Опыт применения контактных водонагревателей для энергосберегающей реконструкции систем теплоснабжения

1 333

Одним из перспективных направлений, обеспечивающих реальную экономию энергоносителей и снижение затрат на отопление и технологическое теплопотребление, является создание локальных систем теплоснабжения.

Однако специфика работы локальных отопительных котельных, особенно предназначенных для использования в коммунальной энергетике, предъявляет ряд дополнительных требований к габаритам, эффективности и экологическим характеристикам теплогенерирующего оборудования.
Общеизвестно, что эффективность работы котельного агрегата, прежде всего, определяется температурой отходящих дымовых газов. У современных котлов эта температура составляет 120-150°С, а их КПД, рассчитанный по низшей теплотворной способности топлива, достигает 90-94%. Однако следует заметить, что за счет накипеобразования на теплообменных поверхностях КПД этих котлов падает. Поэтому реальный эксплуатационный КПД котельной на протяжении отопительного сезона с учетом потерь тепла на собственные нужды редко превышает 80-85%. Если же говорить о котельных, оснащенных котлами устаревшей конструкции (НИИСТУ, «Факел», «Универсал»), то их средний КПД часто не достигает и 60%.
Для существенного повышения КПД котельного оборудования необходимо более глубокое охлаждение продуктов сгорания до температуры, при которой удается сконденсировать часть водяных паров, содержащихся в дымовых газах, и использовать для нагрева воды выделяющуюся при конденсации «скрытую» теплоту. Кроме того, глубокое охлаждение позволяет полнее использовать и так называемую «явную» теплоту продуктов сгорания.

Способ нагрева воды, основанный на ее непосредственном контакте с продуктами сгорания, обеспечивает контактным водонагревателям ряд существенных преимуществ по сравнению с котлами традиционной конструкции:

высокая интенсивность теплообмена, который обеспечивается при контактном нагреве воды, легко позволяет охладить дымовые газы, отходящие от аппарата, до температуры 45-55°С. При такой низкой температуре дымовых газов происходит частичная конденсация водяного пара, образующегося за счет окисления водорода, который входит в состав любого органического топлива. При конденсации этого водяного пара выделяется дополнительное количество тепла, которое не учитывается величиной низшей теплотворной способности топлива. За счет этого коэффициент полезного действия контактного водонагревателя, рассчитанный по низшей теплотворной способности топлива, превышает 100%. Опыт практической эксплуатации контактных водонагревателей показал, что в среднем на протяжении отопительного сезона эта величина составляет 100-102%. Паспортный КПД традиционных котлов редко превышает 92%, а их реальный эксплуатационный КПД обычно составляет 80-85%. Таким образом, контактные водонагреватели обеспечивают экономию топлива в сравнении с традиционными котлами на уровне 20-25%;

в контактных водонагревателях отсутствуют теплообменные поверхности, на которых возможно образование накипи, что позволяет эксплуатировать такие аппараты без предварительной химической обработки питательной воды;

конденсат, образующийся за счет глубокого охлаждения дымовых газов, остается в циркуляционном контуре системы отопления и частично компенсирует протечки воды. Это позволяет существенно уменьшить расход воды на подпитку системы теплоснабжения, а в случае небольших и плотных систем отопления вообще отказаться от их подпитки;

высокая интенсивность процессов теплообмена позволяет существенно уменьшить габариты, массу и металлоемкость оборудования. Так, аппарат тепловой мощностью 2,9 МВт имеет собственную массу 1,8 т. Котел традиционной конструкции той же мощности имеет собственную массу 8-10 т;

простота конструкции контактных водонагревателей обеспечивает их высокую надежность и простоту обслуживания и ремонта;

нагрев воды в КВН происходит под атмосферным давлением. Поэтому, независимо от тепловой мощности, они не подпадают под действие правил Котлонадзора. Учитывая их малый вес и габариты, это делает их в особенности перспективными для применения в крышных котельных;

контактные водонагреватели представляют собой аппараты проточного типа и потому характеризуются очень низкой инерционностью. Аппарат мощностью 2,9 МВт включается и выходит на полную мощность за 3-4 минуты. Это позволяет очень точно согласовать тепловую мощность аппарата с реальным теплопотреблением, за счет чего обеспечивается дополнительная экономия топлива;

контактные водонагреватели КВН имеют высокую степень автоматизации, что позволяет осуществлять их эксплуатацию без постоянного присутствия персонала. Автоматика КВН предусматривает погодное регулирование, автоматическое снижение мощности в нерабочее время и выходные дни, месячное программирование режимов и прочее;

горелки оригинальной конструкции обеспечивают снижение выбросов вредных веществ в 2-3 раза по сравнению с нормативами.

Глубокое охлаждение дымовых газов в принципе возможно в теплообменнике любой конструкции, однако при традиционном способе теплообмена для эффективного охлаждения дымовых газов при малых температурных напорах требуются громоздкие и металлоемкие конструкции с большой поверхностью теплообмена.
Поэтому для глубокого охлаждения дымовых газов более целесообразно применять контактный способ нагрева воды, при котором теплообмен между продуктами сгорания топлива и нагреваемой водой происходит при их непосредственном контакте, т.е. при отсутствии теплообменной поверхности.

Контактные водонагреватели
Специалистами НПО «ЛОТА» совместно с НТУУ «КПИ» разработана конструкция высокоэффективного теплогенерирующего оборудования – контактного водонагревателя.
Контактные водонагреватели (КВН) предназначены для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения, а также для генерации парогазовой смеси, используемой в качестве теплоносителя в разнообразных технологических процессах (например, для термовлажностной обработки железобетонных изделий).
Контактные водонагреватели представляют собой аппараты смесительного (контактного) типа, нагрев воды в которых осуществляется за счет ее непосредственного контакта с высокотемпературными продуктами сгорания природного газа.
Нагрев воды в КВН осуществляется в два этапа. Сначала вода нагревается в тепломасообменной части за счет контакта с отходящими дымовыми газами. При этом обеспечивается охлаждение дымовых газов до температур 45-55°С и предварительный нагрев воды до температур 65-72°С.
Окончательный нагрев воды до температуры 85-90°С происходит в горелочной камере, где вода контактирует с высокотемпературными продуктами сгорания.

Таблица 1

Умеренная децентрализация систем теплоснабжения
Совместно с КП «Теплокомуненерго» г. Александрия НПО «ЛОТА» был разработан проект реконструкции системы теплоснабжения центральной части города, предусматривающий строительство в зданиях существующих тепловых пунктов 25-ти котельных мощностью от 1 до 7,5 Гкал/ч на базе контактных водонагревателей взамен двух центральных котельных мощностью 105 и 30 Гкал/ч.

В результате применения умеренной децентрализации обеспечивается значительная экономия энергоресурсов:

экономия природного газа составляет – 27%;

экономия электроэнергии – 42%;
Общий экономический эффект от внедрения проекта составляет 26 млн. грн. в год. Срок окупаемости менее 4-х лет. Расчетная экономия природного газа составляет 10 млн. нм3 в год.

Технико-экономический анализ разработанной схемы показал, что такое решение позволяет существенно сократить расходы топлива, электроэнергии, воды, затрат на оплату труда, снизить потери в тепловых сетях и в конечном счете существенно уменьшить себестоимость выработанной тепловой энергии (табл. 1).
Кроме этого, умеренная децентрализация теплоснабжения на базе КВН позволяет существенно улучшить экологические показатели работы котельных.

к.т.н. Королевич А.Я.,
Ходак А.П.
НП ООО «ЛОТА»

Найдите все свои архитектурные решения через TRUBA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 44 541 1347

Издатель

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал