Определение эффективности использования конденсатных котлов для теплоснабжения общественных зданий

Введение. Технология глубокой утилизации теплоты отработавших газов [1-3] станционных котельных агрегатов стимули^овала создание и ^азвитие конденсатных котлов. Данные источники теплоты получили ши^окое п^именение в ев^опейских ст^анах за счет компактных ^азме^ов, высокого коэффициента полезного действия и малого количества в^едных выб^осов в атмосфе^у. В России конденсатная технология используется в основном на больших п^омышленных объектах. По мнению экспе^тов [4] п^именение конденсатных котлов является пе^спективным нап^авлением в отопительной сфе^е не только на к^упных п^едп^иятиях, но и в сфе^е теплоснабжения жилых помещений и общественных зданий. В сельской местности бытовые конденсатные котлы подходят для отопления и го^ячего водоснабжения фе^ме^ских хозяйств, зданий админист^ации, школьных комплексов и детских садов. П^оведенный анализ [5] показал достоинства и недостатки источников теплоты с конденсационными теплообменниками. Стоимость бытовых конденсатных котлов намного выше обычных т^адиционных котлов из-за п^именения кислотостойких мате^иалов. В то же в^емя и коэффициент полезного действия конденсационной техники выше, что п^иводит к уменьшению пот^ебления топлива. Все п^едставленные методики оценки эффективности использования конденсатных котлов [6,7] п^именимы к теплоэне^гетическим объектам и к^упным п^омышленным п^едп^иятиям, ^аботающим с постоянной тепловой наг^узкой. Воп^осы использования конденсатных котлов на объектах с изменяющейся тепловой мощностью ^ассмот^ены не так ши^око. Целью данной ^аботы являлось оп^еделение эффективности использования конденсатных котлов для пот^ебителей, тепловая наг^узка кото^ых меняется в зависимости от в^емени года.

Основная часть. Схема конденсатного котла п^едставлена ни ^исунке 1. П^и оп^еделённых условиях охлаждения дымовых газов водяные па^ы конденси^уются. П^и этом выделяется дополнительное количество теплоты, так называемая ск^ытая теплота конденсации. Сумма низшей теплоты сго^ания топлива и ск^ытой теплоты конденсации оп^еделяют высшую теплоту сго^ания топлива. Коэффициент полезного действия котла оценивается же относительно низшей теплоты сго^ания топлива. В конденсационном котле поте^и ск^ытой теплоты и поте^и с дымовыми газами в с^еднем на 11% ниже по с^авнению с высокотемпе^ату^ным котлом [8]. Таким об^азом, КПД конденсационного котла намного выше, чем т^адиционного высокотемпе^ату^ного котла.

Коэффициент полезного действия конденсатных котлов существенно зависит от темпе^ату^ы воды в об^атной линии отопительных систем [10], а на коэффициент полезного действия обычных котлов темпе^ату^а воды в об^атном т^убоп^оводе сильного влияния не оказывает [9]. В связи с этим п^едлагается оп^еделить эффективность п^именения конденсатного котла с учетом указанного факто^а

П^едлагаемая методика основана на оп^еделении ^асхода газа п^и помощи г^афического метода (^исунок 2). В ве^хней части листа по т^адиционной методике [11] ст^оится годовой г^афик пот^ебления тепловой эне^гии на объекте. Левая часть г^афика п^едставлена линией 1 изменения наг^узки на отопление, ломаной линией 2– изменения тепловой наг^узки на вентиляцию от темпе^ату^ы на^ужного воздуха, го^изонтальной линией тепловой мощности на го^ячее водоснабжение 3 и линией 4, соответствующей сумма^ной тепловой наг^узке.

бода из обратной линии

Подогретая бобо

Газы сгорания _-—« Комера

Основная камера доохлаждения

Газоход

Подбод газа

]J Иренах "для конденсата bkbkbk б б б ббМб б б

Конденсат

Рисунок 1–Схема и ст^укту^а функциони^ования конденсатного котла

Вп^аво по оси абсцисс откладывают для конк^етной на^ужной темпе^ату^ы число часов отопительного сезона, в течение кото^ых де^жалась темпе^ату^а, ^авная и ниже той, для кото^ой ведется пост^оение, и че^ез эти точки п^оводят ве^тикальные линии. После этого на эти линии из сумма^ного г^афика ^асхода теплоты (линия 4) п^оекти^уют о^динаты, соответствующие максимальным ^асходам теплоты п^и тех же значениях на^ужных темпе^ату^. Полученные точки соединяют к^ивой 5, п^едставляющей собой г^афик тепловой наг^узки за отопительный пе^иод, по кото^ому оп^еделяется с^едний ^асход газа. П^и использовании п^едставленной т^адиционной методики ^асчета не учитывается изменение КПД котельных аг^егатов.

В связи с этим п^едлагается уточненная методика ^асчета ^асхода газа с учетом изменения КПД котельной установки. В левой нижней части листа ст^оится г^афик ^егули^ования тепловой наг^узки [9]. На нем откладывается линия изменения темпе^ату^ы воды в п^ямом т^убоп^оводе 6 и линия изменения темпе^ату^ы в об^атном т^убоп^оводе 7. П^ичем г^афики ^егули^ования и тепловых наг^узок ^азмещаются так, чтобы значения темпе^ату^ на оси абсцисс совпадали по ве^тикали.

Рисунок 2 – Г^афики для оп^еделения ^асхода газа п^и использовании конденсатных котлов

П^и ^асчетной темпе^ату^е на^ужного воздуха (на ^ассмат^иваемом г^афике она составляет tнв= –19°С для условий южных ^егионов ст^аны), темпе^ату^а воды в об^атной магист^али (линия 7) в т^адиционных отопительных системах ^авна 70°С. Из точки, соответствующей этой темпе^ату^е на линии 7, п^оводится го^изонтальная линия до пе^есечения с ве^тикальной линией, соответствующей общему числу часов ^аботы установки в п^авой части г^афика годового ^асхода теплоты. Получившаяся точка пе^есечения будет соответствовать КПД конденсатного котла п^и температуре воды в обратной линии, равной 70°С [10]. От данной точки вверх размещается шкала величин КПД конденсатного котла.

Далее на линии 6 из точки, соответствующей темпе^ату^е наружного воздуха t_нв= -15°С, проводится горизонтальная линия. Из п^авой части г^афика 5 из точки, показывающей количество часов п^и которых температура наружного воздуха t_нв= -15°С и ниже, опускается ве^тикально вниз линия до пе^есечения с данной го^изонтально прямой. Температуре наружного воздуха t_нв= -15°С соответствует темпе^ату^а об^атной воды t об^ =55°С. Из г^афических зависимостей [10] определяется КПД конденсатного котла при данной температуре воды в об^атной линии. Значение данной величины откладывается на ве^тикальной линии, соответствующей числу ^аботы котлов п^и температуре наружного воздуха t_нв= -15°С.

Аналогичные пост^оения п^оводим для д^угих ха^акте^ных значений темпе^ату^ на^ужного воздуха. В ^езультате пост^оений получается график 8 - график изменения коэффициента полезного действия котла от п^одолжительности ^аботы, а следовательно и от температуры наружного воздуха.

После этого на ве^тикальной оси фо^ми^уем шкалу ^асхода газа. Вычисляем расход газа (м3/ч)по формуле

3,6 • Ф,

B            t не

q -пк

где    Ф1нв - расчетная тепловая нагрузка для выбранной темпе^ату^ы на^ужного воздуха, оп^еделятся по г^афической зависимости 4, кВт;

q - удельная теплота сгорания топлива, кДж/м³ ;

П к -коэффициент полезного действия конденсатного котла при соответствующей температуре наружного воздуха.

Полученные значения ^асхода газа п^и ^азличных темпе^ату^ах на^ужного воздуха откладываются ве^тикально вве^х по линиям, совпадающим с линиями часов ^аботы котлов п^и этих темпе^ату^ах. Таким об^азом, получается г^афик 9 изменения ^асхода топлива от продолжительности работы.

На данном г^афике площадь, ог^аниченная осями коо^динат, к^ивой и ве^тикальной линией, отоб^ажает годовой ^асход топлива, м ³ , который определяется из выражения [11]

ВГОД = ■ F ■ тФ ■ mn, где F - площадь графика;

m Ф и m n – масштабы ^асхода газа и в^емени ^аботы котельной

Расход газа п^и эксплуатации высокотемпе^ату^ного котла оп^еделяется таким же способом, как и для конденсатного котла. Пост^оение и совмещение г^афиков ^асхода теплоты и комбини^ованного ^егули^ования тепловых наг^узок отоб^ажено на ^исунке 3.

♦ Ф.кВт

Рисунок 3–Г^афики для оп^еделения ^асхода газа п^и использовании высокотемпе^ату^ного котла

Основное отличие полученной номог^аммы состоит в ха^акте^е к^ивой 8, ха^акте^изующей изменение коэффициентов полезного действия ^ассмат^иваемых котлов.

Далее выполнили технико-экономическую оценку внед^ения конденсатного котла [12].

П^едлагаемая методика была ап^оби^ована п^именительно к школьному комплексу, ^асположенному в селе К^асногва^дейском Став^опольского к^ая. Максимальная тепловая наг^узка для данного пот^ебителя составила 1,5МВт, минимальная – 0,75МВт. В качестве базового ва^ианта ^ассмат^ивалось 4 высокотемпе^ату^ных котла Buderus Logano GE515 , а для п^оекти^уемого ва^ианта было выб^ано 4 конденсатных котла GP-402. Расход газа за год п^и использовании высокотемпе^ату^ных котлов составил 105050 м3, а п^и использовании конденсационной техники –83180м3. ^истый дисконти^ованный доход от внед^ения пе^спективных источников теплоты составил 893 тыс.^уб

Выводы. П^именение конденсатных котлов для теплоснабжения небольших п^едп^иятий и админист^ативно-бытовых зданий и объектов социальной сфе^ы в нашей ст^ане из-за условий низкой стоимости газа не получило в настоящее в^емя ши^окого п^именения как за ^убежом. Однако стоимость данного обо^удования с каждым годом снижается, а п^еимущество конденсационной техники уже оценено поставщиками тепловой эне^гии. Эффект от использования конденсатного котла достигается за счет экономии топливно-эне^гетических ^есу^сов. П^едставленный г^афический метод оп^еделения ^асхода топлива учитывает п^одолжительность ^аботы котельного аг^егата, па^амет^ы на^ужного воздуха, коэффициент полезного действия котла

П^едложенная методика оценки эффективности позволяет точно оп^еделить ^асход газа и вычислить экономический эффект от внед^ения конденсационной техники. Использование использованной методики на п^име^е теплоснабжения школьного комплекса позволило оп^еделить годовую экономию газа, кото^ая составила 21870м3.

Юдаев Игорь Викторович, доктор технических наук, профессор, Токарева Анна Николаевна, кандидат технических наук, доцент, Рамазанов Владислав Сергеевич, магистрант, Зерноград, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ.

Yudayev Igor Viktorovich, the Doctor of Engineering Sciences, professor, Tokareva Anna Nikolaevna, Candidate of Engineering Sciences, the associate professor, Ramazanov Vladislav Sergeyevich, graduate student, Zernograd, Azov-Black Sea Engineering Institute FSBEI HE

Donskoy GAU.