Версия для печати

СУГ в качестве резервного топлива котельных

Во многих развитых странах (США, Канада и др.) использование СУГ в качестве источника резервного питания для работающих на природном газе котельных является стандартным решением. Несмотря на очевидные преимущества перед традиционными альтернативными источниками резервного питания (дизельное топливо, топочный мазут, уголь), оно, тем не менее, недостаточно широко распространено в России.

СУГ дешевле мазута и дизтоплива, при этом значительно экологичнее их. Парк хранения СУГ зимой не нужно обогревать, что уменьшает эксплуатационные расходы. Его намного сложнее украсть, что также немаловажно в российских условиях. При использовании смесительной системы переход с природного газа на смесь воздуха с паровой фазой СУГ осуществляется практически мгновенно и незаметно для потребителя.

Почему в России такое решение оказывается невостребованным? Одна из причин – недостаток практики применения смесительных систем в советское время. В теории они известны достаточно хорошо, описание принципов их работы есть во многих советских и российских учебниках по газо- и теплоснабжению. Но, поскольку подобное оборудование у нас почти не выпускалось, опыт его использования крайне ограничен.

За последние годы более 20 крупных объектов, применяющих СУГ в качестве резервного топлива, было спроектировано, построено и запущено в эксплуатацию специалистами компании «Газовик-Химмаш». Примерно в половине случаев эти технические решения включают смесительные системы. Среди них – резервный источник газоснабжение факела Олимпийского огня на Олимпиаде в Сочи– 2014 (резервуарный парк хранения СУГ V = 400 м³, смесительная система мощностью 2830 м³/ч по природному газу), реконструкция системы теплоснабжения поселка Несветай-ГРЭС и четыре микрорайона г. Красный Сулин Ростовской области (котельная мощностью 19,3 МВт, резервуарный парк хранения СУГ V = 225 м³, смесительная система мощностью 708 м³/ч по пропану) и др. Экономика затрат на строительство и эксплуатацию систем резервного питания позволяет говорить о хороших перспективах его применения в России. И тут нельзя обойти стороной действующую сегодня нормативную базу.

Резервное топливо для котельных предназначено для использования при ограничении или прекращении подачи природного сетевого газа в течение длительного периода времени (в рамках «Правил поставки газа в Российской Федерации»), что связано с сезонной неравномерностью потребления газа во время пиковых нагрузок.

Согласно п. 4.1 СНиП II-35-76 «Котельные установки», виды основного, резервного и аварийного топлива, а также необходимость резервного или аварийного топлива для котельных устанавливаются с учетом категории котельной, исходя из местных условий эксплуатации и по согласованию с топливоснабжающими организациями.

На практике резервирование топлива применяется в котельных социально значимых объектов с особыми требованиями санитарных правил и нормативов к системам центрального теплоснабжения и горячего водоснабжения (в первую очередь, это больницы, школы, детские дошкольные учреждения и т.п.).

В качестве резервного топлива наибольшее распространение получили жидкие углеводороды (дизельное топливо, мазут), сжиженные углеводородные газы (СУГ), реже – твердое топливо (каменный уголь, торф, дрова). Ниже мы предлагаем рассмотреть концепцию применения сжиженных углеводородных газов (обычно это пропан-бутановая смесь в различных пропорциях) в сравнении с наиболее часто применяемым дизельным топливом.

В котельных с относительно небольшим запасом дизтоплива бак монтируется в дополнительном вспомогательном отсеке, герметично отделенном от основного. В котельных большей мощности и/или с большим аварийным запасом (рис. 1.) хранилище топлива устраивается в специальных емкостях надземного или подземного исполнения. При этом подача топлива к горелкам осуществляется при помощи насосов. При наземном расположении емкостей возможно также наличие нагревательных элементов для подогрева дизтоплива в холодный период.

Рисунок 1. Схема котельной с резервным дизельным топливом

В котельных установках с использованием СУГ (рис. 2) емкости для хранения запаса топлива располагаются ниже уровня поверхности земли. В составе оборудования такой котельной основными элементами являются также технологическая обвязка емкостей, насосная группа, испарительная и смесительная системы, часто объединенные в один блок. Подача паровой фазы к горелкам котельной осуществляется посредством термо-изолированных трубопроводов.

Рисунок 2. Схема котельной с резервом топлива СУГ

Наиболее эффективный способ применения СУГ в качестве резервного топлива – его смешивание с воздухом для достижения показателей теплотворной способности природного газа. В англоязычной литературе такую смесь СУГ и воздуха называют SNG (синтетический природный газ). При этом в момент перехода автоматики с природного газа на SNG аппаратура котельной «не замечает» подобной смены, так как оба вида топлива практически идентичны.

Смесительная установка Metan для получения синтетического природного газа SNG на складе завода

Рассмотрим дизельное топливо и СУГ с точки зрения объема и стоимости суточного потребления при максимальной загрузке котлов в расчете на 1 МВт, условно приняв равными КПД котлов, стоимость оборудования, монтажа и эксплуатации котельных одинаковой мощности с резервом в виде дизтоплива и СУГ. В качестве СУГ будем рассматривать пропан-бутановую смесь марки ПБТ с содержанием пропана не более 60% по ГОСТ 52087.

Суточное потребление топлива рассчитывается по следующей формуле:

V _т.с.=  Р_н х 24 / , КПДк х Qв, где

V _т.с. – суточный объем потребления топлива (л; м³)

Р_н – номинальная мощность котельной (кВт)

КПДк – коэффициент полезного действия котлов

Qв – удельная теплота сгорания топлива на расчетную единицу (л; м³)

При КПДк = 0,95, удельной теплоте сгорания дизтоплива 11,9 кВт/л, удельной теплоте сгорания смеси СУГ равной 12,5 кВт/кг, соотношении «масса/объем» 1,76 (коэффициент плотности СУГ марки ПБТ = 0,568, температура = 0ºС) получаем результаты, приведенные в табл.1.

Таблица 1. Стоимость суточного потребления топлива котельной в расчете на 1 МВт мощности

Из таблицы видно, что при всех иных равных параметрах отапливать котельную сжиженными углеводородными газами почти в 1,7 раза дешевле, чем дизельным топливом. И, конечно же, положительный эффект от применения СУГ возрастает в периоде прямо пропорционально объемам использования резервного топлива.

При этом мы не рассматриваем стоимость подогрева емкостей с ДТ в зимний период, что также может являться серьезной статьей затрат. По сложившейся в регионах практике подогрев емкостей в холодное время года часто вообще не осуществляется, что делает фактически невозможным запуск резервной системы питания.

Кроме того, в сравнении с дизтопливом СУГ имеет ряд других преимуществ:

• жидкая фаза СУГ, имея те же основные физические свойства жидкости, что и дизтопливо, тем не менее не подвержена существенному повышению вязкости в условиях низких температур (что негативно сказывается на транспортировке дизтоплива от внешнего хранилища к горелкам), так как в котельную подается ее паровая фаза
• обеспечивается возможность автоматического перехода с основного топлива на резервное, отсутствует необходимость применения более дорогих комбинированных горелок в котлах для возможности сжигания как газообразного, так жидкого топлива
• уменьшается стоимость строительства модуля за счет отсутствия вспомогательного помещения (что бывает необходимо в случае размещения емкостей хранения дизтоплива внутри помещения котельной)

Не стоит также забывать и про экологию. Сжигание дизельного топлива влечет за собой несоизмеримо большие выбросы сажи, окислов серы и окислов азота, нежели сжигание SNG.

Также нужно учитывать, к сожалению, типичную для России ситуацию с воровством солярки. Дизтопливо списывается и продается, а вырученные деньги – присваиваются. Украсть и реализовать на черном рынке СУГ значительно сложнее.

Не менее важным является аспект, связанный с возможностью более рационального управления лимитами потребления сетевого природного газа. СУГ позволяет более гибко применять в течение отопительного периода так называемую «броню газопотребления», то есть минимальный объем потребления газа, необходимый для безаварийной работы технологического оборудования, при условии максимального использования резервных видов топлива.

Наиболее перспективным применение СУГ в качестве резерва видится нам в следующих случаях:

• при модернизации существующих котельных коммунально-бытовых объектов для создания резервного или аварийного запаса топлива
• при строительстве новых объектов в условиях ограниченных лимитов на природный газ, а также при гарантированной перспективе роста потребления тепла и горячей воды в будущем

Устойчивое повышение цен на жидкие углеводороды на внутреннем рынке, их зависимость от ситуации на мировых торговых площадках, а также прогнозируемый к 2020 году двукратный по отношению к сегодняшнему дню рост рынка внутреннего потребления делают концепцию применения СУГ в качестве резервного топлива наиболее перспективной.

Особенности котельных, использующие СУГ

В соответствии с ПБ 12-609-03, при мо дернизации существующих котельных и строительстве новых следует учесть следующие моменты.

1. Запорная арматура, как правило, должна применяться стальная с учетом климатических условий и рабочего давления газа (п. 2.4.4.).
2. Конструкция предохранительных запорных клапанов должна соответствовать требованиям государственных стандартов ГОСТ 9544-2005, обеспечивать прочность, стойкость к СУ Г и быть не ниже класса «А» по герметичности.
3. Конструкция запорной арматуры должна соответствовать требованиям государственных стандартов ГОСТ 9544-2005, обеспечивать прочность, стойкость к СУГ и быть не ниже класса «В» по герметичности (п. 2.4.5.).
4. Система вентиляции должна обеспечивать 10-кратный воздухообмен в рабочее время, при этом 2/3 возд ухозабора должны обеспечиваться из нижней зоны помещения и 1/3 – из верхней зоны. При недостаточности воздухообмена работа со сжиженными углеводородными газами не допускается. Электродвигатели вытяжных вентиляторов должны быть во взрывозащищенном исполнении (пп. 5.5.16-5.5.28)

Статья опубликована в журнале "Газ России", № 3, 2014 год.

12 Февраля 2023 г.