Одним из требований, предъявляемым к системам теплоснабжения (СТ) теплиц, парников и других объектов защищённого грунта, а также животноводческих ферм является обеспечение минимальных теплопотерь [1-3]. При этом рекомендуется использовать водяное отопление и системы горячего водоснабжения с использованием водогрейных и паровых котлов (ВПК).
В настоящее время при проектировании СТ, а также при их эксплуатации с целью экономии затрат и издержек наблюдается отсутствие водоподготовки (ионообменные фильтры, системы обратного осмоса и др.) для ВПК. При этом в СТ используется обычная водопроводная вода или вода из артезианских скважин. Однако, наличие в воде солей жесткости приводит к тому, что на внутренних поверхностях котлов образуются отложения, которые снижают теплопередачу и, в конечном итоге, приводят к перерасходу энергоносителей (газ, жидкое топливо и т.п.). При этом для снижения теплопотерь и повышения надежности работы котлов производятся периодические профилактические кислотные и/или механические чистки ВПК.
Для того чтобы оценить экономическую целесообразность периодических профилактических чисток от накипи рассмотрим пример.
Исходные данные:
- площадь отапливаемых помещений – 350 м²;
- мощность водогрейного низкотемпературного газового водогрейного котла серии VITOGAS 100‐
– 35 кВт [4];
- площадь (S) теплообменных поверхностей котла – 2,46 м²;
- диаметр труб пoдающей и обратной магистрали – 1 ½ ” (DN = 40);
- количество воды в системе отопления (вода для заполнения) – 0,7 м³;
- количество подпиточной воды – 0,05 м³/год;
- жесткость (ЖСа) кальциевая – 2,9 мг-экв/дм³;
- жесткость (ЖMg) магниевая – 1,4 мг-экв/дм³.
Отметим, что данные по жесткости воды приняты на основании реального химического анализа воды.
Если принять, что в виде накипи в котле откладываются 90 % солей кальция и магния, а взвешенные частицы выпадают в осадок, то количество (К) накипи в г из 1 м³ питательной воды можно определить по известной формуле [5]:
К = 0,9 (50 * ЖСа + 29 * ЖMg) = 0,9 (50 * 2,9 + 29 * 1,4) = 167 г.
Для заданных объемов воды 0,7 и 0,05 м³ количество накипи составит соответственно 116,9 и 8,35 г.
Принимая плотность кальция равную 1,54 г/см3, а магния 1,739 г/см3 определим плотность (П) накипи для заданного химического состава воды: П = 1,54 * 2,9/(2,9+1,4) + 1,739 * 1,4/(2,9+1,4) = 1,605 г/см3.
Толщина (Т) накипи для заданной площади теплообменной поверхности котла:
для объема воды 0,7 м³: Т = К / П / S / 100 = 116,9/1,605/2,46/100 = 0,296 см или 2,96 мм;
для объема воды 0,05 м³: Т = 8,35/1,605/2,46/100 = 0,0212 см или 0,212 мм.
На рис.1 показана зависимость потерь тепловой энергии или перерасхода топлива от толщины слоя накипи (по данным фирмы "Lifescience Products LTD", Великобритания) [6]. Путем интерполяции и экстраполяции легко определяется величина потерь тепловой энергии для величины 2,96 мм – 25 %; для величины 0,212 мм – 2,97 %.
Рис.1 - Зависимость потерь тепловой энергии или перерасхода топлива (%) от толщины слоя накипи
Таким образом для рассматриваемого случая практически сразу после запуска нового котла потери тепловой энергии (а значит ее перерасход и соответственно стоимость оплаты за энергоноситель) составят 25 %. К концу первого года эксплуатации эта величина достигнет 28 % и, далее, в каждом году перерасход топлива будет увеличиваться на 3 %. В конце, например, пятого года эксплуатации эта величина достигнет 40 %. То есть собственник данного теплогенератора будет платить больше на 25 % уже практически с момента пуска нового котла и далее со все увеличенным ежегодным процентом.
Одним из признанных технических решений, позволяющим исключить образование накипи в течении всего периода эксплуатации котлов и отказаться от периодических профилактических чисток котлов (ППЧК), является применение магнитных технологий: обработка воды электромагнитным полем. В [7] представлен анализ некоторых широко распространенных устройств электромагнитной обработки воды (УЭМОВ).
Представляет интерес оценить экономические показатели вариантов (проектов) с использованием некоторых УЭМОВ в системе теплоснабжения с упомянутым ранее котлом VITOGAS 100‐F:
- электронного преобразователя солей жёсткости «Термит Т-60» (Россия) (стоимость 27750 руб, потребляемая мощность 2 Вт) [8];
- магнитного преобразователя воды «МПВ MWS Dу=40» (Россия) (стоимость 24990 руб) [9];
- ферритового противонакипного устройства «Phasis Power 30» (Россия-Германия) для трубы с наружным диаметром до 57 мм (стоимость 33800 руб, потребляемая мощность 1,2 Вт) [10].
При этом предполагается установка одного УЭМОВ на обратной магистрали между циркуляционным насосом и котлом.
Исходные данные для расчета представлены в табл.1. В табл. 2 показаны результаты расчётов для всех рассматриваемых вариантов, а на рис.2 показаны графики самоокупаемости этих проектов.
Табл.1 – Исходные данные и результаты расчета
Наименование показателя Значение
Количество УЭМОВ, шт 1
Горизонт планирования, лет 8
Количество суток в работе за год в плановом периоде*, сут. 214
Расход газа в котле, м3/час 3,39
Стоимость газа с НДС*, руб/м3 5,54
Экономия газа в 1-ый год, % 25
Экономия газа начиная со 2-ого года, % 3
Коэффициент загрузки котла, о.е. 0,7
Стоимость прибора Термит с НДС, тыс.руб 27,75
Стоимость прибора Phasis с НДС, тыс.руб 33,8
Стоимость устройства МПВ MWS с НДС, тыс.руб 24,99
Мощность, потребляемая прибором Термит, Вт 2
Мощность, потребляемая прибором Phasis, Вт 1,2
Мощность, потребляемая устройством МПВ MWS, Вт 0
Тариф на электроэнергию с НДС*, руб/кВтч 5,38
Коэффициент инфляции тарифов на электроэнергию и газ, % 4
Ставка дисконтирования, % 9
* Данные для Московской области
Табл. 2 – Экономические показатели
Наименование показателя Термит МПВ MWS Phasis Power
NPV (чистый дисконтированный доход), тыс.руб 89 89,6 87,8
IRR (внутренняя норма доходности), % 200 262 134
DPP (дисконтированный срок окупаемости), год 1,59 1,47 1,84
Рис. 2 – График самоокупаемости проектов (Термит – синий, МПВ MWS – красный, Phasis Power – зелёный)
Выводы:
1 При пуске новых водогрейных и/или паровых котлов при отсутствии соответствующей водоподготовки жесткой воды целесообразно в течение некоторого периода времени, например, одной недели, использовать приборы ультразвуковой очистки (например, российские импульсные установки И1(2) или белорусские ультразвуковые импульсаторы ЭИ серии 102 и др.) [7]. Это позволит исключить образование накипи в котлах систем отопления на момент их заполнения водой и пуска котла в эксплуатацию.
2 Рекомендуется периодическая профилактическая чистка котлов. Экономическая целесообразность ежегодной ППЧК может быть определена исходя из химического состава воды и типа котлов.
3 С целью исключения образования накипи в течении всего периода эксплуатации котлов и отказа от ППЧК с применением, например, ультразвуковых импульсных установок или химической очистки, рекомендуется использование безреагентных малоэнергетических методов водоподготовки с использованием УЭМОВ [7].
4 Для рассматриваемых проектов: установка УЭМОВ в системе теплоснабжения с водогрейным котлом на газе, расчёт показал на:
- положительное значение NPV = 87,8 ÷ 89,6 тыс.руб (NPV > 0 указывает на тот факт, что проект принесёт прибыль);
- высокие значение внутренней нормы доходности (диапазон значений IRR: от 134 до 262 %) свидетельствует о том, что IRR выше любых средних ставок по инвестиционным проектам и вкладам);
- быструю окупаемость проекта [дисконтированный срок окупаемости DPP УЭМОВ составляет менее 2 лет (от 1,47 до 1,84 года)].
Список использованных источников
1 СП 107.13330.2012 Свод правил. Теплица и парники. Актуализированная редакция СНиП 2.10.04-85. – М.: Минрегион России, 2012. – 34 с.
2 СП 106.13330.2012 Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения. Актуализированная редакция СНиП 2.10.03-84 (с Изменением N 1). - М.: Минрегион России, 2012. – 35 с.
3 СП 30.13330.2012 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. - М.: Минрегион России, 2018. – 64 с.
4 VITOGAS 100‐F. Низкотемпературный газовый водогрейный котел 29 ‐ 60 кВт. Технический паспорт. 12 с.
5 Миненко В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. Киев: Технiка, 1970. - 167 с.
6 Банников В.В. Электромагнитная обработка воды Прибор «Термит» // Сайт компании «Экосервис Технохим-М» [Электронный ресурс]. URL: http://termit.etch.ru/publ.php?p=1
7 Сысоев В.В. «О безреагентной обработке воды для защиты от накипи и коррозии» // Сайт «Портал Энерго. Эффективное энергосбережение» [Электронный ресурс]. URL: http://www.energoinform.org/professionals/bezreagentnaya-obrabotka-vody....
8 Электронный преобразователь солей жесткости «Термит». Принцип работы. // Сайт компании «Экосервис Технохим-М» [Электронный ресурс]. URL: http://termit.etch.ru/termit.php?p=2
9 Каталог устройств MПВ MWS. Промышленная серия // Сайт «Magnetic Water Systems» [Электронный ресурс]. URL: https://mwsys.ru/katalog/promyshlennaya-seriya/
10 Сборник результатов сравнительных испытаний, исследований независимых организаций, практик применения ФНПУ в России и за рубежом // Компания ООО «Гидрофлоу». 2019. – 48 с.
