Организация отопления на жидком топливе
Опубликовано: 05 июля 2011 г.
687
Подключение к газовой линии требует от потребителя разрешительной документации и затраты немалых денежных средств. Часто приемлемой альтернативой природному газу оказывается жидкое топливо (ЖТ).
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Рациональность установки и использования жидкотопливного котла в отсутствии газоснабжения обосновывается рядом достоинств, главным из которых является значительная автономность системы отопления. Завоз и хранение топлива обеспечиваются самим потребителем, подводки газа и каких-либо согласований на установку ЖТ котла не требуется. Правда, современные модели часто оснащаются автоматикой, работающей от электричества, и при перебоях в сети такой котел отключается, автоматически прекращается и подача топлива.
Использование ЖТ-систем является целесообразным и при организации резервного или аварийного теплоснабжения. Еще одно достоинство такой системы – возможность перевода на газ без замены теплогенератора. Большинство ЖТ котлов успешно эксплуатируются и на природном газе. Поэтому в ожидании скорого подведения газовой магистрали к негазифицированному пока поселку или предприятию, будет разумно установить именно такой котел.
Сходство и различие
Возможность перевода бытового ЖТ-котла на газ объясняется тем, что его конструкция принципиально не отличается от устройства напольных моделей газовых котлов (настенных жидкотопливных котлов не бывает). Основное отличие заключается в том, что сжигание топлива в ЖТ-моделях осуществляется с помощью особой горелки. Если в газовых котлах могут применяться и встроенные атмосферные горелки, то в котлах, работающих на ЖТ, применяются исключительно вентиляторные (наддувные) горелки. В них воздух в камеру сгорания нагнетается принудительно (под наддувом) встроенным вентилятором, при этом поступление воздуха автоматически меняется в зависимости от требуемого режима работы.
Выпускаются ЖТ-модели со встроенной горелкой (обычно мощностью до 45 кВт), но в большинстве случаев горелка приобретается отдельно. Очевидно, что при планировании перехода в дальнейшем на отапливание газом пользователь должен покупать ЖТ-котел, работающий от навесной, а не встроенной горелки, чтобы ее можно было при подведении газопровода заменить на вентиляторную газовую.
Рис. 1 . Жидкотопливная горелка промышленной серии
Двухтопливные котлы (работающие как на газе, так и на жидком топливе) могут оборудоваться комбинированной вентиляторной горелкой, также способной эксплуатироваться на двух типах топлива, тогда замены горелочного устройства при смене вида топлива не потребуется. Комбинированные горелки предназначены для работы на газе и мазуте или на газе и дизельном топливе и могут быть легко переоборудованы с одного вида топлива на другой.
Регулировка мощности ЖТ-горелок может быть одно- или двухступенчатой. В первом случае температура теплоносителя поддерживается на заданном уровне с точностью ±1–2 °С путем автоматического включения и выключения горелки. Горелки с двухступенчатой регулировкой могут работать на полной или частичной мощности и устанавливаются обычно на котлах с мощностью от 40 кВт. Двухступенчатые горелки и горелки с модуляцией пламени увеличивают ресурс котлов, снижают расход топлива, повышают гибкость регулирования теплового режима.
В современных горелочных устройствах, использующих современные технологии (предварительное испарение распыленного топлива, изменяемая геометрия пламени), сжигание ЖТ осуществляется чрезвычайно эффективно, с малым содержанием вредных веществ в продуктах сгорания. Так, выбросы NOx для ЖТ-горелок составляют от 120 до 70 мг/кВт•ч. Однако стоимость таких устройств может быть высокой.
Системы автоматики для котлов на ЖТ обладают теми же функциональными возможностями, что и системы для газовых агрегатов (погодозависимое регулирование, управление температурой теплоносителя в нескольких контурах и т.д.).
Рис. 2 Бытовой двухтопливный котел газ/жидкое топливо.
КПД ЖТ составляет от 85 до 95 %. Использование конденсационных агрегатов затруднено (необходимо утилизировать конденсат, содержащий химически активные кислоты), но тоже возможно. Большинство производителей котлов и горелок предлагают своим клиентам модели дизельном топливе и мазуте мощностью от нескольких десятков киловатт до нескольких десятков мегаватт. На российский рынок жидкотопливные и двухтопливные котлы поставляют зарубежные и отечественные производители: ACV (Бельгия), Baxi (Бельгия, Англия), Buderus (Германия), CTC (Швеция), Dakon (Чехия), De-Dietrich (Франция), Ferroli (Италия), Fondital (Италия), Lamborghini (Италия), Viessmann (Германия), Wolf (Германия) ЗАО «Газдевайс» (котлы КВ, Е) ОАО «Дорогобужкотломаш» (водотрубные котлы туннельного типа, котлы «Смоленск», «Днепр») и др.
Рис. 3. Двухтопливные (газ/жидкое топливо) котлы большой мощности отечественного производства.
Организационные сложности
Создание системы теплоснабжения на базе ЖТ-теплогенератора обойдется дороже, чем создание системы аналогичной мощности на базе газового или твердотопливного котла, а ее монтаж и эксплуатация связаны с определенными трудностями.
Кроме использования особой горелки, ЖТ-система отличается от газовой наличием еще ряда элементов – топливные баки, топливопровод, измерительные устройства, фильтры, клапаны и другая трубопроводная арматура; с этим связаны особенности ее обустройства и эксплуатации.
Рис. 4. Вариант системы отопления с бытовым жидкотопливным котлом в коттедже
Основная сложность при обустройстве системы отопления с ЖТ-котлом – организация хранения запаса топлива и его доставки к месту сжигания – в горелку. Для хранения ЖТ пользователю необходимо приобрести топливный бак. От топливного бака (или батареи баков) ЖТ подается к горелке по топливопроводам. Арматурный узел для отбора топлива включает обратные шаровые клапаны на подающем и обратном трубопроводах. Для защиты насоса горелки от засорения на топливопровод обязательно устанавливается фильтр. Кроме того, в ЖТ всегда растворено некоторое количество воздуха, который, выделяясь из жидкой фазы при изменении давления и температуры, может нарушить нормальную работу арматуры. Поэтому на трубопроводе обязательно должны быть установлены воздухоотводчики, смонтированные как выше, так и ниже уровня топлива в резервуаре.
Возможны различные схемы подключения ЖТ-горелки к емкости с топливом. Они зависят от места расположения резервуара относительно горелки. Топливо из него подается либо непосредственно к горелке, либо через промежуточную емкость, установленную в котельной. При поступлении топлива к горелке от резервуара самотеком (резервуар располагается выше горелки) статическое давление в топливопроводе не должно превышать 0,8 бар (при расположении самой высокой точки контура в 10 м по вертикали от горизонтальной оси топливного насоса горелки). Неиспользованное топливо возвращается в резервуар насосом горелки.
Часто топливный бак или батарея баков размещают в подвале или закапывают в землю на глубину промерзания. В обоих случаях место забора может располагаться ниже оси горелки. В таком случае применить самотечную схему подачи топлива невозможно, и топливо всасывается из бака насосом горелки. Однако при большой длине топливопровода гидравлическое давление в нем может быть слишком велико из-за вязкости топлива и трения о стенки трубы, тогда мощности насоса горелки может оказаться недостаточно для подачи топлива в необходимом объеме. То же самое может наблюдаться и при расположении емкости на 4–5 м ниже оси горелки. В таком случае используются схемы подачи топлива к горелке с кольцевым контуром – замкнутой системой топливопроводов, по которым топливо перемещается дополнительным циркуляционным насосом.
При расположении топливной емкости вне дома надо учитывать, что в сильные морозы вязкость топлива повышается и его перекачка требует большого расхода электрической энергии. Кроме того, вода, присутствующая в топливе, может замерзнуть и закупорить топливопровод.
Основные нормативные документы, регламентирующие организацию отопления на жидком топливе: СНиП 2.07.01-89 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений», СНиП II-37-76 «Котельные установки», СП 31-106-2002 «Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов», СП 41-104-2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения», СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы».
Резервуары для жидкого топлива
Большинство видов ЖТ представляет собой экологически опасные и горючие материалы. Поэтому при размещении и устройстве резервуаров для хранения запаса топлива необходимо руководствоваться соображениями защиты окружающей среды и пожарной безопасности. Также резервуары для топлива должны выдерживать значительные физические нагрузки (особенно при размещении под землей), быть устойчивыми к ультрафиолетовому излучению, воздействию активных химических веществ, низких и высоких температур и др.
Сегодня в России можно приобрести резервуары для ЖТ отечественных и зарубежных производителей емкостью от 100 до 100 000 л или более. Их изготавливают из стали, армированного многослойного полиэстера, полиэтилена, других видов пластика. Как правило, такие резервуары имеют форму цилиндра и предназначены для установки вертикально или горизонтально, на земле, под землей, в помещении или цокольном этаже здания. Резервуары из стали, которые планируется устанавливать под землей, должны иметь двойные стенки. Наземные резервуары должны устанавливаться в особых емкостях (поддоны) или в помещениях, которые при утечке топлива могли бы предотвратить его попадание в почву.
В блочно-модульных или аварийных котельных резервуар для хранения топлива может быть размещен в помещении или контейнере, где располагается котельная. При этом емкость резервуара не должна превышать 800 л, а расстояние между ним и топкой – составлять не менее 1 м. Ряд российских компаний переоборудуют железные контейнеры в хранилища ЖТ емкостью от 5000 до 30 000 л и оснащают их необходимым оборудованием и арматурой: насосом, топливными фильтрами, узлом учета топлива и др.
В последнее время для хранения ЖТ все чаще начинают применять баки из полиэтилена высокой плотности объемом от 100 до 5000 л. При необходимости их можно объединять в блоки общей емкостью до 25 000 л с помощью особой арматуры (фикс-пакеты). Баки могут быть одно- или двустенными. При использовании одностенного бака необходимо размещать его в помещении с герметичным полом и стенами или на герметичных поддонах. Объем герметичной части помещения или поддона должен быть таким же, как и объем бака или самого большого бака в блоке.
Двустенный бак достаточно оснастить устройством контроля утечки топлива в пространство между стенками. В ряде стран ЕС производители оборудования рекомендуют использовать для хранения топлива только двустенные баки. В некоторых случаях (например, если резервуар размещают под землей или объем топлива превышает 1000 л), использование одностенных баков запрещено. Для повышения огнеупорности пластиковых емкостей и предотвращения диффузии топлива сквозь стенки (запах топлива в помещении) некоторые производители оснащают баки дополнительными металлическими или синтетическими покрытиями.
Резервуары для хранения ЖТ оснащаются: датчиками уровня топлива и верхней границы наполнения резервуара, клапаном подачи топлива вверх, линейкой для измерения уровня топлива, компенсаторами избыточного давления, перепускными и предохранительными клапанами. К резервуарам подсоединяют: подводящий и возвратный трубопроводы, вентиляционную трубу. Заливка топлива осуществляется через отверстие в верхней части емкости или через наливной трубопровод. Различные модели крышек приемной горловины могут оснащаться: креплениями для навесного замка, измерительной линейкой, устройством для заполнения резервуара методом газового маятника, дыхательными и приемными шаровыми клапанами.
В области устройства емкостей для хранения ЖТ в децентрализованных системах отопления российская правовая база не соответствует требованиям сегодняшнего дня. Так в СНиП II-35-76 «Котельные установки» вообще не предусмотрена возможность хранения мазута и дизельного топлива в пластиковых емкостях. Согласно этому же документу мазут разрешается хранить только в железобетонных резервуарах (в противном случае необходимо разрешение Госстроя), производство которых сегодня прекращено.
Рис. 5. Батарея баков для хранения жидкого топлива.
В настоящий момент у нас в стране нет документов, где были бы четко сформулированы технические требования к резервуарам для ЖТ. Поэтому при выборе конкретного резервуара целесообразно обращаться к компаниям, уже успевшим зарекомендовать себя на рынке и поставляющим сертифицированную продукцию. При этом нужно подробно консультироваться с сотрудниками компаний по вопросу соответствия технических возможностей резервуаров и требовать необходимых гарантий. Устройство и технические требования к стальным резервуарам подробно сформулированы в отечественных и зарубежных нормативных документах. Например, в ПБ «Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов» или немецких стандартах: DIN 6608 «Горизонтальные стальные подземные резервуары», DIN 6616 «Горизонтальные стальные надземные резервуары» и т.д.
Размещение резервуара и трубопровод
В случае отдельно стоящей котельной резервуары для хранения топлива можно размещать непосредственно в помещении котельной или в пристроенном здании. В первом случае общая емкость резервуаров может составлять 1 м3 для легкого нефтяного топлива и 5 м3 для мазута. Во втором – 50 м3 для легкого нефтяного топлива и 150 м3 для мазута. При эксплуатации встроенной или пристроенной котельной топливохранилище рекомендуется размещать вне котельной и отапливаемого здания. Непосредственно в котельной можно размещать резервуар емкостью не более 800 л. Он должен стоять на герметичном поддоне и на расстоянии не менее 1 м от топки. В индивидуальных жилых домах, в помещении, где расположен теплогенератор, нельзя размещать емкости для ЖТ объемом более 50 л. Хранить ЖТ на придомовом участке можно только в отдельном здании из негорючего материала или в заглубленных баках. Вместимость хранилища не должна превышать 5 м3, а расстояние до соседних зданий – не менее 10 м. За рубежом топливные баки часто устанавливают в подвалах индивидуальных или малосемейных домов.
При прокладке трубопровода, соединяющего резервуар с топливом и теплогенератор, используется и стальная арматура. Такие трубопроводы рекомендуется прокладывать над землей. При прокладке трубопровода под землей необходимо использовать непроходные каналы со съемными перекрытиями. Заглубление каналов должно быть минимальным и засыпать их можно только в местах примыкания к стене здания. При теплоснабжении одноквартирных жилых домов трубопровод должен быть проложен так, чтобы он не пересекал вентиляционные решетки, оконные и дверные проемы. Беспрепятственный доступ для осмотра и ремонта должен обеспечиваться по всей длине трубопровода. Уклон при прокладке должен составлять не менее 0,003 %. Трубопроводы для ЖТ оснащаются: отключающим устройством с изолирующим фланцем и быстродействующим запорным клапаном (с электроприводом) на вводе топлива в котельную, запорной арматурой на отводах к сливной магистрали и всем котлам (или горелкам), топливными фильтрами, датчиками герметичности резервуара, которые иногда комбинируют с конденсатоотводчиками.
Монтаж резервуара для ЖТ, трубопроводов и всех необходимых приборов целесообразно поручать компаниям, имеющим большой опыт в реализации данных проектов. После окончания монтажа системы специализированная организация должна провести ее испытание и выдать свидетельство о приемке. Емкости и трубопровод необходимо проверять на наличие утечек топлива не реже одного раза в 12 месяцев.
Жидкое топливо
И у нас в стране, и за рубежом для децентрализованного теплоснабжения широко используются дизельное топливо и легкие сорта мазута – так называемые флотские мазуты (Ф5 и Ф12), которые характеризуются невысокой вязкостью, низкой температурой застывания (–5 оС) и высокой теплотой сгорания (Мазуты, обладающие более высокой вязкостью по сравнению с флотскими мазутами, используются в системах центрального отопления или в мартеновских печах и для сжигания в горелках бытовых котлов не применяются.).
Стоимость дизельного топлива выше стоимости мазута, но оно обладает большей теплотой сгорания (дизельное топливо – от 42 000 до 46 000 кДж/кг, мазут – от 36 000 до 41 000 кДж/кг) и при его сжигании выделяется меньше химически агрессивных веществ. Мазут обладает большей вязкостью, и перед подачей на горелку его часто необходимо прогревать. За рубежом широкое распространение получил десульфированный сверхлегкий мазут с концентрацией серы около 0,2 % и теплотой сгорания до 42 000 кДж/кг.
Требования к дизельному топливу и мазуту сформулированы в ГОСТ 10585-99 «Топливо нефтяное. Мазут» и ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное». В соответствии с ГОСТом дизельное топливо, которое может использоваться для работы бытовых отопительных ЖТ-котлов, подразделяется на летнее (Л), зимнее (З) и арктическое (А). Кроме того, дизельное топливо содержит серу, и сведения о виде топлива и процентном содержании в нем серы указываются в маркировке топлива. Для летнего топлива в маркировке указывается также температура вспышки, а для зимнего – температура застывания. Например, маркировка «Л-0,2-40» обозначает летнее топливо с содержанием серы – 0,2 % и температурой вспышки – 40 оС, а маркировка «З-0,2 минус 35» обозначает зимнее дизельное топливо с содержанием серы 0,2 %, которое застывает при температуре –35 оС. Арктическое топливо может использоваться до температуры –50 оС. Все виды дизельного топлива, применяемые в отопительных системах, характеризуются низкой вязкостью.
Дизельное топливо – один из самых дорогих видов топлива, отопление им обходится в несколько раз дороже, чем природным газом. Отопление мазутом несколько дешевле. В ряде моделей ЖТ-котлов можно использовать и отработанное масло, которое относится к условно бесплатным видам топлива, однако для этого необходимо приобрести особую дорогостоящую горелку для сжигания отработки и иметь возможность такое топливо доставать. Также в качестве ЖТ могут использоваться такие промышленные и сельскохозяйственные отходы, как: спирты и спиртосодержащие жидкости, смолы, парафины, толуол, растворители, отходы лакокрасочного производства, рапсовое, кофейное масла и др.
ЖТ содержит серу (0,2–0,5 %), поэтому при сжигании топлива образуется сернистый ангидрит. Водяной пар, которые также при этом выделяется, конденсируется на поверхности теплообменника котла. Сернистый ангидрит и другие окислы серы, растворяясь в конденсате, образуют кислотные соединения, которые делают его агрессивным по отношению к материалу теплообменника. Поэтому в ЖТ-моделях котлов широко практикуется применение чугунных теплообменников, более устойчивых к действию конденсата, чем стальные. Однако выпускаются модели ЖТ-котлов и со стальным теплообменником, позволяющим отапливаться в более гибком температурном режиме. В наиболее надежных и одновременно наиболее дорогих ЖТ-котлах теплообменник изготавливается из особых легированных нержавеющих сталей.
Образуется аналогичный агрессивный конденсат и на стенках дымохода, поэтому при отапливании жидкотопливными, да и вообще современными котлами, характеризующимися высоким КПД, нельзя отводить дымовые газы по кирпичному дымоходу. Его стенки разрушатся под действием конденсата уже в первый год эксплуатации котельного оборудования. В данном случае для дымоотвода применяются одно-, двух- и трехслойные дымоходы из аустеничной хромоникелевой нержавеющей стали 1.4571, стойкой к действию конденсата, который с помощью конденсатоотводчика направляется на нейтрализацию и потом в канализацию.
Сегодня энергетики ряда европейских государств начинают переходить на ЖТ с содержанием серы не более 0,005 % от массы. Стоимость такого топлива выше, но при его сгорании выделяется больше тепла и меньше вредных веществ. Использование топлива с низким содержанием серы в конденсационных котлах позволяет не принимать дополнительных мер по нейтрализации конденсата.
Для теплоснабжения за рубежом все чаще начинают использовать так называемый биодизель, который по своим основным физическим и химическим свойствам почти не отличается от традиционного дизельного топлива. Его получают путем смешивания жирных кислот из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) и метилового спирта. Срок его хранения не превышает трех месяцев, что, с одной стороны, не позволяет создавать значительные запасы такого топлива, а с другой – серьезно повышает его экологическую чистоту. В случае утечки такое топливо через некоторое время разлагается на химически безвредные вещества и не причиняет ущерба окружающей среде.
При выборе топлива ЖТ-котла и горелки необходимо в первую очередь руководствоваться требованиями их производителей. В 2008 г. Международный центр качества топлива (IFQC) опубликовал рейтинг 100 стран, внедривших у себя стандарты дизельного топлива с низкими предельными нормами содержания серы. По содержанию в дизельном топливе серы Россия заняла 44-е место, уступив большинству европейских государств. Поэтому к выбору поставщика топлива для зарубежных ЖТ-котлов и горелок необходимо относиться очень ответственно. Использование некачественной солярки или мазута приведет к значительному увеличению вредных выбросов, снижению КПД котла или выходу его из строя. При проведении ТО необходимо будет чаще очищать топливный бак от осадков, заменять форсунки и фильтры.
За рубежом и в России качество топлива, используемого в теплоснабжении, оценивают по одним физико-химическим показателям. При выборе зарубежного аналога того или иного отечественного топлива в первую очередь необходимо учитывать величину условной вязкости.