Люди, которым посчастливилось жить в 21 веке, где информационные технологии и мобильные приложения определяют технологию производства промышленной продукции и ритм жизни отдельного человека вряд ли могут представить себе угольную котельную, как что-то современное высокотехнологичное, а тем более экологичное и чистое.
Как известно, всё новое – хорошо забытое старое и законы физики и теплотехники не изменились за последние 200 лет со времён, когда в топках угольных котлов рождалась энергия индустриализации. Совмещая проверенное временем топливо и современные технологии мы производим автоматизированные угольные котельные.
Топливом для угольных котельных является каменный и (или) бурый уголь. Россия занимает второе место в мире по запасам каменного и бурого угля после ещё одной сверхдержавы – США. Бурый в природе залегает на глубине до 1 км и содержит до 50 % углерода.
Низшая рабочая теплота сгорания бурого угля варьируется от 4 000 ккал/кг до 5 500 ккал/кг (или от 16,7 МДж/кг до 23 МДж/кг). (Чтобы перевести килокалории на килограмм в Мегаджоули на килограмм нужно умножить килокалории на 4,19). Каменный уголь залегает на глубине от 2 до 6 км., его возраст более 350 млн. лет, (а бурого всего-то 50 млн.) Теплота сгорания каменного угля от 5 500 до 7 000 ккал/кг (23 МДж/кг – 29 МДж/кг). Содержание углерода 75 – 95 %. Разновидность каменного угля – антрацит самая древняя, возраст антрацита более 350 млн. лет, содержание углерода более 94 %, теплота сгорания 8 100 – 8 300 ккал/кг (33,9 МДж/кг – 34,7 МДж/кг).
Какое именно топливо используется в конкретной угольной котельной определяется наличием ближайших месторождений угля, сговорчивостью поставщиков и местной транспортной и складской инфраструктурой. Такие характеристики угля, как теплота сгорания (теплотворная способность), зольность, влажность и прочие определяются конкретным месторождением где этот уголь был добыт.
Тем не менее, привести некоторые средние показатели, по сравнению с другими видами топлив привести несложно. При сравнении технико-экономических показателей котельных на различных видах топлива основным показателем является ресурсная стоимость выработанной тепловой энергии.
Ресурсная стоимость тепловой энергии измеряется в стоимости 1 Гигакалории тепловой энергии. Ресурсная стоимость тепловой энергии означает – стоимость тепловой энергии с учётом затрат только лишь на топливо, без учёта затрат на эксплуатацию котельной, содержание персонала, утилизацию золы, уплату налогов и прочее.
При расчёте технико-экономических показателей любой котельной не следует забывать про КПД котельных. КПД котельных на любых твёрдых топливах (уголь не исключение) редко поднимается выше 90 % (если не соблюдать идеальные условия, которые при реальной эксплуатации едва ли возможно поддерживать). Для выработки 1 (одной) Гигакалории тепловой энергии потребуется следующее количество различных топлив.
№ | Наименование топлива. | Низшая удельная теплота сгорания | Единица измерения теплоты сгорания | Характерный КПД Характерный для котельной на данном виде топлива | Для получения 1 (одной) Гкал тепловой энергии нужно потратить | Единица измерения топлива (энергоносителя). |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | Природный газ | 33 | МДж/куб. м. | 94% | 135 | куб.м. |
2 | Каменный уголь | 24 | МДж/кг | 87% | 201 | кг. |
3 | Бурый уголь | 18 | МДж/кг | 87% | 268 | кг. |
4 | Пелелты древесные | 17 | МДж/кг | 88% | 280 | кг. |
5 | Агропеллеты (пеллеты из отходов сельхоз производства) | 14 | МДж/кг | 88% | 340 | кг. |
6 | Дрова естественной влажности (или щепа древесная) | 9,5 | МДж/кг | 85% | 519 | кг. |
7 | Дизельное топливо | 35,5 | МДж/литр | 94% | 126 | литр. |
8 | Электроэнергия | – | кВт*час | 98% | 1187 | кВт*час |
Зная стоимость каждого вида топлива в вашем регионе вы легко можете посчитать какое из топлив для вас окажется наиболее выгодным с точки зрения затрат именно на толпиво.
В различных регионах цены на уголь и другие виды топлива и энергоносителя разные. Для иллюстрации ниже представлены цены в рублях на выработку тепловой энергии в Челябинской области, где мы производим котельные на угле для всех регионов, на 2-й квартал 2024 года.
№ | Наименование топлива. | Единица измерения | Стоимость единицы, руб. | Стоимость 1 Гкал тепловой энергии, руб. |
| 1 | 3 | 4 | 5 |
1 | Природный газ | куб.м. | 8,5 | 1 148 |
2 | Каменный уголь | кг. | 6 | 1 204 |
3 | Бурый уголь | кг. | 6 | 1 605 |
4 | Пелелты древесные | кг. | 8 | 2 241 |
5 | Агропеллеты (пеллеты из отходов сельхоз производства) | кг. | 5 | 1 700 |
6 | Дрова естественной влажности (или щепа древесная) | кг. | 8 | 4 151 |
7 | Дизельное топливо | литр. | 50 | 6 278 |
8 | Электроэнергия | кВт*час | 5 | 5 935 |
Данные цифры технико-экономических показателей угольной котельной легко пересчитать для любого другого региона. Для этого нужно знать значения стоимости тонны угля, кубометра природного газа и других энергоносителей и умножить их на соответствующие значения из таблицы 1 (столбец 5 выделен красным цветом).
Из таблицы и диаграммы видно, что для средней полосы России самая низкая ресурсная стоимость тепловой энергии – при выработке на природном газе, второе место занимает уголь (каменный и бурый).
Для выработки в котельной 1 Гкал. тепловой энергии потребуется:
135 куб.м. природного газа (теплота сгорания 33 МДж/куб.м.) Стоимость 1 148 руб.
или
201 кг каменного угля (теплота сгорания 24 МДж/кг). Стоимость 1 204 руб.
или
268 кг бурого угля. (теплота сгорания 18 Мдж/кг). Стоимость 1 605 руб.
Все остальные виды топлива (кроме природного газа) проигрывают угольной котельной в стоимости тепловой энергии.
Приведённые выше цифры приведены для Челябинской области, в других регионах России цифры могут отличаться, но соотношение останется таким же.
Самое выгодное топливо – природный газ.
Второе место (почти такое же, как природный газ) – каменный уголь.
При правильном проектировании и подборе котлов в угольной котельной, котельная очень короткое время работает в пиковом режиме (на максимальной мощности) При правильном подборе оборудования котельная в среднем по отопительному сезону работает на 60 % от максимальной мощности.
При использовании угольной котельной для отопления и вентиляции жилых, административно-бытовых и производственных помещений средний расход угля можно приблизительно оценить по таблице для средней полосы России.
| тепловая мощность котельной. | Пиковый (максимальный) расход каменного угля в котельной | Средний по отопительному сезону расход бурого угля в котельной | Среднемесячный расход каменного угля | Среднемесячный расход бурого угля. |
| кВт. | тонн/час | тонн/час | тонн/месяц | тонн/месяц |
1 | 100 | 0,017 | 0,023 | 0,517 | 0,690 |
2 | 200 | 0,034 | 0,046 | 1,034 | 1,379 |
3 | 400 | 0,069 | 0,092 | 2,069 | 2,759 |
4 | 800 | 0,138 | 0,184 | 4,138 | 5,517 |
5 | 1 000 | 0,172 | 0,230 | 5,172 | 6,897 |
6 | 1 500 | 0,259 | 0,345 | 7,759 | 10,345 |
7 | 2 000 | 0,345 | 0,460 | 10,345 | 13,793 |
8 | 3 000 | 0,517 | 0,690 | 15,517 | 20,690 |
9 | 4 000 | 0,690 | 0,920 | 20,690 | 27,586 |
10 | 5 000 | 0,862 | 1,149 | 25,862 | 34,483 |
11 | 6 000 | 1,034 | 1,379 | 31,034 | 41,379 |
12 | 8 000 | 1,379 | 1,839 | 41,379 | 55,172 |
13 | 10 000 | 1,724 | 2,299 | 51,724 | 68,966 |
Одним из главных недостатков угольной котельной по отношению к газовой котельной и котельной на низкозольном биотопливе является наличие достаточно большого количества золы при сжигании угля.
Зольность каменных углей может составлять от 10 % до 30 % по массе.
Зольность бурых углей составляет от 5 % до 20 % по массе.
Зольность углей для котельных зависит от месторождения угля.
При работе угольной котельной зола требует утилизации. Зола от угля не является токсичным или опасным веществом и относится к 4-му классу опасности по ГОСТ Р 53691-2009. Состав золы при сжигании угля различаться в зависимости о месторождения используемого в котельной угля. Основными компонентами золы являются оксиды кремния SiO2, также в золе присутствуют окислы алюминия и железа. В золе может содержаться сера в относительно небольших количествах.
Типичное содержание элементов в угольной золе.
Элемент | Si | Al | Fe | Ca | K | Ti | V |
| кремний | алюминий | железо | кальций | калий | титан | ванадий |
Содержание, % | 31,2 | 9,36 | 3,25 | 0,55 | 0,2 | 0,66 | 0,01 |
Угольные модульные котельные могут использоваться на всей территории России для отопления жилых и промышленных объектов. Главным преимуществом угольных котельных является низкая ресурсная стоимость вырабатываемой тепловой энергии. По существу, угольные котельные могут вполне конкурировать с газовыми котельными по стоимости вырабатываемого тепла.
Наиболее оправдано использование угольной котельной в регионах и районах где слабо развита газификация и присутствуют поставщики угля.
В России наиболее широко распространение угольные котельные получили в регионах восточнее Урала: Сибирь, дальний Восток, Бурятия, Якутия, Чукотка. Помимо названных традиционно угольных регионов с мало развитой газификацией малые модульные угольные котельные широко используются и в центральной России: на Урале, Поволжье, Ростовской области, Ставрополье и Краснодарском крае. Также уголь широко используется в на северо-западе, в Ленинградской области и Мурманской области. Структуры РЖД также широко используют угольные котельные по всей территории России.
Модульные угольные котельные обладают рядом преимуществ по отношению к газовым котельным и котельным на других видах топлив.
В современных угольных котельных устанавливаются котлы с автоматическими горелочными устройствами. Процесс сжигания угля контролируется электронным блоком управления. Соотношение количество топлива и воздуха подаваемого на горелочное устройство точно регулируется автоматикой. Все вышеперечисленные мероприятия позволяют снизить выбросы вредных веществ, таких как недожжёные углеводороды CH, монооксид углерода CO, оксиды азота и диоксины до допустимых показателей.
При тепловой мощности котлов более 500 кВт на тракте дымовых газов в угольных котельных устанавливаются золоуловители, согласно СП 89.13330.2016.
В некоторых случаях, в зависимости от региона Роспотребнадзор требует подтверждение расчёта допустимости концентрации вредных веществ в приземистом слое. В этом случает в комплект проектной документации мы включаем расчёт высоты рассеивания дымовой трубы угольной котельной применительно к конкретной марке угля, места установки котельной и величины фоновых концентраций, который также можно запросить у местных органов администрации, как правило Роспотребнадзора.
В котельных на угле мы используем два различных типа котлов. Котлы с ретортной горелкой на мелкофракционном угле со шнековой подачей и угольные котлы со слоевой топкой. Слоевая топка может быть как механизированной так и ручной.
Угольные котлы с ретортной горелкой.
Преимущество котлов с ретортной горелкой для угольных котельных в простоте автоматизации. Ретортная горелка представляет собой чашу со шнековой подачей, в которую подаётся топливо и воздух, зола падает с горелки сама сверху вниз или удаляется механизированным шурователем.
Главным недостатком угольных ретортных горелок является отграниченный фракционный состав топлива которые потребляют данные горелки. Ретортные горелки могут использовать каменный или бурый уголь фракцией до 50 мм., так называемый «О» орех. Проблема сжигания крупного решается установкой в котельную угольной дробилки, которая позволяет дробить крупный уголь до необходимой фракции.
Для Стабильной работы угольной котельной необходимо иметь оперативный запас угля. В модульных угольных котельных с ретортными горелками и шнековой подачей этот вопрос решается установкой бункеров хранения топлива и грузоподъёмных механизмов, позволяющие загружать угольные бункера.
Модульная котельная на угле с внутренним расходным бункером.
Модульная котельная на угле с грузоподъёмным механизмом.
Для использования угля не мелкой фракции, а фактически любой используются котлы водотрубной конструкции с механизированной или ручной топкой. Механизированная топка позволяет упростить задачу загрузки угля в котёл и избавиться от тяжёлого ручного труда.
Ручная топка предполагает постоянное наличие в котельной кочегара который загружает уголь в топку котла вручную.
<Кроме котлов с мезанизированными топками в бюджетных угольных котельных используются котлы с ручной топкой и ручной загрузкой топлива. Угольные котлы с ручной топкой.
Схема обвязки угольных котлов в котельной предполагает дублирование всего основного оборудования котельной. Дублирование оборудования осуществляется в целях обеспечения надёжности теплоснабжения потребителей. Обязательному дублированию в угольной котельной подлежат:
Сетевые насосы (насосы, осуществляющие циркуляцию теплоносителя в тепловой сети). Котловые насосы (насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя в котлах)
Подпиточные насосы (насосы подкачивающие теплоноситель с систему, а также, обеспечивающие статическое давление в тепловой сети). Всё силовое электрооборудование. Количество котлов в котельной также подбирается таким образом, чтобы при отказе одного котла теплоснабжение потребителей продолжалось в штатном режиме.
В модульных котельных на угле также устанавливается тепло-гидравлический распределитель (гидрострелка) для уравнивания гидравлического режима котлов и тепловой сети и поддержания температуры на входе в котлы не менее 55 град С, во избежание низкотемпературной коррозии в топочной камере угольных котлов.
