Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Автономная котельная с уличным размещением теплогенераторов пульсирующего горения

В.И. Вавилов, генеральный директор,
ОАО «Камбарский завод газового оборудования»,
г. Камбарка, Удмуртская Республика

В настоящее время существует множество типов транспортабельных котельных установок (ТКУ) различной теплопроизводительности в блочно-модульном исполнении, основным топливом для которых является природный газ. Все котельные традиционно имеют ввод газа в помещение (газоопасное помещение), в котором расположено теплогенерирующее оборудование.

В результате проведенных исследований и инженерно-конструкторских работ была создана котельная установка, в которой газоопасное помещение отсутствует.

Такая ТКУ состоит из технологического бокса (теплового пункта), шкафного газорегуляторного пункта и теплогенераторов уличного размещения, установленных на общей раме под открытым небом (фото 1). Все газопроводы находятся на улице. При этом достигается высший уровень промышленной безопасности - «полная пассивная безопасность».

В качестве источника тепла используются универсальные теплогенераторы пульсирующего горения (УТПГ), предназначенные для уличного размещения. Атмосферные осадки, ветер и перепады температур не влияют на их работоспособность.

Принцип пульсирующего (акустического, вибрационного) горения (ПГ) известен свыше 100 лет, но устройства на его основе не получили широкого распространения. Соответствующие технические знания находятся на стыке научных дисциплин теплотехники и акустики и, за редким исключением, не изучаются в учебных заведениях. Несмотря на это, разработки в данном направлении продолжаются. При этом следует отметить, что использование ПГ не самоцель, а средство достижения высоких показателей.

УТПГ представляет собой водогрейный котел со встроенным горелочным устройством. Он состоит из наружного корпуса, в котором размещен теплообменник с горелочным устройством. Автоматика управления и безопасности устанавливается на корпусе теплогенератора или внутри помещения. УТПГ работает в режиме старт-стоп. В качестве топлива может использоваться природный, сжиженный, попутный нефтяной газы, шахтный метан, биогаз. Теплоносителем служит вода или незамерзающие жидкости, нагреваемые до 115 ОС.

Принцип работы теплогенератора заключается в следующем. В камеру сгорания через воздушный и газовый мембранные клапаны поступает воздух и газ. Воздух подается вентилятором малой мощности кратковременного действия. При подаче напряжения на электрозапальное устройство происходит вспышка газовоздушной смеси в камере сгорания с резким повышением давления, что приводит к закрытию мембранных клапанов, поступление газа и воздуха прекращается. Под избыточным давлением продукты сгорания выходят в выхлопную трубу. При снижении давления в камере сгорания мембранные клапаны открываются, впуская очередную порцию газа и воздуха. Устанавливается периодический автоколебательный процесс - пульсирующее горение.

После установления процесса пульсирующего горения питание на электрозапальное устройство и вентилятор отключается, дальнейшее воспламенение газовоздушной смеси происходит от остаточного пламени, которое присутствует в камере сгорания. Процесс пульсирующего горения может продолжаться неограниченное время до тех пор, пока не будет прекращена подача газа.

Благодаря периодически-нестационарному течению конвективный теплообмен продуктов сгорания со стенками полостей и каналов теплогенератора интенсифицируется в несколько раз (коэффициент теплоотдачи от стенки - 150250 Вт/м2.ОС) по сравнению со стационарным течением, что влечет уменьшение требуемых площадей теплообменного аппарата, не требуется постоянно вентиляторного наддува или работы дымососа. Самотяга дымовой трубы для работы системы также не является обязательной. Удаление продуктов сгорания производится самим процессом горения. Давление в выхлопной трубе достигает 200 Па и более, скорость продуктов сгорания составляет 15-20 м/с. При глушителе, установленном на выхлопную трубу, уровень шума (не корректированный) на расстоянии 1 м от теплогенератора не превышает 80 дБА, на расстоянии 10 м не превышает 65 дБА.

Пульсации горения в топочной камере (амплитуда колебаний давления - 1-5 кПа) приводят к интенсивному перемешиванию горючего и окислителя (коэффициент избытка воздуха - 1,15-1,3) и сглаживают неравномерность температурного поля (теплонапряжение объема топки - 6-10 МВт/м3). В результате достигается КПД при использовании природных горючих газов по ГОСТ 5542-87 не менее 94-96% (температура нагреваемой среды около 100 ОС).

Конструкция УТПГ предусматривает эксплуатацию теплогенератора при температуре наружного воздуха от -50 до +40 ОС. Толщина ограждающих конструкций УТПГ не менее 2 мм (антивандальное исполнение). Потери тепла через ограждающие конструкции не превышают 0,1%.

Данные ТКУ имеют ряд преимуществ по сравнению с транспортабельными котельными на базе традиционных теплогенераторов.

1. На стадии проектных и строительно-монтажных работ (экономия до 25% по сравнению с традиционными котельными):

■ уличное размещение компактных теплогенераторов (занимаемая площадь УТПГ-0,14 тепловой мощностью 140 кВт - 0,45^0,45 м) позволяет значительно уменьшить габаритные размеры ТКУ (размеры технологического шкафа), что приводит к уменьшению размеров фундамента, площади стройплощадки, к снижению затрат на ее отсыпку, благоустройство, ограждение;

■ техническое оборудование ТКУ (насосы, автоматика и т.д.) размещается в негазоопасном

помещении. В данном случае не требуется экспертиза промышленной безопасности этого помещения;

■ для работы теплогенераторов не требуется установка отдельностоящей высокой дымовой трубы на отдельном фундаменте, что значительно уменьшает затраты; высокие скорости уходящих газов (до 20 м/с) позволяют установить низковысотные выхлопные трубы-глушители непосредственно на котельные агрегаты;

■ габариты и вес котельных установок такие, что транспортировку можно осуществлять одним грузовым автомобилем без оформления спецпропуска, также не требуется дополнительный рейс для перевозки дымовой трубы;

■ удешевления котельной можно достичь при использовании любого помещения вместо модульного теплового пункта (для размещения технологического оборудования). Теплогенераторы и шкафной газорегуляторный пункт размещаются у стены используемого под тепловой пункт помещения (здания). Таким же образом производится увеличение теплопроизводительности существующих котельных без расширения здания котельной.

2. В период эксплуатации:

■ отсутствие газоопасного помещения позволяет отказаться от установки ряда приборов безопасности, а именно, сигнализатора загазованности по СО и СН4, термозапорного клапана и общего предохранительного газового запорного клапана, т.к. нет газоопасного помещения и соответственно отсутствуют расходы на их ежегодную метрологическую поверку;

■ нет необходимости проверки системы дымоудаления и кратности воздухообмена в помещении ТКУ перед началом отопительного сезона;

■ нет необходимости содержать собственную газовую службу; достаточно заключить договор на обслуживание с газораспределительной организацией;

■ в связи с отсутствием дымовой трубы отсутствуют затраты на ее периодическое обследование и диагностирование;

■ малое электропотребление ввиду отсутствия дутьевого горелочного устройства (за исключением вентилятора кратковременного действия с потребляемой мощностью не более 50 Вт). При работающем теплогенераторе электропотребление составляет не более 20 Вт;

■ предельная простота обслуживания, диагностики и устранения неисправностей и неполадок, возникших в процессе эксплуатации.

В ТКУ в качестве аварийного и резервного вида топлива применяется сжатый природный газ или сжиженный газ в баллонах. При этом используется то же газовое оборудование. Согласно проведенным испытаниям при работе теплогенератора тепловой мощностью 140 кВт в течение 5 ч непрерывной работы затрачивается 62 кг сжиженного газа (три стандартных баллона емкостью 50 л). ТКУ может быть дополнительно оборудована рампой под установку баллонов. Необходимое присоединительное давление газа для УТПГ 1-1,6 кПа.

Более полное сгорание газа (содержание СО в дымовых газах - не более 70 мг/м3, NОх - 50 мг/м3) позволяет уменьшить расстояние от котельной до объектов теплоснабжения, снизить тепловые потери в тепловых сетях, уменьшить затраты на строительство новых тепловых сетей. Экономическая эффективность ТКУ обеспечивается высоким КПД теплогенераторов.

Следует также отметить, что разработаны специальные УТПГ, которые могут использовать в качестве топлива неподготовленный попутный нефтяной газ с повышенным содержанием серы и содержанием азота до 70%, калорийностью 4500 ккал/м3 и выше (фото 2). Конструкцией теплогенератора предусмотрена возможность очистки теплогенератора от отложений продуктов сгорания с минимальными затратами по времени.

Ответ на запрос «НТ» об эксплуатации котельных установок с уличным размещением теплогенераторов

В.П. Ефремов, АНО «Агентство по энергосбережению Удмуртской Республики»

В 2008 г силами АНО «Агентство по энергосбережению Удмуртской Республики» были выполнены проекты на установку модульных котельных в д. Юрино Сарапульского района и д. Мушковай Увинского района. Впервые при комплектации модульных котельных были применены теплогенераторы УТПГ с уличным размещением.

Котельная в д. Юрино построена за счет средств республиканского бюджета. Котельная проработала полный отопительный сезон 2008-2009 гг. Вторая котельная построена за счет консолидированных средств и запущена в работу в ноябре 2008 г.

По результатам эксплуатации котельных в реальных условиях можно сделать некоторые выводы.

Обе котельные проработали весь период эксплуатации в штатном режиме. За это время поступило одно сообщение об останове котлов в д. Юрино. Причиной стал залив нижней части котла конденсатом. Как показало обследование, проведенное специалистами завода и монтажной организации, это произошло в связи с изменением в автоматике котельной уставки по температуре подаваемой в котел воды. Изменения были произведены обслуживающим персоналом без согласования с монтажной организацией и заводом-изготовителем. Работоспособность котлов была восстановлена в течение двух часов.

Эксплуатация котельных показала, что теплогенераторы работают с заявленным в паспорте КПД. На протяжении всего периода работы не потребовалось выполнять дополнительных настроек или ремонтов. Обе котельные эксплуатировались в автоматическом режиме без постоянного присутствия операторов.

Весной 2009 г. проведены испытания этой котельной при работе на сжиженном газе. Были установлены газовые баллоны емкостью 50 л каждый с бытовыми регуляторами давления. Для перевода с природного на сжиженный газ в котле меняются лишь сопла, которые входят в комплект поставки. Каких-то дополнительных настроек выполнять не требуется. Опытная эксплуатация на сжиженном газе показала, что КПД котлов в этом случае составляет 95%. Время работы одного котла мощностью 140 кВт от трех баллонов сжиженного газа составило около 5 ч, что вполне достаточно для ликвидации возможной аварии, либо для доставки дополнительных баллонов.

Полученные результаты эксплуатации котельных можно назвать положительными.

В.И. Вавилов, Автономная котельная с уличным размещением теплогенераторов пульсирующего горения

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №8 (108), 2009 г., www.ntsn.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru