных трубопроводов позволяет минимизировать затраты на системы крепления и обеспечить энергоэффективные режимы работы основного технологического оборудования.
В холодное время года в котельной, необходимо осуществлять отопление котельного зала, технологических, вспомогательных и бытовых помещений. При расчете теплового баланса необходимо учитывать теплоотдачу технологического оборудования, что позволит существенно сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты на систему отопления котельной.
1. Сибикин, Ю. Д. Технология энергосбережения: учебник для сред. проф. образования / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин.// М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006. — 352 с.
2. Н.А. Страхова, Н.Ю. Горлова. Концепция энергоресурсосберегающей
«Инженерный вестник Дона», 2011, №1. — Режим доступа:
http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/359 (доступ свободный) -Загл. с экрана. — Яз. рус.
3. HD Hegner, I Vogler. Energieeinsparverordnung EnEV-fur die Praxis kommentiert: Warmeschutz und Energiebilanzen fur Neubau und Bestand. Rechenverfahren, Beispiele und Auslegungen fur die Baupraxis// Ernst&Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG. Berlin — 2002., 153p.
5. Широков В.А., Новгородский Е.Е., Горлова Н.Ю. Влияние выбора способа генерирования энергии на состояние воздушного бассейна // Защита окружающей сред в нефтегазовом комплексе. — 2010. -№1.,c.21
6. Григорян М.Н., Сайбель А.В. Архитектурная экология.
«Инженерный вестник Дона», 2012, №4 (часть 2). — Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1374 (доступ свободный) -Загл. с экрана. — Яз. рус.
7. Janusz Bujak. Optimal control of energy losses in multi-boiler steam system// «Energy», Volume 34, Issue 9, September 2009, р. 1260-1270.
8. Руденко Н.Н. Особенности прогнозирования эффективности работы
свободный) — Загл. с экрана. — Яз. рус.
9. Водоподготовка: Справочник. Под ред. С.Е. Беликова. //Москва: АкваТерм. 2007. — 240 с.
10. Строительные нормы и правила «Тепловая защита зданий» от 23 февраля 2003 №23-02-2003.М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 2004., 27 с.
УДК 697.326 DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-4-120-126
П.А. АРТАМОНОВ, А.А. ПАРШИНА, Тюменский индустриальный университет
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЛОВОГО КОНТУРА КОТЕЛЬНОЙ
Рассмотрены две принципиальные схемы организации циркуляции теплоносителя в котловом контуре с разными техническими решениями по расположению котлового насоса.
При оценке эффективности рассматриваемых схем проведен анализ по следующим основополагающим параметрам: металлоемкость системы, потребляемая электрическая мощность оборудования котельной, электропотребление примененного оборудования, первоначальные капитальные затраты, планируемые эксплуатационные затраты на обслуживание котельной в процессе работы.
Для решения поставленной задачи было подобрано основное оборудование котельной, разработаны трехмерные модели для двух предложенных вариантов схем с учетом соблюдения транспортных габаритов блок-боксов котельной.
Произведена оценка технико-экономических показателей при различных требуемых мощностях. Получен вывод о возможности применения каждой из рассмотренных схем в зависимости от установленной мощности блочно-модульной котельной.
Ключевые слова: котельная; котловой контур; циркуляционный насос; энергоэффективность.
Для цитирования: Артамонов П.А., Паршина А.А. Повышение энергоэффективности котлового контура котельной // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 4. С. 120-126. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-4-120-126
P.A. ARTAMONOV, A.A. PARSHINA, Industrial University of Tyumen
ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT OF HYDRAULIC CIRCUIT OF BOILER PLANT
Keywords: boiler plant; hydraulic circuit; circulating pump; energy efficiency.
Энергетическая эффективность является важным показателем качества работы котельной установки, отражающим ее экономическую привлекательность в процессе эксплуатации объекта. Одним из важных этапов проектирования является выбор принципиальной схемы работы котельной. В настоящей статье будут рассмотрены технические решения по установке котлового насоса в принципиальных схемах в котельных малой мощности, работающих по независимой схеме теплоснабжения.
Рассмотрим два варианта установки насосного оборудования котлового контура на примере газовой водогрейной котельной с установленной мощностью 10 МВт. В ходе технико-экономического обоснования было определено, что для покрытия требуемой тепловой нагрузки с учетом установки резервного оборудования наиболее оптимальным вариантом является установка четырех водогрейных котлов мощностью 3500 кВт. В рассматриваемых расчетных моделях были приняты котлы производства ЗАО «ОмЗИТ» ТМ «Лаварт». Принципиальные схемы работы приведены на рис. 1.
а а сА сА
Рис. 1. Принципиальные схемы организации котлового контура:
а — первый вариант: 1 — водогрейный жаротрубный котел, установленной мощностью 3500 кВт; 2 — кран шаровой; 3 — циркуляционный насос; 4 — трехходовой клапан; 5 — теплообменный аппарат; б — второй вариант: 1 — водогрейный жаротрубный котел, установленной мощностью 3500 кВт; 2 — задвижка с электроприводом; 3 -циркуляционный насос; 4 — трехходовой клапан; 5 — теплообменный аппарат
Первый вариант представляет собой контур с установкой котлового насоса непосредственно у котла. При данном расположении каждый насос
связан с котлом и включается только при выходе котла в работу. Данная схема наиболее распространена из-за простоты управления работой котловых насосов (рис. 1, а).
Второй вариант котлового контура представляет собой контур с группой насосного оборудования, установленного на обратном трубопроводе. При данной схеме на подающем трубопроводе котла устанавливается запорная арматура с электроприводом для предотвращения циркуляции через неработающий котел. Такой вариант организации контура наиболее надежен с точки зрения эксплуатации объекта ввиду отсутствия жесткой связи между котлом и насосом (рис. 1, б).
В обоих вариантах схем температура в подающем трубопроводе составляет 105 °С, в обратном — 80 °С. Управление работой котлов производится посредством трехходового клапана и датчика температуры, установленного за пределами котельной. Отпуск тепла осуществляется по установленному потребителем температурному графику, котлы работают в каскадном режиме.
0,86 -_д(п -1) Ы
где Q — установленная мощность котельной, кВт; п — количество котлов; Дt -разность температур между подающим и обратным трубопроводом, °С.
^ = 0,86 1) , (1)
Варианты Требуемый расход для одного насоса, м3/ч Марка насоса
Вариант 1 120,4 ВЬ 80/275-7,5/4
Вариант 2 361,2 ВЬ 150/230-18,5/4
По предложенным принципиальным схемам и полученным расчетным данным были разработаны трехмерные модели котлового контура с учетом транспортных габаритов блок-боксов. Трехмерные модели двух вариантов представлены на рис. 2.
На основании полученных данных произведем сравнительный анализ вариантов организации котлового контура по таким параметрам, как металлоемкость, электрическая мощность, годовое электропотребление, капитальные затраты. Результаты сравнения сведены в табл. 2.
Из полученных результатов видно, что меньшие капитальные затраты первого варианта компенсируются с точки зрения преимуществ меньшим электропотреблением второго варианта. Для данной требуемой мощности необходимо рассматривать также и другие факторы выбора принципиальной схемы, такие как уровень автоматизации проектируемой котельной, возможность применения частотного регулирования с целью снижения электропотребления.
Рис. 2. Трехмерные модели котлового контура
Варианты Потребляемая электрическая мощность оборудования, кВтч Электропотребление в год, кВтч/г. Металлоемкость обвязки котлового контура, кг Капитальные затраты*, тыс. руб
Вариант 1 48,15 181 591 1650 15 649, 6
Вариант 2 44,79 168 919 2750 15 656, 6
* Приведенные капитальные затраты складываются из стоимости основного оборудования котельной: котлы, газовые горелки, насосы котлового контура.
Для получения более релевантной картины рассмотрим иные варианты мощностей котельных: с требуемой тепловой нагрузкой потребителей 5, 15 и 20 МВт. Результаты подбора оборудования и анализа вариантов представлены на рис. 3 и в табл. 3 и 4 соответственно.
• 2750 __^
1650 1 ^п
2950 -^381,36 • 2830
101,12 101,12 8
326,298 350 300 250 200 150 100 32,629 50 0
5 МВт 5 МВт 10 МВт 10 МВт 15 МВт 15 МВт 20 МВт 20 МВт Вар. № 1 Вар. № 2 Вар. № 1 Вар. № 2 Вар. № 1 Вар. № 2 Вар. № 1 Вар. № 2
■ Потребляемая электрическая мощность оборудования, кВтч
■ Электропотребление в год, кВтч/г. ■ 103
■ Кап. затраты, млн руб
•Металлоемкость обвязки котлового контура, кг
Рис. 3. Сравнительная диаграмма рассматриваемых вариантов
Суммарная тепловая нагрузка потребителей 5 МВт
Вариант 1 ЬауаП 2500М -3 шт. аЪ итяаэ Я93Л -3 шт. Wilo БЬ 80/275-7,5/4 — 3 шт.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Вариант 2 Wilo БЬ 80/145-11/2 — 2 шт.
Суммарная тепловая нагрузка потребителей 15 МВт
Вариант 1 ЬауаП 5000М -4 шт. аЪ итяаэ Я520Л -4 шт. Wilo БЬ 80/145-11/2 — 4 шт.
Вариант 2 Wilo БЬ 150/230-18,5/4 — 2 шт.
Суммарная тепловая нагрузка потребителей 20 МВт
Вариант 1 ЬауаП 5000М -5 шт. аь итяаэ Я520Л -5 шт. Wilo 1Ь 100/145-11/2 — 5 шт.
Вариант 2 Wilo 1Ь 125/145-15/2 — 3 шт.
Варианты Потребляемая электрическая мощность оборудования, кВтч Электропотребление в год, кВтч/г. Металлоемкость обвязки котлового контура, кг Кап. затраты, тыс. руб.
Вариант 1 27,6 104 090 1190 10 408,9
Вариант 2 32 120 684 1530 12 068,2
Вариант 1 96 362 051 2570 36 305,5
Вариант 2 60,7 229 563 2830 22 956,7
Вариант 1 101,12 381 360 2950 38 135,9
Вариант 2 86,52 326 298 3300 32 629,8
Из полученных данных можем сделать следующий вывод: установка насосов котлового контура непосредственно у котла наиболее рациональна при сравнительно малых тепловых нагрузках потребителей — до 10 МВт. Такой вариант обвязки удобен не только с экономической точки зрения, но и с точки зрения расположения оборудования в стесненных условиях. К тому же организация схемы с установкой насосного оборудования у котла упрощает и удешевляет схему с точки зрения автоматизации.
Для котельных с требуемой мощностью свыше 10 МВт рационально рассмотреть второй вариант организации котлового контура с расположением группы насосов на коллекторе обратного трубопровода котлового контура.
Увеличение единичной мощности котла непосредственно влияет на характеристики подбираемого насоса: его расход, электрическую мощность, что, в свою очередь, увеличивает затраты на облуживание проектируемой котельной и влияет на диаметры применяемых в контуре трубопроводов.
К тому же, ввиду габаритов котлов большой мощности (5 МВт и более), обустройство первой схемы в условиях сохранения требуемых габаритов блок-бокса и минимальной ширины прохода в соответствии с СП 89.13330.2016 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП 11-35-76» является сложноосуществимым.
1. Макаров А.А., Митрова Т.А., Кулагин В.А. Долгосрочный прогноз развития энергетики мира и России // Экономический журнал ВШЭ. 2012. № 2. С. 172-204.
2. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости). Москва : Изд-во литературы по строительству, 1965. 273 с.
3. Богословский В.Н., Крупнов Б.А., Сканави А.Н. и др. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 частях. Ч. 1. Отопление / под ред. И.Г. Староверова, Ю.И. Шиллера. 4-е изд., перераб. и доп. Москва : Стройиздат, 1990. 344 с.
Сведения об авторах
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ
БЫСТРОВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА, магистрант, КОРОВИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ, магистрант, ЯРОСЛАВЦЕВА МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА, магистрант, Тюменский индустриальный университет, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЛОВОГО КОНТУРА КОТЕЛЬНОЙ
Разработаны трёхмерные модели наиболее распространённых схем организации котлового контура котельной, работающей по независимой схеме теплоснабжения. Получена гидравлическая характеристика каждой схемы. Приведены результаты расчета основных технико-экономических показателей рассмотренных схем: энергопотребление, металлоемкость, капитальные затраты, эксплуатационные затраты. По результатам проведенного анализа предложено техническое решение по снижению электропотребления насосного оборудования котлового контура котельной. Дана комплексная оценка рассмотренных вариантов с точки зрения производителя котельной и эксплуатирующей организации, рассчитана инвестиционная привлекательность.
PAVEL A. ARTAMONOV, PhD, A/Professor,
ELENA V. BYSTROVA, Undergraduate Student,
ALEKSANDR A. KOROVIN, Undergraduate Student,
MARIYA A. YAROSLAVTSEVA, Undergraduate Student,
Tyumen State Oil and Gas University,
38, Volodarskii Str., 625000, Tyumen’, Russia
ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT OF BOILER CIRCUIT
tained. Calculation results of the main performance indicators are obtained for these layouts, namely: energy and metal consumption, capital and operating costs. It is suggested to reduce energy consumption of pumping equipment in the boiler circuit. A complex estimation of considered variants is given from the viewpoints of the boiler station manufacturer and operating organization. Also, the investment potential is calculated herein.
Keywords: boiler station; boiler circuit; recycling pump; energy efficiency.
Рассмотрим два наиболее распространённых в настоящее время варианта организации котлового контура котельной, работающей по независимой схеме теплоснабжения. Данные варианты будут рассмотрены на примере котельной с установленной тепловой мощностью 9 МВт (3 котла марки КСВ-3,0 производства «МАКСТЕРМ»), с пластинчатым теплообменником марки НН-62-16/3-167-ТКТМ32 производства «Ридан» (контур системы отопления) и марки НН-42-16/1-33-ТКТМ25 производства «Ридан» (контур системы горячего водоснабжения — ГВС) мощностью 6 и 3 МВт соответственно. Температура в подающем трубопроводе котлового контура равна 105 °С, в обратном — 80 °С.
Первый вариант представляет собой котловой контур с установкой насосов на обратном трубопроводе непосредственно у каждого котла (рис. 1, а). В этом случае каждый насос работает с одним котлом и включается при его запуске. Управление включением котлов происходит в каскадном режиме, а количество отданного тепла потребителю регулируется трехходовыми клапанами 5.
Во втором варианте управление мощностью котельной и изменение количества отданного потребителям тепла осуществляется по аналогии с первым, но котловые насосы установлены на общем обратном трубопроводе (рис. 1, б). При этом для предотвращения циркуляции теплоносителя через неработающий котел предусмотрена запорная арматура с электроприводом 6.
С точки зрения эксплуатации вторая схема выглядит более надежной, т. к. размещение насосов на общей линии дает возможность работы всех котлов даже при поломке одного насоса. С другой стороны, данное преимущество ведет к усложнению обвязки и алгоритма управления за счет появления дополнительных элементов.
Рис. 1. Принципиальные схемы котлового контура:
а — вариант 1; б — вариант 2; 1 — котёл мощностью 3 МВт; 2 — теплообменник системы отопления; 3 — теплообменник системы ГВС; 4 — циркуляционный насос котлового контура; 5 — трёхходовой клапан; 6 — задвижка с электроприводом
Для проведения комплексного сравнения с учетом требований нормативно-технической документации были разработаны две трёхмерные модели котлового контура (рис. 2, 3), соответствующие принципиальным схемам работы, показанным на рис. 1.
Рис. 2. Трехмерная модель, разработанная Рис. 3. Трехмерная модель, разработанная со-согласно принципиальной схеме гласно принципиальной схеме вари-
варианта 1 анта 2
На основании разработанных моделей был произведен гидравлический расчет каждой схемы при трёх основных режимах работы:
— режим № 1 — в работе находится один котёл;
— режим № 2 — в работе находятся два котла;
— режим № 3 — в работе находятся три котла.
Каждый режим соответствует определенному расходу в котловом контуре. При заданной разности температур на подающем и обратном трубопро-
воде, равной 25 °С, средней удельной теплоемкости теплоносителя, равной 4,19 кДж/(кг-°С), и плотности, равной 963,85 кг/м3, расчетный расход на один котел будет равен 103 м3/ч. Расход в котловом контуре при режимах работы № 1, 2, 3 будет равен 103, 206, 309 м3/ч соответственно.
Результаты гидравлического расчёта
№ варианта Потери давления, м вод. ст. Марка подобранного насоса
Режим № 1 Режим № 2 Режим № 3
Вариант 1 8,77 9,34 9,94 WILO ВЬ 125/185-5,5/4
Вариант 2 9,14 9,7 10,77 WILO 1Ь 125/210-5,5/4
Как уже было отмечено, регулирование тепловой мощности котлов обеспечивается за счет модуляции пламени. То есть при работе котельной
в первом режиме и диапазоне регулирования мощности за счет модуляции пламени от 40 до 100 % мощность котла может изменяться от 1200 до 3000 кВт. Вместе с этим расход через котел остается постоянным, вне зависимости от мощности, с которой работает горелка. Таким образом, пренебрегая колебаниями рабочей точки насоса при изменении положения трехходового клапана, можно утверждать, что электропотребление котловыми насосами при каждом режиме работы остается неизменным.
Авторами статьи предложена схема работы котлового контура с частотным управлением насосами (вариант 3). Данная схема (рис. 4) отличается от второго варианта наличием расходомера 9, датчиков температуры 7 и частотного преобразователя 8 (рис. 4). Трехмерная модель, за исключением установленного расходомера, полностью аналогична варианту 2 (рис. 3). На основании гидравлического расчета был выбран насос марки ^ 100/220-5,5/4 производства Wilo. Более производительный насос выбран с учетом повышения гидравлического сопротивления в котловом контуре при установке расходомера.
Рис. 4. Вариант принципиальной схемы котлового контура с частотным управлением насосов:
1—6 — аналогично рис. 1; 7 — датчик температуры; 8 — частотный преобразователь; 9 — расходомер
Изменение частоты вращения электродвигателя насоса осуществляется по следующему алгоритму: контроллер управления котельной на основании параметров теплоносителя сетевого контура и графика зависимости температуры подающего трубопровода на выходе из котельной от наружной температуры воздуха вычисляет требуемое значение тепловой мощности котельной. По данным расходомера и датчиков температуры контроллер вычисляет фактическое значение тепловой мощности котельной. Разность данных значений должна быть близкой или равной нулю. В случае, если разность больше нуля, т. е. значение вырабатываемой тепловой энергии больше требуемого, кон-
Данный алгоритм управления котловым контуром при заданном значении перепада температур на подающем и обратном трубопроводе котлового контура, равном 25 °С, позволит осуществить изменение расхода теплоносителя пропорционально изменению тепловой нагрузки потребителей. На основании значений среднемесячной тепловой мощности котельной произведен расчет электропотребления. Результаты расчета приведены на рис. 5. Годовое электропотребление для третьего варианта на основании расчета составило 21 264 кВт-ч.
л н о о и 3
л л л л л л
^ ю ю ю ю
й В 8 й
■ среднемесячная тепловая мощность котельной
■ потребляемая электрическая энергия
Рис. 5. Потребляемая тепловая и электрическая энергия
Как видно из полученных результатов, организация работы котлового контура по предложенному способу позволяет снизить годовое потребление электроэнергии в 3,23 раза (на 47 527,9 кВтч) по сравнению с вариантом 2 и в 3,02 раза (на 42 951,43 кВтч) по сравнению с вариантом 1.
Для окончательной оценки рассматриваемых вариантов организации работы котлового контура котельной проведем анализ инвестиционной привлекательности. Для этого сравним сроки окупаемости всех вариантов схем.
При расчёте суммы капитальных затрат учитывается только стоимость насосного оборудования, компонентов и материалов его обвязки. Прочие статьи капитальных затрат (затраты на монтаж, транспортные расходы, заготови-тельно-складские расходы и пр.) принимаются равными для всех вариантов, что позволяет их не учитывать. Стоимость оборудования принята согласно прайс-листу производителей. Капитальные вложения и затраты на электроэнергию, потребленную котловыми насосами, при реализации одного из трех вариантов схемы котлового контура представлены в табл. 3. Для расчётов принят тариф на электроэнергию 2,5 руб./кВтч.
№ варианта Капитальные вложения, тыс. руб. Затраты на электроэнергию, потребленную котловыми насосами, тыс. руб./год
Прибыль рассчитывается исходя из количества отпускаемой теплоты за рассматриваемый период. Для расчётов принят тариф на тепловую энергию 1318,73 руб./Гкал. Условно, допустив ряд упрощений, таких как отсутствие инфляции, отсутствие периодов до ремонта и прочее, был получен график срока окупаемости (рис. 6).
Й о н о
Временной период, год
Рис. 6. Срок окупаемости
Срок окупаемости для варианта работы котлового контура 1, 2 и 3 составляет 2, 2,3 и 2,13 года соответственно, т. е. первый вариант организации котлового контура имеет наименьший срок окупаемости из-за более низких капитальных затрат (табл. 3).
Третий вариант, даже с учетом самых высоких капитальных затрат (табл. 3), после первого года с начала эксплуатации превысит суммарную прибыль, получаемую при использовании второго варианта, и через три года становится самым доходным из всех рассмотренных вариантов работы котлового контура котельной. Конечно, при изменении расчетных условий срок окупаемости также будет изменяться, но общая структура и выводы, полученные на основании рис. 6, останутся постоянными для рассмотренных вариантов работы котлового контура.
Итоговое сравнение рассматриваемых вариантов представлено в табл. 4.
Сравнение основных параметров рассматриваемых вариантов
Параметры Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Капитальные затраты, тыс. руб. 781,78 972,19 1000,94
Затраты на электроэнергию, потребленную котловыми насосами, тыс. руб./год 160,54 171,98 53,16
Металлоёмкость системы, кг/МВт 210,47 256,1 259,82
Срок окупаемости, год 2 2,3 2,13
С точки зрения поставщика и производителя котельных, наиболее выгодным выглядит первый вариант организации работы котлового контура. Данное техническое решение характеризуется простотой алгоритма управления котельной и имеет наименьшие капитальные затраты, срок окупаемости и металлоёмкость. Однако данная схема обладает рядом недостатков: жёсткая связь котёл-насос делает невозможным работу всех котлов при выходе из строя одного насоса, электропотребление котлового насоса остается условно постоянным для всего мощностного диапазона работы котла, для обеспечения горячего резерва котла требуется установка дополнительного оборудования.
Второй вариант работы котлового контура с экономической точки зрения является наименее привлекательным, т. к., обладая большими требованиями к капитальным вложениям, он не может обеспечить сравнительно высокие эксплуатационные характеристики котельной. Однако в данной схеме
присутствует возможность горячего резерва котла без добавления дополнительных технических элементов и возможна работа всех котлов при поломке одного из насосов.
С точки зрения эксплуатирующей организации и обеспечения энергоэффективности наилучшим является предложенный способ организации работы котлового контура. Несмотря на то, что капитальные вложения на реализацию этого варианта работы котлового контура являются самыми высокими, данная схема обладает наименьшими эксплуатационными затратами и обеспечивает наибольшую энергоэффективность. При этом все перечисленные преимущества второго варианта организации работы котлового контура сохраняются.
1. Повышение энергетической эффективности котельной путем оптимального распределения нагрузки между котлоагрегатами / Б.М. Низамеев, В.К. Ильин, Д.А. Рыжов, Л.А. Русинов // Известия СПбГТИ (ТУ). — 2016. — № 34. — С. 99-102.
2. Нехода, С.Б. Технологическая схема энергоэффективной котельной / С.Б. Нехода // Сантехника, отопление, кондиционирование. — 2011. — № 2. — С. 52-53.
3. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости) / А.Д. Альт-шуль, П.Г. Киселев. — М. : Изд-во литературы по строительству, 1965. — 273 с.
5. Сулейманов, А.М. Что влияет на окупаемость мини-ТЭЦ? / А.М. Сулейманов // Трубопроводный транспорт. — 2016. — С. 381-382.
6. Кожухова, А.В. Применение ЧПР для повышения энергоэффективности насосной установки / А.В. Кожухова, К.Н. Рамазанов // Символ науки. — 2016. — № 11-3/2016. — С. 95-97.
7. Bujak, J. Optimal control of energy losses in multi-boiler steam system / J.Bujak // Energy. -2009. — V. 34. — I. 9. — Р. 1260-1270.
8. Амиров, Ф.А. Регулирование режима работы центробежного насоса изменением частоты вращения электродвигателя с целью энергосбережения / Ф.А. Амиров, С.А. Агаммедо-ва // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. — 2012. — № 4/2012. -С. 34-35.
9. Quevedo, J. Digital control: past, present and future of PID control / J. Quevedo, T. Escobet // Proceedings of the IFAC Workshop, Eds., Terrassa, Spain, 5-7 Apr. 2000.
10. Astrom, K.J. Advanced PID control / K.J. Astrom, T. Hagglund. — ISA (The Instrumentation, System, and Automation Society), 2006. — 460 p.
7. Janusz Bujak. Optimal control of energy losses in multi-boiler steam system. Energy. 2009 V. 34. No. 9. Pp. 1260-1270.
9. Quevedo J., Escobet T. Digital control: past, present and future of PID control. Proc. IFAC Workshop. 2000. 5-7 April, Terrassa, Spain.
10. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID control. ISA (The Instrumentation, System, and Automation Society). 2006. 460 p.
