Эффективность работы котельной

Горячая вода и отопление — блага цивилизации, к которым уже привыкло большинство современных людей. Производство тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения выполняют специальные источники тепловой энергии: в основном это ТЭЦ, реже — котельные, ГРЭС и т. п. Особенно ощутимым качество работы этих объектов становится в течение отопительного сезона, когда температура воздуха на улице устойчиво находится ниже 8 °С. Но и в летний период, когда в отоплении помещений нет необходимости, отсутствие централизованного горячего водоснабжения создает для населения существенный дискомфорт.

ТЭЦ представляет собой очень сложный энергетический объект с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии. Поэтому ниже рассмотрим более простой источник тепловой энергии — котельную.

С точки зрения потребителей котельная работает эффективно, когда в квартире комфортно, есть горячая вода, а тариф за коммунальные услуги приемлем. С точки зрения владельца котельной эффективность достигается тогда, когда деньги, полученные за сгенерированное тепло, покрывают затраты и обеспечивают прибыль. И, естественно, обе стороны заинтересованы в отсутствии различных нарушений режима теплоснабжения, особенно аварийного характера.

Давайте разбираться, какие показатели эффективности котельных существуют, как их считать и за счет чего можно повышать.

Параметры эффективности работы котельных

Оценку качества работы котельной производят на основе анализа ее технико-экономических показателей. Прежде всего рассчитывают:

• энергетическую эффективность котельной или КПД — удельный расход энергоресурсов на входе котельной (топлива, электроэнергии, воды) на единицу выработанной и поставленной потребителям тепловой энергии;
• экономическую эффективность котельной — финансовый показатель, отражающий результативность использования ресурсов. Его определяют путем сопоставления результатов (прибыли) и затрат, которые потребовались для достижения этого результата.

Принцип работы котельной и расчет КПД

Котельная — это опасный производственный объект, где происходит выработка горячей воды или пара путем сжигания определенного вида топлива в аппаратах, называемых котлами.

Топливо может быть газообразным, жидким (дизельное, печное, мазут) или твердым (щепа, пеллеты, уголь). Котлы применяют водогрейные или паровые. Вид используемых котлов определяет тип котельной, то есть она может быть паровой или водогрейной. В любом случае выработанное тепло поступает к потребителям в виде нагретого теплоносителя: чаще всего это специально подготовленная химически очищенная вода, а реже — пар.

Топливо подается в топку котла вместе с воздухом, так как для процесса горения требуются две составляющие: непосредственно топливо и кислород. Важной характеристикой работы котла является теплоэффективность — это показатель того, что топливо горит в котле правильно, и на определенный объем данного топлива тратится определенный объем кислорода из воздуха. Теплоэффективность оценивают с помощью специального прибора — газоанализатора.

При неполном сгорании топлива вырабатывается меньше тепла. К тому же на внутренних поверхностях котла и трубопроводов образуется сажа, которая горит сама по себе, что может привести к взрыву. Это объясняет, почему важно следить за показателем теплоэффективности котла.

Тепло, полученное при сжигании топлива — это не конечный продукт котельной ввиду того, что всегда существуют потери тепла. Часть тепла «улетает в трубу» вместе с дымовыми газами, часть — уходит через стенки котла и теплоизоляцию. Также есть потери в сетях и на распределяющих аппаратах, и какая-то доля теряется в виде погрешности на приборах учета. Кроме того, часть выработанной тепловой энергии котельной расходуется на собственные нужды — на отопление различных технологических помещений и горячее водоснабжение для обслуживающего персонала.

В итоге, конечный продукт котельной — это то тепло, которое потребитель получил за вычетом всех потерь.

Исходя из принципа работы котельной, становится понятно, что КПД рассчитывается как отношение затраченных для выработки тепла энергоресурсов с учетом потерь к суммарному количеству полученной тепловой энергии.

Расчетом этого показателя занимаются специалисты производственно-технического отдела (ПТО). Методика расчета для разных условий работы котельных приведена в ГОСТ Р 56777-2015.

Потери тепла и их влияние на общую эффективность котельной

Чем больше потери тепла, тем ниже эффективность работы котельной. Поэтому каждый источник заинтересован в поддержании теплового баланса и повышении КПД котельных агрегатов.

• Для того, чтобы частично собрать тепло с дымовых газов, применяют экономайзеры и утилизаторы. Они оснащены спиральными трубками, где происходит подогрев воды уходящими из котла продуктами сгорания.
• Чтобы минимизировать потери через стенки котлов, их оснащают обмуровкой. Она может быть как тяжелой, выполненной из кирпича, так и легкой — из сэндвич-панелей.
• Для предотвращения потерь при передаче тепла теплоносителю, который направляется к потребителю, внутри котельной устанавливают теплообменник. В этом аппарате происходит обмен тепла между котловым и сетевым контурами. В современных теплообменниках потери минимальны.

Вопрос потерь — очень сложный для котельных. Чтобы сгенерировать тепло, владелец источника тратит внушительные деньги на топливо и другие энергоресурсы, содержание штата специалистов, поддержание безопасности объекта, своевременное выполнение планово-профилактических ремонтов, а также на модернизацию и реконструкцию оборудования и тепловых сетей, а оплату за поставленный ресурс получают за вычетом потерь.

Экономическая эффективность котельной

Сегодня большинство котельных принадлежит частным собственникам, и важным условием их деятельности является получение прибыли. Между энергетической эффективностью и экономическими показателями котельных существует прямо пропорциональная зависимость: чем выше КПД, тем больше прибыль. Поэтому любая котельная заинтересована в увеличении КПД.

Для повышения КПД и экономической эффективности котельных важно:

• оптимизировать затраты;
• минимизировать потери;
• модернизировать котельные установки;
• выбирать правильный режим работы в зависимости от реальных условий эксплуатации;
• применять системы автоматизации для снижения влияния человеческого фактора.

Еще один момент, который непосредственно влияет на экономическую эффективность котельных — тарифы на теплоснабжение. Важно, чтобы они были справедливы, то есть основаны на методе экономически обоснованных затрат и учитывали интересы потребителей.

Влияние автоматизации на показатели эффективности

Рассказывая о принципе работы котельной, мы отметили, что это опасный производственный объект — здесь происходит сжигание топлива, поэтому автоматизация должна касаться двух аспектов:

• регулирования работы котельной;
• обеспечения безопасности.

Регулирование работы котлов заключается в автоматическом поддержании необходимых рабочих параметров.

В водогрейном котле:

• устанавливается регулятор нагрузки, который регулирует температуру воды на выходе из котла. Его «зона ответственности» — открывать и закрывать газ, когда нужно сделать воду более горячей или более холодной;
• регулятор соотношения отвечает за подачу требуемого количества воздуха в зависимости от того, какое давление газа на горелке.

Небольшие котлы работают на естественной тяге, по принципу печки, в больших устанавливается регулятор разрежения.

Котлы могут работать под наддувом — когда давление в топке повышается больше атмосферного, или под разрежением — когда давление в топке ниже атмосферного. Если топка газоплотная, можно работать под наддувом, обеспечивая наибольшую теплоотдачу. Если топка негерметичная, нужно поддерживать разрежение, чтобы дымовые газы не прошли в котельную, так как при неправильном сгорании газа в топке котла образуется угарный газ, который является ядом для человека.

В паровом котле:

• вместо регулятора температуры устанавливается регулятор давления пара;
• также необходим регулятор уровня воды. Его задача — не допускать отклонения уровня воды от заданного. Понижение уровня воды может привести к взрыву котла, повышение — к гидроудару по паровому коллектору.

Также котельная оснащается погодозависимой автоматикой. Погодные регуляторы отслеживают зависимость температуры теплоносителя на выходе из котельной от температуры наружного воздуха. Чем холоднее на улице, тем горячее должен быть теплоноситель, и наоборот. От корректной работы погодозависимой автоматики зависит эффективность работы всей котельной: исключается риск перерасхода топлива и перегрева объектов потребителей, а также заморозки объектов.

Когда рабочие параметры котельной выходят за рамки допустимых значений, должна срабатывать автоматизация безопасности, главная задача которой — отключить подачу газа или другого топлива для предотвращения аварии.

Если котельная работает неэффективно, и есть огрехи в соблюдении норм безопасности, последствиями могут стать не только финансовые потери, но и коммунальные аварии.

Ярким примером подобной ситуации является проблема с теплоснабжением, возникшая в одном из российских поселков под Новый год. Не оснащенный автоматикой основной зимний котел вышел из стоя из-за критического понижения уровня воды, резервное оборудование не справилось с нагрузкой, в результате чего более двух десятков многоквартирных домов остались без отопления в 30-градусный мороз.

Частично справиться с возникшей ситуацией помогла мобильная котельная. Однако трубы на некоторых объектах не выдержали сильных морозов и начали лопаться. Благодаря тому, что оздоровительно-физкультурный комплекс поселка был оснащен прибором учета, заведенным в АИИС Элдис, появилась возможность отслеживать, что происходит на отдаленных участках магистрали. Стало понятно, где нужно экстренно принимать меры — сливать воду во избежание порывов. Это спасло сети от множественных аварий и последующего дорогостоящего ремонта.

Возможности системы Элдис для диспетчеризации котельных

АИИС Элдис позволяет осуществлять оперативный контроль за работой котельной: отслеживать ключевые параметры используемого оборудования, следить за соблюдением температурного графика, контролировать расход газа, считать КПД.

Техносхемы

В АИИС Элдис есть функционал для создания техносхемы котельной с отображением приборов учета и котловой автоматики. На одном экране можно собрать все необходимые параметры оборудования, установленного на источнике, что значительно упрощает мониторинг работы в режиме реального времени.

Функционал АИИС позволяет мониторить не только ключевые параметры с приборов учета и автоматики, такие как масса (G), давление (P), температура (T), но и считывать наличие нештатных ситуаций с менеджера горения: отсутствие пламени, авария привода, неисправность вентилятора и другие. Функционал уведомлений о срабатывании пользовательских событий позволяет всегда быть в курсе происходящего в котельной.

Контроль соблюдений температурного графика

Температура теплоносителя, которую выдает котельная, зависит от температуры наружного воздуха и подчиняется зависимости, установленной температурным графиком.

В системе Элдис можно сформировать отчет, позволяющий проанализировать соблюдение температурного графика на отпуске и обратке источника. Информация выводится в табличном и графическом виде, что обеспечивает максимальную наглядность. Отчет позволяет выявить и оценить масштаб проблем с поддержанием режима работы котельной.

Контроль расхода газа

В договоре на поставку газа для работы котельной указывают предельный месячный объем, и ему соответствует определенный тариф, то есть стоимость за 1 м³ газа. В случае превышения этого предела тариф повышается, что приводит к увеличению затрат котельной и, соответственно, снижению эффективности работы.

Выявлять перерасход газа помогает отчет «Отклонение удельного расхода газа». Его анализ позволяет увидеть «пережоги» и откорректировать режим работы так, чтобы оставаться в границах запланированного потребления — в пределах плановых показателей экономической эффективности котельной.

В этом отчете также показан объем подпитки, резкие скачки которой могут свидетельствовать о прорывах, утечках на сетях.

Оценка эффективности котельной

В системе Элдис могут быть сформированы пользовательские отчеты, позволяющие по принятой на источнике методике рассчитать КПД котельной с учетом всех «входящих» ресурсов и отпуска.

Такой отчет позволяет отслеживать работу котельной в динамике, делать выводы об эффективности работы, планировать мероприятия по ее повышению.

Вместо вывода

• В эффективной и безопасной работе котельных заинтересованы и собственники, и потребители.
• Оценка качества работы котельной производится на основе анализа КПД и экономической эффективности.
• Автоматизация играет важную роль в обеспечении эффективной и безопасной работы котельных.
• Система учёта энергоресурсов Элдис позволяет мониторить работу котельной в реальном времени, своевременно выявлять отклонения от установленного режима работы, оповещает о нештатных ситуациях, упрощает отслеживание показателей эффективности. Таким образом, АИИС закрывает все ключевые потребности по регулированию работы котельной, обеспечению безопасности и эффективности.