Многокотловые установки: выбор единичной мощности котлов и управление каскадом

В данной статье мы бы хотели обсудить такой важный этап проекта как выбор количества и единичной мощности котлов, устанавливаемых в каскадную (многокотловую) установку.

Этот простой на первый взгляд вопрос может доставить немало головной боли для проектировщика. Действительно, помимо резерва на случай выхода оборудования из строя, если это требуется, необходимо обеспечить и стабильность работы отдельных котлов. К счастью, данная проблема не осталось незамеченной и за последние годы произошли некоторые подвижки в нормативной документации РФ подсказывающие решения данного вопроса, например, п 4.14 актуальной редакции СП 89.13330 говорит:

“...Число и производительность котлов, установленных в котельной, следует выбирать, обеспечивая:

- расчетную производительность (тепловую мощность котельной согласно 4.11);

- стабильную работу котлов при минимально допустимой нагрузке в теплый период года….”

Аналогичные пункты содержаться и в СП373.  И кажется все просто - устанавливаем на котел горелку с максимально широким диапазоном модуляции, а сейчас предлагаются горелки с диапазоном 1:10, т.е. минимальная мощность составляет всего 10% от максимума, и радуемся. К сожалению, реальный достижимый диапазон модуляции горелки зависит от ряда факторов:

• рабочего поля самой горелки;

• аэродинамического сопротивления конкретного котла;

• тяги дымохода;

• требуемых показателей выбросов вредных веществ при проведении ПНР 

Как следствие, диапазон модуляции котлоагрегата может значительно отличаться от диапазона модуляции горелки и возникают ситуации когда в режимах малых нагрузок, как правило при приготовлении ГВС, котлы работают в “тактовом” режиме, испытывая лишние механические и тепловые нагрузки, работая в конденсационном режиме, не говоря уже о циклах включения/выключения всевозможных двигателей, приводов, соленоидов и т.д. - силовые потребители никогда не любили короткоциклических нагрузок.

Как решить эту проблему?

1. Применять правильные котлы. 

Продолжительность работы горелки на котле определяет не только соответствие текущей мощности потребностям системы теплоснабжения, но и теплоаккумулирующая “способность” самого теплогенератора, т.е. многое зависит от такого показателя как водонаполнение котла. Чем больше водонаполнение - тем больше аккумулирующая способность котла. То есть котёл дольше, плавно нагревается до заданной температуры, но и дольше остывает после отключения горелки, что благоприятно сказывается на ресурсе котлоагрегата, и стабильности работы при минимальных нагрузках. 

2. Следовать рекомендациям нормативной документации.

В любом случае Вы можете столкнуться с необходимостью применения котла небольшой мощности. Выбирая мощность “малого” котла и его горелки, желательно придерживаться условий:

• минимальная мощность “малого” должна обеспечить стабильную работу котла в режиме минимальных нагрузок;

• максимальная мощность "малого" котла должна быть выше минимальной мощности “больших” котлов.

При соблюдении этих условий обеспечивается как стабильная работа котельной в целом, так и теплоснабжение потребителей. Но тут часто возникает вопрос к возможности настройки летнего/зимнего режима работы котельной. Установка небольшого по мощности котла в качестве ведущего решит проблему загрузки, но при этом придется столкнутся с проблемами в режиме высоких нагрузок (зимой) - малый котел будет работать безостановочно, что приведет к ранней выработке своего ресурса. Любой современный контроллер, управляющий многокотловыми установками, можно настроить на различные алгоритмы сбережения ресурса оборудования - переключения по календарю, переключение по наработке горелок и т.д. Многие подобные алгоритмы являются стандартными и применяются в контроллерах различных производителей, но встречаются и уникальные, способные решать проблему выравнивания выработки ресурса оборудования во многокотловых установках с котлами различных мощностей и при этом обеспечить автоматическую перенастройку летнего и зимнего режима работы котельной. 

3. Использовать возможности современной автоматики.

Каскадные контроллеры Viessmann Vitotronic 300/300-K, применяемые в многокотловых установках с котлами Vitoplex/Vitomax/Vitocrossal, позволяют автоматизировать процедуру перенастройки летнего/зимнего режима работы котельной. Само собой, каскадный контроллер Vitotronic 300/300-K может производить ротацию котлов в зависимости от наработки:

• по календарю -  1-го числа каждого месяца водогрейный котел с наименьшим временем работы горелки становится ведущим котлом

• по фактической наработке горелок - по истечении настроенного числа часов наработки, котел со следующим в порядке возрастания номером становится ведущим котлом

Кроме того, можно исключить отдельные котлы из списка для ротации, задав постоянно ведущий и/или постоянно последний котел. Например, в 4-х котловой установке с котлом №1, настроенными в качестве ведущего, и  котлом №4, настроенным последним, переключение по наработке приведет к выравниванию наработки только котлов №2 и 3. Что далеко не всегда является оптимальным вариантом. Но есть и нестандартные возможности управления порядком включения котлов - ECO-пороги. 

ECO-порог для контроллера Vitotronic - это значение температуры уличного воздуха, до достижения которой котел исключается из последовательности переключения и будет заблокирован. Притом значение температуры не мгновенное, измеренное датчиком наружного воздуха, а, так называемое, демпфированное - усредненное и фактически среднесуточное. Этим можно воспользоваться, например, для автоматической переключении режима работы котельной из летнего в зимний и наоборот. 

Представим ситуацию с теми же 4-мя котлами, котел №1 небольшой мощности выбранный для работы в летнем режиме малых нагрузок, котлы №2, 3 и 4 - большие, рассчитанные для работы в зимний период высоких нагрузок, эксплуатация их летом нежелательна. Данное требование легко выполняется настройкой ECO-порогов в каскадном контроллере для котлов №2, 3 и 4, например, на условные +8°С начала отопительного сезона, а для котла №1 ECO-порог не устанавливаем, но задаем в каскадном контроллер переключение последовательности работы котлов по календарю и, опционально, настраиваем котел №1  в качестве “всегда последнего”. Как результат, до формального наступления отопительного сезона такая настройка приведет к тому, что у каскадного контроллера Vitotronic 300/300-K нет выбора и он запустит котел №1 (последний), т.к. ECO-порог - ограничение самого высокого уровня, отменить которое может только выход из строя отдельных котлов. Но с наступлением отопительного сезона ECO-порог будет автоматически отменен и каскадный контроллер получает “в распоряжение” котлы №2, 3 и 4, уже обеспеченные стабильной нагрузкой, но имеющие малое число часов наработки. Благодаря настроенному переключению по наработке каскадный контроллер будет подключать котлы 2-4 выравнивая их наработку, а котел №1 становится “пиковым”, подключаемым только при недостатке мощности “основных” теплогенераторов.

Какие контроллеры применяются для управления многокотловой установкой?

Таким образом, правильный выбор мощности и количества котлов в котельную один из самых первых и острых вопросов, которым задается проектировщик и заказчик. На этом этапе закладывается зерно, которое потом прорастёт в полноценный продукт под названием “котельная”. И именно сделанный выбор определит дальнейшую стабильность, эффективность, безаварийность и долговечность всей системы! 

Коллектив Академии Виссманн