Модульная котельная на твердом топливе: реализованный проект

И. Пеньков, А. Бондаренко

Блочно-модульные котельные решают огромный спектр задач и проблем современной энергетики. Они компактны, позволяют быстро создать независимую от центральных тепломагистралей систему теплоснабжения и существенно снизить затраты на отопление и производство горячей воды для нужд бюджетных, промышленных и с/х предприятий

Проблемы централизованного отопления в Украине связаны не только с высокими тарифами, которые включают в себя все теплопотери в изношенных тепломагистралях. Старая инфраструктура теплораспределения, давно требующая полной замены, не обеспечивает надежное обеспечение теплом важных объектов бюджетной сферы – больниц, школ, детских садов и других объектов хозяйствования, для которых бесперебойное теплоснабжение в отопительный сезон и круглогодичное функционирование ГВС критически важно.

В качестве альтернативы предлагается отказ от централизованного отопления в пользу индивидуального. Такой подход предлагается собственникам объектов – жителям многоквартирных домов, коммунальным хозяйствам и государству. Для снижения общих затрат на газ можно и нужно использовать котлы, работающие на твердом топливе – дровах, щепе, угле и пеллетах.

Там, где можно выделить помещение для котельной и установить твердотопливные котлы, проблем обычно не возникает. Чаще всего бывает так, что такая возможность отсутствует. Современные технологии позволяют в кратчайший срок обеспечить любой объект автономным источником тепла в виде модульной котельной – транспортабельной котельной установкой, которая включает полный комплект оборудования, требующегося для полноценного функционирования системы производства и передачи тепла.

Модульные котельные − это сравнительно новый подход к организации автономного источника теплоснабжения, который позволяет потребителю не зависеть от сезонного отключения отопления, снизить затраты на потребляемую тепловую энергию, исключить риск перебоев в теплоснабжении из-за аварий централизованных сетей, повысить качество параметров потребляемого тепла и горячей воды.

Размеры и конструкция модульных котельных учитывают возможность ее доставки до места монтажа автомобильным грузовым транспортом. Основным достоинством таких котельных является оперативность их ввода в эксплуатацию, низкая себестоимость тепловой энергии и экономически выгодная эксплуатация.

Основные виды модульных котельных:

модульные котельные установки (МКУ) состоящие из одного и более блоков, имеющие полную, максимальную заводскую готовность;
транспортабельные котельные установки (ТКУ) − мобильные котельные полной заводской готовности и комплектации;
блочно-модульные котельные (БМК) – модульные агрегаты, собранные из отдельных блок-модулей под одной крышей.

Модульные котельные проектируются на заказ или выбираются из модельного ряда существующих готовых решений. Для правильного проектирования следует учесть локальные условия – назначение, характер и особенности объекта теплоснабжения, потребляемое тепло и расход воды в ГВС.

Важный фактор – правильный выбор топлива с учетом перспективы его приобретения, ценовых тенденций и логистики.

Выбор по топливу

Модульные котельные с котлами, работающими на дровах, будут стоить дешевле из-за относительно невысокой стоимости оборудования, но для получения тепла нужно будет использовать ручной труд – для регулярной закладки дров в топку. К недостаткам так же можно отнести частое и регулярное обслуживание топочной камеры и теплообменника, постоянный контроль безопасности работы котла, высокое содержание вредных примесей в отработанных газах, неудобство, связанное с хранением дров.

Модульные котельные с автоматическими пеллетными котлами стоят дороже, но решают такие задачи, как автоматизация процессов производства тепла, удаленный контроль, минимальное количество персонала на обслуживание, компактность хранения пеллет. Такая котельная не требует постоянного присутствия оператора, поскольку пеллетные котлы работают в автоматическом режиме, а датчики в котельной контролируют все процессы.

При выборе топлива следует учитывать перспективы его производства. Производство древесных пеллет в Украине близко к его естественному пределу, в тоже время, ресурсы и перспективы использования различных видов агропеллет в Украине будут расти еще многие десятилетия. Применение агропеллет экономически выгодно и не наносит вреда окружающей среде, так как сырьем служат отходы продуктов сельского хозяйства, а это быстро возобновляемый энергоресурс.

Тем не менее, при проектировании котельных следует учитывать специфику агропеллет в качестве топлива – режимы оптимального сжигания, химсостав отходящих газов, зольность и прочее.

МКУ для коммунального сектора

Днепр, как и многие города Украины, активно переходит на альтернативные виды топлива. За последние два года на твердотопливные котлы было переведено около трех десятков садиков, школ и медучреждений. В области насчитывается более ста котельных на альтернативном топливе. Котельным с пеллетными котлами отдают предпочтение организации, стремящиеся максимально автоматизировать процесс. По такому принципу работает модульная котельная Liberator Modul 100 на территории детского сада в г. Днепр с общей площадью отапливаемого помещения 700 м². Дополнительной площади для размещения котельной в здании не было, поэтому руководство приняло решение установить модульную котельную мощностью 100 кВт на территории садика. При этом площадь самой модульной котельной составляет всего 30 м², поэтому для ее размещения небольшой участок легко нашелся.

Рис. 1. Модульная котельная на твердом топливе для помещения 700 м² с установленной мощностью 100 кВт занимает площадь 30 м²

Это удобная, выполненная из качественных материалов модульная котельная, которая была смонтирована по современной технологии всего за два месяца. В данном случае тепло генерируют два твердотопливных котла с автоматическими пеллетными факельными горелками собственного производства, номинальной мощностью по 50 кВт, работу которых можно настроить в параллельном или каскадном режиме. Котельная может работать круглый год, обеспечивая помещения не только теплом, но и горячей водой.

Рис. 2. Оборудование внутри модуля котельной

В качестве топлива служат пеллеты из шелухи подсолнечника. Благодаря использованию таких пеллет, затраты на отопление уменьшились более, чем в два раза. Логистические затраты по доставке топлива также были небольшими, благодаря использованию агропеллет местного производства.

Для обеспечения бесперебойной работы данная модульная котельная оснащена двумя внешними бункерами объёмом 20 м³ с системами автоматической подачи пеллет. Это позволяет обеспечить бесперебойную работу котельной при максимальной нагрузке в течение 480 часов. При этом суммарная потребляемая электрическая мощность систем управления и для подачи топлива составляет примерно 1,5 КВт·ч.

Данная модульная котельная может быть по требованию подключена к системе сигнализации и удаленной диспетчеризации, с помощью которой в режиме реального времени можно отслеживать текущее состояние любых параметров.

Расчет тепловых нагрузок

Ниже приводятся примерные расчеты для выбора параметров МКУ.

Основные расчетные показатели объекта:
тип, назначение – детский сад;
суммарная полезная площадь всех помещений – 700 м²,в том числе:

первый этаж – 350 м²;
второй этаж – 350 м²;
высота всех помещений – 3,2 м;
количество приборов разбора горячей воды – 7, в том числе:
умывальник – 12 шт.;
душ – 4 шт.;
мойка кухонная – 2 шт.;
контуры потребления тепла – отопление корпуса «А»;
горячее водоснабжение с рециркуляцией.
вид топлива – агропеллеты (из лузги подсолнечника).

Для расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям использовались нормативные документы.

Согласно обязательному приложению «В» ДБН В.2.6-31:2006 «Теплова ізоляція будівель» г. Днепр находится во второй температурной зоне Украины с числом ГСОП («градусо-сутки отопительного периода») 3501 ÷ 3500. Этот интегрированный показатель опосредованно показывает уровень энергозатрат на поддержание комфортных параметров микроклимата – чем меньше значение показателя, тем меньше энергии будет израсходовано на отопление.

Согласно ДБН В 2.6-31-2006 «Теплова ізоляція будівель», Таблиця 5, «Нормативні максимальні тепловитрати малоповерхових будинків, Emax , кВт∙год/м²»:

удельные теплопотери для жилого дома – 86 Вт/м²;
удельное годовое потребление тепла – 72 кВт∙ч/м².

Тогда суммарные тепловые потери как для жилого дома составят: 700 м²×86 Вт = 6020 Вт, или 60,2 кВт.

Расход горячей воды на нужды ГВС рассчитаем по СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Как было указано выше в характеристиках объекта, суммарное количество санитарных приборов составляет 18. Тогда, с учетом нормы расхода воды санитарными приборами (обязательное приложение 2) и потребителями (обязательное приложение 3), а также вероятности действия и использования санитарных приборов (приложение 4), максимальный часовой расход горячей воды составит 0,98 м³/ч. Для этого, при нагреве её на 50°С (с 5 до 55°С), потребуется: 1,08 × 50 × 1,163 = 56,98 кВт.

Всего расчетные тепловые нагрузки для контуров отопления и ГВС составят 117,2 кВт.

Расчет стоимости годового потребления тепла

Таким образом, годовое потребление тепла объектом (ДБН В.2.6-31:2006 «Тепловая изоляция зданий») составляет: 700 м² × 72 кВт·ч/м² = 50400 кВт/год.

Для обеспечения этого, при теплотворной способности газа 8000 ккал/м³ и КПД котлов 92%, необходимо 5888 м³ газа в год.

При цене на газ для потребителей, равной 6879 грн за 1000 м³, стоимость потребленного газа составит 5,888 × 6879 = 40503 грн/год.

Для обеспечения этого же энергопотребления, при использовании агропеллет из лузги с теплотворной способностью 3800 ккал/кг и при КПД котлов 86%, необходимо 15422 кг/год.

При цене на пеллеты 1500 грн за 1 т стоимость потребленного топлива составит 15,42 × 1500 = 23130 грн/год.

Комплектация котельной

На данном объекте проектом предусмотрена каскадная установка двух твердотопливных котлов с автоматическими пеллетными факельными горелками Liberator Multi 50 производства компании LIBERATOR (Украина) мощностью по 50 кВт каждая. При том, что суммарная тепловая нагрузка, потребляемая объектом (70 кВт), меньше суммарной установленной мощности котлов (100 кВт), модульная котельная имеет необходимый запас по мощности. Большую часть времени МКУ работает в экономичном режиме, благодаря установленной каскадной автоматической системе приготовления и распределения тепла.

В основу такого распределения заложен временной график пребывания людей в детском саду или в отдельных его корпусах, погодные условия в отопительный период, приоритетность контура ГВС перед другими контурами. Таким образом, на объект, благодаря автоматике, подается только необходимое количество тепла, что существенно снижает как эксплуатационные затраты, так и капитальные.

Оба котла включены в общий котловой контур через трехходовые смесительные клапаны Dy-32 Danfoss HRE3 и котловые насосы Grundfos Magnai 26-80 (подача Q = 2,15 м³/ч, напор H = 6,26 м.в.с., однофазное подключение ~230 В). Циркуляция теплоносителя в системах отопления осуществляется насосами, оснащенными автоматикой. Теплоноситель потребителю подается через скоростной теплообменник Opeks Quonanion мощностью 100 кВт. насосами Grundfos.

Рис. 3. Обвязка насосов внутри модуля модульной котельной

Подача воды для ГВС осуществляется через бойлер косвенного нагрева со встроенным теплообменником объемом 300 л, мощностью 45 кВт со своим насосом теплоносителя «Grundfoss» UPS 25-120 180 (Q = 2,15 м³/ч, H = 7,3 м.в.с. 1 × 230 В) и своим датчиком температуры ГВС.

Рециркуляция воды в системе ГВС осуществляется насосом Grundfoss UPS 15-50 № 130 (Q = 0.39 м³/ч, H = 3,0 м.в.с. 1 × 230 В), управляемым автоматикой по времени и температуре. Такое решение обеспечивает подготовку воды ГВС по заданному временному графику и позволяет проводить дезинфекцию от легионелл с требуемой периодичностью.

Система автоматики позволяет оптимизировать потребление топлива, а использование в качестве топлива агропеллет существенно сокращает эксплуатационные расходы. Высокая заводская готовность МКУ упрощает вопросы с гарантийным обслуживанием от производителя и дальнейшим постгарантийным сервисом. Это экономичное решение и в большинстве случаев оправданный выбор для быстрого перевода объектов бюджетной сферы с централизованного на автономное отопление и ГВС.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!