Эта статья посвящена обзору котельных, классификации, их характеристикам, объектному назначению и другим вопросам, так или иначе связанным с проектированием, строительством а также с использованием и эксплуатацией котельных.

Котельные установки

На фото только котельные, построенные нашими специалистами

Основой любой котельной является котел или каскад котлов. Давайте разберемся какие котлы бывают и какие функции они выполняют. Сразу оговорюсь, здесь речь пойдет о промышленных котлах, использующихся в системах отопления зданий, групп зданий, различных сооружений, промышленных предприятий, крупных складов и т.п. Здесь мы не будем затрагивать тему малых котлов и котельных для отопления коттеджей, частных домов, теннисных кортов и пр. Это отдельная, тоже довольно интересная тема, со своими тонкостями и нюансами.

Все котлы можно подразделить по различным категориям.

Так по виду потребляемого топлива котлы могут быть:

• Твердотопливными,
• Жидкотопливными,
• Электрическими,
• Газовыми,
• Комбинированными.

Твердотопливные котлы топятся бурым и каменным углем, дровами, топливными брикетами, высушенным брикетированным торфом. Являясь самыми старшими по возрасту, до сих пор применяются в традиционно промышленных, угольно-добывающих районах. То есть там, где применение твердого топлива экономически оправдано, потому что, в большинстве своем, эти котлы требуют строительства подающих и измельчающих устройств, золоуловителей и много других специфических устройств и даже сооружений. Чтобы не так сильно загрязнять окружающую среду требуются большие капитальные вложения. Поэтому, несмотря на небольшие цены на твердое топливо, новое строительство, и даже реконструкция, обходится довольно дорого. Поэтому ученые разных стран сейчас ищут пути более рационального и экологичного сжигания угля, разрабатывают новые системы котельных установок, так как запасов угля, в отличие от нефти и газа, должно хватить на несколько сотен лет. И к использованию угля в качестве топлива, но уже на другом уровне, человечество еще несомненно вернется.

Жидкотопливные котлы потребляют дизельное топливо, мазут, другие углеводородные жидкие продукты. Эти котлы находят широкое применение в районах, где нет магистрального природного газа, угля, в отдаленных районах Севера, где использовать другое топливо затруднительно. Для таких котлов требуются огромные, часто подогреваемые, емкости для топлива, сооружение огнеупорных стен. Принято считать, что жидкие топлива загрязняют окружающую среду своими выбросами, но это не так. Так при использовании жидкотопливных котлов, хорошо зарекомендовавших себя производителей, и при хорошей наладке, можно добиться вполне приемлемых результатов по вредным выбросам в атмосферу.

Электрические котлы потребляющие электроэнергию, могут применяться там, где ресурсов электроэнергии достаточно, а тариф не такой большой. Часто они применяются в качестве временной меры, так как их можно быстро смонтировать и запустить в эксплуатацию. Также по той же причине, применяются и в аварийных ситуациях, или там где нет других (или они невыгодны) энергоресурсов. Так или иначе, но их применение ограничено, хотя с экологической точки зрения, если не затрагивать первичное производство электроэнергии, это самые «чистые» производители тепла.

Газовые котлы работают на природном газе из газовой магистрали, на, сжатом до высокого давления, баллонном природном газе, сжижином газе типа пропан-бутан, могут работать на «доработанном» попутном газе, на биогазе. В США есть котлы, работающие на водороде. В России и Европе природный газ - это самое востребованное топливо в промышленности, а главное, в системах отопления жилых зданий, производственных объектов, различных сельскохозяйственных сооружений. Ведущие европейские компании по производству газовых котлов и горелок, отточили их конструкции для обеспечения высокого КПД (достигает 98%) а также эргономики и безопасности при эксплуатации.

Это топливо является, само по себе, безопасным продуктом сгорания. Если пренебречь сгоранием примесей, например, серы, то продукты сгорания состоят из углекислого газа и воды. Правда есть одно «но». При горении с высокими температурами в воздухе (а воздух это не только кислород, но и другие газы, прежде всего, азот), образуются некоторые концентрации окислов азота NOx, что, при сильных отклонениях от нормы, может привести к выпадениям кислотных дождей. Поэтому всегда предъявляются повышенные требования как к газосжигающему оборудованию, а также к качеству наладочных работ.

При грамотно проведенных пуско-наладочных работах, количество NOx в отработанных газах составляет мизерную величину (не более 50-60 ppm). А если еще максимально снизить температуру горения газа, например использовать беспламенное каталитическое горение, в специальных решетках, то можно достичь температуры сжигания не более 6000С, а концентрация NOx не более 20 ppm. И проблема становится практически решаемой. Так что, если сравнивать газ с другими видами энергоресурсов, исключая электричество (а это отдельная тема), то он является самым экологически чистым и, наверное, самым удобным, топливом из всех ныне применяемых.

Комбинированные котлы сделаны таким образом, что могут потреблять, после некоторых переключений, разные комбинации топлив, например, газ-солярка, газ-мазут, газ-солярка-твердое топливо. Платой за это становится усложненная конструкция котлов и горелок, а также гораздо более сложная наладка горелочных устройств. Однако, котлы с такими горелками пользуются спросом там, где необходимо зарезервировать аварийное топливо (обычно - легкое топливо (солярка). Жилищно-коммунальные службы департаментов городов требуют при новом строительстве, да и часто при реконструкции, использовать оборудование, работающее как на газе, так и на резервном топливе, чтобы можно было использовать его в случае нехватки магистрального газа для обогрева жилого сектора при сильных морозах.

По теплоносителю котлы делятся на

• Паровые,
• Водогрейные.

Паровые котлы, совсем недавно, занимавшие лидирующие позиции, ввиду того, что пар более широко использовался на производстве, сейчас применяются куда более редко. Их по прежнему используют в легкой, пищевой и некоторых других отраслях промышленности. При новом строительстве или модернизации, сейчас ставят новые паровые котлы, которые на несколько уровней превосходят прежние и по безопасности, и по производительности, и автоматизированы они на самом высоком уровне.

Стоимость таких котлов немаленькая, поэтому их и применяют только в промышленности, где пар действительно необходим, для обогрева объектов ЖКХ - это не рентабельно.

Для систем отопления жилых зданий, используются только не выработавшие свой ресурс старые паровые котлы, которые год за годом заменяют на водогрейные.

Есть еще причины отказа от паровых котлов, они заключается в том, что,

• Во-первых, для подачи пара в качестве теплоносителя, в домах должны устанавливаться, специально для этого разработанные, приборы отопления, в которых происходит конденсирование пара и обязательный отвод конденсата. Два, три десятилетия назад из этой ситуации выходили, установив в котельной или в ЦТП, скоростной паро - водяной теплообменник, в котором и конденсировали пар, а нагретая паром вода шла уже в дома, в обычные отопительные приборы. В любом случае система теплоснабжения получалась более громоздкой, чем при использовании водогрейных котлов.
• Во-вторых, система котельной, оснащенной паровыми котлами более потенциально опасная. Высокие давления, обжигающие свойства пара, старение металла паропроводов под высоким давлением (металл становится более хрупким) - вот причины, о которых задумываются при выборе котельной.
• Котельную при аварии трудно остановить. Требуется немало времени.
• Моральное старение при более низком КПД, чем у водогрейной котельной.

Современные водогрейные котельные обеспечивают высокий КПД до 95%, технология процесса, особенно у европейских фирм отработана, можно сказать, отточена. Котлы работают в штатном режиме, при необходимости система отопления легко останавливается, так как нет, как у паровых котлов перегретого под давлением пара высокой температуры.

Все современные котлы и комплектуемые для них горелки достаточно автоматизированы. Не требуют постоянного присутствия персонала. При любой неисправности, например, загазованности помещения котельной по угарному газу или метану, повышении или понижении давления теплоносителя в системе, отключения электроэнергии, и др., система автоматики просто прекратит подачу газа (т.е. выключит котельную) и «вызовет» специалиста (подаст в диспетчерскую сигнал) для выяснения поломки. В то же время циркуляция теплоносителя не прекратится, так что «размораживание» системе не грозит. Жилье и котельная вместе с тепловыми сетями будет мелено остывать. По опыту не менее 12 часов для котельной мощностью 4…6 МВт. За это время можно провести любой, даже очень сложный ремонт (хотя доводить до такого не стоит).

Все котельные можно услоновно разделить на:

• Промышленные,
• Отопительные.

К промышленным относятся котельные, которые участвуют в производственном цикле какого-либо предприятия, например, обсушивают, или наоборот, увлажняют сырье, создают атмосферу повышенных температур для протекания какой-либо реакции, стерилизуют и пастеризуют продукты. Весь этот список можно продолжать бесконечно. Как выше упоминалось, в производственных целях часто требуется технологический пар. Для этих целей разарботаны самые современные автоматизированные паровые котельные. Ценность промышленных котельных трудно преувеличить, так они необходимы в народном хозяйстве.

К отопительным относятся котельные, которые участвуют в системе отопления производственных и жилых помещений.

Отопительные котельные можно подразделить на:

• Районные, входящие в состав районных тепловых станций. Мощность этих котлов обычно составляет десятки мегаватт. Они отапливают целые районы, десятки, а порой сотни тысяч человек Такие укрупненные схемы теплоснабжения имеют как неоспоримые достоинства, такие как концентрация в одном месте всех материальных и кадровых ресурсов, комплексное управление всей системой, единая аварийная служба, единый расчетный центр и др. Но есть и огромные недостатки, диаметры труб тепловых сетей стали достигать и превышать метровую величину, а линии теплосетей - десятки километров. Стали весьма ощутимыми теплопотери при передаче теплоэнергии, огромные расходы на ремонт теплотрасс, очень дорого стали стоить ошибки при эксплуатации многомегаватного оборудования.
• Автономные источники теплоснабжения АИТ. Такие котельные отапливают здание, группу зданий, микрорайон, квартал. Раньше такие котельные назывались центральными или квартальными. В Москве, на Северо-Западе, есть экспериментальный жилой район «Куркино». Здесь нет централизованного отопления от единой теплоцентрали. Здесь весь район поделен на микрорайоны, порядка 5...10 многоэтажных домов. Каждый из этих микрорайонов отапливаются от одной небольшой своей газовой котельной. Тепловые сети здесь короткие и небольших диаметров, поэтому тепловые потери минимальны. То есть выигрыш в эффективности очевиден.
• Все чаще на крышах многоэтажных жилых зданий можно увидеть индивидуальную крышную котельную, которая обеспечивает дом собственным теплом. ТСЖ занимаясь эксплуатацией такой котельной экономит средства жильцов, так как там нет, кроме внутридомовых, тепловых потерь в сетях, при этом каждый житель может настроить в своей квартире микроклимат специальным терморегулятором, а не открывая форточку, выпуская тепло на улицу, а «умный» котел перейдет на более низкую мощность. Но это, несмотря на удобства, также и ответственность, и необходимость участвовать в процессах самоуправления, к чему далеко не все жители еще готовы.

Еще хотелось бы отметить, что сегодня строительство новой котельной - дело весьма дорогостоящее. Поэтому стоимость котельной стараются каким-либо образом снизить. Это можно сделать, например за счет удешевления строительной части. Так все реже стали делать стационарные котельные, имеющие капитальное здание, с сильным фундаментом, стали переходить на технологии сборки блочно-модульных зданий, которые просто ставятся на плоскую плиту. Вторым шагом является то, что гораздо выгоднее и быстрее установить основное и вспомогательное теплотехническое оборудование котельной в это блочно-модульное здание прямо на заводе-изготовителе, а на месте только соединить с подводящими коммуникациями и установить систему дымовых труб. Такая котельная называется блочно-модульной и может состоять изодного или нескольких блоков, удобных и проходящих по габаритам при перевозке.

Кстати о дымовых трубах. Ранее трубы изготавливались из кирпича, имели большой до 2,0 м диаметр устья и по всей высоте обтягивались крепящими бандажами - хомутами. Обычно к такой дымовой трубе подсоединялось несколько котлов, стояли специальные дымососы, которые создавали тягу в трубе. К строительству трубы предъявлялись повышенные требования к чистоте отделки внутренней поверхности и футеровке. Такие дымовые трубы долго вводились и выводились из работы, потому что требовалось много времени на разогрев (остывание) трубы.

Введение

Общие сведения и понятие о котельных установках

1 Классификация котельных установок

Виды отопительных котлов для теплоснабжения зданий

1 Газовые котлы

2 Электрические котлы

3 Твердотопливные котлы

Типы котлов для теплоснабжения зданий

1 Газотрубные котлы

2 Водотрубные котлы

Заключение

Список литературы

Введение

Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.

Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном - снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение - снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.

Моей целью является ознакомиться с общими сведениями и понятием о котельных установках, какие котлы применяют для теплоснабжения зданий.

1. Общие сведения и понятия о котельных установках

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы котельной установки - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства.

Котел - теплообменное устройство, в котором тепло от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают тепло воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от того, для какой цели используется тепловая энергия, котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные сооружаются на промышленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные предназначаются для тех же целей, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона. Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора. Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной. Котельные средней и большой мощности - 3,5 МВт и выше - отличаются сложностью оборудования и составом служебно-бытовых помещений. Объемно-планировочные решения этих котельных должны удовлетворять требованиям Санитарных норм проектирования промышленных предприятий.

1.1 Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115°С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплом одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплом группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

2. Виды отопительных котлов

.1 Газовые котлы

Если к участку подведен магистральный газ, то, в подавляющем большинстве случаев, оптимальным является отопление дома с использованием газового котла, так как более дешевого топлива не найдешь. Существует множество производителей и моделей газовых котлов. Для того чтобы было проще разобраться в этом разнообразии, разделим все газовые котлы на две группы: напольные котлы и настенные. Настенные и напольные котлы имеют разную конструкцию и комплектацию.

Напольный котел - вещь традиционная, консервативная и не претерпевшая серьезных изменений за многие десятилетия. Теплообменник напольных котлов обычно изготавливают из чугуна или стали. Существуют разные мнения о том, какой материал лучше. С одной стороны чугун меньше подвержен коррозии, чугунный теплообменник изготавливают обычно более толстым, что может положительно сказаться на сроке его службы. В то же время у чугунного теплообменника есть и недостатки. Он более хрупкий, а, следовательно, есть риск образование микротрещин при транспортировке и погрузке-выгрузке. Кроме того, в процессе эксплуатации чугунных котлов при использовании жесткой воды, в следствии конструктивных особенностей чугунных теплообменников, и свойств самого чугуна, со временем происходит их разрушение в результате локальных перегревов. Если говорить о стальных котлах, то они легче, не очень боятся ударов при транспортировке. В тоже время, при неправильной эксплуатации, стальной теплообменник может корродировать. Но, создать нормальные условия эксплуатации стального котла не очень сложно. Важно, чтобы температура в котле не падала ниже температуры "точки росы". Хороший проектировщик всегда сможет создать систему, при которой срок службы котла будет максимален. В свою очередь, все напольные газовые котлы можно разделить на две основные группы: с атмосферными и с наддувными (иногда их называют сменными, вентиляторными, навесными) горелками. Первые - проще, дешевле и при этом работают тише. Котлы с наддувными горелками имеют больший КПД и стоят заметно дороже (с учетом стоимости горелки). Котлы для работы с наддувными горелками имеют возможность установки горелок работающих или на газе, или на жидком топливе. Мощность напольных газовых котлов с атмосферной горелкой, в большинстве случаев, колеблется от 10 до 80 кВт (но есть фирмы производящие и более мощные котлы этого типа), в то время как модели со сменными надувными

горелками могут достигать мощности в несколько тысяч кВт. В наших условиях очень важен еще один параметр газового котла - зависимость его автоматики от электроэнергии. Ведь в нашей стране нередки случаи возникновения проблем с электричеством - где-то оно подается с перебоями, а в отдельных местах отсутствует совсем. Большинство современных газовых котлов с атмосферными горелками работают независимо от наличия электропитания. Что касается импортных котлов, то понятно, что подобные проблемы в западных странах отсутствуют, и часто возникает вопрос, а существуют ли хорошие импортные газовые котлы, работающие автономно от электроэнергии? Да существуют. Такая автономность может быть достигнута двумя способами. Первый - максимально упростить систему управления котлом и за счет практически полного отсутствия автоматики добиться независимости от электричества (это относится и к отечественным котлам). В таком случае котел может поддерживать только заданную температуру теплоносителя, и не будет ориентироваться на температуру воздуха в вашем помещении. Второй способ, более прогрессивный - с использованием теплогенератора, который из тепла вырабатывает электричество необходимое для работы автоматики котла. Эти котлы можно использовать с выносными комнатными термостатами, которые будут управлять котлом, и поддерживать заданную вами температуру в помещении.

Газовые котлы могут быть одноступенчатыми (работают только на одном уровне мощности) и двухступенчатыми (2 уровня мощности), а также с модуляцией (плавным регулированием) мощности, так как полная мощность котла требуется примерно 15-20% отопительного сезона, а 80-85% времени она является излишней, то понятно, что экономичнее использовать котел с двумя уровнями мощности или модуляцией мощности. Основными плюсами двухступенчатого котла являются: увеличение срока эксплуатации котла, за счет снижение частоты включений/выключений горелки, работа на 1-ой ступени с пониженной мощностью и снижение количества включений/выключений горелки позволяет экономить газ, а, следовательно, и деньги.

Настенные котлы появились относительно недавно, но даже за этот относительно небольшой временной промежуток завоевали массу сторонников во всем мире. Одно из наиболее точных и емких определений этих устройств - "мини котельная". Этот термин появился не случайно, ведь в небольшом корпусе находится не только горелка, теплообменник и устройство управления, но и, в большинстве моделей, один или два циркуляционных насоса, расширительный бак, система, обеспечивающая безопасную работу котла, манометр, термометр, и многие другие элементы, без которых не обходится работа нормальной котельной. При том, что в настенных котлах воплотились в жизнь самые передовые технические разработки в области отопления стоимость "настенников" часто в 1,5-2 раза ниже, чем у их напольных собратьев. Другое существенное преимущество - простота монтажа. Нередко покупатели считают, что удобство монтажа это достоинство, которое должно волновать только монтажников. Это не совсем так, ведь сумма, которую придется заплатить реальному потребителю за установку настенного котла или за монтаж котельной, где отдельно устанавливаются котел, бойлер, насосы, расширительный бак и многое другое, отличается очень существенно. Компактность и возможность вписать настенный котел практически в любой интерьер - еще один плюс этого класса котлов.

При том, что в настенных котлах воплотились в жизнь самые передовые технические разработки в области отопления стоимость "настенников" часто в 1,5-2 раза ниже, чем у их напольных собратьев. Другое существенное преимущество - простота монтажа. Нередко покупатели считают, что удобство монтажа это достоинство, которое должно волновать только монтажников. Это не совсем так, ведь сумма, которую придется заплатить реальному потребителю за установку настенного котла или за монтаж котельной, где отдельно устанавливаются котел, бойлер, насосы, расширительный бак и многое другое, отличается очень существенно. Компактность и возможность вписать настенный котел практически в любой интерьер - еще один плюс этого класса котлов.

По способу удаления отходящих газов все газовые котлы можно разделить на модели с естественной тягой (удаление отходящих газов происходит за счет тяги, создаваемой в дымоходе) и с принудительной тягой (с помощью встроенного в котел вентилятора). Большинство фирм, производящих настенные газовые котлы, выпускают модели, как с естественной тягой, так и с принудительной. Котлы с естественной тягой многим хорошо знакомы и дымоход над крышей никого не удивляет. Котлы же с принудительной тягой появились совсем недавно и имеют массу преимуществ при монтаже и эксплуатации. Как уже упоминалось выше, удаление отходящих газов из этих котлов происходит с помощью встроенного в них вентилятора. Такие модели идеальны для помещений без традиционного дымохода, так как продукты сгорания в этом случае выводятся через специальный коаксиальный дымоход, для которого достаточно сделать только отверстие в стене. Коаксиальный дымоход еще часто называют "труба в трубе". По внутренней трубе такого дымохода продукты сгорания выводятся на улицу с помощью вентилятора, а по внешней поступает воздух. Кроме того, эти котлы не сжигают кислород из помещения, не требуют дополнительного притока холодного воздуха в здание с улицы для поддержания процесса горения, позволяют снизить капиталовложения при установке, т.к. не нужно изготавливать дорогостоящий традиционный дымоход, вместо которого с успехом используется короткий и недорогой коаксиальный. Котлы с принудительной тягой используются и в случае, когда есть традиционный дымоход, но забор воздуха для горения из помещения нежелателен.

По типу розжига, настенные газовые котлы могут быть с электрическим или с пьезорозжигом. Котлы с электророзжигом экономичнее, так как отсутствует запальник с постоянно горящим пламенем. Благодаря отсутствию постоянно горящего фитилька, использование котлов с электророзжигом позволяет существенно снизить расход газа, что наиболее актуально при использовании сжиженного газа. Экономия сжиженного газа при этом может достигать 100 кг в год. Есть и еще один плюс котлов с электророзжигом - при временном прекращении электропитания котел автоматически включится при возобновлении подачи электроэнергии, а модель с пьезорозжигом придется включать вручную.

По виду горелки, настенные котлы могут быть разделены на два типа: с обычной и с модуляционной горелкой. Модуляционная горелка обеспечивает наиболее экономичный режим работы, так как котел автоматически регулирует свою мощность в зависимости от потребности в тепле. Кроме того, модуляционная горелка обеспечивает и максимальный комфорт в режиме ГВС, позволяя поддерживать температуру горячей воды на постоянном, заданном уровне.

Большинство настенных котлов оснащено устройствами, обеспечивающими их безопасную эксплуатацию. Так датчик наличия пламени при пропадании пламени отключает подачу газа, блокировочный термостат при аварийном повышении температуры котловой воды отключает котел, специальное устройство отключает котел при пропадании электропитания, другое устройство блокирует котел при отключении газа. Присутствует и устройство отключения котла при снижении объема теплоносителя ниже нормы и датчик контроля тяги.

2.2 Электрические котлы

Есть несколько основных причин ограничивающих распространение электрокотлов: далеко не на всех участках есть возможность выделить требуемую для отопления дома электрическую мощность (например, для дома площадью в 200 кв. м требуется примерно 20 кВт), очень высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением. Достоинств у электрических котлов, действительно, много. Среди них: относительно невысокая цена, простота монтажа, легкие и компактные, их можно вешать на стену, как следствие - экономия места, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрический котел не требует отдельного помещения (котельной), электрокотел не требует монтажа дымохода, электрический котел не нуждается в особом уходе, бесшумны, электрокотел экологичен, нет вредных выбросов и посторонних запахов. Кроме того, в случаях, когда возможны перебои с подачей электроэнергии, электрокотел нередко используется в паре с резервным твердотопливным. Этот же вариант применяется и для экономии электроэнергии (сначала дом протапливается с помощью дешевого твердого топлива, а потом в автоматическом режиме температура поддерживается с помощью электрокотла).

Стоит отметить, что при установке в больших городах с жесткими экологическими нормами и проблемами согласования, электрокотлы также часто выигрывают у всех остальных типов котлов (включая газовые). Коротко об устройстве и комплектации электрических котлов. Электрический котел - достаточно простое устройство. Основными его элементами являются теплообменник, состоящий из бака с укрепленными в нем электронагревателями (ТЭНами), и блока управления и регулирования. Электрические котлы некоторых фирм поставляются уже укомплектованными циркуляционным насосом, программатором, расширительным баком, предохранительным клапаном и фильтром. Важно отметить, что электрокотлы небольшой мощности бывают в двух разных исполнениях - однофазные (220 В) и трехфазные (380 В).

Котлы мощностью более 12 кВт обычно производятся только трехфазными. Подавляющее большинство электрических котлов мощностью более 6 кВт выпускается многоступенчатыми, что позволяет рационально использовать электроэнергию и не включать котел на полную мощность в переходные периоды - весной и осенью. При применении электрокотлов наиболее актуально рациональное использование энергоносителя.

2.3 Твердотопливные котлы

Топливом для твердотопливных котлов могут быть дрова (дерево), бурый или каменный уголь, кокс торфяные брикеты. Существуют как "всеядные" модели, которые могут работать на всех вышеуказанных видах топлива, так и работающие на некоторых из них, но имеющие при этом больший КПД. Одним из основных достоинств большинства твердотопливных котлов является то, что с их помощью можно создать полностью автономную систему отопления. Поэтому чаще такие котлы используются в районах, где есть проблемы с подачей магистрального газа и электричества. Существуют еще два довода, говорящие в пользу твердотопливных котлов - доступность и невысокая стоимость топлива. Недостаток большей части представителей котлов этого класса тоже очевиден - они не могут работать в полностью автоматическом режиме и требуют регулярной загрузки топлива.

Стоит заметить, что существуют твердотопливные котлы, сочетающие в себе основное достоинство моделей, существующих уже много лет - независимость от электроэнергии и способные при этом автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя (воды или антифриза). Автоматическое поддержание температуры осуществляется следующим образом. На котле установлен датчик, отслеживающий температуру теплоносителя. Этот датчик механически соединен с заслонкой. В случае, если температура теплоносителя становится выше заданной вами, то заслонка автоматически прикрывается и процесс горения замедляется. Когда температура понижается, то заслонка приоткрывается. Таким образом, данное устройство не требует подключения к электрической сети. Как уже говорилось выше, большинство традиционных твердотопливных котлов способно работать на буром и каменном угле, дровах, коксе, брикетах.

Защита от перегрева обеспечивается наличием контура охлаждающей воды. Эта система может контролироваться вручную, т.е. при увеличении температуры теплоносителя необходимо открыть вентиль на патрубке отвода охлаждающей жидкости (вентиль на подводящем патрубке постоянно открыт). Кроме того, эта система может также управляться автоматически. Для этого на отводящем патрубке устанавливается клапан понижения температуры, который будет автоматически открываться при достижении теплоносителем максимальной температуры. Кроме того, какое топливо применить для отопления своего дома, очень важно правильно выбрать требуемую мощность котла. Обычно мощность выражается в кВт. Ориентировочно 1 кВт мощности требуется для отопления 10 кв. м хорошо утепленного помещения с высотой потолков до 3 м. Надо иметь в виду, что эта формула очень приблизительна.

Окончательный расчет мощности стоит доверять только профессионалам, которые кроме площади (объема) учтут еще множество факторов, среди которых, материал и толщина стен, тип, размер, количество и расположение окон и т.д.

Котлы с пиролизным сжиганием древесины имеют больший КПД (до 85 %) и позволяют автоматические регулировать мощность.

К недостаткам пиролизных котлов, в первую очередь, можно отнести более высокую, по сравнению с традиционными твердотопливными котлами, цену. Кстати, существуют котлы, работающие не только на дереве, но и котлы на соломе. При выборе и установке твердотопливного котла очень важно соблюсти все требования к дымоходу (его высоте и внутреннему сечению).

3. Типы котлов для теплоснабжения зданий

газовый котел теплоснабжение

Существуют два основных типа паровых котлов: газотрубные и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.

3.1 Газотрубные котлы

В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов ограничивается тепловой мощностью около 360 кВт и рабочим давлением около 1 МПа.

Дело в том, что при проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры.

При превышении же указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, так как взрыв крупного парового котла, сопровождающийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе.

При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя пока еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания.

3.2 Водотрубные котлы

Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.

Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей, характерных для газотрубных котлов. Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном, вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами, радиационные, вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.

Заключение

Итак, в заключение можно сказать, что котлы являются важным элементом в теплоснабжении здания. При выборе колов необходимо учитывать технические, технико-экономические, механические и прочие показатели для лучшего вида теплоснабжения здания. Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые и водогрейные.

В моей работе рассмотрены газовые, электрические, твердотопливные виды котлов, а также типы колов, такие как газотрубные и водотрубные котлы.

Из вышесказанного стоит выделить плюсы и минусы различных видов котлов.

Плюсы газовых котлов таковы: экономичность, по сравнению с другими видами топлива, простота эксплуатации (эксплуатация котла полностью автоматизирована), высокая мощность (можно обогреть большую площадь), возможность установки оборудования на кухне (если мощность котла до 30кВт), компактные размеры, экологичность (в атмосферу выделятся мало вредных веществ).

Минусы газовых котлов: перед установкой необходимо получить разрешение Газгортехнадзора, опасность утечки газа, определённые требования к помещению, где установлен котел, наличие автоматики, перекрывающей доступ газа при утечке или недостатке вентиляции.

Преимущества электрических котлов: невысокая цена, простота монтажа, компактность и небольшой вес - электрокотлы можно вешать на стену и экономить полезное пространство, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрокотлы не требуют отдельного помещения (котельной), не требуют монтажа дымохода, не требуют особого ухода, бесшумны, экологичны - нет вредных выбросов и посторонних запахов.

Основными причинами, ограничивающими распространение электрических котлов, являются далеко не на всех участках, есть возможность выделить несколько десятков киловатт электроэнергии, достаточно высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением.

Сначала выделим недостатки твердотопливных котлов: в первую очередь, твердотопливные котлы отопления используют твердое топливо, которое имеет сравнительно низкую теплоотдачу. Действительно, чтобы качественно протопить крупный дом, придется потратить очень немало топлива и времени. Кроме того, топливо будет сгорать довольно быстро - за два-четыре часа. После этого, если дом протоплен недостаточно, придется снова разжигать огонь. Причем для этого понадобится сначала очистить топку от образовавшихся углей и золы. Только после этого можно будет закладывать топливо и снова разжигать огонь. Все это делается вручную.

С другой же стороны, котлы, работающие на твердом топливе, имеют и некоторые плюсы. Например, не привередливость к топливу. Действительно, они могут эффективно работать на всех видах твердого топлива - дерево, торф, уголь и вообще, все, что может гореть. Разумеется, добыть такое топливо в большинстве регионов нашей страны можно быстро и не слишком дорого, что является серьезным аргументом в пользу твердотопливных котлов. Кроме того, эти котлы совершенно безопасны, так что их можно установить либо в подвале дома, либо просто неподалеку от него. При этом вы можете быть уверены, что из-за утечки топлива не произойдет страшного взрыва. Конечно, не придется оборудовать специальное место для хранения топлива - закапывать в землю емкости для хранения газа или дизтоплива.

В настоящее время существует два основных типа паровых котлов, а именно: газотрубные и водотрубные. К газотрубным котлам относятся те котлы, в которых высокотемпературные газы протекают внутри жаровых и дымогарных труб, тем самым, отдавая тепло воде, которая окружает трубы. Водотрубные котлы отличаются тем, что по трубам протекает нагреваемая вода, а трубы снаружи омываются газами.

Список литературы

1.Бойко Е.А., Шпиков А.А., Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов) - Красноярск, 2003.

.Брюханов О.Н. Газифицированные котельные агрегаты. Учебник. ИНФРА-М. - 2007.

.ГОСТ 23172-78. Koтлыстaциoнapные. Tеpмины и oпpеделения. - Определение котлов «для получения пара или для нагрева воды под давлением».

.Двойнишников В. А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение" / В.А. Двойнишников, Л.В. Деев, М.А. Изюмов. - М.: Машиностроение, 1988.

.Левин И.М., Боткачик И.А., Дымососы и вентиляторы мощных электростанций, М. - Л., 1962.

.Максимов В.М., Котельные агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961.

.Тихомиров К.В. Сергеенко Э. С. "Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция." Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991ж

.Энциклопедия «КругосветУниверсальная» научно-популярная онлайн-энциклопедия.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Котельная установка (котельная) - это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило - воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные - для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные - для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

2. Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.

Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).

В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.

Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.

Рис. 5. : 1 - циркуляционный насос; 2 - топка; 3 - пароперегреватель; 4 - верхний барабан; 5 - водоподогреватель; 6 - воздухоподогреватель; 7 - дымовая труба; 8 - центробежный вентилятор (дымосос); 9 - вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель

На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.

При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.

Рис 6.

Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.

Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.

Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.

Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

Рис. 7.

Для правильного монтажа всех элементов котельной используют монтажную схему, пример которой показан на рис. 9.

Рис. 9.

Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями - трубопроводами, газопроводами и др.

Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.

3. Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

Котлы с естественной циркуляцией;

Котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды - котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами - на рис. 11, а размещение в котельной - на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла - паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13.

Рис. 14.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15.

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Котельные установки - это устройства, предназначенные для получения водяного пара или нагревания воды. В зависимости от вида вырабатываемого рабочего тела котельные установки подразделяют на паровые и водогрейные. Паровая котельная установка служит для получения водяного пара заданных параметров, водогрейная - для нагревания воды до определенной температуры.

По назначению котельные установки делят на энергетические, производственные (промышленные) отопительно - производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар высокого (р ≥ 9 МПа) и среднего (р ≥ 3,5 МПа) давлений, который в основном используют для привода паровых турбин. Производственные котельные установки предназначены для получения водяного пара или горячей воды, которые используют для различных технологических нужд. В отопительных котельных установках вырабатывают водяной пар низкого давления или нагревают воду только для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий и сооружений.

Все крупные современные заводы и фабрики, в том числе и предприятия, изготовляющие строительные материалы и изделия, оборудуют, как правило, отопительно - производственными котельными установками для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, осуществления технологических процессов производства. В частности, в промышленности строительных материалов водяной пар необходим для тепло влажностной обработки бетонных, железобетонных, тепло - изоляционных и других изделий в автоклавах и пропарочных камерах, для подогрева заполнителей бетона в пароувлажнительных установках и т. п. (см. гл. 20).

Котельные установки состоят из котельного агрегата и вспомогательного оборудования. Котельный агрегат является основным элементом котельной установки и включает комплекс элементов, предназначенных для сжигания топлива и передачи теплоты от продуктов сгорания к рабочему телу (воде и пару). Котельный агрегат состоит из собственно котла (испарителя), пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя, топочного устройства, газоходов и воздуховодов, каркаса, обмуровки, регулирующих устройств (арматуры), устройств для осмотра и очистки труб (гарнитуры).

В водогрейном котельном агрегате испарительной части, пароперегревателя и экономайзера нет. В настоящее время широко используется термин "водогрейный котел", хотя более правильно применять термин "водогрейный котлоагрегат". Вспомогательное оборудование предназначено для подготовки и подачи топлива и воды в котельный агрегат, удаления золы, шлака и дымовых газов и подачи воздуха для горения топлива (тягодутьевая установка), а также для контроля и автоматического регулирования режима работы агрегата. Источником тепловой энергии в котлоагрегате служит органическое топливо.

Рабочим телом котельных агрегатов является вода, иногда используются высококипящие органические жидкости: даутерм, дифенил, дифенилоксид и др. Применение высококипящих органических жидкостей обусловлено их теплофизическими свойствами, и в первую очередь высокой температурой кипения и конденсации при низких давлениях (по сравнению с водой). Это позволяет повысить КПД бинарного цикла, в котором водяной пар обеспечивает возможность использования нижнего температурного предела, а органические жидкости - верхнего.

Рабочий процесс в паровом котельном агрегате состоит из следующих основных стадий: 1) горение топлива; 2) теплопередача от горячих дымовых газов к воде или к пару; 3) парообразование (нагрев воды до кипения и ее испарение) и перегрев насыщенного пара.

В водогрейном котельном агрегате рабочий процесс включает лишь две первые стадии. Принципиальная схема паровой котельной установки показана на рис. 18.1. Топливо подается в топку 17 через, горелки 13. Из топки горячие продукты сгорания направляются в газоход, где расположен пароперегреватель 4, и далее поступают в конвективную шахту, в которой помещены экономайзер 5 и воздухоподогреватель 11. Дымососом 7 дымовые газы отсасываются из котельного агрегата и через дымовую трубу 6 выбрасываются в атмосферу.

Воздух на горение подается вентилятором 10. Предварительный подогрев воздуха (до топки) осуществляется в рекуперативном воздухоподогревателе и за счет теплоты дымовых газов.
Вода, прошедшая предварительно химическую и термическую обработку (она называется питательной), питательным насосом 8 нагнетается через экономайзер 5, где происходит ее подогрев, в барабан котла 18. В барабане питательная вода смешивается с водой, находящейся в контуре котла (котловая вода). По опускным трубам 14 котловая вода поступает в нижние камеры (коллекторы 12) и направляется в экранные испарительные трубы 15, где за счет теплоты горения топлива подогревается до температуры кипения и превращается в пар. Образующийся пар вместе с кипящей водой (пароводяная смесь) направляется в барабан котла 18, где происходит сепарация (отделение воды от пара).

Движение воды в опускных и экранных трубах происходит вследствие разности плотностей воды (в необогреваемых трубах 14) и пароводяной смеси (в обогреваемых трубах 15). Пар по пароотводящим трубам 2 направляется в пароперегреватель 4 и из коллектора 3 поступает к потребителю. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду, герметизации конструкций и создания безопасных условий работы и обслуживания топку и газоходы котельного агрегата изолируют огнеупорными и теплоизоляционными материалами, которые называются обмуровкой.

Рис. 18.1. Схема паровой котельной установки
1 - паровой котел; 2 - пароотводящие трубы; 3 - коллекторы пароперегревателя; 4 - пароперегреватель; 5 - экономайзер; 6 - дымовая труба; 7 - дымосос; 8 - питательный насос; 9 - канал для продуктов сгорания; 10 - вентилятор; 11 - воздухоподогреватель; 12 - коллекторы экранов; 13 - горелки; 14 - опускные трубы; 15 - экраны; 16 - обмуровка; 17 - топка; 18 - барабан.

На рис. 18.1 не показаны установки для химической очистки воды от содержащихся в ней солей и термической очистки от растворенных газов (С0 2 , N 2 , 0 2), здание, в котором располагается котельная установка, и т. д.

При сжигании твердого топлива перед дымососом устанавливают золоотделители для очистки дымовых газов от золовой пыли, а перед горелками - систему приготовления топлива.
К числу общих требований, предъявляемых к котельным установкам, относятся надежность и долговечность работы при заданных параметрах, безопасность, легкость регулирования, низкая стоимость вырабатываемого пара (или теплоты).

В настоящее время при тепловой обработке строительных материалов и изделий основное количество расходуемой теплоты (более 90 %) получают от сжигания различных видов топлива непосредственно в топках печей, сушилок и других технологических установок, при этом некоторые из них в отличие от топочных устройств котельных установок работают с переменной тепловой нагрузкой в различные периоды обжига строительных изделий.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ.

Пар находит широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе на заводах, фабриках пищевой промышленности. Производство пара является одним из наиболее развитых производств. Пар используется для выработки электроэнергии, отопления, вентиляции промышленных предприятий и прочих нужд. Пар получается в специальных устройствах – котельных установках.

Котельной установкой называется совокупность различных аппаратов и приборов, предназначенных для получения пара заданных параметров за счет химической энергии топлива.

Рабочими телами в котельных установках являются: топливо, окислитель (кислород воздуха), вода. В котельных установках происходит преобразование химической энергии топлива в физическое тепло продуктов сгорания, которое через металлические поверхности нагрева передается воде для выработки пара, для его перегрева, т.е. в котельных установках происходят следующие процессы:1) горение топлива, 2) теплообмен между продуктами сгорания, водой и паром, 3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и перегрева пара.

Котельные установки классифицируются: по назначению, по паропроизводительности, по параметрам вырабатываемого пара.

По назначению котельные установки подразделяются на энергетические, производственно-отопительные и смешанного типа.

По паропроизводительности котельные установки подразделяются: на установки малой мощности (0,7÷5,5 кг/с) или (2÷20 т/час); средней мощности (до 20 кг/сек или до 75 т/час) и большой мощности (свыше 30 кг/с или 100т/час).

По параметрам вырабатываемого пара установки бывают: низкого давления (до 1,4мПа), среднего давления (до 4,0мПа) и высокого давления (до 10,0 мПа).

В энергетических котельных вырабатывается перегретый пар, который используется в паротурбинных цехах теплоэлектростанций.

Производственно-отопительные котельные установки обслуживают производственные предприятия, снабжая их паром на отопление и вентиляцию, и для технологических аппаратов.

Котельные установки смешанного типа предназначены для выработки пар, как на производство электроэнергии, так и для технологических целей производства и отопления.

Все крупные современные заводы и фабрики пищевой промышленности, как правило, имеют свои котельные установки.

По характеру теплового потребления предприятия пищевой промышленности можно разбить на три большие группы.

I. Предприятия, использующие пар для выработки электроэнергии (в турбогенераторах) для технологических нужд, отопления, вентиляции зданий. Предприятия первой группы расположены обычно на местах получения сырья. К ним нет подвода электроэнергии из вне, и поэтому они имеют свои тепловые установки, оборудованные котельными установками смешанного типа. К первой группе относятся сахарные заводы, спиртовые предприятия, консервные заводы и т.д.

II. Ко второй группе предприятий относятся предприятия, использующие пар только для технологических и отопительных нужд. Эта самая многочисленная группа предприятий включает предприятия хлебопекарной, макаронной, кондитерской, молочной отраслей промышленности. Предприятия расположены в городах и поселках городского типа и имеют производственно-отопительные котельные.

С развитием крупных теплоэлектроцентралей наблюдается тенденция перехода предприятий на внешнее теплоснабжение от ТЭЦ.

III. К третьей группе предприятий относятся предприятия, использующие в качестве теплоносителя, главным образом, горячую воду (табачные фабрики и пр.).

2.1.Элементы котельной установки.

Основным устройством котельной установки является котельный агрегат и ряд вспомогательного оборудования. В котельной имеется несколько котельных агрегатов. Современный котельный агрегат является сложным устройством. Он состоит из топки, генератора пара, называемого обычно паровым котлом, пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя, обмуровки, каркаса, арматуры и прочее. К вспомогательному оборудованию котельной установки относятся аппараты и механизмы, предназначенные для подготовки и транспортировки топлива и воды, тягодутьевые устройства, золоулавливающие аппараты, гарнитура, приборы теплового контроля и автоматического регулирования.

Топливоподача – механизированные устройства для подготовки и подачи топлива в котлоагрегатах.

Водоподготовительная установка – система различных аппаратов, обеспечивающих очистку воды от всевозможных примесей и накипеобразующих солей, а также деаэрацию воды.

Питательная установка включает в себя бак и насосы для подачи питательной воды в котельный агрегат.

Дутьевая установка состоит из воздуховода и дутьевого вентилятора, подающего воздух в топку.

Тяговая установка служит для удаления дымовых газов из котлоагрегата и состоит из дымососа и дымовой трубы.

На рис.1 представлена схема котельного агрегата

Золоулавливающее устройство – предназначено для удаления золы и шлаков из котельной. Контрольно-измерительная аппаратура обеспечивает безопасность и бесперебойную работу по выработке пара заданных параметров.

Топка служит для сжигания топлива. Топки классифицируются как слоевые, камерные, циклонные.

Генератор пара (паровой котел) – представляет собой закрытый металлический теплообменный аппарат, служащий для превращения поступающей в него воды в пар с давлением выше атмосферного. Котлы бывают различных конструкций.

На рис. 1 генератор пара (котел) состоит из барабана, экрана и опускных труб, коллекторов, конвективной поверхности нагрева.

Пароперегреватели предназначены для перегрева пара, выдаваемого котлом. Выполняются в виде змеевиков из бесшовных труб. В газоходах котла они размещены горизонтально или вертикально.

Экономайзеры служат для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котла. Они подразделяются на кипящие и не кипящие. Экономайзеры представляют собой систему чугунных или стальных труб, гладких или ребристых, внутри которых циркулирует вода. Снаружи трубы обогреваются дымовыми газами, уходящими из котлоагрегата.

Воздухоподогреватели предназначаются для подогрева воздуха, подаваемого в топку для сжигания топлива, а при пылевидном сжигании еще для подсушивания топлива в мельницах. Наибольшее распространение получили трубчатые воздухоподогреватели. Воздух движется внутри труб, а снаружи трубы омываются горячими газами. При подогреве воздуха до 300 о С устанавливаются одноступенчатые подогреватели, а при более высоких температурах – двухступенчатые.

Обмуровка представляют собой наружные и внутренние кирпичные стены котла. Выполняется из красного кирпича (строительного).

Футеровка выполняется огнеупорным кирпичом.

Каркас – металлическая конструкция, служащая опорой для элементов котлоагрегата.

Арматура обеспечивает безопасную работу. К ней относятся: предохранительные клапана (2 шт.), питательный запорный клапан (2 шт.), манометры (1 шт.), водомерные стекла (2 шт.), парозаборный клапан и другие.

К числу основных требований, предъявляемых к котельным установкам, относятся надежность и долговечность работы при заданных параметрах, безопасность работы, легкая регулируемость, низкая стоимость вырабатываемого пара и изготовление котлоагрегата.

2.1..Топки.

Топочное устройство или топка является как топливосжигающим, так и теплообменным устройством, воспринимающим до 50% теплоты, выделенной в топке и переданной излучением поверхности нагрева.

Существуют три основные способа сжигания топлива: в слое, факеле и вихре (циклоне). В соответствии с этим топки квалифицируются на слоевые и камерные.

Сжигание кускового топлива в слое на колосниковых решетках называется слоевым сжиганием, соответственно топки называют слоевыми.

Сжигание топлива во взвешенном состоянии (в виде тонкоизмельченного твердого топлива, газа, жидкого топлива) называется факельным, а топки называют камерными. Сжигание мелкоизмельченного топлива в сильном тангенциальном вздуваемом потоке воздуха называется вихревым сжиганием. Видом таких топок являются циклонные камерные топки.

Слоевые топки.

По степени механизации слоевые топки подразделяются на топки с ручным обслуживанием, полумеханизированные, полностью механизированные топки.

При ручном обслуживании загрузка топлива на колосниковую решетку, шуровка топлива и выгрузка золы и шлака осуществляется вручную.

В полумеханизированных топках какая либо из указанных выше операций механизирована.

В полностью механизированных топках все операции сжигания топлива механизированы. Топки с ручным обслуживанием имеют распространение в установках малой мощности (0,5 ÷ 2 т/час). В установках средней мощности они находят весьма редкое применение. В установках средней и большой мощности имеют распространение топки полумеханизированные и полностью механизированные.

Камерные топки для сжигания угольной пыли, газа и мазута.

Тонкоизмельченная угольная пыль с первичным воздухом вентилятором подается в горелку, куда также подается горячий воздух, обеспечивающий полное сгорание топлива.

Сгорание угольной пыли в топке производится во взвешенном состоянии в факеле. Зола топлива частично осаждается в золовом бункере и удаляется из него. Некоторая часть золы улавливается в циклонах, устанавливаемых перед дымовой трубой. Основная часть золы 80% вместе с дымовыми газами выбрасывается в атмосферу.

Вместо пылеугольных горелок камерные топки могут быть оборудованы при сжигании газа газовыми горелками, а при сжигании мазута – мазутными форсунками. Кроме того, камерные топки для сжигания газа и мазута, в отличие от пылеугольных топок, не имеют золового бункера и золоулавливающих устройств.

Тепловые характеристики топок.

Работа топочных устройств характеризуется следующими показателями:

Удельная тепловая мощность зеркала горения (показатель характеризующий работу слоевой топки):

КВт/м 2 (13)

где: В – расход топлива, кг/с

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг

R - площадь зеркала горения, то есть видимая сверху поверхность горящего топлива, м .

Численно R считается равной площади колосниковой решетки, т.к. R=F.

Оптимальные значения тепловых напряжений зеркала горения зависят от типа топки и характеристик топлива. Они колеблются в пределах 800 – 2000кВт/м . С возрастанием величины q R по сравнению с этим номинальным значением увеличивается потеря тепла (q 4) от механической неполноты сгорания.

Второй характеристикой является удельная тепловая мощность топочного пространства

, кВт/м 3 (14)

где - объем топочной камеры, м . -низшая теплота сгорания газообразного топлива кДж/м 3 .

Эта величина характеризует работу камерной топки.

Достаточный объем топочной камеры и достаточная ее высота обеспечивают эффективное сжигание летучих веществ, выделяющихся из топлива. Величины тепловых напряжений топочной камеры колеблются от 140 до 500 кВт/м . С возрастанием этой величины увеличиваются потери тепла (q 3) от химической неполноты сгорания и (q 4) от механической неполноты сгорания.

Величины q R и q v являются важными показателями, необходимыми для расчета размеров топок.

Для всех видов топок (слоевых и камерных), определяющих их экономичность и эффективность работы, является коэффициент полезного действия топки:

% (15)

где: q 3 - потери от химической неполноты сгорания, %,

q 4 - потери от механической неполноты сгорания, %.

Чем лучше процесс сжигания, тем меньше q 3 и q 4 , тем совершеннее топка.

КПД камерных топок выше, чем у слоевых, так как у них меньше величина q 4 .

Последним показателем, определяющим работу топок, является коэффициент избытка воздуха в топке :

где: - теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, м /кг;

Действительное количество воздуха, поступившего в топку, м /кг.

Величина зависит от вида сжигаемого топлива и типа топочного устройства.

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ.

В современных котлоагрегатах под собственно паровым котлом понимают всю совокупность элементов (барабаны, экраны, фестоны, ширмы, кипятильные трубы), предназначенных для образования и сбора насыщенного водяного пара.

Барабан до определенного уровня заполнен водой образующий водяное пространство. В верхней части (паровое пространство) барабана собирается образующийся влажный насыщенный пар. В паровом пространстве барабана размещаются сепарационные устройства, служащие для отделения воды и пара. С насыщенным паром, покидающим барабан котла, уносится некоторое количество влаги в виде мелких капелек котловой воды. Соли, содержащиеся в этих капельках, после испарения капелек в пароперегревателе отлагаются на внутренней поверхности змеевиков вследствие чего в них ухудшается теплообмен и возникает нежелательное повышение температуры труб пароперегревателя. Соли могут также откладываться в арматуре паропроводов, что может привести к нарушению ее плотности, а попав в проточную часть паровой турбины соли снижают экономичность ее работы.

Осложнения, вызываемые уносом котловой воды, требуют снижения влажности и солесодержания пара, выходящего из барабанов. Снижение влажности пара достигается установкой специальных сепараторов, предназначенных для отделения капелек воды от пара. Конструкции сепараторов построены на использовании различных механических факторов гравитации, инерции, пленочного эффекта и других.

Инерционная сепарация осуществляется созданием резких поворотов потока паровой смеси, поступающей в барабан котла из экранных или котельных труб (отбойные щиты, циклоны).

Пленочная сепарация основана на том, что при ударе влажного пара о твердую увлажненную поверхность мельчайшие частицы влаги, содержащиеся в паре, пристают к этой поверхности, образуя на ней сплошную водяную пленку.

Паровые котлы выполняются как однобарабанными, так и двухбарабанными.

Экранные трубы, размещенные в топочном пространстве, служат для нагревания и испарения воды в основном за счет поглощения лучистой энергии.

Передние, менее обогреваемые экранные трубы являются опускными трубами контура естественной циркуляции воды и пароводяной смеси, а так как плотность воды в них больше, чем в более нагретых задних трубах, являющихся подъемными.Кипятильные трубы, омываемые снаружи горячими дымовыми газами, образуют развитую конвективную (испарительную) поверхность нагрева котла. Последние ряды кипятильных труб по ходу газов являются опускными. Дымовые газы между пучками кипятильных труб могут двигаться вертикально или в горизонтально-поперечном направлении с несколькими поворотами (котлы DE).

Под циркуляцией понимают процесс многократного обращения испаряемой воды в экранах и кипятильных трубах барабанных котлов. Она может осуществляться под действием гравитационных сил (из-за разности плотности воды и пароводяной эмульсии). Это так называемая естественная циркуляция. Но она может осуществляться и принудительно, под действием специального циркуляционного насоса (многократная принудительная циркуляция).

В прямоточных котлах циркуляционный контур отсутствует. Полное испарение воды в испарительной поверхности нагрева происходит за время однократного, прямоточного прохождения воды в ней (под действием питательного насоса).

Отношение количества воды, вошедшей в испарительную систему, к количеству пара, который вырабатывается за то же время этой системой, называется кратностью циркуляции. Для котлов с естественной циркуляцией кратность циркуляции колеблется в пределах m=8÷50 и больше. В котлах с многократно-принудительной циркуляцией m=5÷10. В прямоточных котлах m=1.

Основным типом котлоагрегатов являются вертикально-водотрубные котлы. Конструктивно они выполняются без барабанов, двухбарабанные и однобарабанные.

Безбарабанные цилиндрические вертикально-водотрубные котлоагрегаты выпускаются паропроизводительностью от 0,2 до 10 т/ч для производства влажного насыщенного пара с давлением 0,88 МПа (9 ата). Эти котлы устанавливаются на небольших предприятиях (хлебопекарни, кондитерские предприятия).

Двухбарабанные вертикально-водотрубные котлоагрегаты выпускаются производительностью от 0,4 до 50 т/ч для производства влажного насыщенного или перегретого пара низкого и среднего давления. Этот котел состоит из двух горизонтальных барабанов (верхнего и нижнего), расположенных на одной вертикальной оси. Стены топочный камеры покрыты трубами. Верхние концы труб в вальцованы в верхний барабан, а нижние- в коллекторы. Коллектор также соединен необогреваемой опускной трубой с верхним барабаном, причем, труба замурована в обмуровке.

Трубы, покрывающие стены топочных камер, называются экранами илиэкранной поверхностью нагрева котла.

Трубы, находящиеся в газоходах котла и омываемые продольным или поперечным потоком дымовых газов, которые отдают конвекцией свое тепло воде, циркулирующей по трубам, составляяют конвективную поверхность нагрева.

Питание котла осуществляется через верхний барабан через питательные трубы. Для поддержания нормального солесодержания применяют продувку котла. Продувка бывает непрерывная и периодическая. Непрерывная продувка производится из верхнего барабана, откуда непрерывно удаляется вода в количестве 3÷5 % от паропроизводительности котла. Периодическая продувка производится из нижнего котла один раз в смену и служит для удаления шлама (грязи) из котла. При работе котла на твердом топливе на конвективных трубах осаждается зола. Удаление золы с труб производится с помощью обдувочной трубы, соединенной с паровым пространством барабана.

В пищевой промышленности широкое применение находят двухбарабанные вертикально-водотрубные котлы типа ДЕ (2,5; 4; 6,5; 10; 20 т/час) с давлением 1,4 МПа, выпускаемые Бийским котельным заводом. Другие марки двухбарабанных вертикально-водотрубных котлоагрегатов: Е-0,4/9т, Е-1/9-1 Г,М, ГМ 50-14, DЕ-25-2,4ГМ, Е-1/9 г.м. паропроизводительность 1000 кг/ч, рабочее давление 0,9 мПа, топливо – газ, мазут.

Однобарабанные вертикально-водотрубные котлоагрегаты паропроизво-дительностью от 50 т/час и выше, предназначенные для производства перегретого пара среднего и высокого давления, выполняются с сильно развитыми экранными поверхностями нагрева, камерной топкой и с компоновкой элементов в виде буквы П. Они работают с естественной циркуляцией воды, в их топках сжигают твердое пылевидное, жидкое и газообразное топлива. В этих котлоагрегатах экранирование топки настолько значительно, что отпадает необходимость в развитых кипятильных конвективных поверхностях нагрева (поэтому эти котлы иногда называют экранными). Конвективными поверхностями нагрева в котлоагрегатах этого типа остаются только пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Однобарабанные котлоагрегаты производи-тельностью до 75 т/час БКЗ-75-3,9,ГМ устанавливаются на сахарных заводах. Кроме котлов с естественной циркуляцией существуют котлы с принудительной циркуляцией. В котлах такого типа движение воды и пароводяной смеси в трубах котла производится за счет давления, создаваемого питательным насосом. Наибольшее распространение из котлов с принудительной циркуляцией имеют котлы Рамзина Л.К. так называемые прямоточные котлы.

Прямоточные котлы не имеют барабанов, состоят из одних труб, и получение пара в них производится за один проход воды по трубам.

Прямоточные котлы изготавливаются в виде мощных котельных агрегатов и предназначены для получения пара сверхвысокого давления и высокой температуры.

ВОДОПОДГОТОВКА.

В качестве питательной воды котлов используется конденсат, возвращающийся из конденсаторов турбин, теплообменников технологических аппаратов и умягченная добавочная вода. В природной (сырой) воде, используемой в качестве добавочной воды для питания котлов, всегда содержатся взвешенные и растворенные твердые вещества, и растворенные газы. Основными показателями, характеризующими качество воды, являются: содержание взвешенных веществ, сухой остаток, солесодержание, жесткость воды, щелочность, содержание коррозионноагресивных газов О 2 и СО 2 (в мг/кг). Содержание взвешенных веществ определяет загрязненность воды твердыми нерастворимыми примесями (песок, глина) и выраженная в миллиграммах на кг.

Сухой остаток – показатель, характеризующий коллоидных и растворенных неорганических и органических примесей в воде (в мг/кг).

Жесткость воды общая Ж 0 - суммарная концентрация находящихся в в растворе ионов кальция и магния, выраженная в эквивалентных единицах измеряется в мг – экв/кг.

Щелочность воды общая Щ 0 - выраженная в мг – экв/кг суммарная концентрация содержащихся в воде анионов ОН – (Гидроксильные ионы) (бикарбонатные ионы), - (карбонатные ионы), (фосфатных ионов). В природных водах из перечисленных ионов, как правило, присутствуют в заметных количествах бикарбонатные ионы. Содержащиеся в сырой воде взвешенные и растворенные твердые вещества, а также растворенные коррозионноагресивные газы делают ее непригодной для подачи в котлы, так как при наличии в воде твердых минеральных примесей котельный агрегат быстро зарастает накипью и забивается шлаком, а коррозионноагрессивные газы вызывают коррозию металлических поверхностей. Поэтому добавочная вода очищается от грубодисперсных коллоидных примесей и накипеобразующих солей, а также от растворенного воздуха. Удаление из воды грубодисперсных примесей достигается осветлением е путем отстаивания и фильтрования.

Осветление вводы путем фильтрования заключается в пропускании воды через фильтры, загруженные зернистым фильтрующим материалом (дробленый антрацит, мраморная крошка, кварцевый песок), задерживающим грубодисперсные примеси из-за малых размеров.

Коллоидные примеси в воде удаляются путем введения воду коагулянтов (сульфаты алюминия и железа). В результате чего коллоидные примеси превращаются в грубодисперсные хлопья, отделяемые потом от воды отстаиванием или фильтрацией.

Для снижения жесткости и щелочности воду подвергают предварительной обработке методом осаждения. При этом обрабатывают известью или другими реагентами, в результате этого в воде выделяются (осаждаются) труднорастворимые соединения кальция и магния, которые отделяются от умягченной воды осветлением.

В настоящее время наиболее полное умягчение природной воды достигают методом ионного обмена. При этом способе воду, подлежащую умягчению, пропускают через слой особых зернистых материалов – ионов, которые поглощают из воды катионы (Mg, Ca) накипеобразующих веществ, а взамен в эквивалентном количестве поступают ионы веществ, не нарушающих водный режим котлов. Это так называемая химическая очистка воды в катионитовых фильтрах.

В этих фильтрах, заполненных на 3/4 своего объема сульфуглем (катионитом) протекает реакция замещения содержащихся в воде катионов кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ катионами натрия (Nа – катионирование).

Освобождение воды от растворенных в ней коррозионноактивных газов осуществляется в деаэраторах. Деаэрация всей обращающейся в цикле воды осуществляется термическим способом.

Поддержание водного режима паровых котлов.

Даже при самой тщательной обработке добавочной воды удалить из неевсе растворенные минеральные вещества не представляется возможным. Попадая в котел эти остаточные примеси, постепенно накапливаются в котловой воде, так как в процессе испарения воды они почти не переходят в пар. С наступлением состояния насыщения избыточное количество примеси выпадает из раствора в виде кристаллов.

Вещества, которые кристаллизуются непосредственно на поверхности нагрева, образуют накипь.

Вещества, кристаллизующиеся в объеме котловой воды (вокруг взвешенных коллоидных частиц), образуют взвешенные частицы, называемые шламом. В связи с этим эксплуатацию (барабанного) парового котла следует вести так, чтобы концентрация накипеобразующих солей в котловой воде была ниже критической концентрации, при которой начинается их выпадение из раствора. Для этого прибегают к продувке котла, то есть к спуску из него некоторого количества котловой воды, чтобы вместе с этой водой удалить из котла то количество солей, которое поступает в него вместе с питательной водой. Так как солесодержание котловой воды во много раз выше солесодержания питательной воды, то поддержание допустимой концентрации солей в котловой воде достигается путем удаления из котла продувочной воды в количестве составляющем всего 0,5÷6% от его паропроизводительности.

Продувка осуществляется за счет разности давлений в котле и устройстве, куда направляется продувочная вода (расширитель). Применяется непрерывная и периодическая продувка паровых котлов.

Непрерывная продувка служит для удаления растворимых в котловой воде примесей и в барабанных котлах производится с помощью водозаборных труб, размещенных в барабане в месте максимальной их концентрации – при выходе пароводяной смеси из кипятильных труб вблизи уровня воды в верхнем барабане котла (или из выносных циклонов). Периодическая продувка применяется, в основном, для удаления шлама и поэтому производится из нижних точек циркуляционного контура, где наиболее вероятно оседание более тяжелых шламовых частиц, т.е. их нижнего барабана и коллекторов экранов.