Системы отопления и котлы для обогрева промышленных зданий

Обогрев производственных зданий имеет свои особенности и требует особого подхода к вопросу, причем индивидуального в каждом конкретном случае. Источниками тепла при различных способах обогрева чаще всего служат промышленные котлы, работающие на разных энергоносителях. Цель данной статьи – рассмотреть существующие системы отопления производственных помещений, требования к ним и виды котельных установок для производства тепловой энергии.

Промышленные системы отопления

Чтобы организовать обогрев промышленных помещений, надо учитывать кардинальные отличия производственных зданий от жилых и административных. Они заключаются в следующем:

• большие габариты и высота потолков;
• низкая степень утепления;
• наличие множества сквозняков или постоянно открывающихся проемов ворот;
• наличие технологического оборудования, выделяющего тепло;
• выбросы в пространство цехов вредных веществ, которые надо удалять;
• стоимость энергоносителей для промышленности, как правило, выше, чем для населения.

Кроме перечисленных особенностей, промышленные системы отопления при обогреве зданий должны обеспечивать оптимальные температуры на рабочих местах либо поддерживать микроклимат, требуемый для хранения той или иной продукции.

Примечание. Значения температур на рабочих местах прописаны в нормативной документации, в разных странах постсоветского пространства эти данные могут отличаться. Что касается условий хранения продукции или оборудования, то все их перечислить невозможно, здесь требуется индивидуальный подход.

В настоящее время для создания тех или иных условий в помещениях используются такие системы отопления промышленных зданий:

Традиционные одно – и двухтрубные системы, где в качестве теплоносителя применяется вода, успешно функционируют в зданиях небольшой и средней площади с высотой потолков до 5 м. Хотя следует отметить, что однотрубные схемы внедряются нечасто, поскольку большая протяженность сетей и большое количество батарей делают водяное промышленное отопление неэффективным. Обычно роль отопительных приборов играют стальные регистры из гладких труб либо конвекторы.

В зданиях, чьи потолки находятся на высоте 5 м и более, водяной обогрев регистрами становится нецелесообразным. Теплый воздух, нагреваемый батареями, поднимается в верхнюю зону цеха, оставляя нижнюю часть, где работают люди, холодной. На металлургических и химических предприятиях водяное отопление промышленных помещений также не будет эффективным, даже невзирая на малую высоту корпусов.

Причина – большое количество вредностей, выделяющихся во время технологических процессов. Их удаляют с помощью приточно-вытяжной вентиляции, из-за чего воздух в цеху обновляется 4—10 раз в час, быстро прогреть его радиаторами невозможно. На практике 2 системы объединяются в одну и организовывается воздушное отопление зданий. Причем весь объем помещения не прогревается, воздух нормированной температуры подается сверху вниз в зону, где находятся и работают люди.

Примечание. Чтобы избежать выхолаживания цеха через открывающиеся ворота, около них устанавливаются воздушные завесы.

Крупные промышленные предприятия, например, трубные или металлургические цеха протяженностью 500 м и более, судостроительные верфи и ангары с высотой 60 м, не могут обогреваться полностью по причине экономической нецелесообразности. В таких гигантских корпусах принято осуществлять местное отопление с помощью переносных или стационарных тепловентиляторов. Кроме того, с недавних пор в производственных цехах стали внедрять инфракрасный электрический обогрев. Настенные или подвесные приборы нагревают не воздух, а расположенные в радиусе их действия предметы и поверхности.

Виды промышленных котлов

Чтобы нагреть промышленные радиаторы отопления или подать горячую воду в теплообменники для подогрева воздуха, на предприятиях устанавливаются теплогенераторы средней и большой мощности. Чаще всего на предприятиях используются такие виды агрегатов:

• газовые водогрейные;
• газовые паровые;
• твердотопливные водогрейные;
• дизельные.

Примечание. Дизельные теплогенераторы встречаются на заводах крайне редко ввиду значительной стоимости топлива.

Самые распространенные среди всех – это газовые промышленные котлы, греющие воду. Они полностью автоматизированы, имеют несколько ступеней безопасности и обладают самым высоким КПД – более 90%. Для повышения эффективности эти агрегаты снабжаются водяными экономайзерами, отбирающими теплоту дымовых газов и повышающими КПД установки еще на 3—5%. Количество персонала для обслуживания газовых котлов требуется минимальное, как и периодичность обслуживания.

Газовые паровые котлы не устанавливают специально для отопления, их задача – производить пар заданных параметров на технологические нужды. Но если уж такой агрегат есть в наличии, то он параллельно обеспечивает цех теплом. Для этого пар пропускают через пластинчатый или кожухотрубный теплообменник, где от него нагревается вода, подаваемая в систему отопления. Котел для производства пара сложнее водогрейного, к нему предъявляются самые высокие требования.

В последние годы все большую популярность приобретают твердотопливные промышленные котлы. Невзирая на относительно низкий КПД (зависит от типа агрегата), эти установки пользуются спросом на предприятиях деревообработки, сельского хозяйства и других, связанных с наличием недорогой древесины или угля. Теплогенераторы не столь удобны в эксплуатации, как газовые, и нуждаются в постоянном надзоре со стороны обслуживающего персонала. В настоящий момент для обогрева производственных помещений используются такие промышленные котлы на твердом топливе:

• сжигающие древесину и уголь с ручной загрузкой;
• угольные с автоматической подачей топлива;
• пеллетные.

Для зданий небольшой и средней площади можно применять агрегаты с ручной загрузкой. Там, где нет возможности или желания содержать лишний персонал, принято ставить промышленные водогрейные котлы с автоматической подачей угля, пеллет или щепы. Хотя перечисленные теплогенераторы все равно необходимо чистить от золы не реже 1 раза в неделю.

Для справки. Зачастую котлы большой мощности, работающие на твердом топливе, загружаются с помощью трактора или вилочного погрузчика.

Заключение

По стоимости монтажа дешевле всего обойдется инфракрасный обогрев, так как для него не нужен котел. Но эксплуатация подобного отопления имеет свои нюансы, да и цена электроэнергии немаленькая. Вторая по стоимости – водяная система, для которой нужен котел и мощные циркуляционные насосы для отопления. Самый дорогой монтаж – у воздушной схемы, в ней помимо перечисленного оборудования еще используется приточно-вытяжная вентиляционная установка.

Разнообразие промышленных котлов отопления, бюджетных и не очень

Производственные и коммерческие здания различного назначения имеют внутренние помещения разного объема, высоты, утепления и остекления. Расположение сооружений может быть от северных широт до южных и топливо доступное в месте нахождения может быть другим. Обогрев промышленных помещений чаще всего – индивидуальный проект, основой системы отопления служат промышленные водогрейные и паровые котлы.

Читайте в статье

Что собой представляют промышленные отопительные котлы

Производственные здания, будь то прокатный цех, теплица для цветов или птицефабрика, отличаются специфическими характеристиками, которые необходимо учесть при разработке отопительной системы:

• высота потолка и объем помещения;
• степень утепления и наличие вытяжной вентиляции;
• технологическое оборудование (металлургические печи или холодильные установки);
• заезд и выезд транспорта (тепловые завесы);
• соблюдение норм СанПиН 2019-2020 и ТК РФ по обеспечению температуры на рабочем месте;
• стоимость доступного топлива для надежной работы котла.

Котельные установки для отопления промышленных помещений требуют повышенной мощности. Если их мощность превышает 100 кВт, они относятся к промышленному оборудованию.

При проектировании строительства новых, реконструкции или ремонте старых промышленных объектов, следует руководствоваться требованиями, изложенными в следующих документах:

• СП 89.13330.2016 Котельные установки;
• СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

Классификация котельных установок

По принципу теплообмена между горящим топливом и теплоносителем оборудование подразделяется на жаротрубные и водотрубные котлоагрегаты. В жаротрубных котлах труба с раскаленными продуктами горения (перегретым паром) погружена в емкость с теплоносителем, как в самоваре. При водотрубном теплообмене теплоноситель циркулирует в трубах рубашки окружающей горелку.

Более заметны конструктивные различия теплотехнического оборудования для промышленности по используемому энергоносителю (топливу), это может быть:

• природный газ;
• жидкое топливо (мазут, солярка и отработка);
• твердые отходы деревообработки (дрова, опилки, пеллеты, щепа), уголь, торф;
• электроэнергия (в маломощных агрегатах);
• биотопливо и другие альтернативные виды (в маломощных котлах).

К котлам малой мощности по ГОСТ 20548-87 водогрейное отопительное оборудование тепловой производительностью до 100 кВт. Допустимый температурный уровень в 115 градусов теплоносителя относит аппарат к низкотемпературным, выше этого – высокотемпературные, а некоторые модели перегревают воду и более 150 градусов.

Конструктивно промышленные котлы включают в себя топочные камеры, горелки, теплообменники, вентиляторы наддува и вытяжки, установки водоподготовки и подачи топлива, циркуляционные насосы, КИП, защитную и сигнальную автоматику.

Водогрейные

Водотрубные котлы – это набор труб вокруг горелок и раскаленных продуктов горения, по которым под большим давлением циркулирует вода. Давление не превосходит критических значений, но поддерживается высоким для получения насыщенного теплоносителя, а кипение воды не происходит. Для увеличения скорости нагрева и интенсификации теплообмена котлы оборудованы управляемым наддувом и имеют многоходовую конструкцию. Для изготовления узлов и деталей, находящихся под давлением, используют антикоррозийные материалы, чтобы увеличить срок службы и обеспечить надежную герметизацию.

Водогрейные установки предназначены для отопления больших производственных сооружений и в коммунальном хозяйстве. Мощность такого оборудования достигает 10 МВт, а газовые котельные имеют самые высокий КПД и наиболее высокие экономические показатели за счет автоматического управления процессом горения. Для промышленного оборудования высокая надежность газового снабжения часто является определяющим фактором при выборе вариантов обеспечения теплом.

Паровые

Котельное оборудование, нагревающее воду до состояния пара, тоже может быть и жаротрубным, и водотрубным. Полученный пар может быть низкотемпературным, насыщенным большим количеством молекул воды и перегретым, обладающим высокой энергией.

Насыщенный пар используется в деревообработке для поддержания оптимальной влажности, в медицине для обеззараживания инструмента и одежды, в сельском хозяйстве для производства комбикормов и удобрений. Высокая энергия перегретого пара вращает турбины электростанций для выработки электроэнергии.

Критичным для работы паровых котлов является качество воды. Присутствие примесей в неподготовленной воде может легко привести к образованию накипи в трубах и их прогоранию. Установка подготовки воды для таких систем непременный атрибут с фильтрами и химическими присадками для снижения уровня солей.

Управление паровыми системами насыщено применением современной автоматики и контролем за всеми процессами, начиная от водоподготовки и до горения топлива, поступления воздуха и циркуляции воды. Применение паровых котлов для бытового отопления нецелесообразно и применяется исключительно в производстве.

Виды используемого топлива

Выбор вида топлива определяется его доступностью в данной местности, стоимостью, сложностью эксплуатации и обслуживанием промышленного оборудования, преобразующего его в тепло. В конечном счете решает бюджет, цена котельной установки и срок окупаемости, а производители оборудования готовы предоставить любое решение проблемы.

Твердое топливо

До сегодняшнего дня одним из основных энергоресурсов для получения электроэнергии и тепла в промышленности и коммунальном хозяйстве является твердое топливо:

• уголь всех видов;
• дерево и его производные;
• торф.

Стоимость 1 кВт тепловой энергии, производимой на твердотопливном оборудовании, в среднем в 2 раза выше, чем у газа. Однако высокий уровень автоматизации современных промышленных котлов доводит КПД до 92%, а в районах, где твердое топливо доступно и почти бесплатно (например, на крупных предприятиях деревопереработки), после того, как окупятся расходы на оборудование, затраты на тепло будут минимальны.

Так выглядит твердотопливный промышленный котел на 1000 кВт.

Применение твердого топлива в промышленных котлах для получения тепла может сделать процесс полностью независимым от электросетей, но зольность и дым нарушают экологию и не позволяют окончательно автоматизировать процесс. Отходы приходится утилизировать. На мощность оборудования сильно влияет влажность сырья, что ведет к необходимости создания надежных складов временного и сезонного хранения, а также организации его доставку к котлу.

Совершенное современное оборудование, работающее на твердом топливе, делают его еще очень востребованным на долгое время, но на практике такие котлоагрегаты довольно редкие и крайне дорогостоящие. Если используется промышленный твердотопливыный котлоагрегат, это, как правило, относительно простая модель локального производителя.

Жидкое топливо и газ

Стоимость 1 кВт тепловой энергии при использовании в качестве топлива природного газ из трубопровода является одной из наименьших. Газовый агрегат по минимуму загрязняет атмосферу продуктами сгорания, поэтому перевод ТЭЦ на газ вместо угля во многих странах – актуальная задача. Котлы, использующие газ в качестве основного топлива наиболее совершенны в автоматизации процесса горения и достигают КПД 95%. Скорость нагрева теплоносителя газом высокая, что позволяет быстро отапливать большие по объему производственные помещения. Слабым местом является угроза взрыва, поэтому вопросы безопасности в производстве и обслуживании такого оборудования – одна из главных задач.

Требования, используемые материалы и техники обмуровки котла, повышающей безопасность при эксплуатации

Использование дизельного топлива для производства тепла очень дорого и возможно, чаще всего, как резервное в системах, где отключать отопление нельзя (на Севере, в детских садах и больницах). Другие нефтепродукты тоже редко используются для производства тепла ввиду их опасности для экосистемы и высокой цены. Исключением является отработанное моторное масло – наиболее дешевый тип жидкого топлива. При использовании специальных горелок в универсальных котлах оно утилизируется и дает тепло, но сгорает с минимумом выбросов лишь при крайне грамотной настройке оборудования.

Производители промышленного котельного оборудования создают универсальные котлы, где в придачу к основному топливу с помощью специальных опций можно сжигать несколько видов жидкого или биотоплива.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

В сети публикуется много версий лучших промышленных котлов, благо выбор на рынке очень широк. Однако во многих рейтингах на различных местах присутствуют нижеследующие установки для производства тепла и пара.

Buderus Logano SK655 / SK755

Две линии универсальных котлов: SK655 диапазоном мощностей от 120 до 360 кВт и SK755 – от 420 до 1 850 кВт. Низкотемпературные водогрейные (до 110 °C) агрегаты работающее на солярке, сжиженом и природном газе. Минимальные потери тепла и практически полное сгорание топлива доводят КПД до 93% и минимизируют выбросы в атмосферу. Используются в коммунальном хозяйстве и ТЭЦ. Производитель – Бельгия.

Стоимость: 180 000-1 300 000 руб.

Bosch Unimat UT-M

Универсальные жаротрубные водогрейные котлы трехходовой конструкции, работающие на газе и дизельном топливе. Серия представлена мощностями от 750 до 1 920 кВт, выдает теплоноситель высокой температуры (до 190 °С) при дооснащении экономайзером и конденсационным теплообменником может доводить КПД до 105%. Применяют в городских и районных котельных, могут работать в каскаде и для технологических целей в промышленных предприятиях. Разработаны в Германии, производство в РФ.

Viessmann Vitoplex 100

Немецкие водогрейные котлы мощностью от 110 до 2 000 кВт, двухходовой конструкции достигает КПД 95%. Инновационные горелки позволяют сжигать жидкое топливо (отработанное масло) и газ практически без выбросов в атмосферу. Температура теплоносителя до 110 о С. Небольшие размеры, простое управление и удобная для техобслуживания конструкция. Применяется для средних котельных. Цена зависит от комплектации.

Стоимость: 410 000-2 900 000 руб.

ACV R 200

Твердотопливный котел на дровах, выдает мощность 200 кВт, энергонезависимый, с трехходовой открытой камерой сгорания. Также эффективно сжигает торф, топливные брикеты и пеллеты с КПД 80%, при дооснащении может работать на жидком топливе (отработке) и газе. Температура теплоносителя 90 о С. Удобен для отопления небольшого производства (отапливает до 1 600 м 2 ) вдали от газовых магистралей, очень устойчив к прогоранию (толстостенный). Производитель Бельгия.

Стоимость: 410 000-1 100 000 руб.

Рынок котлов промышленного назначения заполнен не только импортными разработками, существую отечественные производители, которые выпускают оборудование менее эффективное по некоторым параметрам, но более адаптированы к нашим реалиям по топливу.

Цены: итоговая таблица

Модель	Топливо	Мощность	КПД, %	Стоимость, руб.
Buderus Logano SK655 / SK755, Бельгия-Россия	Солярка, природный и сжиженный газ	SK655: от 120 до 360 кВт.

SK755: от 420 до 1 850 кВт 93 180 000-350 000

360 000-1 300 000 Bosch Unimat UT-M, Германия-Россия Газ, дизельное топливо от 650 до 19 200 кВт 105 По запросу Viessmann Vitoplex 100, Германия Жидкое топливо, газ от 110 до 2 000 кВт 95 410 000-2 900 000 ACV R 200, Бельгия Твердое топливо (дрова, торф, газ) на дровах 200 кВт 80 410 000-1 100 000

Диапазон цен на относительно маломощные виды котлов от 100 кВт: от ИШМА – 100У2 отечественного производства за 71 000 рублей до импортного Buderus Logano G334 WS 115, мощностью 115 кВт и по цене 433 000 рублей. С любым оснащением и комфортом на любой вкус и кошелек.