Системы отопления: каскадные котельные. Каскадная котельная - преимущество без недостатков. Пособие для проектирования Thermona

В последнее время многие известные европейские производители котельного оборудования разработали и успешно применяют систему «каскада» из настенных газовых или электрических котлов.

Каскадирование котлов - это достаточно эффективный технический приём для увеличения единичной мощности отопительного аппарата. Каждый котёл представляет свою «ступень» теплопроизводительности в общей мощности системы. В данной статье мы познакомимся с возможными схемами совместного использования нескольких котлов в одной системе отопления.

На сегодняшний день многие потребители в качестве основного источника тепло- и водоснабжения выбирают газовые теплогенераторы (котлы). Есть несколько видов монтажа газового оборудования:

1. В систему отопления монтируется один теплогенератор.

2. В систему отопления монтируется несколько теплогенераторов.

Рассмотрим вариант монтажа в систему нескольких теплогенераторов для компенсации тепловых потерь. Есть несколько видов системы управления при таком исполнении: параллельное включение каждого котла, когда каждый из котлов работает отдельно друг от друга, но на одну систему (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.); и второе, каскадное включение котлов, когда оборудование смонтировано и подключено в одной общей системе тепломеханического и электрического подключения.

При этом каскад объединяется единой системой управления.

Итак, что же такое каскад? Каскад - это один из самых эффективных способов повышения предельной мощности или увеличения минимальной мощности одного аппарата, но об этом чуть позже, а пока для примера давайте рассмотрим работу индивидуального теплового пункта.

Как показывает практика, на максимальную тепловую нагрузку оборудование работает от трёх до пяти месяцев в году с номинальной тепловой нагрузкой от 60 до 100 %, оставшееся же время оборудование работает на пониженной мощности (от 40 до 60 %). Возьмём за основу межотопительный период с марта по сентябрь и площадь отапливаемого помещения 1000 м2 или же нагрев воды в системе горячего водоснабжения. По усреднённым расчётам, 1 м3 сжигаемого газа обеспечивает примерно 10 кВт мощности котла. Значит, если у вас в качестве отопительного прибора используется один котёл мощностью 100 кВт, то его минимальная нагрузка составит 50 кВт, что равняется среднему расходу 5 м3 газа в час. Если же у вас в системе подключён каскад из трёх котлов с мощностью 36 кВт каждый, то, как показывает практика, включаться будет один из теплогенераторов с минимальной нагрузкой 10,6 кВт, что равняется среднему расходу газа 1,6 м3 в час. Как следствие, при работе в системе одного газового теплогенератора с такой минимальной нагрузкой в межотопительный период его расход газа составит практически в три раза больше по сравнению с каскадным включением котлов, а это увеличение финансовых затрат.

Типовые схемы монтажа газогорелочного оборудования (каскад) таковы.

Первый - это простой каскад. Данная схема включает в себя газовое оборудование с одноступенчатыми или двухступенчатыми горелками. При монтаже такой схемы оборудование работает по следующему принципу: сначала включается первая ступень горелки с номинальной мощностью 70 % (от суммарной мощности котла), а если данной мощности недостаточно для компенсации тепловых потерь, то в работу подключается вторая ступень с мощностью 100 %.

Второй - это модулируемый. Данная схема монтажа является более экономичной. Она объединяет в себя оборудование с модулированными горелками. Имеется возможность в плавном режиме изменять объём подачи топлива и способность регулировать теплопроизводительность в достаточно широком диапазоне. То есть оборудование включается с минимальной тепловой нагрузкой 40 % и при необходимости плавно увеличивает её до мощности в 100 % с шагом в 1 %.

Основные преимущества каскадной системы с двумя и более газовыми котлами перед обычными системами, в которых в качестве отопительного оборудования используется лишь один газовый котёл, таковы.

Во-первых, управление работой газового оборудования должно осуществляться при помощи блока каскадного управления или же другой автоматикой. Многоступенчатый контроллер для системы простого каскада с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования (ПИД) постоянно измеряет температуру подающегося в систему теплоносителя, сравнивает её с расчётным значением и определяет, какую горелку следует включить, а какую выключить.

Один из котлов каскада выполняет роль «ведущего» и включается в первую очередь, остальные, «ведомые», подключаются по мере необходимости. Автоматика управления позволяет передавать роль «ведущего» от одного котла к другому, а также осуществлять очерёдность включения «ведомых». Также автоматика осуществляет очерёдность включения оборудования, что гарантирует одинаковое количество часов наработки газогорелочного устройства. Как правило, автоматика системы управления поставляется в комплекте с датчиком уличной температуры, что даёт возможность управлять модуляцией газогорелочного устройства (мощность и температура подающей линии) в зависимости от температуры окружающей среды. Например, при температуре наружного воздуха 0 °С температура теплоносителя в подающей линии составит 50 °С. При температуре на улице -10 °С теплоноситель будет подаваться в подающую линию уже с температурой 60 °С и т.д. Чем ниже температура окружающей среды, тем выше температура теплоносителя. Автоматика осуществит включение необходимого количества котлов в зависимости от потребной мощности.

Во-вторых, это экономия газа и, как следствие, сохранение финансовых средств, которые можно направить на реконструкцию своего объекта. Способность котлов с модулируемыми горелками снижать расход топлива часто называют коэффициентом рабочего регулирования горелки (отношение максимальной тепловой мощности котла к минимальной). Как же это можно реализовать? Всё очень просто, система сама сделает это за вас.

Приведём пример - при работе оборудования на мощности свыше 70 % начинается повышенный расход газа. У вас есть два котла с мощностью 24 кВт каждый. Сначала включается первый котёл с номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает её до мощности 100 %. Если же одного котла не хватает, то включается второй котёл, например, на мощность 40 %. Итого общая нагрузка обоих котлов составит 32 кВт. Второй вариант - включается первый котёл также номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает до мощности 70 %. Если же данной мощности не хватает, то в работу включается второй котёл на мощности тоже 70 %, а общая нагрузка также составит 32 кВт. При работе газового оборудования во втором варианте экономия газа составит от 15 до 30 %.

В-третьих, это простота транспортировки и монтажа оборудования. Несколько настенных котлов установить или смонтировать куда проще, чем один мощный котёл. Достаточно небольшие габариты и вес настенных котлов обусловливают преимущество установки их в каскад при монтаже крышных котельных, в подвальных или полуподвальных помещениях. В частности, при монтаже таких котельных не требуются дополнительные затраты на специальную технику для подъёма или транспортировки мощного габаритного котла.

В-четвёртых, это резерв. Если по какой-либо причине один из котлов выйдет из строя, например, при аварии теплогенератора, то вся система будет продолжать работу на пониженной или средней мощности. Если же в системе работает один котёл, и он «выйдет в ошибку», то перестанет работать вся система отопления, а в каскаде каждый котёл является автономным, и в случае возникновения аварийной ситуации отключится только неисправный агрегат.

В-пятых, это условия размещения. Каскад из настенных теплогенераторов разрешается монтировать и осуществлять его эксплуатацию в пристроенных, встроенных, отдельно стоящих, крышных котельных и др.

На практике есть немало примеров, когда при реконструкции объекта, расширении и добавлении дополнительных тепловых потребителей приходилось модернизировать и саму котельную (менять действующее газовое оборудование на более мощное), что приводило к большим финансовым потерям, а с вариантом каскадного управления можно при необходимости просто добавить в существующую систему один или несколько котлов.

Есть несколько вариантов размещения газового оборудования: монтаж оборудования на стене, на специализированных стойках (креплениях) в ряд или же размещение газогорелочного оборудования «спина к спине».

Итак, каскадные котельные применяются практически во всех областях, но наиболее они востребованы в системах автономного теплоснабжения одного или нескольких объектов. При монтаже каскадного управления потенциальным заказчикам и потребителям нет необходимости строить теплотрассу от централизованной системы отопления, которая, безусловно, имеет существенные тепловые потери, особенно при функции ГВС.

Наиболее выгодным решением каскадного регулирования является установка данного оборудования в частных домах, ресторанах, гостиницах, магазинах различной площадью и т.д. Если заказчик умеет считать свои деньги, хочет быть уверен в безопасности, экономичности, надёжности и качестве своего оборудования, то он выберет котельную, состоящую из каскада котлов.

Каскадное подключение отопительных котлов – эффективное техническое решение, повышающее качество управления системой и позволяющее снизить потребление топлива. Подключение котлов каскадом дает ряд весомых преимуществ в работе средних и крупных систем отопления и ГВС. Материал статьи рассматривает принципы работы и построения каскада, описывает особенности данного теплотехнического решения.

Анализ работы котельного оборудования показывает, что в 80% времени теплогенераторы работают на мощности, не превышающей номинальной производительности в 50%. То есть тепловая мощность отбирается в течение отопительного сезона примерно на 30 – 35%. Это обусловлено изменением температуры окружающей среды, изменением режима горячего водопотребления и так далее.

Мощность котлов рассчитывается всегда по максимуму – это делается для покрытия суммарных тепловых потребностей. Каждый котел имеет минимальное значение тепловой мощности в своей работе, она составляет величину от 25 до 40% номинальной производительности.

При снижении потребления тепла котлоагрегат будет производить количество тепла, находящееся в этом диапазоне. Это количество не всегда требуется – излишек топлива будет сжигаться просто так.

Решением этой проблемы стало каскадирование котлов . В каскад устанавливается несколько теплогенераторов – это позволяет качественно изменить управление мощностью, сделать его ступенчатым или плавным. Плавность регулировки дает возможность производства именно требуемого количества теплоты.

Это свойство каскада повышает гибкость системы. В случае установки одного мощного теплогенератора достичь подобной гибкости невозможно.

В каскады чаще всего объединяют газовые и . Причем для интегрирования автоматики котлы должны быть одной марки (производителя). Соединение котлов разных производителей возможно, но это требует применения дополнительных узлов, схем управления и автоматики.

Схема каскада котлов

Схема подключения каскадом является классическим образцом применения гидравлического разделителя. Котлы в первичном контуре присоединяются параллельно к прямому и обратному коллектору. Коллекторы, в свою очередь, подключаются к гидравлической стрелке.

На каждый котел на подачу устанавливается (если не имеется встроенного) и обратный клапан. Клапан препятствует протоку теплоносителя через неработающий котел и потерям тепла на его теплообменнике.

На обратном трубопроводе котла устанавливается сетчатый фильтр, защищающий котел от загрязнения. Каждый котел отсекается запорной арматурой с разборным соединением. Это позволяет снимать котел для ремонта и профилактики без остановки системы.

Коллекторная группа котлов оснащается группой безопасности – предохранительным сбросным клапаном, автоматическим воздухоотводчиком и термоманометром. Установка группы производится в обязательном порядке, даже при наличии встроенных групп безопасности котлов.

Обязательный элемент системы – (экспанзомат). Присоединение его может быть произведено как в контур котлов, так и в контур потребителей. Расчет его производится на общий объем теплоносителя в системе.

Выбор коллекторов котлов производится из расчета того, что их проходное сечение должно быть не меньше суммарного сечения подводящих трубопроводов котлов в каскаде. Гидравлическая стрелка также должна иметь диаметр патрубков подключения не меньше диаметра коллекторов.

Управление каскадом котлов

Управление работой первичного контура производится следующими способами:

Ручное управление работой каждого отдельного котла;
Ступенчатое управление посредством каскадных переключателей;
Плавная регулировка блоком каскадного управления (БКУ).

Ручное управление производится заданием параметров работы каждого котла, прежде всего температуры. Этот вариант регулировки требует постоянного присутствия человека.

Ступенчатое управление производится с помощью каскадных переключателей. Они руководят системой как набором ступеней мощности, при изменении нагрузки включают (выключают) отдельные котлы каскада.

Наиболее эффективным является плавное регулирование с помощью БКУ. В этом случае достигается минимальный шаг изменения мощности. Котлы при этом должны быть оборудованы модулируемыми горелками. Блоки каскадного управления могут интегрироваться с датчиками температуры в помещениях и системами погодозависимой автоматики.

Дымоудаление каскада котлов

Дымоудаление системы зависит от типа газовых котлов и реализуется следующими методами:

Отдельные коаксиальные дымоходы;
Раздельные дымоходы турбированных котлов;
Групповое дымоудаление с обратными дымовыми клапанами;
Естественное дымоудаление – групповое или индивидуальное.

При групповом дымоудалении к общему дымоходу подключают не более 4 котлов. При коаксиальном коллективном дымоудалении каждый котел оборудуется обратным дымовым клапаном. Он препятствует проникновению дыма в помещение при простое теплогенератора.

Дымоходы сооружаются с уклоном от 5 до 10% в сторону котлов. При сооружении дымовой системы для котлов с открытой камерой сгорания необходимо произвести аэродинамический расчет общего дымохода для обеспечения необходимой тяги.

Преимущества и недостатки каскада

Главными преимуществами каскадного подключения котлов являются:

Надежность системы – постоянное наличие резерва;
Гибкость регулирования – экономия топлива;
Увеличение продолжительности службы котлов – реализация «щадящего» режима работы;
Возможность оперативного ремонта и профилактики каждого отдельного котлоагрегата;
Облегченные условия монтажа – при сооружении крышных котельных облегчается их доставка на место.

Также каскад обладает и следующими недостатками:

Общее удорожание оборудования;
Для размещения каскада требуется более просторное помещение.

Удорожание системы из-за экономии топлива окупает себя. Каскадное подключение котлов является выгодным как с технической, так и с экономической точки зрения. Самостоятельное сооружение каскада вряд ли возможно – существует необходимость привлечения специалистов для монтажа и наладки автоматики, проведения расчетов дымовых трактов и так далее.

А. Бойко

Использование нескольких газовых котлов для одной системы отопления является довольно популярным решением среди монтажных и проектировочных организаций. Рассмотрим практические вопросы относительно установки и использования таких каскадных установок

Решение об использовании нескольких газовых (два и более) котлов на одну систему отопления оправдано при тепловой нагрузке от 40 кВт. Это может быть как большая отапливаемая площадь, так и наличие тепловых нагрузок в виде бассейнов, гаражей, бань, теплиц и т. п.

Использование нескольких котлов на одну систему отопления имеет ряд преимуществ по сравнению с одним котлом, который имеет такую же суммарную мощность. Во-первых, несколько небольших котлов меньших размеров и веса намного легче и дешевле доставить в котельную, и установить там вместо одного большого и тяжелого котла. Особенно актуальным становится данный момент при монтаже крышных или полуподвальных каскадных котелен.

Кроме того, значительно повышается надежность системы. При вынужденной остановке одного из котлов система продолжит работу, обеспечивая, по крайней мере, 50% мощности (при установке двух котлов).

Среди других факторов в пользу каскадной установки - облегчение обслуживания благодаря меньшему размеру каждого котла (обслуживание каждого котла можно осуществлять без остановки всей системы); увеличение общего ресурса котлов (в осеннее и весеннее время можно эксплуатировать только часть котлов, выключив другую часть вручную или используя каскадную автоматику).

Кроме того, если в будущем будет необходимо заменить какую-то деталь, то общеизвестно, что детали для котлов меньшей мощности доступнее и дешевле за счет большей серийности производства.

Управление работой котлов в каскаде

Чаще всего для упрощения схем при совместном использовании котлов не предусмотрено никакой каскадной автоматики, а на каждом котле устанавливается требуемая температура на выходе. Но, при желании, можно применять блоки каскадного регулирования, которые подключаются на контакты, предназначенные для присоединения индивидуальных комнатных термостатов.

Соединение котлов в каскад при помощи блока каскадного управления является комплексным решением и имеет более высокую эффективность. Данный блок обеспечивает попеременную работу всех котлов и гарантирует для каждого теплогенератора одинаковое количество часов работы. Блок оптимизирует функционирование системы и обеспечивает включение только необходимого количества теплогенераторов, в зависимости от нужной мощности.

При работе с модулированными горелками блок каскадного управления, в дополнение к вышеописанному принципу, стремится обеспечить работу котлов в режиме частичной мощности (в режиме модуляции). Наиболее эффективным является применение блока каскадного управления вместе с конденсационными котлами. В этом случае мощность, выдаваемая котлами, наиболее соответствует потребляемой мощности. Например, при совместном использовании трех настенных котлов серии LUNA Duo-tec MP мощностью 100 кВт (компании BAXI (Италия)), мощность, которая выделяется, плавно меняется от 30 до 300 кВт в зависимости от потребностей системы. Это означает, что коэффициент рабочего регулирования такой системы составит 1:10. Принципиальная схема такой системы показана на рис.

Рис. Схема системы отопления с каскадом котлов Luna Duo-Tec MP, одним высокотемпературным контуром, двумя низкотемпературными контурами и бойлером ГВС:
QAC 34 - датчик уличной температуры; AVS 75 - внешний программируемый модуль расширения; AGU 2.550 - внутренний модуль расширения; OCI 345 - интерфейсная плата для подключения других регуляторов по LPB-шине; QAD 36 - накладной датчик температуры; QAZ 36 - датчик температуры воды в бойлере ГВС; QAA 55 - датчик комнатной температуры; QAA 75 - климатический регулятор дистанционного управления; MV - смесительный клапан; RT - комнатный механический термостат

Конденсация

Конденсационные котлы благодаря низкому потреблению топлива в настоящее время являются наиболее экономичными установками, которые потребляют газ. Как часть каскадной системы они представляют собой новую альтернативу системам промышленного отопления.

Использование в каскадах конденсационных котлов мощностью от 45 до 150 кВт дает возможность: обеспечить большую мощность в условиях ограниченного пространства; облегчить монтаж крышных котельных благодаря малому удельному весу оборудования (на единицу мощности). Кроме того, конденсационная техника обеспечивает меньшую вибрацию и уровень шума в сравнении с традиционными котлами с наддувными горелками, а наличие встроенного вентилятора позволяет применять дымоходы малого диаметра (можно обойтись без больших дорогостоящих дымоходов).

Экологичность конденсационных котлов , а именно очень низкое содержание CO и NO x в сравнении с другими котлами на традиционных видах топлива позволяет использовать такие системы в крупных городах и природоохранных зонах. Среди недостатков конденсационной техники - высокая стоимость (которая, впрочем, компенсируется коротким сроком окупаемости по причине повышения тарифов на газ), необходимость организовывать отвод и нейтрализацию конденсата.

С учетом ошибок , которые часто встречаются при установке и обслуживании котлов, можно определить основные рекомендации относительно этого.

В частности, надо отметить, что при совместной работе нескольких котлов на одну систему отопления с переменным расходом воды (несколько отдельно регулируемых зон отопления) рекомендуется применять гидравлический разделитель («гидравлическую стрелку»).

Кроме того, при использовании котла для отопления небольшой площади (меньше 100 м 2) настоятельно рекомендуется использовать вместе с котлом комнатный термостат (для уменьшения количества включений/выключений котла). Также рекомендуется провести отдельную настройку мощности контура отопления.

В остальном рекомендации при установке каскадных котлов не отличаются от рекомендаций по монтажу других котлов. Так, перед подключением теплогенератора к системе отопления необходимо тщательно промыть все трубы котла и системы отопления для удаления возможных посторонних частиц. Настоятельно рекомендуется устанавливать фильтр на трубе возврата системы отопления и запорные краны на трубах подачи и возврата системы отопления.

1 . В систему отопления монтируется один теплогенератор.

2 . В систему отопления монтируется несколько теплогенераторов.

При этом каскад объединяется единой системой управления.

Итак, что же такое каскад? Каскад — это один из самых эффективных способов повышения предельной мощности или увеличения минимальной мощности одного аппарата, но об этом чуть позже, а пока для примера давайте рассмотрим работу индивидуального теплового пункта.

Как показывает практика, на максимальную тепловую нагрузку оборудование работает от трёх до пяти месяцев в году с номинальной тепловой нагрузкой от 60 до 100 %, оставшееся же время оборудование работает на пониженной мощности (от 40 до 60 %). Возьмём за основу межотопительный период с марта по сентябрь и площадь отапливаемого помещения 1000 м 2 или же нагрев воды в системе горячего водоснабжения. По усреднённым расчётам, 1 м 3 сжигаемого газа обеспечивает примерно 10 кВт мощности котла. Значит, если у вас в качестве отопительного прибора используется один котёл мощностью 100 кВт, то его минимальная нагрузка составит 50 кВт, что равняется среднему расходу 5 м 3 газа в час. Если же у вас в системе подключён каскад из трёх котлов с мощностью 36 кВт каждый, то, как показывает практика, включаться будет один из теплогенераторов с минимальной нагрузкой 10,6 кВт, что равняется среднему расходу газа 1,6 м 3 в час. Как следствие, при работе в системе одного газового теплогенератора с такой минимальной нагрузкой в межотопительный период его расход газа составит практически в три раза больше по сравнению с каскадным включением котлов, а это увеличение финансовых затрат.

Типовые схемы монтажа газогорелочного оборудования (каскад) таковы.

Первый — это простой каскад. Данная схема включает в себя газовое оборудование с одноступенчатыми или двухступенчатыми горелками. При монтаже такой схемы оборудование работает по следующему принципу: сначала включается первая ступень горелки с номинальной мощностью 70 % (от суммарной мощности котла), а если данной мощности недостаточно для компенсации тепловых потерь, то в работу подключается вторая ступень с мощностью 100 %.

Второй — это модулируемый. Данная схема монтажа является более экономичной. Она объединяет в себя оборудование с модулированными горелками. Имеется возможность в плавном режиме изменять объём подачи топлива и способность регулировать теплопроизводительность в достаточно широком диапазоне. То есть оборудование включается с минимальной тепловой нагрузкой 40 % и при необходимости плавно увеличивает её до мощности в 100 % с шагом в 1 %.

Во-первых, управление работой газового оборудования должно осуществляться при помощи блока каскадного управления или же другой автоматикой. Многоступенчатый контроллер для системы простого каскада с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования (ПИД) постоянно измеряет температуру подающегося в систему теплоносителя, сравнивает её с расчётным значением и определяет, какую горелку следует включить, а какую выключить.

Во-вторых, это экономия газа и, как следствие, сохранение финансовых средств, которые можно направить на реконструкцию своего объекта. Способность котлов с модулируемыми горелками снижать расход топлива часто называют коэффициентом рабочего регулирования горелки (отношение максимальной тепловой мощности котла к минимальной). Как же это можно реализовать? Всё очень просто, система сама сделает это за вас.

Приведём пример — при работе оборудования на мощности свыше 70 % начинается повышенный расход газа. У вас есть два котла с мощностью 24 кВт каждый. Сначала включается первый котёл с номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает её до мощности 100 %. Если же одного котла не хватает, то включается второй котёл, например, на мощность 40 %. Итого общая нагрузка обоих котлов составит 32 кВт. Второй вариант — включается первый котёл также номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает до мощности 70 %. Если же данной мощности не хватает, то в работу включается второй котёл на мощности тоже 70 %, а общая нагрузка также составит 32 кВт. При работе газового оборудования во втором варианте экономия газа составит от 15 до 30 %.

В-третьих, это простота транспортировки и монтажа оборудования. Несколько настенных котлов установить или смонтировать куда проще, чем один мощный котёл. Достаточно небольшие габариты и вес настенных котлов обусловливают преимущество установки их в каскад при монтаже крышных котельных, в подвальных или полуподвальных помещениях. В частности, при монтаже таких котельных не требуются дополнительные затраты на специальную технику для подъёма или транспортировки мощного габаритного котла.

В-четвёртых, это резерв. Если по какой-либо причине один из котлов выйдет из строя, например, при аварии теплогенератора, то вся система будет продолжать работу на пониженной или средней мощности. Если же в системе работает один котёл, и он «выйдет в ошибку», то перестанет работать вся система отопления, а в каскаде каждый котёл является автономным, и в случае возникновения аварийной ситуации отключится только неисправный агрегат.

В-пятых, это условия размещения. Каскад из настенных теплогенераторов разрешается монтировать и осуществлять его эксплуатацию в пристроенных, встроенных, отдельно стоящих, крышных котельных и др.

Практика показывает, что в течение значительной части отопительного сезона мощность ряда отопительных котельных используется не более чем на 50%, а в межото- пительный период - не более чем на 20-25% (нагрузка ГВС). Неравномерная и зачастую малая нагрузка котельной обуславливает необходимость в широком диапазоне регулировки тепловой мощности как отдельных котлов, так и котельной в целом, что не всегда представляется возможным без снижения эффективности работы котельных установок, т.е. уменьшения КПД и соответственно увеличения удельного расхода топлива.

Одним из вариантов, предназначенных для решения данной проблемы, является система каскадного подключения малых отопительных котлов (фото 1). Котлы подключаются по теплоносителю в единую систему отопления с программным управлением. В результате становится возможным плавная, почти бесступенчатая регулировка мощности котельной. Например, при установке каскада из 12-ти газовых котлов единичной тепловой мощностью по 90 кВт, суммарная мощность котельной составит 1080 кВт, а минимальная - 36 кВт, т.е. 3,3% ее максимума (с учетом регулирования мощности каждого котла от 40 до 100%). Данная система позволяет обеспечить эффективную работу котельной с необходимой мощностью за счет последовательного подключения/отключения котлов и с учетом загрузки каждого котла при оптимальном значении КПД. Также возможна установка нескольких каскадов в одной котельной.

Программное обеспечение системы автоматического управления составляется таким образом, что ежедневно происходит смена последовательности запуска котлов. Следовательно, если сегодня котел запускается первым, то на следующий день он становится последним в очереди, и его запуск произойдет только при условии необходимости работы котельной на полную мощность. За счет этого достигается более равномерный износ основного оборудования котельной. Выход из строя одного из котлов почти не сказывается на обеспечении требуемой нагрузки (за исключением пиковой), что повышает надежность теплоснабжения. Из этого следует возможность снижения капитальных затрат при сооружении каскадной котельной за счет минимального резервирования тепловой мощности (благодаря применению котлов малой производительности). То есть, применительно к рассмотренному выше варианту каскадной котельной, состоящей из 12-ти котлов по 90 кВт, установка дополнительного котла может не потребоваться или же понадобится только один котел мощностью 90 кВт.

Небольшой вес, легкость доставки котлов к месту установки и простота компоновки обуславливают их применение при сооружении крышных котельных. Не вызывает также особых проблем увеличение установленной мощности котельной уже после начала ее эксплуатации благодаря используемому интерфейсу: технически максимально упрощено подключение системы управления нового котла в общую сеть, не требуется его дополнительная настройка, т.к. все данные уже находятся в памяти одного из котлов, выбранного в качестве управляющего.

Примером реализованного проекта на основе каскадной системы является котельная, построенная на крыше торгового центра в г. Магнитогорске Челябинской области (фото 1-3). В котельной эксплуатируются четыре каскада, в каждом из которых установлено по 12 котлов единичной мощностью 90 кВт. В результате суммарная тепловая мощность котельной составила 4,32 МВт. Диапазон автоматического регулирования мощности - от 36 кВт до 4,32 МВт. Каждый котел оборудован индивидуальной системой дымоудаления.

Проект был осуществлен в 2008 г. и по настоящее время, по отзывам обслуживающей организации, каких-либо проблем в процессе эксплуатации не возникало. Себестоимость производства тепловой энергии за это время менялась от 290 до 580 руб./Гкал в соответствии с повышением стоимости природного газа. На сооружение котельной было затрачено около 5 млн руб., а срок окупаемости составил около двух лет.

Еще одним интересным проектом, реализующим принцип когенерации, в котором использовалась каскадная система, стала мини-ТЭЦ на предприятии по производству металлической мебели в г. Перми. В качестве основного оборудования были применены две микротурбинные установки с утилизаторами тепла суммарной электрической мощностью 130 кВт и тепловой - 240 кВт. С учетом необходимости обеспечения дополнительной отопительной нагрузки в зимнее время на мини-ТЭЦ был установлен каскад из 8-ми газовых котлов единичной тепловой мощностью 45 кВт. Система автоматического управления каскадной котельной позволяет мгновенно реагировать на изменения объемов тепла, утилизируемого после микротурбин. Энергоносителем для мини-ТЭЦ на первом этапе реализации проекта является сжиженный газ. В данный момент идут изыскания по организации газоснабжения сетевым природным газом, который станет основным топливом, а сжиженный газ займет место резервного топлива.

Данная конфигурация мини-ТЭЦ с пиковыми котлами покрывает 50% потребностей предприятия в электроэнергии и 100% потребностей в тепле. При использовании в качестве топлива природного газа стоимость электрической энергии составит 1,3-1,78 руб./кВт.ч, а тепловой 350-495 руб./Гкал (по данным на апрель 2011 г.).

Подготовлено редакцией журнала НТ по материалам Internet