Как выбрать энергоэффективное угольное топливо в условиях закупок: сортовой и рядовой уголь в «малой энергетике»

Несмотря на то, что в большинстве регионов России уже не первый год ведётся обширная работа по техперевооружению котельных и тепловых сетей, проблема существенного перерасхода топлива остаётся актуальной. На фоне повышения качества ввозимого угля экономические показатели работы теплоснабжающих предприятий и муниципальных котельных остаются на прежнем уровне. Среди основных причин – низкая технологическая культура углепользования и отсутствие обоснованных с точки зрения науки и практики вариантов выбора энергоэффективного вида топлива. Как следствие – закупки низкокачественного и непроектного топлива, отсутствие мероприятий по оценке его потребительских свойств и контролю качества.

Энергоэффективность топлива выражается в минимальной стоимости произведённой с его помощью тепловой энергии при соблюдении требований к окружающей среде. То есть на определение энергоэффективности угля влияет его стоимость, включая затраты на транспортировку, переработку, хранение, а также потребительская ценность, выраженная величиной удельного расхода. В оценке последнего параметра пока нет единого мнения.

Как определить удельный расход топлива?

Согласно существующим методическим пособиям и рекомендациям, необходимое количество угля на отопительный сезон рассчитывают по формуле, учитывающей несколько параметров:

• количество вырабатываемой тепловой энергии;
• КПД котла по паспорту, с учётом времени его эксплуатации;
• теплоту сгорания топлива.

Более того, Минэнерго РФ утвердило удельный расход топлива по каждому типу котла для всех теплоснабжающих предприятий, производящих коммерческий отпуск тепловой энергии. Соответствующий законодательный акт – Приказ ФСТ России от 06.08.2004 № 20-э/2 (ред. от 29.03.2018) «Об утверждении Методических указаний по расчёту регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке» – опирается на данные балансовых испытаний специализированных, лицензированных министерством, предприятий. Однако при смене типа угля испытания теряют корректность, что происходит постоянно, т. к. на котельных зачастую используются рядовые угли, а также смеси углей разных марок с непостоянными, порой, различающимися в несколько раз, параметрами основных показателей качества.

В настоящее время удельный расход угля на единицу вырабатываемой тепловой энергии определяется единственным качественным показателем – теплотой сгорания, что актуально для современных котельных крупного масштаба, оборудованных установками пылевидного сжигания, а также для котельных с движущимися колосниковыми решётками, где благодаря гранулометрическому делению топлива при пневмомеханическом забросе обеспечивается эффективное выгорание слоя.

На котельных же, оборудованных топками с неподвижными или поворотными колосниковыми решётками (особенно с ручным обслуживанием), удельные расходы топлива зависят не только от теплоты сгорания, но в значительной мере от физических показателей – однородности гранулометрического состава, зольности, влажности, окисленности, спекаемости.

Согласно данным диссертационного исследования к.э.н. О.О. Шилкиной удельные расходы отсортированного угля в некоторых случаях практически в два раза ниже рядового. Более подробная информация содержится в статье А.А. Маутиной, О.О. Шилкиной «Особенности использования углей Канско-Ачинского бассейна», опубликованной в научно-техническом журнале «Минеральные ресурсы России. Экономика и управление», № 1-2/2002.

Влияние содержания угольной мелочи на расход топлива

Специалисты научно-производственного предприятия «Алтайский углеисследовательский центр» в сотрудничестве с «Алтайским центром энергосбережения» провели ряд исследований, в результате которых обнаружили прямую зависимость удельного расхода угля от содержания в нём мелочи (кусков менее 10 мм). То есть, на каждый процент содержания в угле мелких классов удельный расход топлива в котлах со слоевой системой сжигания, в зависимости от уровня нагрузки, увеличивается от 0,2 до 0,9% пропорционально.

Это обусловлено физико-химическими особенностями процессов горения – повышенное содержание мелких частиц приводит к значительным теплопотерям вследствие химического и механического недожога, выноса тепла из-за потребности в увеличенной подаче воздуха в подрешёточное пространство. При использовании низкокачественных рядовых углей фактический КПД котлов с неподвижными и цепочными колосниковыми решётками составляют порядка 40%, что почти в два раза ниже заводских технических характеристик.

На рис. 1. авторы исследований наглядно представили зависимость удельных расходов угля на единицу вырабатываемой тепловой энергии от содержания мелких классов и тепловой нагрузки:

• а – на новых котлах с КПД=82% (по паспорту);
• б – на старых котлах типа НР, «Алтай» и других с КПД=62% (по паспорту).

Обнаруженный алгоритм позволяет объективно оценить расход топлива в котельных малой и средней мощности и на этапе планирования поставок при выборе угля отдельных месторождений, марок и сортов значительно сэкономить бюджет.

* Подробная методика таких расчётов в помощь работникам теплоснабжающих предприятий и населению приведена в брошюре И.В. Переясловского и А.В. Полонского «Уголь в малой энергетике», изданной ФГУ «Алтайэнергонадзор» и НПП «АУИЦ» (Барнаул, 2003 г.).

Выбор энергоэффективного угольного топлива для нужд «малой» энергетики: котельных и бытовых печей

На сегодняшний день, при расчёте необходимого объёма топлива в рамках планирования и организации муниципальных закупок по-прежнему опираются на т. н. эталонное топливо – рядовые угли марки Д (длиннопламенные), реже марки ДГ (длиннопламенные газовые) с теплотой сгорания (Q^р_н) 5100 и 5600 ккал/кг, не учитывая при этом, что расход топлива обуславливается не только показателем тепловой энергии, содержащейся в угле (теплотой сгорания), но и другими свойствами.

Вместе с тем, при управлении закупками необходимо помнить о разнообразии свойств углей под аббревиатурой ДР и ДГР даже при условии их отгрузки от одного угледобывающего предприятия, а также ориентироваться на типы котлов, параметры их нагрузок, местоположение объекта в инфраструктуре региона. Так, теплоснабжающие объекты ЖКХ, а также предприятия и учреждения социальной сферы, расположенные в удалённых от железной дороги районах, априори находятся в неблагоприятных условиях углеснабжения.

Следовательно, потребительская стоимость 1 тонны угля для них будет значительно выше, так как помимо базовой цены производителя/ поставщика, в неё входит железнодорожный тариф, а также затраты на погрузо-разгрузочные работы, автоперевозку и хранение, в совокупности составляющие от 20 до 40% в зависимости от отдельного территориального субъекта.

Согласно результатам расчётов, произведённых на основании предложенной ФГУ «Алтайгосэнергонадзор» методики, отдалённые от железной дороги районы должны снабжаться только высококачественным сортовым углем. В районах, расположенных вблизи железнодорожных станций, в тёплые периоды отопительного периода возможно использование и малоценных, но более дешёвых углей. В холодные, а тем более экстремальные по температурам периоды, высококачественным сортовым углям альтернативы нет.

На рис. 2 исследователи убедительно продемонстрировали зависимость удельной стоимости углей основных типов от тепловой нагрузки котлов на примере наиболее удалённого от железной дороги района Алтайского края и на примере г. Алейска, в котором находится железнодорожная станция.

Специалисты в области исследования углей, энергосбережения и энергоэффективности предлагают производить аналогичные расчёты для каждого конкретного административного субъекта и вести учёт топлива в условных единицах – в тоннах условного проектного (сортового) топлива.

Пересчёт количества натурального топлива в условное проектное угольное топливо с учётом содержания мелких классов производится по формуле:

М_у=M_н × [(Q_ф / 7000) × (100 – М × 0,4) / 100)], где:

• М_у – масса условного проектного (сортированного) топлива, кг;
• М_н – масса натурального топлива, кг;
• Q_ф – теплота сгорания натурального топлива (фактическая), ккал/кг;
• 7000 – теплота сгорания условного топлива, ккал/кг;
• М – содержание мелких классов (менее 13 (10) мм), %.

Аналогично пересчитывается стоимость натурального топлива в условное: S_у=S_н / [(Q_ф / 7000) × (100 – М × 0,4) / 100)].

Предложенная методика универсальна, так как позволяет грамотно организовать топливоснабжение в регионах:

• производить оценку всей гаммы углей по их потребительским свойствам;
• экономически эффективно планировать объём поставок углей для нужд коммунальной энергетики;
• вести объективный учёт и рационально расходовать топливо;
• уменьшить издержки и снизить тарифы на тепловую энергию.

Таким образом, в целях обеспечения эффективной работы предприятий «малой энергетики» на них должно использоваться проектное топливо. На котельных, оборудованных топками с неподвижными колосниковыми решётками и ручным забросом, рекомендуется применять крупные и средние классы сортовых углей, в исключительных случаях – рядовые угли с незначительным количеством мелочи (0-13 мм).

В топках с движущимися колосниковыми решётками более эффективно сгорает сортовой уголь средних и мелких классов. Именно на такое состояние топлива и рассчитываются технико-экономические параметры котельных, в том числе и КПД котлов.

Текст подготовлен по материалам статьи И.В. Переясловского, С.А. Степаненко, С.Е. Осокина «Выбор энергоэффективного угольного топлива», опубликованной в электронном журнале «Новости теплоснабжения» № 12 (декабрь), 2010 г.