Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Об эффективности раздельной выработки тепла на отопление и горячее водоснабжение в рамках одного водогрейного агрегата

К.т.н. Б. И. Почупайло, доцент, проректор по производственной, хозяйственной и инновационной деятельности, к. т.н. М.И. Кулешов, доцент, к. т.н. Б.П. Васильев, доцент, А. В. Губарев, инженер, БГТУим. В. Г. Шухова; С.В. Березкин, генеральный директор, ЗАО «Индустриальный Союз Белогорья»

В настоящее время наиболее распространенными системами теплоснабжения являются централизованные системы (рис. 1). В таких системах горячая сетевая вода вырабатывается в водогрейных котлах 2 и по внешним тепловым сетям 6, 7 подается многочисленным потребителям 8. В тепловых пунктах теплопотребителей часть сетевой воды направляется на нужды отопления теплопотребителя 11, 12, а другая часть используется для нагревания воды 14 для нужд горячего водоснабжения 15 в теплообменниках «вода-вода» (бойлерах) 13.

В котельных используются водогрейные котлы, КПД которых по низшей теплотворной способности топлива составляет 90-92%, а потери тепла с уходящими газами составляют в этом случае 7-9%. При этом скрытая теплота конденсации водяных паров в уходящих газах в тепловых потерях с уходящими газами не учитывается. Поэтому, при оценке КПД котла по высшей теплотворной способности топлива, он становится равным 78-80%, а потери тепла с уходящими газами возрастают до 19-21%, что указывает на реальные возможности радикального повышения КПД теплогенераторов на 14-15%. Кроме того, в целях достижения вышеуказанных КПД в традиционных водогрейных котлах для установления значений температур уходящих газов в пределах 110-140 ОC необходимы очень развитые поверхности конвективного теплообмена, которые обуславливаются неизбежным снижением средней разности температур между теплоносителями при минимальных значениях коэффициентов теплопередачи от продуктов сгорания топлива к нагреваемой сетевой воде. По этим причинам традиционные водогрейные котлы весьма громоздки, металлоемки и, как следствие, дороги.

Альтернативным вариантом традиционным водогрейным котлам является топливосберегающий водонагреватель (ТГВ) с раздельной выработкой воды на отопление и горячее водоснабжение, схематично представленный на рис. 2. Его главной особенностью является то, что вода для отопительных нужд нагревается в радиационной части, а вода на цели горячего водоснабжения - в контактно-рекуперативной части, расположенной после радиационной части по ходу движения топочных газов. Такая особенность позволяет получить следующие преимущества.

•       Температура уходящих газов после ТГВ может быть равна 30-35 ОC с остаточным влагосодержанием 0,03-0,035 кг/кгс г. при энтальпии до125 кДж/кгс.г., что составляет по высшей теплотворной способности топлива около 4%. Следовательно, КПД водонагревателя приближается к96% вместо 78-80% у традиционных водогрейных котлов (по высшей теплотворной способности топлива). При этом вода на горячее водоснабжение нагревается до требуемых нормами 60 ОC и направляется в распределительный коллектор теплопотребителя.

В радиационной части ТГВ коэффициент теплоотдачи от высокотемпературных продуктов сгорания топлива к поверхности теплообмена имеет максимальные величины за счет высоких значений радиационной составляющей теплопереноса, что, соответственно, обуславливает максимально возможные значения коэффициента теплопередачи в целом. Величины средних разностей температур между теплоносителями (газ-вода) весьма значительны, что так же обуславливает небольшие требуемые поверхности теплообмена для нагрева теплоносителя на нужды отопления.

Предлагаемый ТВГ предназначен, прежде всего, для установки непосредственно в объектах теплопотребления различного назначения. В летний период года, когда отсутствует отопительная нагрузка, но охлаждение радиационной части ТГВ необходимо, теплоноситель из радиационной части направляется в бойлер на нагревание воды для нужд горячего водоснабжения. Расчеты показывают, что при 100% тепловой производительности ТГВ (50% - на отопление и 50% - на нужды горячего водоснабжения) тепловая нагрузка на радиационную часть составляет около 75% (25% из которых перебрасывается на нагревание воды на горячее водоснабжение через бойлер), а нагрузка на контактно-рекуперативную часть составляет около 25%. Таким образом, требуемая тепловая производительность вспомогательного бойлера по предлагаемому варианту (рис. 3) в два раза меньше, чем по традиционному варианту (рис. 1).

ТВГ может быть создан на любую теплопроизводительность (0,1-10 МВт) и на требуемые параметры отопительной системы.

Как показывают технические проекты ТГВ, занимаемые ими производственные площади в 2-3 раза меньше, а масса в 1,7-2 раза меньше, чем у традиционных водогрейных котлов равной теплопроизводительности.

ТВГ принципиально может работать на газообразном, жидком и твердом видах топлива. Причем, в последних двух случаях контактно-рекуперативная часть может служить эффективным золосажеуловителем.

Разработанный в БГТУ им. В.Г. Шухова ТВГ защищен патентами Российской Федерации и положительными решениями на их выдачу.

Выводы

1.   В предлагаемом ТВГ используется скрытая теплота конденсации водяных паров в уходящих газах, что позволяет экономить около 15% за счет повышения его КПД.

2.   Регулирование тепловых нагрузок по отопительной воде и по воде на горячее водоснабжение осуществляется через вспомогательный бойлер, что позволяет круглосуточно поддерживать КПД нагревателя на уровне 95-96% по высшей теплотворной способности топлива.

3.   ТВГ имеет существенно меньшие габариты и металлоемкость, чем традиционные водогрейные котлы.