Повышение эффективности блочно-модульных котельных на основе математического моделирования и системного анализа
И.М. Сабиров, Ю.Н. Звонарева
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 2, сс. 13—21
Скачать PDF
Состояние вопроса. В блочно-модульных котельных 3–20 МВт удельное электропотребление на собственные нужды достигает 5,5–8,0 % от выработанной теплоты, что в 1,5–2 раза выше европейских аналогов из-за дроссельного регулирования насосов и тягодутьевых машин. Потенциал экономии электроэнергии по стране превышает 2 млрд кВт·ч/год и напрямую снижает себестоимость тепловой энергии. Цель исследования – разработка и экспериментальная проверка комплекса мер, направленных на снижение электропотребления собственных нужд блочно-модульных котельных 7,5 МВт не менее чем на 30 % за счет внедрения частотно-регулируемого привода и оптимизированных алгоритмов управления.
Материалы и методы. Исследование проведено с применением методов математического моделирования теплогидравлических и аэродинамических режимов, теории регулируемого электропривода насосно-вентиляторных нагрузок, методов оптимизации энергопотребления собственных нужд тепловых установок, а также теории автоматического управления с поддержанием постоянного перепада давления (DP = const) и коэффициента избытка воздуха (l-регулирование). В качестве инструментов моделирования применены программный комплекс ZuluThermo 10.3 (для теплогидравлических расчетов), среда MATLAB/Simulink (моделирование электропривода и системы собственных нужд), оригинальное программное обеспечение на языке Structured Text (IEC 61131-3) для отладки и внедрения алгоритмов в контроллер котельной.
Результаты. Разработаны мероприятия для типовых российских блочно-модульных котельных, а также алгоритмы управления насосно-вентиляторным оборудованием. Проведены расчетная оценка, компьютерное моделирование и натурные испытания, подтверждающие эффективность разработанных алгоритмов. Показано, что предлагаемые решения позволят снизить потребление электроэнергии на собственные нужды на 28–34 % и повысить общий КПД котельной на 4,7–6,2 %. Достигнуто снижение электропотребления на 34,8 %, рост КПД котельной на 5,4 %, годовая экономия 680 тыс. кВт·ч, окупаемость 2,22 года.
Выводы. Предложенные технические решения могут быть внедрены на большинстве существующих блочно-модульных котельных мощностью 3–20 МВт, поскольку конструктивные особенности оборудования и схемы автоматизации типизированы и унифицированы. Предложенный алгоритм обеспечивает устойчивое снижение электропотребления в широком диапазоне тепловых нагрузок, что подтверждено результатами натурных испытаний. Разработанный комплекс мероприятий является эффективным, экономически оправданным и технологически реализуемым для условий автономных блочно-модульных котельных.
1. Борискин А.С., Анисимов Н.И., Пучков А.В. Архитектурные решения при проектировании блочно-модульной котельной // Актуальные вопросы архитектуры и строительства: материалы XXII Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 105-летию со дня рождения В.А. Карташова. – Саранск, 2024. – С. 257–259.
2. Чурилов К.Е. К вопросу о модернизации котельного оборудования // Энергетика и автоматизация в современном обществе: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. обучающихся и преподавателей. – СПб., 2023. – С. 178–182.
3. Андрейчик А.Е., Клинцова В.Ф. Преимущества блочно-модульных котельных // Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 65-летию агроэнергетического факультета и 100-летию И.Ф. Кудрявцева, Минск, 21–22 декабря 2022 г. – Минск: БГАТУ, 2022. – С. 99–101.
4. Борискин А.С., Анисимов Н.И., Пучков А.В. Инженерное обеспечение при проектировании блочно-модульной котельной // Актуальные вопросы архитектуры и строительства: материалы XXII Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 105-летию со дня рождения В.А. Карташова. – Саранск, 2024. – С. 259–265.
5. Зимаев К.В., Лютова Т.Е. Модульные котельные установки // Ползуновский альманах. – 2022. – № 2-2. – С. 58–59.
6. Куйтембетов Н.Г., Старов Д.В. Модернизация электронной системы управления блочно-модульной газовой котельной // Научная инициатива: проблемы и перспективы внедрения инновационных решений: материалы науч.-практ. конф. – Астрахань, 2024. – С. 77–79.
7. Маннанов И.Р., Хасанов Р.Г. Решения при строительстве и эксплуатации блочно-модульной котельной // Наука. Технология. Производство – 2023: материалы Всерос. науч.-техн. конф., посвященной 75-летию ООО «Газпром нефтехим Салават». – Салават, 2023. – С. 437.
8. Олийчук А.В. Необходимость и обоснование повышения эффективности работы блочно-модульной котельной // Актуальные вопросы устойчивого развития регионов, отраслей, предприятий: материалы Междунар. науч.-практ. конф. В 2 т. Т. 1. – Тюмень, 2025. – С. 217–220.
9. Перепечин В.А., Михайленко О.А. Устройство модульных котельных // Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы: материалы XII Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием / Рубцовский индустриальный институт (филиал) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». – Рубцовск, 2022. – С. 193–199.
10. Горгуц А.А., Мартяшова В.А., Аллабердин А.Б. Эффективность применения блочно-модульных котельных // Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды: статьи и тезисы. – Уфа, 2021. – С. 135–136.