Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Новый способ глубокой утилизации теплоты в коммунальном теплоснабжении. Всепогодный и круглосуточный конденсационный отопительный котел

New Method of Deep Recuperation of Heat in District Heating. All-weather and 24-hour Condensation Heating boiler

E. G. Shadek, Independent Expert

Keywords: condensation boiler, deep recuperation, combustion products, condensation mode, thermal capacity

"Energy Conservation" magazine published materials (see magazines "Energy Conservation" Nos. 2, 6. 2016.) on the technology of deep recuperation of heat of combustion products of stationary steam boilers. We complete this topic with a publication about development of a new heat supply system in public utilities using all-weather and 24-hour condensation heating boiler. Advantages and competitive ability of the innovation are confirmed by the presented assessment of its efficiency.

Описание:

В журнале «Энергосбережение» публиковались материалы (см. журналы «Энергосбережение» №№2, 6. 2016.)о технологии глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания станционных паровых котлов. Завершаем данную тему публикацией о создании новой системы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием всепогодного и круглосуточного конденсационного отопительного котла. Преимущества и конкурентоспособность инновации подтверждаются представленной оценкой ее эффективности.

НОВЫЙ СПОСОБ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ В КОММУНАЛЬНОМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ
ВСЕПОГОДНЫЙ И КРУГЛОСУТОЧНЫЙ КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ

В журнале «Энергосбережение» публиковались материалы [1, 2] о технологии глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания станционных паровых котлов. Завершаем данную тему публикацией о создании новой системы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием всепогодного и круглосуточного конденсационного отопительного котла. Преимущества и конкурентоспособность инновации подтверждаются представленной оценкой ее эффективности.

Суть предложения

Предлагается система (далее – Система), где в отличие от традиционной технологии в конденсационный теплоутилизатор подают не обратную сетевую воду, а холодную санитарную воду из водопровода (ХВС) для ГВС с температурой 5–8 ºС зимой и 12–15 ºС летом. Это гарантирует надежную полную конденсацию водяных паров продуктов сгорания (далее – ПС), то есть глубокую утилизацию тепла.
В качестве конденсационного теплоутилизатора используется конденсационный экономайзер (или конденсационный теплообменник-утилизатор – КТУ), установленный в газоходе непосредственно за котлом (рис. 1, Б-Б), либо последняя секция хвостовых поверхностей котла (рис. 2)

Изменение СДЗ в течение первых 15 лет срока окупаемости системы

Имеются примеры перевода котлов в конденсационный режим путем подачи холодной воды (водопроводной или подпиточной) в конденсационный теплообменник-утилизатор, установленный в газоходе котла. Во всех этих случаях системы глубокой утилизации показали безусловную эффективность: снижение расхода топлива нa 7–10 %, соответственное повышение КПД, экологический эффект (снижение токсичных выбросов) [3]).

ОБ АВТОРЕ

канд. техн. наук, инженер-теплоэнергетик, независимый эксперт. Работал на Кировском машиностроительном заводе, в НИИ «Гипроцветметобработка», в пусконаладочной фирме «Центроэнергочермет», в Объединенном институте высоких температур РАН.

В разные периоды времени участвовал в поисковых инженерных и проектных работах в составе различных коллективов как научный руководитель и исполнитель, в том числе в ГК «Rainbow – Инженерные системы» (2010–2012 годы), в Институте теплофизики СО РАН (2013–2014 годы) и др. Автор трех книг, более 70 статей в инженерно-технических журналах и сборниках, имеет около 60 авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.

Условия достижения конденсационного режима

Следует отметить, что среди специалистов как бы по умолчанию принято, что конденсационные котлы работают в конденсационном режиме. В действительности конденсационный режим реализуется только при значении температуры обратной сетевой воды ТОБР не выше примерно 40 ºС (с учетом температурного напора в конденсационном теплообменнике-утилизаторе). Тогда температура газов на выходе из конденсационного экономайзера (или КТУ) – порядка 30 ºС.

В обычном конденсационном котле так и происходит: глубокая утилизация тепла продуктов сгорания осуществляется в конденсационном экономайзере, размещенном в хвостовой части котла, при подаче в него обратной сетевой воды с температурой ТОБР порядка 40 ºС (ниже температуры точки росы ТР, равной для продуктов сгорания природного газа ТОБР 50–55 ºС).

Это условие в целом выполняется в европейских странах в системах (чаще – автономных контурах) отопления индивидуального объекта, дома, квартиры и пр., работающих на пониженных температурных графиках тепловых сетей 50/30 ºС. КПД таких котлов доходит до 105–107 % по низшей теплотворности QPH. Здесь законодательно запрещено устанавливать в отопительных системах не конденсационные котлы.

Особенности российского теплоснабжения

Российские тепловые сети работают с нормативными графиками 150/110, 115/70 ºС; ставится задача перехода хотя бы до 80/60 ºС. Как показывает анализ [4], в центральной полосе и на юге России конденсационные котлы (импортные, да и любые) реально работают в конденсационном режиме всего в течение 0,2–0,3 времени от продолжительности отопительного периода, который не превышает 0,6 года (график отопления 115/70 ºС). Тогда продолжительность КР в сумме за сезон, т. е. за год составит τККKP = (0,2 – 0,3)0,6 = (0,12 – 0,18) года или, усредняя интервал, τККKP = 0,15 года с тепловой нагрузкой отопления QОТ. Произведение времени работы на тепловую нагрузку (мощность) дает общий расход тепла (топлива) при конденсационном режиме ΣQ (см. формулу (1)). Очевидно, что утилизированное тепло QУТ прямо пропорционально величине ΣQ. В данном расчете для отопительного периода расход тепла котлом в конденсационном режиме соответствует формуле (2).

По нашим расчетам, при условии τККKP = 0,15 года в таком смешанном режиме (чередование сухой и глубокой утилизации) достижим КПД газового котла с конденсационным теплообменником-утилизатором в газоходе на обратной воде в условиях России ηΚ порядка 95–97 %. Это заметно больше, чем в штатном режиме без конденсационного тепло-обменника-утилизатора, где максимум составляет 92 % (в отдельных случаях, по рекламным данным, 95 %).

Достижение конденсационного режима в российских условиях

В предлагаемой Системе конденсационный режим длится весь отопительный период (τ = 0,6 года) с отопительной тепловой нагрузкой QОТ (см. формулу (3)) и продолжается летом (τ = 0,4 года), но с нагрузкой только для ГВС, QГВС.
Обычно считается, что тепловая нагрузка ГВС составляет 0,15–0,20 от отопительной. Статистика последних лет (теплые зимы) показывает, что доля ГВС вырастает до 0,30 и более, то есть QГВС = (0,15÷0,30) × QОТ или в среднем 0,225 QОТ. Это значит, что летом система (котел) работает с нагрузкой NK (тепловая мощность котла), равной QГВС = 0,225 × QОТ в течение τСИСKP = 0,4 года полностью в конденсационном режиме (формула (4)).
Суммарная нагрузка в Системе определяется сложением формул (3) и (4) и равняется 0,69 QОТ (формула (5)), что в 0,69/0,15 = 4,6 раза больше, чем в конденсационном котле на обратной воде (см. формулу (2)). Очевидно, во столько же раз количество утилизируемого тепла в Системе выше, чем в обычном «конденсатнике».

Схема работы Системы

В предлагаемой системе (рис. 1, 2) вход конденсационного экономайзера 12 подключен к водопроводной холодной санитарной воде (ХВС) для ГВС, а выход – через автоматический трехходовой клапан 23 к бойлеру 6 и к системе ГВС 24–25. При нагреве воды с температурой 5–8 ºС зимой и 10–15 ºС летом в конденсационном экономайзере продукты сгорания охлаждаются ниже точки росы (50–55 ºС), происходит конденсация водяных паров: во-первых, от сжигания углеводородов топлива, и во-вторых, от влаги дутьевого воздуха.

Литература

  1. Шадек Е. Г. Оценка эффективности глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котлов электростанций // Энергосбережение. 2016. № 2.
  2. Шадек Е. Г. Перевод станционных паровых котлов в конденсационный режим. Способ экономии топлива // Энергосбережение. 2016. № 6.
  3. Кудинов. А. Энергосбережение в теплоэнергетических установках. М., 2011.
  4. Шадек Е., Маршак Б., Анохин А., Крыкин И., Горшков В. Конденсационный теплообменник-утилизатор – модернизация котельных установок // ПКМ. 2014. № 5. С. 10–13.

Полностью статью можно прочитать, подписавшись на электронную или бумажную версию журнала «Энергосбережение».

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №2'2019



Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
KSB
Онлайн-словарь АВОК!