РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

VI. Повышение надежности и экономичности котельных

6.1. Строительство и реконструкция котельных

 

Варианты строительства и реконструкции

В качестве обоснования необходимости замены котельных, часто используется утверждение об их моральном и физическом износе. Но раз котельная работала, значит в ней имеется большое количество исправного оборудования и, как альтернативу, можно рассматривать его постепенную замену. Не смотря на часто удручающий внешний вид существующего здания и оборудования, такой выбор может оказаться правильным.

Термин «моральный износ» практически не применим к котельным с котлами нормального заводского изготовления. Старые конструкции водотрубных котлов средней и большой мощности ничем не хуже массово применяемых сегодня. Они имеют такой же КПД, а срок службы при качественной эксплуатации достигает 50 лет.

Обоснование нового строительства обычно основывается на завышенном эффекте от замены котельной. В реальности технологические потери в сетях и коммерческие потери остаются неизменными и заявленный эффект не достигается.

Если не выполнить вариантную проработку на предпроектной стадии, то ошибочное решение проектировщики уже не исправят, так как работают в соответствии с техническим заданием. Варианты должны прорабатываться в схеме теплоснабжения.

Типовые развилки:

  • Перевод подключенных зданий на индивидуальный нагрев горячей воды, с работой котельной по отопительному графику удешевляет систему теплоснабжения, позволяет уйти от перетопов, отказаться от трасс горячей воды и тепловых пунктов, но требует дополнительных средств на работы в зданиях, системах газоснабжения или электроснабжения.
  • Работа по пониженному температурному графику увеличивает затраты на сети и теплообменники, затрудняет наладку, деаэрацию, но упрощает котельную и всю систему.
  • Паровой режим усложняет работу котельной, но позволяет обеспечить качественную деаэрацию и использование пар для парового привода вращающихся механизмов.
  • Возможность работы на разных видах топлива, при больших инвестиционных затратах, кроме надежности, может обеспечивать и экономичность, так как соотношение по стоимости разных видов топлива весьма изменчиво.

 

Блочно-модульные котельные

Основные требования к котельным: быть надежными, долговечными и экономичными. Срок службы котельной определяется только долговечностью здания, так как остальное оборудование можно ремонтировать, модернизировать и менять. Строительство новой блочно-модульной котельной рядом со старой – практика, не распространенная нигде в мире, кроме России.

Принципиальная конструкция транспортабельных блочно-модульных котельных была разработана в Финляндии для освоения районов российского крайнего Севера, куда дорого привозить строителей, монтажников и ремонтников. Срок службы блока и оборудования подбирался примерно одинаковым. Использовались неремонтопригодные жаротрубные котлы, вместо здания была применена металлическая рамная конструкция с навесными сэндвич-панелями без фундамента. Конструкция котельной предусматривала возможность ее перевозки по мере освоения месторождений.

Сегодня блочно-модульные котельные изготавливают множество предприятий. Они массово устанавливаются во всех районах страны. Если потребность в перевозке котельных отсутствует, то при выборе ее конструкции необходимо определить приоритеты, что важнее: возможность перевозки котельной, или долговечность, удобство обслуживания, ремонта и замены оборудования.

Основные проблемы блочно-модульных котельных:

  • малый срок службы, не превышающий 25 лет;
  • коррозия металлического основания и пола при попадании воды снаружи и изнутри;
  • низкая сопротивляемость панелей и каркаса динамическому воздействию;
  • отсутствие возможности крепления оборудования и разводки на стенах из-за низкой несущей способности сэндвич-панелей (толщина металлического листа 0,5-0,7 мм);
  • не восстанавливаемое повреждение блока при пожаре и взрыве топлива (вплоть до сброса панелей);
  • невозможность крепления к потолочному перекрытию и стойкам грузоподъемных механизмов;
  • затрудненный доступ к оборудованию из-за большого количества стоек для трубной и кабельной разводки, а также необходимости вписывать оборудование в габариты контейнера (3х6 м);
  • отсутствие ремонтных площадок;
  • передача на оборудование нагрузок от деформации пола при пучении грунтов;
  • быстрое понижение температуры воздуха внутри помещения до отрицательных величин при зимних отключениях котельной;
  • отсутствие теплого ввода водопровода и канализации с возможностью их замораживания;
  • не организованный воздухообмен со сквозняками при сильных похолоданиях (из-за увеличения расхода воздуха на горение) с опасностью заморозки импульсных трубок автоматики;
  • в худших образцах, использование сэндвич-панелей с наполнением неогнестойким пенополистиролом; отсутствие легкосбрасываемых конструкций.

Блочно-модульные котельные экономически целесообразно применять при габаритах не более одного-двух контейнеров.

В последние годы, еще одним поводом к их распространению стали концессионные соглашения. Срок действия соглашения обычно совпадает со сроком службы подобных котельных, а у инвестора нет экономических стимулов инвестировать в капитальные долговечные объекты. Тем более, модульную котельную, при нарушении условий соглашения, можно и увезти. В концессионные соглашения необходимо водить условия, экономически стимулирующие концессионера к долгосрочным решениям.

 

Мощность котельной

К массовому явлению относится строительство котельных чрезмерной мощности, определяемой по завышенным договорным нагрузкам. Перерасчет необходимой мощности от фактического отпуска обычно выявляет существенные резервы.

Не меньшие возможности по снижению потребной мощности может дать учет возможных мероприятий по энергосбережению в подключенных зданиях. Синхронизация процессов реконструкции системы теплоснабжения и энергосбережения у потребителей дает существенный совокупный экономический эффект. Зачем строить излишнюю мощность, если в дальнейшем она не будет востребована.

Распространены также проекты с завышенной мощностью котельных под сложившуюся потребность компенсации чрезмерных потерь в тепловых сетях. Нередки и обратные варианты, когда мощность определяется принципиально правильно, но ее не хватает из-за утечек в сетях, нарушения системных гидравлических режимов и сливов в подключенных зданиях.

Принципиальными являются также вопросы необходимости сохранения централизованного горячего водоснабжения. Децентрализация ГВС часто является одним из самых быстроокупаемых мероприятий для малых и средних котельных. Ликвидируются проблемы открытого водоразбора, летних отключений, убыточности ГВС в летний период из-за чрезмерных потерь в сетях, перетопов в теплые периоды отопительного периода, достоверности учета горячей воды, необходимости обустройства и эксплуатации тепловых пунктов и/или отдельных трубопроводов горячей воды, потерь в них.

В продаже имеется множество типов квартирных водонагревателей, в том числе емкостных электрических с ночной зарядкой бака аккумулятора. Программы субсидирования малоимущих граждан на покупку водонагревателей позволят реально удешевить малые системы теплоснабжения имеющие самые большие удельные затраты и обеспечить их функционирование при тарифах, соответствующих реальной платежеспособности населения.

При определении состава оборудования и мощности котельных необходимо также прорабатывать схемные решения по целесообразности объединения подпитки закольцованных источников, переводу котельных в пиковый режим, использованию емкости сетей в качестве теплового аккумулятора, оптимизации температурных графиков.

 

Водоподготовка

Качество и постоянство состава исходной подпиточной воды, величина подпитки, являются главнейшими факторами, определяющими состав всего основного оборудования котельных. Практика защиты исключительно оборудования котельных путем обустройства двухконтурных схем при формальной установке дозатора комплексонов, не может быть признана разумной. Системы теплоснабжения от котельных не могут функционировать экономически эффективно при большой подпитке, интенсивной внутренней коррозии, накоплении ржавчины, шлама и грязи.

Пока не существует технологий лучше, чем ионообменные фильтры и качественная деаэрация. Применение комплексонов и поглотителей кислорода оправдано только при стабильных свойствах исходной воды и при малых объемах подпитки. Особые решения должны приниматься при низком рН, высокой концентрации железа, хлоридов и т.д.

Общие правила:

  • лучший метод повышения качества сетевой воды – снижение уровня подпитки;
  • не существует систем с абсолютно одинаковыми свойствами исходной воды, поэтому возможность использования комплексонов должна оцениваться до проектирования, при частом изменении качества воды (смешивание от нескольких водозаборов), системы дозирования комплексонов могут оказаться неэффективными и даже вредными;
  • при выборе способа водоподготовки должны оцениваться объемы образования шлама и возможности его эффективного удаления;
  • теплоснабжающая организация не может нести ответственность только за оборудование источника, предотвращение накипи и коррозии в системах теплопотребления тоже относится к ее зоне ответственности;
  • организация подготовки подпиточной воды в системах, работавших ранее без химводоподготовки, приводит к необходимости установки больших эффективных грязевиков на входе в котельную сетевой воды для предотвращения заноса оборудования;
  • применение замещающих физических методов подготовки воды требует тщательной проверки.

 

Подбор котлов

Отечественная промышленность с советских времен выпускает качественные паровые и водогрейные водотрубные котлы малой, средней и большой мощности. В последние годы появились котлы малой мощности для сжигания твердого топлива в кипящем слое, для сжигания RDF топлива, малогабаритные модульные котлы и т.д. Проблемными по надежности и экономичности являются только установленные в большом количестве примитивные стальные и чугунные котлы мощностью менее 1 Гкал/ч типа НР, «Универсал», «Энергия» и т.п., хотя и они, после относительно небольшой модернизации, могут обеспечивать высокий КПД.

Хуже также обстоят дела с качеством отечественных котлов малой мощности на твердом топливе. При их применении принципиально важным является уровень квалификации подрядной организации, осуществляющей монтаж и наладку котельной. Опытные специалисты научились контролировать качество от поставщиков, а то и доводить оборудование до приемлемого уровня.

Выбор типов котлов, это важная творческая задача. В «правильной» котельной их может быть несколько разных типов, например: высокоэффективный базовый водогрейный котел с конденсационным теплообменником, базовый паровой котел обеспечивающий работу деаэратора и парового привода, водогрейный котел допускающий глубокую регулировку производительности при допустимых параметрах экономичности, котел допускающий ручной розжиг и работу при отключении всех компьютеров и контроллеров, котел на летнюю нагрузку ГВС (тоже паровой при наличии атмосферного деаэратора).

Применение твердотопливных котлов с кипящим слоем не только существенно повышает КПД, но также позволяет сжигать низкокачественные угли и различные отходы.

Чугунные котлы гораздо более устойчивы к образованию накипи на внутренних поверхностях. Если уровень подпитки и водоподготовки котельной не может обеспечить её работу без образования накипи и шлама, то недопустимо применение малогабаритных интенсифицированных котлов.

Массовый переход в последние годы на применение жаротрубных котлов объясняется исключительно удачной рекламой и их презентабельным внешним видом. Подобные котлы правильно называются жаротрубно-дымогарными. Они начали применяться в ХVIII  веке для паровозов и пароходов, и являются модификацией старинных жаротрубных котлов с конструкцией аналогичной дровяному титану и самовару. Жаротрубные котлы имеют следующе существенные недостатки.

  • Низкие скорости воды, соответствующее накипеобразование и отложение шлама. Слабо организованный поток воды в бочке котла идет по кратчайшему пути от входного патрубка к выходному, не омывая многих теплонапряженных участков жаровой трубы и зону входа дымовых газов в дымогарные трубы и участки самих труб. Это приводит к локальным перегревам и отложению накипи, особенно при работе на газовом и жидком топливе. Пояляются значительные термомеханические напряжения на сварные швы, сами трубы и трубные доски, так как дымогарные трубы, жестко закрепленные между трубными досками, лишены возможности свободного температурного расширения.

    При непосредственной работе на загрязненную тепловую сеть наблюдается занос шламом и оксидами железа застойных частей котла, он фактически работает как фильтр-осадитель. Металл в этих зонах плохо охлаждается и образуются отдулины.

    Факт наличия накипи и шлама невозможно обнаружить по увеличению перепада давлений до и после котла, так как гидравлическое сопротивление котла незначительно.

    По этим причинам, а также из-за серьезных последствий упуска воды при неремонтопригодности конструкции, с начала 1972 года выпуск жаротрубных котлов в СССР был прекращен и большинство ранее установленных, были заменены на водотрубные. Так как ситуация с качеством сетевой воды до настоящего времени кардинально не изменилась, жаротрубные котлы допустимо применять только при двухконтурной схеме котельной и не использовать для простой замены водотрубных котлов.

  • Необходимость обеспечения невысокого температурного перепада на котле. Большинство производителей ограничивают перепад температур до и после котла величиной 20°С. Так как при больших значениях есть вероятность возникновения нерасчетных температурных напряжений. Соответственно, необходима не просто двухконтурная схема, а организация регулируемого завышенного расхода в первом контуре для увеличения температуры воды перед котлами. Также необходимо регулировать расход на каждый котел с исключением гидравлической развёрки.

Подобные проблемы возникают и при пуске котла из холодного состояния при низкой температуре воды на входе в котел (например, при летней работе только на нагрузку ГВС с периодическим отключением единственного работающего котла). При таком режиме происходит конденсация водяных паров в дымогарных трубах, образовавшаяся вода скапливается и при наборе нагрузки ее испарение приводит к нестабильному режим работы горелки, вплоть до погасания. Иностранные поставщики в таких случаях рекомендуют ограничивать пусковой расход воды через котел и устанавливать дополнительные котловые насосы рециркуляции, хотя и при этих мерах рекомендация о пуске котлов исключительно из прогретого состояния и при отсутствии существенной разницы температур в верхней и нижней части котла, не всегда реализуемы. Жаротрубные котлы имеют ограниченный ресурс пусков из холодного состояния и при немодулируемых горелках лимит таких пусков может быть быстро исчерпан. Для его сохранения требуется медленный набор нагрузки и медленный останов котла с контролем температур на входе и выходе.

  • Пристенное кипение. Современные жаротрубные котлы имеют плотность теплового потока в жаровой трубе в 3-4 раза выше, чем у водотрубных котлов. Именно за счет этого значительно снижены их габариты и удельный вес. В сочетании со свободноым нерегулируемым движением воды в котле, на поверхности жаровых труб и поворотных камер может наблюдаться пристенное кипение.

При давлении воды в котле ниже 3-4 кг/см², кипение может оказаться весьма интенсивным, что приводит к появлению накипи даже с учетом небольших объемов воды в первом контуре (из-за разложения комплексонов при температуре 125°С и высокой жесткости). Накипь приводит к дальнейшему повышению температуры металла труб. Для исключения кипения давление воды должно быть не менее 6-8 кг/см².

  • Необходимость регулирования геометрии факела. При небольших размеры топки котла пламя должно гореть по центру жаровой трубы, не касаясь стенок и полностью выгорать в ней. Нельзя допускать дожигания CO вне жаровой трубы.

Требуется контроль и регулировка разряжения на в дымоходе на уроне 3…6 мм в.ст. В холодную погоду, при более высоком разрежении, возможно затягивания факела из жаровой трубы в дымогарные трубы второго хода. При низком разрежении для реверсивной топки возможно касание факелом днища жаровой трубы.

Для уменьшения сопротивления по газовому тракту в летний период при недостаточной тяге часть турбулизаторов часто вынимается персоналом из дымогарных труб, что приводит к температурным перекосам, перерастающим в трещины в сварных швах трубных досок.

 

На примере жаротрубных котлов, понятно, что при кажущейся простоте и надежности их конструкции, требуется проработка необходимости и условий их применения, обеспечение высококвалифицированной эксплуатации (без ссылок на полноту автоматизации работы котельной).

 

Шум от котельных

Шум высокой интенсивности оказывает негативное воздействие на человеческий организм. В настоящее время широко используется такое понятие как “шумовая болезнь”, приводящая к нейроэндокринным расстройствам, сердечно-сосудистой недостаточности, изменению функций пищеварения, нарушению репродуктивной функции человека. При повышенном шуме продолжительность жизни людей существенно снижается.

Шум формируется из нежелательных звуков, которые подразделяются на воздушные и на структурные, передаваемые не через воздух, а по металлу, воде и т.д. Звук характеризуется звуковым давлением, скоростью и направлением распространения звуковых волн, интенсивностью переноса звуковой энергии.

Методы снижения шума образующегося внутри котельной от работы оборудования:

  • облицовка звукопоглощающими материалами стен и потолков, установка звукопоглощающих конструкций;
  • обрамление металлическим уголком пластиковых оконных рам;
  • теплоакустическая изоляция котлов и газоходов;
  • плавающие полы и виброоснования;
  • установка шумозащитных кожухов на горелки;
  • использование вибровставок до и после насосов;
  • виброизолирующие подвески трубопроводов и узлы прохода через стены и перекрытия;
  • монтаж защитных экранов между котельной и жилыми домами.

Шум оборудования из помещений котельных не оказывает, как правило, существенного влияния на жилые дома при расстоянии до них более 50 м. Основным источником шума от котельных являются газовые тракты, причем доминирует шум, излучаемый из устья трубы. По сравнению с конструкциями котельных 60-70 летней давности, с точки зрения шумоопасности, произошли существенные изменения в худшую сторону:

  • естественная циркуляция воздуха в котельных заменена на принудительную;
  • инжекционные горелки на смесительные с вентилятором;
  • разрежение в топочной камере сменилось на пульсирующее горение в малогабаритных топках под наддувом;
  • газоходы из звукопоглощающего кирпича заменены на тонкостенные металлические;
  • кирпичные или толстостенные металлические трубы заменены на трубы из нержавеющей стали толщиной всего 0,3-0,6 мм.

Стремление обеспечить конкурентную цену котельных, привело к появлению коротких дымовых труб, скорость газового потока в которых пришлось существенно увеличить, для обеспечения норм по рассеиванию вредных выбросов. Трубы стали работать как низкотональные свистки.

Шум из устья трубы, наиболее опасен для жителей соседних с котельной зданий. Излучаемый с высоты, он не снижается за счет наземных препятствий. Шум, излучаемый на низких частотах, наиболее трудно устраним и может вызывать вибрацию стекол в близко расположенных зданиях.

Методы снижения шума от газовоздушного тракта:

  • использование низкооборотных вентиляторов общеобменной вентиляции и дымососов;
  • установка глушителей со стороны всасывания для вентиляторов и со стороны нагнетания для дымососов;
  • снижение высоты воздухозабора и вывод его в сторону от жилых домов;
  • оптимизация профиля газовоздушного тракта;
  • использование дымовых труб высотой в полтора раза выше самого высокого близкорасположенного здания;
  • применение в газоходах и дымовых трубах абсорбционных глушителей с различными вариациями расположения звукопоглощающего материала;
  • применение активных глушителей, вырабатывающих собственные звуки, находящиеся в противофазе со звуками образующимися в газовоздушном тракте (в основном низких частот).

Низкий уровень знаний методов предотвращения шума со стороны проектировщиков, представителей экспертизы, заказчиков, предопределил массовые проблемы при расположении блочно-модульных котельных в районах плотной многоэтажной застройки.

Если эффективные меры по шумоглушению предусмотрены в проекте, то затраты на них в несколько раз меньше, чем затраты на последующую борьбу с шумом. Проектные организации, как минимум, должны предоставлять расчетные уровни звуковой мощности котельных в октавных полосах и нести ответственность за их достижение.

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

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

Документ находится в стадии разработки. Ваши предложения и замечания присылайте, пожалуйста, по адресу nprt@rosteplo.ru