Газовые теплогенераторы промышленном теплоснабжении
Развитие российской экономики на современном этапе происходит в условиях удорожания энергетических ресурсов и ограничения доступа к ним. При этом в России на единицу продукции расходуется в несколько раз больше тепловой энергии, чем в сходной по климатическим условиям Финляндии. По потреблению газа Россия является второй после США при значительно меньшем объеме производства. Эти обстоятельства давно уже определили остроту вопроса энергосбережения. В настоящей статье обсуждаются конструкция и вопросы применения высокоэффективных газовых теплогенераторов.
В настоящее время основная технология теплоснабжения — централизованное водяное теплоснабжение от котельных (городских или собственных). Именно это обстоятельство в основном и обеспечивает высокий удельный расход тепловой энергии, что связано не только с моральным и физическим износом оборудования котельных и теплосетей. Такая схема теплоснабжения имеет принципиальные недостатки: теплотрассы и связанные с ними потери тепла при его транспортировке, а также большие затраты на содержание системы транспортировки тепла. Теплотрассы — самая уязвимая часть системы, где всегда существует опасность из-за аварий при перебоях в теплоснабжении или электричества. Кроме того, требуется большое количество энергии для перемещения теплоносителя к потребителям.
В силу этих причин нельзя обойтись без глубокой реконструкции и восстановления систем теплоснабжения. Процесс финансирования этих работ уже начался, что находит свое отражение в тарифах: наценка поставщика тепла сейчас составляет 60–70%, но и этого недостаточно для проведения требуемой модернизации. Фактически восстановление систем теплоснабжения идет за счет конечного потребителя, обусловливая постоянный рост его затрат на теплоснабжение.
Не в лучшем положении находятся и владельцы собственных котельных. Расход тепла на отопление не может быть ниже величины, обеспечивающей сохранность зданий. В связи же с общим снижением объема производства доля затрат на теплоснабжение с себестоимости продукции возросла в настоящее время до 20–50%, что делает продукцию неконкурентоспособной. К этому надо добавить изношенность котельного оборудования и тепловых сетей, расходы на содержание которых растут постоянно.
В этих условиях у предприятий есть два пути решения проблемы теплоснабжения. Первый путь связан с заменой устаревшего котельного оборудования, ремонтом и модернизацией существующих сетей распределения тепла. Второй путь связан с коренной модернизацией всей системы теплоснабжения с максимальной децентрализацией теплоснабжения и широким применением инфракрасных нагревателей и газовых теплогенераторов.
Первый путь дает возможность снизить затраты на эксплуатацию нового оборудования, но затраты собственно на теплоснабжение останутся на том же уровне. Кроме того, этот путь связан с большими едино-временными капиталовложениями, так как необходимо реконструировать всю систему теплоснабжения сразу, включая теплотрассы и оконечные распределительные устройства. Таким образом, вложив значительные средства в реконструкцию, предприятие не уменьшает свою потребность в тепле, а только снижает его потери и уменьшает на первое время расходы на эксплуатацию оборудования.
Второй путь (поэтапный переход на децентрализованное теплоснабжение) обеспечивает кардинальное (в несколько раз) снижение расходов на теплоснабжение. Это обеспечивается, во-первых, за счет ликвидации теплосетей, расходов на их эксплуатацию и передачу тепла к конечному потребителю. Децентрализованная схема теплоснабжения позволяет проводить модернизацию постепенно, участок за участком. Фактически требуются начальные вложения в первый участок, а в модернизации последующих участвуют средства, сэкономленные на теплоснабжении уже модернизированных участков. Таким образом, второй подход обеспечивает не только восстановление системы теплоснабжения и снижение потребности в тепле и затрат на теплоснабжение, но реконструкцию в благоприятном «мягком» режиме финансирования.
Все вышесказанное относится как к предприятиям, получающим тепловую энергию централизованно, так и производящим тепловую энергию самостоятельно.
Наибольший эффект децентрализация теплоснабжения производственных помещений дает при широком использовании современного оборудования с непосредственным сжиганием газа. В оборудовании этого типа отсутствует промежуточный теплоноситель. Газ сгорает в самом приборе, а выделяющееся тепло непосредственно передается в обогреваемое помещение. Благодаря отсутствию теплоносителя и особой физике теплообмена (в случае с инфракрасным нагревом) расходы на теплоснабжение падают в 3–10 раз в зависимости от размеров помещения. К оборудованию этого класса относятся газовые инфракрасные нагреватели, газовые воздушные нагреватели (теплогенераторы), газовые конвекторы.
Оборудование этой группы устроено схожим образом: газовое горелочное устройство обеспечивает сжигание топлива и образование потока продуктов сгорания высокой температуры. Далее эти продукты сгорания направляются в тепловыделяющее устройство. В зависимости от вида этого устройства получаются разные типы оборудования.
В газовых инфракрасных нагревателях продукты сгорания нагревают рабочий элемент (металлическую трубу или керамическую пластину) до температуры 450–900 0С.Нагретый рабочий элемент (излучатель) испускает тепловое инфракрасное излучение. Оно, в свою очередь, обогревает помещение.
Продукты сгорания могут быть направлены в теплообменник, обдуваемый потоком воздуха. Далее нагретый воздух поступает в помещение. В этом случае мы имеем дело с газовыми теплогенераторами. Их еще называли «огневыми» калориферами.
В газовых конвекторах продукты сгорания нагревают теплообменную поверхность до температуры 100 0С, отдача тепла от которой происходит за счет конвекции (как у обычного водяного радиатора отопления). С точки зрения промышленного отопления конвекторы являются вспомогательным оборудованием для обогрева небольших производственных и административно-бытовых помещений.
Оборудование с непосредственным сжиганием газа оснащается современной автоматикой, регулирующей производство тепла в зависимости от наружной температуры и требуемой рабочей температуры. Регулирование может происходить непрерывно (за счет изменения мощности горелки), ступенчато или в релейном (старт-стопном) режимах. Благодаря малой тепловой инертности удается поддерживать требуемый температурный режим без перетопов и недотопов.
Комбинация различных видов оборудования этого типа обеспечивает комплексноерешение задач отопления и вентиляции производственных помещений различного назначения и размеров. Конечно, при этом необходимо учитывать ограничения на применение газоиспользующего оборудования.
Газовоздушное отопление (на основе газовых теплогенераторов) часто является оптимальным решением для отопления и вентиляции широкого класса производственных помещений. Принципиальным недостатком воздушного отопления является то, что теплый воздух активно уходит вверх. Следствием этого является большой перепад температуры в рабочей зоне и под потолком. Современные подходы к воздушному отоплению обеспечивают успешное решение данной проблемы для сравнительно высоких помещений (до 14 м) без применения специального оборудования, а для высоких помещений (до 30 м) — с применением специального оборудования, обеспечивающего перемешивание воздуха по высоте (дестратификаторы, вихревые вентиляторы).
По конструкции газовые теплогенераторы можно разделить на две большие группы: теплогенераторы смесительного типа, в которых нагреваемый воздух смешивается с горячими продуктами сгорания, и теплогенераторы рекуперативного типа, в которых продукты сгорания нагревают теплообменник, обдуваемый нагреваемым воздухом.
Теплогенераторы первого типа находят широкое применение в технологических целях. При теплоснабжении промышленных помещений они могут использоваться в системах вентиляции, но совершенно не подходят для систем воздушного отопления: теплогенераторы смесительного типа не могут работать в режиме рециркуляции, так как происходит накопление продуктов сгорания в помещении. Но, благодаря отсутствию теплообменника, теплогенераторы этого типа — самые дешевые.
В России теплогенераторы смесительного типа производятся в Москве, Нижнем Новгороде, Каменск-Шахтинске. На рынке также представлены смесительные теплогенераторы импортного производства.
В теплогенераторах рекуперативного типа продукты сгорания выводятся отдельно от нагреваемого воздуха, не смешиваясь с ним. Также теплогенераторы нашли широкое применение как в технологических целях, так и для отопления и вентиляции помещений различного назначения.
Теплогенераторы рекуперативного типа обладают очень высокими техническими характеристиками. Так, газовые технологические теплообменники фирмы ApenGroup обеспечивают получение горячего воздуха с температурой до 300 0С, а ее же теплообменники конденсационного типа работают с КПД около 105% при минимальной эмиссии NОx и СО.
В зависимости от исполнения, рекуперативные теплогенераторы могут работать как в качестве самостоятельного отопительного/вентиляционного оборудования, так и в качестве нагревательной секции в системах кондиционирования и воздушного отопления. По конструкции рекуперативные теплогенераторы можно разделить на три группы. Это напольные, подвесные и встраиваемые теплогенераторы.
Напольные теплогенераторы имеют несущий каркас, который позволяет устанавливать их на пол в отапливаемом помещении. Такая конструкция позволяет выпускать теплогенераторы больших размеров и, соответственно, больших мощностей. Диапазон мощностей напольных теплогенераторов от 20 кВт до 1,5–2 МВт. Подбор вентиляторной группы обеспечивает использование этих теплогенераторов как в системах со свободной подачей воздуха, так и с канальной системой воздухораспределения. Прирост температуры теплогенераторов может достигать 60–80 0С, что позволяет использовать их в системах вентиляции даже при низкой температуре наружного воздуха.
Дополнительным преимуществом теплогенераторов этой группы является возможность их установки вне отапливаемого помещения. Для этого выпускаются теплогенераторы в наружном исполнении с защитой от климатического воздействия. Самым чувствительным к низкой температуре элементом конструкции теплогенератора является автоматика и газовая арматура горелочного устройства. Теплогенераторы импортного производства обычно рассчитаны на использование при температуре не ниже –15 0С. Опыта зимней эксплуатации импортных теплогенераторов с открытой установкой в России практически нет. Имеется такой опыт эксплуатации теплогенераторов ТГГ (г. Брест) и «Агор» (Москва). С учетом проведения регламентных и ремонтных работ в зимнее время обоснованным является размещение теплогенераторов в легком утепленном ангаре.
Конструкция напольных теплогенераторов позволяет использовать их для замены водяных калориферов в системах вентиляции и теплого притока. При этом может использоваться как законченный агрегат со своей вентиляционной группой, так и только теплообменная группа с горелкой вместо водяного калорифера.
Подвесные теплогенераторы предлагают практически все европейские производители теплогенераторов и газовых инфракрасных излучателей. Эти теплогенераторы имеют меньшую мощность, чем напольные, так как тяжелые теплогенераторы трудно крепить на стенах. Обычно мощность находится в диапазоне 20–90 кВт. Несколько выбивается из этого диапазона фирма SYSTEMA, которая предлагает теплогенераторы 115, 140 и даже 400 кВт. Подвесные теплогенераторы — это в первую очередь отопительные агрегаты, работающие в режиме рециркуляции. Приращение температуры воздуха составляет примерно 30 0С, что в условиях российской зимы не позволяет брать весь воздух снаружи. Правда, теплогенераторы можно запустить в режиме частичной рециркуляции, когда примерно 50% воздуха забирается снаружи. Преимуществом подвесных теплогенераторов является то, что их можно распределить по отапливаемому помещению и обойтись без каналов воздухораспределения. В летнее время теплогенераторы могут работать в режиме вентиляции. Подвесные теплогенераторы также могут встраиваться в систему централизованного отопления и вентиляции в качестве греющих секций.
Встраиваемые теплогенераторы предназначены только для использования в качестве греющих секций в системах вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования. Поэтому в них нет вентилятора, обычно не предусмотрен внешний корпус (только монтажная рама), а размеры унифицированы с модулями систем кондиционирования и вентиляции. Как правило, прирост температуры воздуха достаточно велик (до 60 0С), и имеется возможность плавной регулировки мощности горелки для поддержания требуемой температуры воздуха при постоянном его расходе. Диапазон мощностей таких секций от 30 до 200 кВт, при необходимости можно использовать несколько секций для того, чтобы получить необходимую мощность.
Таким образом, газовые теплогенераторы различного типа обеспечивают решение широкого круга задач технологического нагрева, отопления и вентиляции промышленных помещений.
| Автор: Д. В. Игонин Дата: 03.11.2006 Журнал Стройпрофиль 7-06 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |