Модульні котельні: яку котельню обрати, переваги, енергоефективність, котельні на твердому паливі

Вступ: Актуальність теми

Однією з найважливіших проблем сьогодення є енергозбереження, яке безпосередньо пов’язане з екологічною безпекою [1]. В Україні ця проблема особливо загострена через майже повну зношеність обладнання котелень і тепломереж. Близько 70% магістральних тепломереж у країні потребують капітального ремонту, а теплові втрати в розподільчих мережах досягають 15-20% від загальної теплової енергії [2].

Існуючі системи централізованого теплопостачання вже не справляються зі своїми завданнями та вимагають серйозних фінансових інвестицій для модернізації. На поточну ситуацію негативно впливають регулярні обстріли енергетичної інфраструктури з боку російського агресора, основною ціллю яких є саме об’єкти енергетики. Це призводить до необхідності перегляду майбутнього централізованих систем теплопостачання та пошуку альтернативних рішень. Одним із головних принципів зменшення вразливості енергетичної системи є її децентралізація та зменшення потужності об’єктів [3].

Ефективним рішенням у тепловій генерації стає впровадження децентралізованих джерел тепла малої потужності, таких як модульні та мобільні котельні, а також малі когенераційні установки.

Переваги модульних котелень

Модульні котельні мають кілька ключових переваг:

1. Енергоефективність. Ці системи мають високий коефіцієнт корисної дії, що дозволяє знизити витрати на енергоносії.
2. Гнучкість у виборі палива. Модульні котельні можуть працювати на різних видах палива, включаючи газ та тверде паливо, що забезпечує додаткову автономність і надійність.
3. Швидке встановлення та мобільність. Ці котельні легко встановлюються, що робить їх ідеальними для використання у різних сферах – від житлових будинків до промислових об’єктів.

Котельні на твердому паливі

Котельні на твердому паливі є чудовою альтернативою для тих, хто шукає економічно вигідні рішення. Використання твердого палива, такого як дрова, вугілля чи пелети, дозволяє знизити витрати та забезпечити незалежність від газових мереж, особливо в регіонах, де доступ до газу обмежений.

Що таке модульні котельні?

Визначення

Модульні котельні установки за своїм призначенням, принципом роботи та технічними вимогами ідентичні до стаціонарних котелень. Основна відмінність полягає в тому, що всі основні та допоміжні компоненти в модульних котельнях розміщуються в спеціальному модульному будинку блочного типу, що зібраний з легких і теплоізольованих матеріалів [4]. Модульні котельні зазвичай транспортуються на об’єкт майже повністю зібраними, що дозволяє швидко ввести їх в експлуатацію після доставлення.

Основні компоненти модульних котелень

Призначення модульних котелень — забезпечення теплової енергії для будівель і споруд різного типу: житлових, адміністративних або виробничих. Для ефективної роботи модульні котельні включають наступні компоненти:

1. Джерело теплоти. Це можуть бути котли на газоподібному або твердому паливі, що перетворюють хімічну енергію палива на теплову, передаючи її теплоносію.
2. Дуттьовий вентилятор. Забезпечує подачу повітря в топкову камеру для оптимізації процесу горіння.
3. Циркуляційний насос. Виконує перекачування теплоносія трубопроводами, доставляючи тепло від котла до споживачів. Кожен контур має окремий насос.
4. Теплообмінник. Передає теплову енергію від котельного контуру до контурів споживачів при незалежному підключенні.
5. Гідравлічний роздільник (гідрострілка). Розділяє контур котельні від контуру споживачів при залежному підключенні.
6. Система автоматики. Забезпечує безпечну та ефективну роботу котельні, контролюючи основні параметри і запобігаючи аварійним ситуаціям.
7. Розширювальний бак. Компенсує теплове розширення теплоносія в системі, запобігаючи підвищенню тиску.
8. Димова труба. Відводить продукти згоряння. Труба зазвичай теплоізолюється для уникнення конденсації корозійних продуктів згоряння.
9. Система хімічного очищення води. Очищує живильну воду, запобігаючи відкладанню накипу і корозії, що збільшує довговічність системи.
10. Система вентиляції. Забезпечує належний повітрообмін у котельні, необхідний для процесу горіння.
11. Система резервного електропостачання. Дозволяє котельні працювати навіть при відключенні електроенергії, особливо важливо для твердопаливних котлів.
12. Запірна та регулююча арматура. Дозволяє керувати гідравлічним режимом котельні та виконувати обслуговування обладнання без зупинки всієї системи.
13. Система обліку теплової енергії. Моніторить кількість виробленої теплової енергії для контролю ефективності котельні.
14. Система автоматичної подачі твердого палива. Забезпечує автономну роботу твердопаливного котла завдяки постійному поданню палива до камери згоряння.

Яку модульну котельню обрати?

Основні фактори, що впливають на вибір котельні

При виборі модульної котельні ключовим фактором є тип палива, яке вона використовує. Від цього залежить конструкція котла. Розрізняють такі основні види котлів за типом палива:

1. Твердопаливні котли — використовують тверде паливо: антрацит, вугілля, торф, деревину та її відходи, оброблені відходи сільськогосподарської діяльності.
2. Газові котли — працюють на природному або зрідженому газі.
3. Котли на рідкому паливі — зазвичай використовують мазут або дизельне паливо. Такі котли не є поширеними в Україні.
4. Електричні котли — перетворюють електричну енергію в теплову. Їх використання може бути економічно виправдане лише за наявності відповідного технічного обґрунтування через високу вартість електроенергії.

Вибір котельні за типом палива

Основним критерієм вибору є доступність палива в місці, де планується встановлення котельні:

• Якщо у вашому регіоні є достатня кількість деревини або відходів деревообробної чи сільськогосподарської промисловості, доцільно обрати твердопаливний котел.
• Якщо поблизу є газопровід достатнього тиску, газова котельня буде кращим варіантом.
• Якщо жоден з видів палива не є доступним, необхідно провести техніко-економічний аналіз для визначення найкращого варіанту.

Визначення теплової потужності

Іншим важливим параметром є необхідна теплова потужність котельні, яка залежить від потреб споживачів. Для житлових та адміністративних будівель теплота використовується для опалення, вентиляції та гарячого водопостачання. Якщо споживачем є промисловий об’єкт, додаються технологічні потреби [5]. Під час розрахунку потужності котельні також варто враховувати можливість майбутнього підключення додаткових споживачів.

Порівняння модульних котелень із стаціонарними та мобільними

За ознакою транспортабельності котельні можна поділити на:

1. Стаціонарні котельні — це капітальні споруди, обладнання яких встановлене в окремій будівлі. Вони є індивідуальними проєктами та не мають обмежень за потужністю. Перенесення стаціонарної котельні на нове місце вимагає демонтажу та повторного монтажу, що є складним і дорогим процесом.
2. Модульні котельні — це типові універсальні установки, які транспортуються у зібраному вигляді. Модульні котельні мають обмеження по одиничній потужності, але кілька модулів можуть бути об’єднані для збільшення потужності. При необхідності вони можуть бути перенесені на інше місце.
3. Мобільні котельні — це котельні, обладнання яких встановлене на причепі з колісним шасі для швидкого транспортування. Вони використовуються на об’єктах тимчасово, наприклад, під час ремонту або модернізації існуючих котелень, або для покриття пікових теплових навантажень. Як і модульні котельні, мобільні можна об’єднувати для збільшення загальної потужності.

Переваги модульних котелень

Модульні котельні здатні виконувати всі ті ж функції, що й стаціонарні, але мають кілька суттєвих переваг, які роблять їх ефективним і сучасним рішенням. Однією з основних переваг модульних і мобільних котелень є їхня транспортабельність, гнучкість та швидкість встановлення. Це особливо важливо в умовах сьогодення, коли існує потреба швидко замінювати пошкоджене обладнання після бойових дій. Модульні котельні дозволяють оперативно забезпечити критично важливі потреби в тепловій енергії [3].

Крім того, сучасні модульні котельні розробляються з урахуванням високих стандартів енергоефективності, що робить їх чудовою заміною для застарілих і неефективних котелень.

Основні переваги модульних котелень:

1. Наближеність до об’єкта теплопостачання – зменшує витрати на експлуатацію теплових мереж та скорочує втрати теплоти через меншу протяжність мережі.
2. Низькі капітальні витрати – облаштування модульної котельні зазвичай коштує менше, ніж будівництво стаціонарної котельні.
3. Швидкий монтаж та введення в експлуатацію – модульні котельні можна встановити і запустити в роботу значно швидше, ніж стаціонарні.
4. Децентралізація систем теплопостачання – модульні котельні є ідеальним рішенням для організації автономних і децентралізованих систем опалення.
5. Відповідність державним будівельним нормам – до модульних котелень висуваються ті ж технічні вимоги, що й до стаціонарних котелень, тому вони відповідають усім стандартам безпеки та якості.
6. Автоматизоване управління та безпека – модульні котельні оснащені всіма необхідними системами безпеки, працюють в автоматичному режимі і не потребують постійної присутності обслуговуючого персоналу.

Завдяки цим перевагам, модульні котельні стають все популярнішими як для промислових, так і для житлових об’єктів, дозволяючи знижувати витрати та підвищувати енергоефективність.

Енергоефективність модульних котелень

Тепловий баланс котельні складається з кількох компонентів [5]:

[Q_п = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5 + Q_6]

де:

• Q_п – теплота, отримана від спалювання палива;
• Q_1 – корисна теплота, яка передається споживачам;
• Q_2 – втрати теплоти з відхідними газами;
• Q_3 – втрати від хімічної неповноти згоряння;
• Q_4 – втрати від механічної неповноти згоряння;
• Q_5 – втрати через оболонку котла;
• Q_6 – втрати зі шлаком.

Основним фактором підвищення енергоефективності є мінімізація теплових втрат. Важливими заходами є контроль коефіцієнту надлишку дуттьового повітря (Q_2), якісне спалювання палива та підготовка палива для зменшення втрат (Q_3, Q_4).

Технології підвищення енергоефективності

Для забезпечення максимальної ефективності котлів сучасні системи автоматизації точно регулюють подачу палива та повітря для горіння. Якість палива, зокрема його склад і вологість, також грає ключову роль у процесі спалювання [6].

Основні заходи для підвищення ефективності використання твердого палива [7]:

1. Механізоване спалювання палива.
2. Багатоступінчасті схеми спалювання.
3. Попередня підготовка палива – гранулювання, брикетування.
4. Очищення відхідних газів.

Одним з найпоширеніших технічних рішень для підвищення ККД є встановлення теплообмінників, які підігрівають зворотний теплоносій або дуттьове повітря за допомогою тепла відхідних газів. Регулярне очищення теплообмінних поверхонь також є важливим для підтримання високої ефективності, особливо в твердопаливних котлах.

Вплив на екологію та способи його зменшення

Продукти згоряння, такі як CO2, NOx, SOx, і тверді частки, негативно впливають на навколишнє середовище та здоров’я людей. Ці викиди також сприяють глобальному потеплінню та кліматичним змінам [8].

Методи зменшення шкідливих викидів:

• Первинні методи: підготовка палива, оптимізація процесу горіння, вибір конструктивних рішень для котлів.
• Вторинні методи: використання спеціального обладнання для очищення газів, зокрема циклонів, скруберів та електрофільтрів.

Енергоефективність модульних котелень залежить від технологій зменшення теплових втрат і сучасних методів очищення продуктів згоряння, що дозволяє мінімізувати їхній негативний вплив на екологію.

Висновок

Модульні котельні стали найпопулярнішим і найефективнішим рішенням для сучасних потреб теплопостачання. Їхній попит пояснюється мобільністю конструкції, автономністю та зручністю експлуатації. Завдяки стандартизованим системам монтажу, встановлення котелень відбувається швидко, а обладнання можна використовувати для забезпечення теплом різноманітних об’єктів — від дитячих садків до промислових підприємств. Модульна конструкція дозволяє легко переміщувати котельню або збільшувати її потужність за допомогою додаткових модулів.

Модульні котельні можуть функціонувати як основне або резервне джерело теплоти. Їхня надійність і гнучкість роблять цей варіант перспективним для підвищення енергоефективності та сприяють сталому розвитку інфраструктури.

Наші послуги включають консультації, розробку проєктів, підбір обладнання, монтаж і пуско-налагоджувальні роботи. Ми пропонуємо високоякісні матеріали та гарантії на продукцію. Наші фахівці мають великий досвід в установці та обслуговуванні модульних котелень, що забезпечує надійні рішення для вашого об’єкту.

Зв’яжіться з нами для отримання додаткової інформації та консультацій на нашій контактній сторінці. Ми допоможемо підібрати найкраще рішення для ваших потреб у теплопостачанні.

Бібліографія

Коржов В. Л. Значення біомаси дерев у процесі оптимізації енергетичного балансу України. Львів РВВ НЛТУ України. 2008. № 6.

Назарова І. О. Підвищення енергоекологічної ефективності біопаливних котелень. Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences. 2020. № 4. С. 149.

Мотко М. П., Лисенко Л. І. Аналіз доцільності децентралізації теплопостачання багатоквартирних житлових будинків. Міжнародна науково-практична конференція НТУ ХПІ 2017 : матеріали конф., м. Харків. 2017. С. 131–132.

Орєхова А. І., Кіях І. А. Управління системою відновлення енергетики України під час війни: забезпечення безпеки та впровадження інновацій. Економіка та суспільство. 2024. № 64.

Поздєєв С., Куліца О., Трошкін С., Панченко П., Сагдієв М. Прогнозування виникнення аварійної ситуації в мобільній котельні . Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2023. Т. 7, № 1. С. 107–118.

Боженко М. Ф. Водогрійні котельні для систем децентралізованого та помірно-централізованого теплопостачання : посібник. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. 170 с.

Kharchenko M., Klushyn Y. The Principle of Construction of the Boiler Control System With Efficient Use of the Solid Fuel. Advances in Cyber-Physical Systems. 2023. Vol. 8, no. 2. P. 96–103.

Росковшенко Ю. К., Сенчук М. П. Ефективність використання твердого палива в модернізованих системах теплопостачання. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. 2010. № 14. С. 35–45.

Захист навколишнього середовища при роботі теплотехнологічного устаткування: Навч. посібник / Н.А. Шаройко, А.О. Каграманян, І.П. Полтавський та ін.– Харків: УкрДАЗТ, 2011.– 395 с.

Kajtár L., Érces N. Operational testing of a solid fuel boiler with different fuels. Energies. 2021. No. 14. P. 1–10.