В настоящее время в большинстве регионов Российской Федерации используются отопительные котельные малой мощности, оснащённые бытовыми чугунными котлами, срок службы которых превышает 25 лет. В результате используемое горелочное оборудование и автоматика морально и физически устарели и не отвечают современным требованиям Федерального закона «О теплоснабжении» №190 [1], направленного на реформирование теплоэнергетики с целью повышения энергетических, экологических и экономических показателей оборудования. В условиях активного поиска резервов топливно-энергетических ресурсов необходимы исследования, связанные с использованием чугунных котлов малой мощности. Котельные малой мощности широко используются в качестве источника тепловой энергии для промышленных предприятий и жилого сектора, а также для реконструкции исторических районов крупных городов [2–5].

Чугунные отопительные котлы используются уже на протяжении 150 лет. Они высоко востребованы, даже на сегодняшний день, благодаря своим преимуществам по отношению к своим прямым конкурентам — стальным котлам [6].

Преимущества чугунных котлов [7]:

1. Чугунные котлы состоят из секционных конструкций или секций. Котёл можно легко собирать и разбирать на секции, перемещать, ремонтировать в случае необходимости.

2. Чугун обладает высокой коррозионной стойкостью. За время эксплуатации чугунные стенки котла покрываются слоем «сухой ржавчины», которая не позволяет коррозии продвигаться далее вглубь материала. Воздействию коррозии, а именно электрохимической, возникающей во влажной среде, подвержены в основном те части котла, в которых температура может быть ниже температуры точки росы. Наиболее часто такая коррозия возникает в топке котла при выпадении на стенках конденсата, который образуется за счёт взаимодействия дымовых газов со стенкой котла, температура которой ниже температуры газов. Конденсат при этом содержит различные агрессивные соли и кислóты.

Недостатки чугунных котлов [8]:

  • большая масса котла, по сравнению со стальным котлом такой же мощности;
  • необходимость наличия грамотного персонала для эксплуатации именно чугунных котлов, у которых есть много условий и ограничений, несоблюдение которых может привести к повреждению или разрыву котла (например, в чугунные котлы нельзя подавать холодную воду);
  • сложность выполнения технически грамотной паспортной обвязки котла;
  • невысокий коэффициент полезного действия (КПД) котла.

Несмотря на наличие ряда трудностей в эксплуатации чугунных котлов, они до сих пор охотно применяются в теплоэнергетике разного уровня — это и малая теплоэнергетика, направленная на подготовку тепловой энергии небольшой мощности для частных потребителей, и теплоэнергетика, связанная с обеспечением тепловой мощностью целых городов от теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и теплоэлектростанций (ТЭС).

Источником теплоснабжения в небольших районных городах и посёлках городского типа служат ТЭЦ и котельные, в которых для выработки теплоносителя для нужд отопления эксплуатируются чугунные секционные котлы, обладающие невысоким коэффициентом полезного действия (КПД).

Можно повысить КПД чугунных котлов за счёт исследования и выявления графика работы котлов на максимальной мощности, а также выявления величины КПД, который соответствует этим режимам работы [9]. Добиться такого повышения эффективности работы можно только за счёт решения организационных вопросов, без дополнительных капитальных вложений.

Другой способ повышения эффективности работы котельного оборудования связан с заменой морально и физически устаревшего горелочного оборудования и автоматики котельного агрегата на современное оборудование, отвечающее всем современным требованиям надёжности и долговечности работы [2]. Такой способ требует значительных финансовых вложений, которые не всегда могут обеспечить собственники малых отопительных котельных.

Решение задачи повышения эффективности чугунных секционных котлов без их замены может быть осуществлено за счёт недорогого, но эффективного технического перевооружения горелочного оборудования, которое сводится к применению отечественной разработки модернизированной конструкции горизонтально-щелевой (подовой) горелки низкого давления с принудительной подачей воздуха и комплексной автоматикой регулирования и безопасности [6]. Такое решение позволяет эксплуатировать отечественные чугунные секционные котлы ещё долгое время без их замены и повысить КПД котлоагрегата в долговременном промышленном режиме на 15–16%, следовательно, оно является актуальным, отвечающим современным требованиям Федерального закона «О теплоэнергетике» №190 [1], направленного на реформирование теплоэнергетической отрасли с целью повышения энергоэффективности, экологичности и экономической эффективности оборудования.

Проведённые исследования показателей работы чугунных котлов, прошедших предложенную модернизацию, выявили высокие показатели по энергосбережению, эффективности использования топлива и соответствию экологическим требованиям (табл. 1 и 2).

Современные чугунные отопительные котлы отечественных и зарубежных производителей, оборудованные современными газогорелочными устройствами, уже имеют высокий КПД (около 91%) и широкую линейку типоразмеров, позволяющую использовать это оборудования для различных групп потребителей. Дополнительно имеется возможность применения не только природного газа, но и сжиженного, а также дизельного топлива, что является неоспоримым преимуществом [6, 10].

Проведённые исследования показателей работы чугунных котлов отечественного и зарубежного производства, а также отзывы эксплуатирующих организаций позволили выявить следующие особенности: невозможность запуска котла зарубежного производства при низких температурах воздуха (это не предусмотрено в принципе, согласно техническому паспорту), сложность ремонта и его высокая стоимость. В то же время котлы отечественных производителей рассчитаны на климатические особенности Российской Федерации, они проще в наладке и обслуживании, прочные и ремонтопригодные. При этом, однако, выбор того или иного производителя должен основываться на характеристиках оборудования и условиях эксплуатации.

Стоимость котельного оборудования зарубежных производителей в полтора-два раза превышает стоимость аналогичного отечественного оборудования. И этот показатель является в настоящее время определяющим.

Выполненные исследования наглядно показывают возможность дальнейшего использования чугунных отопительных котлов, находящихся в эксплуатации уже долгое время, после малозатратной модернизации газогорелочного оборудования и комплекса автоматики. Кроме того, показатели работы современных отечественных чугунных котлов не уступают зарубежным и являются вполне конкурентоспособными.