Теплоснабжение на жидком топливе. Cовременные тенденции

Легкое жидкое топливо активно используют для децентрализованного теплоснабжения индивидуальных домов, небольших коммерческих и производственных объектов. Как правило, это происходит там, где нет возможности подключиться к магистральному газопроводу. Жидкое топливо также часто применяют в качестве резервного. Основные преимущества жидкотопливных систем состоят в их автономности, высокой степени автоматизации и точности поддержания заданных температурных режимов. Неудобства же связаны с необходимостью решения вопросов хранения и периодической доставки горючего, а также с его относительной дороговизной

Н. Егоров

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Топливо
В децентрализованном теплоснабжении используют, как правило, дизельное топливо и легкие сорта мазута. Прежде всего, это обусловлено удобством их транспортировки и хранения, невысокой вязкостью, облегчающей задачу эф-фективного сжигания, а также низким содержанием серы и золы, что решает проблему загрязнения окружающей среды и сохранности оборудования.

За рубежом котельное топливо принято разделять на дистиллятное (печ-ное) и остаточное (мазут). Первое получают при термическом и каталитическом крекинге нефтепродуктов и коксовании остаточного топлива. Около 60 % его расходуется на отопление зданий. В Великобритании печное топливо иногда называют бытовым, во Франции – легким, в США – форсуночным.

В нашей стране термин «печное топливо» часто употребляют, подразуме-вая дизтопливо, что не совсем корректно. По фракционному составу печное бы-товое топливо (ТУ 38. 101656-87) может быть несколько тяжелее дизельного, выпускаемого по ГОСТ 305-82. Сравнение характеристик того и другого горю-чего  предопределяет выбор в пользу дизтоплива, но в теплоснабжении исполь-зуют оба.

ГОСТ 305-82 устанавливает три вида дизельного топлива: летнее (Л), зимнее (З) и арктическое (А). По содержанию серы дизтопливо подразделяют на топливо с содержанием серы (по массе) не более 0,2 и не более 0,5 %.

Сведения о виде дизельного топлива и количестве в нем серы указыва-ются в обозначении марки горючего. Для летнего топлива в маркировке обозна-чена также температура вспышки, а для зимнего – температура застывания. На-пример, кодом Л-0,2-40 обозначено летнее топливо с количеством серы до 0,2 % и температурой вспышки 40 C. Код З-0,2-35 говорит о том, что мы имеем дело с зимним дизтопливом; серы в нем содержится до 0,2 %; температура застыва-ния составляет –35 C. Дизельное топливо марки А-0,4 является арктическим (может использоваться при температуре до –50 C); доля серы составляет в нем 0,4 %. Главная особенность всех марок дизельного топлива – низкая вязкость: даже для летних марок кинематическая вязкость при 20C составляет 3–6 сСт.

Качество котельного топлива за рубежом и в России оценивают одними и теми физико-химическими показателями. Отличаются только методы определе-ния некоторых констант и их оценка. Подбирать аналог того или иного отечест-венного топлива следует прежде всего по величине условной вязкости.

В табл. приведены характеристики отечественных видов печного и ди-зельного топлива, а также легкого топлива марки EL, широко используемого для отопления зданий в Германии.

В последние годы в западных странах растет рынок жидкого топлива с низким (не более 0,005 % по массе) содержанием серы. Такое топливо дороже, но характеризуется более полным и чистым сгоранием. Кроме того, оно облег-чает применение конденсационных котлов (в частности, отпадает необходи-мость в нейтрализации конденсата). В итоге обеспечиваются экономия топлива, снижение затрат на обслуживание техники и сокращение вредных выбросов в атмосферу. В 2006 г. парламентом ФРГ было принято решение форсировать с 1 января 2009 г. переход в теплоснабжении на топливо с низким содержанием се-ры. Кроме того, с 1 января текущего года в два раза снижена норма содержания серы в обычном топливе марки EL (в  DIN-51603 внесены соответствующие по-правки). Теперь она составляет 0,1 % (ранее – 0,2).

Еще одна мировая тенденция – развитие биотопливного направления.

Доставку топлива на объекты теплоснабжения осуществляют специализи-рованные предприятия. Выбирая поставщика, заказчику следует отдавать пред-почтение проверенным фирмам, долгосрочно работающим на рынке данных ус-луг. Качество топлива должно быть подтверждено паспортом и отвечать требо-ваниям, предъявляемым изготовителями горелок.

Использование недостаточно качественного топлива оборачивается рос-том затрат на сервисное обслуживание системы – чаще появляется необходи-мость в замене форсунок, топливного фильтра, чистке топливных баков от осад-ков, перенастройке горелки.

Хранение
Жидкое топливо – экологически опасный и горючий материал. Требования к размещению и устройству работающих на нем установок обусловлены сообра-жениями защиты от загрязнения природных вод и пожарной безопасности.

Хранение необходимого запаса жидкого топлива осуществляется в специ-альных баках – стальных или пластиковых, применению которых в последние годы отдается предпочтение. Ранее за рубежом выпускались также железобе-тонные резервуары для подземной установки. В настоящее время их уже не про-изводят, хотя они и находятся в эксплуатации.

Как правило, топливные баки, изготавливаемые из полиэтилена высокой плотности, имеют объем от 500 до 5000 л и могут с помощью специальных фикс-пакетов объединяться в батареи (при этом общий объем хранилища не должен превышать 25 000 л). Распространены одно- и двустенные модели.

Одностенные баки предназначены для наземной установки и должны раз-мещаться таким образом, чтобы в случае утечки топливо удерживалось на месте до его удаления – в помещениях с герметичным полом и нижней частью стен или в герметичных поддонах. (Объем улавливания рассчитывается на всё со-держащееся в баке топливо, а при наличии нескольких не сообщающихся баков – на емкость самого большого резервуара.) К хранилищу с двустенными баками такое требование не предъявляется. Они оснащаются устройствами контроля утечки топлива в пространство между внутренней и внешней оболочкой. 

По заявлениям ведущих западных производителей, современному со-стоянию отопительной техники отвечают именно двустенные баки. В Германии, например, установка двустенного бака с системой контроля герметичности предписывается сегодня во всех случаях, когда объем хранения превышает 1000 л. Это обязательно и в случае подземного размещения резервуара.

В целом, за последнее время в европейских странах заметно изменился подход к организации резервуарного хозяйства. Производители предлагают рынку всё  более надежные, компактные, гибко комбинируемые в эргономич-ные батареи модели баков.

Так, для предотвращения диффузии углеводородов сквозь стенки синте-тических баков (это приводит к появлению в помещении запаха топлива) веду-щие фирмы-изготовители применяют дополнительные уплотняющие покрытия или стальную оболочку. Часто эта мера служит и повышению огневой устойчи-вости бака.

Внося усовершенствования в свою продукцию, производители топлив-ных баков учитывают и такие нюансы, как, скажем, необходимость переноски бака сквозь узкие двери помещения, где он будет располагаться. А участившие-ся наводнения заставили принять меры против всплытия баков при затоплении (топливо легче воды, его удельная масса – 0,825–0,860 кг/л).

Конечно, реальность далека от повсеместного использования «евробака». Но в любом случае резервуар для хранения топлива должен быть прочным (особенно при подземной установке), устойчивым к химическим, температур-ным и другим возможным воздействиям (например, ультрафиолетовыми луча-ми), оснащенным всем необходимыми элементами обвязки. Стальные баки под-вергаются внешней и внутренней коррозии.

Все баки для жидкого топлива должны соответствовать действующим нормам и требованиям по качеству. После окончания монтажа системы специа-лизированной организацией должно быть проведено ее испытание с выдачей свидетельства о приемке. В дальнейшем емкости нуждаются в периодических обследованиях.

В зарубежной практике при выборе места установки топливного бака в индивидуальном и малосемейном доме предпочтение часто отдается подвалу. Согласно немецким нормативам, при наземной установке баки не должны раз-мещаться над топочными устройствами, дымовыми трубами, дымоходами, ка-налами теплого воздуха. Запрещено также устанавливать баки в проходах и проездах, на лестничных клетках (кроме жилых зданий с не более чем двумя квартирами), в доступных холлах, на крышах жилых домов, больниц, офисных и других подобных зданий, а также на их чердаках и в рабочих помещениях (можно – в специальных шкафах и в объеме до 5000 л).

Согласно СНиП II-35-76* «Котельные установки» и своду правил по проектированию автономных систем теплоснабжения СП 41-104-2000 (эти до-кументы не распространяются на системы индивидуального теплоснабжения) не допускается использовать жидкое топливо для крышных котельных. Котлы, работающие на жидком топливе с температурой вспышки ниже 45 ºC, запреща-ется также размещать в подвалах.

Если котельная располагается в отдельной постройке, резервуары для хра-нения дизельного топлива можно размещать в пристроенном к ней помещении. При этом общая емкость топливных баков не должна превышать 50 тыс. л (рос-сийский норматив). В самой котельной допускается устанавливать закрытый расходный бак для легкого жидкого топлива емкостью не более 1000 л.

Для встроенных и пристроенных автономных котельных следует преду-сматривать закрытые склады жидкого топлива, расположенные вне помещения котельной и здания, для теплоснабжения которого она предназначена. Емкость расходных баков, устанавливаемых непосредственно в котельной, не должна превышать 800 л; размещать их следует в герметичных поддонах, на расстоянии не менее 1 м от топки.

Оснастка топливной емкости включает ряд элементов. Крышки приемной горловины резервуара могут иметь различное исполнение. Одной из простей-ших можно считать латунную крышку, снабженную креплением для навесного замка, уплотнительным кольцом и цепочкой. Более сложная крышка – универ-сальная – герметична, предполагает крепление к ней измерительной линейки и вполне пригодна для заполнения емкости так называемым методом газового ма-ятника. Существуют также крышки с дыхательным клапаном и приемные шаро-вые клапаны, имеющие дистанционную спираль или специальную «лапку». Для предотвращения контактной коррозии спираль выполняется из пружинной ста-ли, а шарик клапана – из нержавеющей.

Стандартный арматурный узел для отбора топлива снабжен обратными шаровыми клапанами на подающем и обратном трубопроводах. Он может иметь регулируемый ограничитель уровня, а также (в однотрубных системах) попла-вок, обеспечивающий забор чистого топлива с глубины на 4–6 см ниже его уровня.

Кроме того,  в емкости входят указатели и ограничители уровня топлива с сигнальными устройствами. Они могут быть механическими (настройка по высоте емкости – 0–2 м), пневматическими (1–3 м) или другой конструкции. Так, ультразвуковой преобразователь UST (Oventrop) позволяет измерять уро-вень жидкости (а при необходимости – твердых тел) бесконтактно и непрерыв-но. На нем может быть установлен программатор с дисплеем, позволяющим ка-либровать диапазон измерения без наполнения и опорожнения топливной емко-сти. А датчик уровня, предназначенный для промежуточной емкости, автомати-чески включает и выключает подкачивающий насос. Другой пример: пневмати-ческий прибор измерения уровня топлива Unimat 3000 имеет встроенный ваку-умный насос, дистанционно (расстояние – до 50 м) измеряющий c погрешно-стью 2 % уровень в емкостях высотой от 900 до 3000 мм.

На всасывающем и измерительном трубопроводах  устанавливается дат-чик герметичности резервуара, в некоторых вариантах комбинирующийся с конденсатоотводчиком и крепящийся на крышке горловины емкости.

О теплогенераторах
Рынок котельного оборудования для теплоснабжения на жидком топливе обши-рен. Большинство производителей котлов (бытовых и промышленных) имеют в своем ассортименте если не модели, сконструированные специально под сжига-ние жидкого топлива, то модели, которые могут оснащаться как газовыми, так и жидкотопливными или комбинированными горелками.

Как и в сегменте газовых котлов, развитие жидкотопливной техники идет в направлении от традиционных высокотемпературных аппаратов (КПД – до 90 %) к низкотемпературным (94 %), а от них – к конденсационным (до 103–105 %). Более того, с целью дальнейшей экономии постоянно дорожающего горю-чего в европейских странах активно пропагандируется системы, в которых ко-тел на дизтопливе сочетается с источниками возобновляемой энергии – солнеч-ными коллекторами, тепловыми насосами, твердотопливными теплогенерато-рами. Декларируется, что комбинация конденсационного котла с гелиосистемой позволяет экономить 30 % топлива, по сравнению с обычным котлом. (При ны-нешнем уровне цен на дизтопливо это приобрело актуальность и для нашей страны.) Соответственно сокращается и эмиссия в атмосферу вредных веществ, прежде всего – углекислого газа.

Для высвобождения скрытого тепла отработанных газов их нужно охла-дить до температуры ниже точки росы водяного пара, которая зависит от со-держания в топливе водорода, а также избытка воздуха. У котельного топлива легкой фракции температура точки росы ниже, чем у природного газа и равна примерно 47 ºC. Чтобы охладить дымовые газы до этой температуры, необхо-дима достаточно большая площадь поверхности теплообмена.

Кроме того, стандартное котельное топливо легкой фракции содержит се-ру, которая при сгорании превращается в диоксид серы, а при конденсации – в сернистую и серную кислоты. Поэтому значение водородного показателя рН конденсата находится в диапазоне 2–3, что заставляет выполнять элементы ус-тановки, соприкасающиеся с влажными продуктами сгорания из кислотостой-кой стали.

Оба эти фактора, а также необходимость собирать и обрабатывать до сли-ва в канализацию образующийся конденсат сдерживали распространение кон-денсационных котлов на дизтопливе даже в такой стране, как Германия. Появ-ление топлива с низким содержанием серы, новых технических решений (ис-пользование дополнительных встроенных и внешних теплообменников), а так-же удорожание энергоносителей изменили ситуацию на европейском рынке.

Отметим: переход в перспективе на топливо с низким содержанием серы способно удешевить и дымоходные системы жидкотопливных установок. Сего-дня при возможности образования в газоходах конденсата правила требуют предусматривать для котельных, работающих на сернистом топливе, защиту от коррозии внутренних поверхностей газоходов. В трубах, предназначенных для удаления дымовых газов от сжигания сернистого топлива, при образовании кон-денсата следует предусматривать футеровку из кислотоупорных материалов по всей длине ствола.

Свой вклад в повышение эффективности жидкотопливных теплогенерато-ров внесли и создатели горелочной техники. Передовые технологии сжигания (например, с предварительным испарением распыленного топлива) в сочетании с автоматизацией и точным регулированием процессов горения обеспечивают высокий КПД и очень существенное (по NOx – до 120 и даже 70–90 мг/кВт•ч) сокращение вредных выбросов в атмосферу. В конструкции горелок всё чаще закладывается возможность сжигания биодизеля – как в смеси с обычным диз-топливом, так и в чистом виде.

При оформлении статьи использованы фотоматериалы Института эконо-мичности отопления на жидком топливе (IWO, Германия).

Камера сгорания котла после работы на малосернистом (слева) и стандартном жидком топливе