Модульные котельные установки (транспортабельные и блочные котельные установки) представляют собой один или несколько блок-модулей (в зависимости от необходимой тепловой мощности) с установленным внутренним технологическим оборудованием и оборудованием для подключения к инженерным сетям. Такие котельные поставляются Заказчику в полной заводской готовности.

Схема и характеристики котельной установки зависят от нескольких факторов: необходимой тепловой мощности, используемого топлива (природный газ, сжиженные газ, попутный нефтяной газ, мазут, дизельное топливо, отработанное масло, уголь, кокс, многотопливные котельные), назначения котельной установки (отопительные или промышленные котельные). Тип топлива является самым главным критерием для дальнейшего подбора оборудования, а именно котлов и горелок. В зависимости от топлива можно выделить , а так же дизельные, нефтяные, мазутные, твердотопливные котельные.

Основные требования к проектированию и строительству котельных с давлением пара не более 3,9 МПа (40 кгс/см 2) и с температурой воды не более 200°С собраны в своде правил .

В соответствии с вышеуказанным нормативным документом все котельные установки делятся на две категории:

• категория I - котельные установки, которые являются единственным источником тепловой энергии или которые обеспечивают тепловой энергией потребителей без индивидуальных резервных источников тепла
• категория II - котельные установки, не относящиеся к первой категории

Работа котельных установок

Рассмотрим работу котельной на примере водогрейной котельной установки. В котлах происходит нагрев теплоносителя (в большинстве случаев, воды) для подачи ее потребителю. Установленные насосы способствуют постоянной циркуляции теплоносителя (подача ее потребителю и возврат ее обратно). Вода поступает по трубам в теплоисточник (радиатор, теплые полы, отопительные котлы). В котельной обязательно должна быть предусмотрена регулировка продолжительности работы и температуры теплоносителя. Линия подачи воды потребителя называется прямой линией (или подающей).

Поступив в радиаторы, вода остывает и возвращается обратно. Это является обратной линией котельной.

Оборудование котельной установки

Оборудование для блочно-модульной котельной подбирается и компонуется по Индивидуальному заказу на основе заполненного Опросного листа на ТКУ , в котором указываются основные требования и параметры основного оборудования. Блочно-модульная котельная состоит из:

• Здание котельной
• Котельное оборудование (котлы)
• Горелки
• Газовое оборудование
• Насосное оборудование
• Системы автоматизации, связи и сигнализации, контроля и пожарной безопасности
• Системы водоочистки и водоподготовки
• Мембранный расширительный бак
• Газоходы и дымовые трубы

Блок-модуль котельной

Здание транспортабельной котельной представляет собой блок-модуль (контейнерный модуль). Это одноэтажная каркасная конструкция из негорючих материалов для обеспечения пожарной безопасности и высокой огнестойкости. Необходимая мощность котельной определяет количество модулей каркасного типа, их габаритные размеры (см. ГОСТ 23838-89 "Здания предприятий. Параметры"). В случае возможности установки всего оборудования в один блок-бокс, завод-изготовитель котельной может порекомендовать предусмотреть одно или несколько алюминиевых окон или стальных дверных проемов.

Здание модульной котельной является сварной каркасной конструкцией с основанием в виде платформы, за счет которой увеличивается прочность конструкции и способность ее сопротивляться ветровым и снеговым нагрузкам. Стальные швеллеры служат основой стоек, балок и прогонов каркаса. Прокатные швеллеры или уголки используются для балок пола. В качестве ограждающих конструкций блок-модуль обшиваются сэндвич-панелями из листов рифленой стали. Крышу котельной традиционно делают одно- или двускатную.

Устройство теплоизоляции здания котельной (утеплитель, подшивка) позволяет эксплуатировать котельную при низки температурах. Также все металлоконструкции должны пройти антикоррозионную обработку.

При проектировании здания котельной следует учитывать требования к взрывопожарной безопасности и огнестойкости сооружения в соответствии с СП 12.13130.2009 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (с Изменением N 1)".

Котельное оборудование

Котлы являются одним из важных элементов котельных установок. Именно в них происходит нагрев теплоносителя или получение пара.

В соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" различают водогрейные, паровые и пароводогрейные котлы. Теплоноситель для котельных (вода или пар) образовывается за счет получаемой тепловой энергии от сжигания топлива (в случае газовых, твердотопливных и жидкотопливных котлов) или за счет преобразования электроэнергии в тепловую (в случае электрических котлов). Корпус котла изготавливается из чугуна или из стали в зависимости от используемого вида топлива. Например, в случае использования твердого топлива на стальных стенках котла происходит отложение серы, из-за чего срок службы котла сокращается. Выходом из этого может стать использование чугунных котлов, но они тоже обладают одним недостатком: являются слишком большими и громоздкими.

При выборе вида и количество котлов производятся технико-экономические расчеты, для которых учитываются следующие факторы:

• производительность котлов и котельной в целом
• обеспечение стабильности в работе котлов при минимальной нагрузке в теплый период года
• количество потребителей
• расстояние доставки теплоносителя до конечного потребителя
• требования к КПД котла
• вид топлива и его химические характеристики (твердое топливо, газ, электричество)
• автоматизация работы котельной и ее степень
• габаритные размеры котла
• прочность котла
• возможность очистки, промывки и ремонта котла

При выборе количества котлов следует помнить пп. 4.8. и 4.14. , в соответствии с которыми минимальное количество котлов определяется категорией котельной: в котельных первой категории устанавливается минимально два котла, в котельных второй категории - один котел.

Горелки

Одним из важных рабочих элементов котельной является горелка (кроме электрических котлов). Функциями любых горелок (газовых, дизельных) являются подготовка, смешение топлива и воздуха и сжигание полученной горючей смеси в камере сгорания котла, за счет чего происходит нагрев теплоносителя в котле.

Выбор конструкции и типа горелки осуществляется на основании используемого топлива (жидкого топлива или газа), а также анализа требований к мощности и производительности котла, размерам камеры сгорания котла, диапазону и типу регулирования горелки. Так, газовые горелки бывают одноступенчатыми, двуступенчатыми (с возможностью работать в двух режимах), плавно-двухступенчатые (работают в диапазоне заданных режимов) и модулируемые горелки (работают в диапазоне мощностей от 10 до 100%).

Газовое оборудование для котельных

К газовому оборудованию котельных относятся:

• запорная и предохранительная арматура
• контрольно-измерительное оборудование ( , датчики, манометры, термометры, напорометры)

Требования к использованию газового оборудования достаточно строгие из-за повышенной горючести газа. Их (требования) Вы можете посмотреть в СП 89.13330.2012 "Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76". Согласно им, установки ГРУ устанавливаются в здании котельной, а пункты ГРП на площадке котельной. Также, если каждый котел имеет тепловую мощность более 30 МВт, рекомендуется предусматривать две линии редуцирования (т.е. дублирующая нитка редуцирования включается только в случае выхода из строя основной линии редуцирования). Если тепловая мощность котлов в котельной менее 30 МВт, возможна установка одной линии редуцирования (кроме котельных I категории).

Количество трубопроводов подачи газа также регламентируется Сводами Правил СП 89.13330.2012: в котельных I категории мощностью до 30 МВт, которые работают только на газе, газ от ГРУ или ГРП может поступать от двух трубопроводов; в котельных II категории - от одного.

Регуляторы давления газа необходимы для регулирования давления поставляемого газа вне зависимости от расхода: обычно регуляторы давления понижают давление газа.

Фильтры толстой и тонкой очистки газа необходимы для фильтрации газа от примесей, твердых частиц и вкраплений, которые могут засорить трубопроводы, снизить производительность котлов и уменьшить срок службы оборудования.

Запорная и предохранительная арматура устанавливается на газовой линии котельной также для нормальной и безопасной эксплуатации газового оборудования. Основными элементами такой арматуры являются запорные и термозапорные клапаны, контрольные клапаны, обратные клапаны, .

Насосное оборудование котельных

Насосы необходимы для равномерной подачи теплоносителя и его отпуска, транспортировки теплоносителя по трубам к тепловому источнику и циркуляции теплоносителя. В зависимости от специфики котельной и используемого котельного оборудования выбирается тип и конструкция насоса (см. СП 89.13330.2012). Конструктивно насосы изготавливаются и поставляются с паровым или электроприводом. По типу насосы бывают сетевые (для циркуляции теплоносителя в системе), питательные (для подачи воды к котлам), циркуляционные (для обеспечения заданного напора воды у потребителя), антиконденсационные и подпиточные (для восполнения системы водой из внешних источников) насосы. Количество насосов рассчитывается исходя из производительности котельной. При этом в некоторых случаях обязательна установка резервного насоса.

Теплообменная система котельной

Система ГВС котельной состоит из теплообменников, обычно пластинчатых, и водоподогревателей (паровых, водяных, пароводяных). Теплообменное оборудование необходимо для подогрева нагреваемой воды от горячей среды.

Количество водоподогревателей рассчитывается для каждой системы котельной (системы вентиляции, системы отопления) и в зависимости от необходимых параметров отпускаемой воды/пара.

Автоматизация котельных установок, системы связи, сигнализации, контроля и пожарной безопасности

Особенностью является полностью автоматизированная работа котельной без постоянного присутствия персонала, но под постоянной диспетчеризацией и контролем посредством вывода информации о параметрах работы котельной на дистанционном пульте управления.

В случае аварийных ситуаций (прекращение подачи топлива к горелкам, понижение/повышение давления воды/пара/масла, повышение/понижение уровня воды, исчезновение электрического напряжения, повышение/понижение температуры воды/масла на выходе и т.п.) информация о них поступает на пульт управления котельной. Для оповещения о поломке оборудования должна быть предусмотрена система сигнализации (звукая, световая). При этом автоматически происходит отключение вышедшего из строя оборудования и ввод в работу резервного оборудования. Регулирование параметров работы котельной должно осуществляться автоматически, если эти параметры выходят за рамки заданных.

Случаи сигнализации, оповещения и регулирования приведены в СП 89.13330.2012.

Водоподготовка котельных установок, водоочистка

Система водоподготовки в котельных необходима для очистки воды перед поступлением в котлы или тепловые сети от механических примесей и растворенных загрязнителей, деминералиции и умягчения. Это предотвращает образование накипи на котельном оборудовании, образование коррозии и вспенивание котловой воды и унос солей с паром. Для подготовки воды используется несколько методов: механическая фильтрация и нанофильтрация, обратный осмос, известкование, ультрафильтрация, дехлорирование, натрий-катионирование и др.

Вода и пар, используемая в котельной, должна отвечать требованиям:

• ГОСТа 2761-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора"
• СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения"
• ПБ 10-574-03 "Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов"
• ГОСТ 20995-75 "Котлы паровые стационарные давлением до 3,9 МПа. Показатели качества питательной воды и пара"

Среди оборудования, используемого в системах водоподготовки, можно назвать: фильтры, установки обезжелезивания, установка умягчения, вихревые реакторы для реагентного умягчения и т.п.

Выбор водоподготовительных установок должен соответствовать требованиям СП 31.13330.2012 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84".

Расширительный мембранный бак

Расширительные баки необходимы в составе котельных, так как они предотвращают повышение давления воды (при подогреве воды происходит ее расширение и, соответственно, увеличение ее объема), возможность гидроудара и компенсируют ее объем. Баки также удаляют образовавшийся воздух в результате нагрева теплоносителя. Для выполнения этих функций в котельной устанавливают расширительные баки для разных систем: расширительный бак отопления и расширительный бак горячего водоснабжения.

Конструктивно мембранные баки для отопления и водоснабжения схожи. Они представляют собой вертикальный или горизонтальный цилиндрический или прямоугольный бак, с установленной внутри эластичной мембраной. Эта мембрана разделяет расширительный бак на воздушный и жидкостный отсеки. Принцип работы мембранного бака заключается в том, что излишки воды в системе при ее нагревании попадают в бак. Эту воду можно использовать для водоснабжения и водоподготовки, подавая ее в систему под нужным давлением.

Материал расширительных баков для системы отопления должен быть более устойчивым к высоким температурам. Расширительные баки для систем водоснабжения должны быть сделаны из эластичного материала, чтобы выдерживать большие перепады давления.

Дымовые трубы и газоходы

Дымовые трубы и газоходы относятся к системе дымоудаления (газоотвода) котельных установок. В случае затрудненного естественного рассеивания отработанных газов и дыма (в случае отсутствия естественной тяги) строятся дымовые трубы разных конструкций. Газоходы же тянутся от котлов и крепятся перпендикулярно к дымовым трубам.

Дымовые трубы бывают следующих конструкций:

• дымовая труба на ферме
• дымовая труба на растяжках
• дымовая труба на мачте
• фасадная дымовая труба
• самонесущая дымовая труба

Кроме того, в конструкцию одной дымовой трубы может входить несколько вертикальных газоходов.

Материал, высота, диаметр и метод крепления трубы определяются исходя из мощности котельной и на основании аэродинамических подсчетов газового тракта, скорости газа, требований к устойчивости конструкции (в соответствии с требованиями СП 43.13330.2012 "Сооружения промышленных предприятий. Актуализированная редакция СНиП 2.09.03-85").

На котельных установках также устанавливается вспомогательное оборудование для надежной эксплуатации котлов и всей системы в целом. Комплект вспомогательного оборудования зависит от вида используемого топлива, от мощности и от технико-экономических требований Заказчика. Вспомогательное оборудование включает в себя:

• деаэраторы (вакуумные, атмосферного давления, химические, термические)
• водоподогреватель (бойлер)
• баки-аккумуляторы и др.

Специалисты нашей компании выполняют весь комплекс услуг по проектированию, аэродинамическому расчету, изготовлению и вводу в эксплуатацию котельных установок, крышных котельных и дымовых труб. Вся поставляемая продукция имеет все необходимые Разрешения и Сертификаты соответствия.

Заказывая котельные установки у ГК Газовик, Вы можете быть уверены в бесперебойном обеспечении тепловой энергией потребителей.

Многие посетители интернет магазина «Технодом» обращаются к нам с просьбой выполнить подбор котлов отопления онлайн. Мы всегда готовы помочь им в этом деле, тем более, что ассортимент нашей компании включает в себя множество различных видов и моделей оборудования, подходящих буквально для любых целей. Например, если вам требуется подбор газового котла по параметрам, то наши консультанты охотно предоставят вам всю необходимую информацию. Перед тем, как приступить к выбору отопительного оборудованию, желательно определить - какие его критерии будут наиболее важными для вас.

Подбор котла по параметрам (площадь, мощность, вид топлива)

Очень часто люди осуществляют подбор газового котла для частного дома по площади и объему помещения. Этот принцип эффективно работает и с другими разновидностями котлов. Владея такими данными, вы сможете определить оптимальную мощность оборудования для вашего здания. Считается, что идеальные показатели должны составлять 100 Ватт на 1 кв. метр площади. Если вам необходим подбор котла для частного дома, цена этой техники также может иметь немалое значение. Наконец, советуем обратить внимание на вид топлива - и приобретать именно такой котел, использование которого будет наиболее выгодным и менее затратным для вас.

Подбор газового котла отопления

Для многих из тех, кто осуществляет подбор газового котла по параметрам, стоимость этой техники может быть весьма важным, но далеко не единственным фактором. Кроме того, стоит определить место его расположения - будет ли он настенным или напольным. Не менее значимый фактор его энергозависимости, оборудование может быть автономным или же его необходимо подключать к электросети. Наконец, данные модели бывают одноконтурными и двухконтурными, первые обеспечивают только отопление, а вторые - отопление и подогрев ГВС. Разобраться во всех этих тонкостях вам с радостью помогут сотрудники компании «Технодом».

Подбор электрического котла отопления

Помимо подбора газового котла для частного дома по параметрам, наших клиентов интересуют и другие разновидности данных устройств. К примеру, высокой популярностью пользуются электрические модели. Такие котлы необходимо выбирать по показателям их мощности (это универсальный параметр для любых моделей), типу подключения (220В или 380В), принципу регулировки мощности (ступенчатая или плавная), а также способу нагрева (ТЭН или электрод). Каждый из перечисленных критериев может играть довольно важную роль, поэтому, мы рекомендуем уделять всем им повышенное внимание.

Подбор твердотопливного котла отопления

Не менее распространенными являются твердотопливные котлы отопления, многие посетители интернет магазина «Технодом» хотят приобрести именно этот вид продукции. Выбирая их, советуем обратить внимание на используемое котлом топливо (уголь, дрова, пеллеты, немалым успехом пользуются пиролизные котлы), способ его загрузки (автоматическая или ручная), материал теплообменника, объем камеры сгорания, энергопотребление и т.д. Также мы охотно поможем вам подобрать двухконтурный котел для бойлера косвенного нагрева.

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

Сепарационные устройства. Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверхвысокого давлений загрязнение пара обусловливается еще и дополнительным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые растворяются в паре.

Примеси, уносимые с паром, откладываются в пароперегревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделяются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специальных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естественного или механического разделения воды и пара.

Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Механический инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при резком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара.

На рис. 19.22 показаны принципиальные схемы сепарирующих устройств. На рис. 19.22,а показан принцип естественной сепарации. Гашение большой скорости потока пароводяной смеси, вытекающей из подводящих экранных труб, происходит в объеме воды, которая находится в барабане. Скорость пара в барабане над уровнем воды незначительна (0,3 - 0,5 м/с), что способствует сепарации капель воды и пара.

В схеме, показанной на рис. 19.22,б, пароводяная смесь направляется на сплошной отбойный щит. Вода стекает по листу, а пар поступает в паровое пространство и, проходя через пароприемный дырчатый лист, выводится из барабана. В этой схеме механическая сепарация сочетается с естественной в паровом объеме барабана.

Внутри барабанный циклон, показанный на рис. 19.22,г, служит для интенсивного закручивания потока пароводяной смеси. Под действием центробежных сил вода отбрасывается на стенку сепаратора и в виде пленки стекает в водяной объем.

Циклонный принцип сепарации отличается высокой эффективностью. При большой нагрузке парового объема барабана применяют выносные циклоны , к которым подключается часть труб испарительной поверхности котлоагрегата.

Рис. 19.22. Схемы сепарационных устройств.

а - погружной дырчатый щит: 1 - дырчатый щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; б - отбойные и распределительные щиты; 1 - отбойный щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; в - жалюзийный сепаратор; 1 - отбойный щит; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный дырчатый щит; г - циклонный сепаратор; 1 - циклон; 2 - пароприемный дырчатый щит.

Рис. 19.23. Схема промывки пара питательной водой.

1 - щит с промывочными корытами; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный щит; 4 - место отвода пара; 5 - место подвода питательной воды (5а - на промывку; 5б - под уровень); 6 - место подвода пароводяной смеси из испарительных труб; 7 - опускные трубы; 8 - дырчатый щит.

Выносные циклоны размещаются вне котлоагрегата (см. рис. 19.18).

Высокая степень очистки пара достигается при пленочной сепарации. Принцип пленочной сепарации основан на образовании устойчивой пленки при слиянии мельчайших капель воды в момент соприкасания потока влажного пара с каким - либо препятствием (вертикальная или горизонтальная плоскости и т.п.). Схема пленочного жалюзийного сепаратора, показанного на рис. 19.22,в, дает представление о методе пленочной сепарации. На стенках волнистых каналов образуется пленка воды, через потолочный дырчатый лист которая стекает вниз, а пар направляется к выходу из барабана.

Рассмотренные схемы методов получения чистого пара обеспечивают степень сухости х = 0,98 - 0,99. Для более тонкой очистки пара от примесей его очищают питательной водой. Схема промывки пара показана на рис. 19.23.

Перед промывкой пар проходит естественную сепарацию в паровом объеме, а затем барботирует через слой питательной воды, в которой содержится очень мало солей. В результате интенсивного массообмена соли задерживаются питательной водой. Унос капель питательной воды не представляет уже большой опасности для работы пароперегревателя.

Вспомогательное оборудование котельной установки - тягодутьевые устройства . Для нормальной работы котельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива и непрерывное удаление продуктов сгорания.

В современных котельных установках широко распространена схема с разрежением по газоходам. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоходы через неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах. Достоинство такой схемы - отсутствие выбивания и утечек дымовых газов в помещение котельной, так как воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газы удаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установках широко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся под давлением 3 - 5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами ; дымосос отсутствует. Основной недостаток этой схемы - трудности, связанные с обеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата.

При движении газов по газоходам возникают потери напора вследствие аэродинамического сопротивления трению и местных сопротивлений (трубные пучки, сужения, повороты и т. д.). Суммарная потеря напора на отдельном участке складывается из потери на трение ∆h тр и потери на преодоление местного сопротивления ∆ h мест, т. е.

здесь λ - коэффициент трения; l,d экв - длина и эквивалентный диаметр участка; р - плотность газа; w - скорость газа; § м - коэффициент местного сопротивления.

При движении газов в вертикальных газоходах необходимо учитывать естественный напор, возникающий вследствие разности плотностей горячих дымовых газов и окружающего воздуха. Этот напор, называемый самотягой (∆h сам), в подъемных газоходах направлен на преодоление сопротивлений, а в опускных препятствует движению и является отрицательной величиной.

В целом для котельной установки потери напора составляют

∆Н = ∆h т + ∑∆h тр + ∑∆h мест + ∆h сам (19.25)

где ∆h т - разрежение, поддерживаемое в верхней части топки (20 - 40 Па).

Величину ∆Н определяют по нормам аэродинамического расчета котельных агрегатов. Преодоление ∆Н осуществляется тягой, которая может быть естественной и искусственной. Естественная тяга создается дымовыми трубами, а искусственная - с помощью специальных центробежных вентиляторов (дымососов). Для мощных котлоагрегатов используют дымососы осевого типа. Естественная тяга обусловливается разностью плотностей горячих дымовых газов и холодного окружающего воздуха. Высота столбов горячих газов и холодного воздуха при этом принимается одинаковой (рис. 19.24).

Рис. 19.24. К расчету естественной таги, создаваемой дымовой грубой.

Максимальная тяга, создаваемая трубой, должна быть на 20% выше суммарной потери напора. Дымовые трубы бывают кирпичными, железобетонными и стальными. При высоте до 80 м наибольшее распространение получили кирпичные трубы, так как они дешевле, устойчивее по отношению к температурным колебаниям (по сравнению с бетонными) и не подвержены вредному влиянию сернистых газов, как стальные.

Высота трубы должна отвечать санитарно - техническим требованиям, которыми предусматривается определенный радиус рассеяния дымовых газов во избежание превышения допустимой запыленности ими атмосферы.

Для получения тяги необходимо увеличивать высоту трубы или температуру уходящих газов. Однако при использовании любого из этих способов необходимо иметь в виду, что высота трубы ограничена ее стоимостью и прочностью, а температура газов - оптимальным значением КПД котельной установки. Поэтому большинство современных котельных установок оборудуют искусственной тягой, для создания которой применяют дымосос, преодолевающий сопротивление газового тракта. В этом случае высоту трубы выбирают в соответствии с санитарно - техническими требованиями.

Мощность привода дымососа, кВт, можно рассчитать по формуле

где V д - производительность дымососа,м 3 /с; Н д - (∆Н - ∆h caм) β 2 - разрежение, создаваемое дымососом, Па (здесь ∆Н - сопротивление газового тракта, Па; ∆h сам - самотяга дымовой трубы, Па); β 2 = 1,1 ÷ 1,2 - коэффициент запаса по создаваемому разрежению; β 3 - коэффициент запаса по мощности, равный 1,1; ȵ д - КПД дымососа.

Величина V д определяется по равенству

V д - V r В р Т д.тр β 1 /273, (19.27)

где Vr - расход газов, м 3 /м 3 ; В р - расход топлива, м 3 /с (кг/с); Т д.тр - температура газов на входе в дымовую трубу, К; β 1 - 1,05 ÷ 1,1 - коэффициент запаса по производительности.

Напор воздуха, создаваемый вентилятором, также следует определять на основании аэродинамического расчета воздушного тракта (воздуховодов, воздухоподогревателя, горелочного устройства и т.д.).

Максимальный напор вентилятора должен быть на 10% больше β2 = 1,1) потерь напора в воздушном тракте котельного агрегата. Мощность привода дутьевого вентилятора , кВт, определяют по формуле

N в = V вз Н в β 3 10 -3 /ȵ в (19.28)

где V вз - расход воздуха, м 3 /с; Н в = ∆Нβ 2 - напор вентилятора, Па (здесь ∆ Н - потеря напора в воздушном тракте, Па; β 2 = 1,1 - коэффициент запаса по создаваемому напору); β 3 = 1,1 - коэффициент запаса по мощности.

Величина V вз определяется по равенству

где β 1 = 1,05 - коэффициент запаса по производительности; V 0 - теоретическое количество воздуха, м 3 /м 3 (м 3 /кг); α т + α а = α вз - коэффициент избытка воздуха; Т вз - температура воздуха перед вентилятором; Н баром - барометрическое давление, кПа.

Вспомогательное оборудование котельной установки - основы водоподготовки . Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь, на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от потребителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвращаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанного пара.

В производственных котельных основная безвозвратная потеря - это загрязненный конденсат пара, потребляемого в технологических процессах. Очистка этого конденсата от попавших в него примесей органических и минеральных веществ экономически невыгодна. Величина этой потери зависит от характера производства, где используется пар. Например, потеря конденсата на предприятиях машиностроительной промышленности составляет 20%, промышленности строительных материалов - 30, химической - 40, нефтеперерабатывающей - 50%. В отопительных котельных доля конденсата, не возвращаемого потребителем тепла, может меняться в широких пределах - от нескольких процентов до 100% в зависимости от схемы теплоснабжения и характера теплового потребления. Другая часть потери конденсата утечки в теплотрассах (0,5 - 1%). Кроме того, определенная часть воды (5 - 7%) выводится из котлоагрегата при непрерывной продувке.

Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добавки воды из какого - либо источника. Эта вода должна быть соответствующим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной, смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды - питательной, а вода, которая циркулирует в контуре котла, - котловой.

От качества питательной воды зависит нормальная работа котельных агрегатов. Физико - химические свойства воды характеризуют следующие показатели: прозрачность, содержание взвешенных веществ, сухой остаток, солесодержание, окисляемость, жесткость, щелочность, концентрация растворенных газов (СО 2 и О 2).

Прозрачность характеризуется наличием взвешенных механических и коллоидных примесей, а содержание взвешенных веществ определяет степень загрязнения воды твердыми нерастворимыми примесями. Содержание взвешенных веществ измеряется в мг/л. Сухой остаток является одним из основных показателей, по которому судят о пригодности воды для питания котельных агрегатов. Сухой остаток - это остаток после выпаривания лабораторной пробы воды, высушенный при 110 - 120 °С. Он содержит коллоидные и растворенные неорганические и органические примеси в воде. Единица измерения сухого остатка - мг/кг.

Солесодержание воды характеризуется общей концентрацией в воде катионов (Na+; К+; Mg 2 +) и анионов (НСО 3 ; SO 2 4 ; Cl; SiO 2 3). Солесодержание определяет степень минерализации воды в мг/л. Окисляемость характеризует концентрацию находящихся в воде органических примесей. Подсчитывают окисляемость по количеству кислорода (мг/л), необходимого для окисления (при определенных условиях) органических примесей, содержащихся в 1 кг воды. Жесткость воды - весьма важный показатель ее качества. Она характеризуется содержанием в ней ионов кальция и магния (Са 2 +; Mg 2 +). Различают жесткость общую Ж 0 , карбонатную Ж к и некарбонатную Ж нк. Общая жесткость Ж 0 характеризуется суммарной концентрацией ионов Са и Mg, т.е. Ж 0 = ЖCа + ЖMg. Карбонатная жесткость Ж к обусловлена присутствием бикарбонатов Са(НСО 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 . Карбонатная жесткость - временная, так как при кипячении бикарбонаты разлагаются с выделением СO 2 и твердых осадков СаСO 3 и Mg(OH) 2 (шламов). Некарбонатная жесткость обусловлена наличием в воде всех остальных солей кальция и магния (CaSO 4 ; MgSO 4 ; СаСl 2; MgCl 2 и др). Некарбонатная жесткость Ж нк иногда называется постоянной, так как простым кипячением разложить указанные соли не удается в силу их свойств. Следовательно, Ж 0 = Ж к + Ж нк.Обычно Ж нк определяют как разность Ж нк = Ж о - Ж к.

Жесткость воды принято измерять в мг-экв/кг или мкг-экв/кг (1 мг-экв = 103 мкг/экв). По величине общей жесткости природную воду делят на три группы: мягкую с Ж 0 < 4 мг-экв/кг; средней жесткости с Ж 0 = 4 ÷ 7 мг-экв/кг и жесткую с Ж 0 > 7 мг-экв/кг. Например, для котлов ДКВр при давлении до 2,4 МПа допускают общую жесткость воды не более 0,02 мг-экв/кг.

Щелочность воды характеризуется содержанием бикарбонатных НСO 3 , карбонатных СО з и гидроксильных ОН - ионов. Величина щелочности измеряется в мг-экв/кг. В природных водах щелочность обусловлена в основном наличием бикарбонатных ионов.

При работе котельного агрегата происходит непрерывное накопление вредных примесей в котловой воде вследствие ее упаривания и притока солей с питательной водой. В паре, выходящем из котла, примесей, как правило, нет (исключение составляют соли кремния в паре при высоких давлениях).

Миллиграмм - эквивалентом называется количество вещества в миллиграммах, численно равное его эквивалентной массе, представляющей собой частное от деления молекулярной массы вещества на его валентность в данном соединении.

Примеси остаются в котловой воде и вызывают нежелательные последствия, если не принять соответствующих мер по предварительной обработке добавочной воды.

Наиболее вредными примесями являются накипеобразователи - соли кальция и магния, характеризующие некарбонатную жесткость, а также коррозионно-активные растворенные газы O 2 и СO 2 . Накипью называется механически прочный слой отложений накипеобразователей на внутренних стенках поверхностей нагрева.

Попадание механических примесей и солей карбонатной жесткости в котельный агрегат нежелательно из - за образования в испарительном контуре так называемых шламов - рыхлых соединений, которые необходимо периодически удалять. Отложение накипи и шлама отрицательно сказывается на работе котлоагрегата. Теплопроводность накипи и шлама незначительна по сравнению с теплопроводностью металлических стенок. Поэтому накипь и шлам увеличивают термическое сопротивление процессу теплопередачи от газов к воде, что приводит в ряде случаев к недопустимому повышению температуры стенок труб и снижению их механической прочности. Увеличение термического сопротивления повышает также расход топлива, что снижает экономичность работы котлоагрегата.

Растворенные в воде газы (О 2 и СО 2) при высоких температурах обладают высокой коррозионной активностью. Коррозия металла стенок труб приводит к уменьшению их толщины и, следовательно, механической прочности.

Щелочность воды несколько снижает интенсивность коррозионных процессов, но с увеличением щелочности наблюдается вспенивание воды в барабанах и возможен унос пены с паром.

Присутствие в воде органических соединений также нежелательно. Высокая окисляемость воды затрудняет ее обработку и удаление минеральных солей, повышает пенообразование. Следовательно, к качеству питательной воды предъявляются определенные требования, которые зависят от типа котельного агрегата (барабанный, прямоточный, водогрейный) и давления вырабатываемого пара.

Существуют два способа обработки воды - докотловая и внутри котловая. Докотловая обработка воды предусматривает комплекс мероприятий, обеспечивающих установленные нормы качества питательной воды. Для поддержания требуемого качества котловой воды в установленных пределах одной докотловой обработки бывает иногда недостаточно (например, для питания барабанных котлоагрегатов высокого и сверхвысокого давлений) из - за несовершенства применяемых методов и аппаратов. В этом случае дополнительно применяется внутри котловая обработка воды, при которой в барабан котлоагрегата вводят химические реагенты (фосфаты). Фосфаты вступают в химические реакции с солями, содержащимися в котловой воде, и образуют малорастворимые рыхлые соединения, которые выводятся из котлоагрегата.

Для прямоточных котлоагрегатов применяют только докотловую обработку добавочной воды. Несмотря на предварительную подготовку питательной воды, для поддержания допустимой по нормам концентрации солей в котловой воде и предотвращения отложений шлама котел продувают, т.е. удаляют из него часть котловой воды. При этом различают периодическую и непрерывную продувку паровых котлов. Периодическая продувка служит преимущественно для удаления шлама из контура котлоагрегата. Непрерывная продувка применяется главным образом для удаления растворенных в воде примесей и получения более чистого пара. Количество продувочной воды, выводимой из котлоагрегата, обычно определяют (или задают) в процентах к производительности агрегата (не более 5 - 6%).

Непрерывная продувка осуществляется из барабана котла (в двухбарабанных котлах - из верхнего) на уровне ввода пароводяной смеси, где солесодержание обычно бывает максимальным. Периодическая продувка производится из нижних коллекторов котла, где скапливается шлам. В двухбарабанных котлах периодическая продувка осуществляется также из нижнего барабана.

Докотловая подготовка воды должна обеспечивать ее осветление (удаление взвешенных частиц), умягчение, снижение щелочности и солесодержания, а также удаление растворенных газов (О 2 и СО 2). Крупные взвешенные вещества удаляют отстаиванием, мелкие - фильтрацией. Для фильтров используют песок, дробленую мраморную крошку, антрацит. Для удаления коллоидных и органических веществ воду перед фильтрованием обрабатывают коагулянтом, т.е. веществом, которое способствует укрупнению взвешенных веществ (соли железа FeSО 4 и FeCl 2 или сернокислый алюминий A 12 (SО 4) 3 . При использовании городской водопроводной воды операции осветления и коагуляции отпадают.

Умягчают воду, т.е. снижают ее жесткость, путем удаления из воды катионов Са 2 + и Mg 2 + еще до поступления ее в котел (докотловая обработка воды). Умягчение осуществляют термическим или химическим методами. Термический метод основан на разложении бикарбонатов кальция и магния при нагревании до 360 - 375 К. Образующиеся при этом труднорастворимые вещества (CaCО 3 , Mg(OH) 2)выпадают в осадок.

В настоящее время основной метод умягчения воды - метод катионного обмена. Сущность его заключается в том, что добавляемую воду пропускают через специальные аппараты - катионитовые фильтры, заполненные материалами, которые участвуют в катионном обмене с солями жесткости. В этих материалах присутствуют катионы натрия (Na+), аммония (NH+), водорода (Н+). Катионы солей жесткости замещают катионы в материале фильтра. Таким образом, катионы, входящие в состав соединений материала фильтра, поступают в обрабатываемую воду, а катионы солей жесткости задерживаются этим материалом. Катионы, перешедшие в воду, уже не являются накипеобразователями.

В качестве катионитовых материалов в производственно - отопительных котельных используют сульфоуголь (каменный и бурый, обработанный концентрированной серной кислотой), который насыщается катионами Na+, NH 4 + или Н+.

Рис. 19.25. Схема водоподготовительной установки.

1 - солерастворитель; 2, 3 - катионитовые фильтры; 4 - теплообменник: 5 - дырчатые листы (тарелки); 6 - деаэратор; 7 - питательный насос; трубопроводы; I - Добавочной сырой воды; II -умягченной воды; III - удаления парогазовой смеси; IV - возвращаемого конденсата; V - пара; VI - питательной воды; VII - слива в дренаж.

В зависимости от качества исходной и питательной воды применяют - различные методы катионирования: натрий-катионирование (Na-катионирование), аммоний - катионирование (NH 4 -катионирование), водород - катионирование (Н-катионирование). Используют также и комбинированные методы, которые осуществляются по трем схемам - последовательной, параллельной, совместной.

В отопительно - производственных котельных широко применяется схема совместного Na - NН 4 -катионирования. С течением времени катионит насыщается катионами кальция и магния и его активность снижается. Для восстановления утраченных обменных свойств катионит подвергают регенерации, обрабатывая его слабым раствором H 2 SO 4 , NaCl или NH 4 C 1 (в зависимости от вида обменного иона). Подробно методы умягчения воды, описание и расчет различных схем изложены в специальной литературе.

Растворенные в воде кислород, двуокись углерода и воздух вызывают коррозию стенок котла, поэтому газы удаляют из воды путем ее дегазации. Из всех известных способов дегазации воды наиболее распространен термический. Этот способ основан на свойстве газов O 2 и СO 2 снижать степень растворимости по мере повышения температуры воды вплоть до кипения, когда при нулевых парциальных давлениях O 2 и СO 2 их растворимость падает до нуля.

На рис. 19.25 показана принципиальная схема водоподготовительной установки (катионитовое умягчение и дегазация).

Добавочная вода из водопровода поступает в Na-катионитовый фильтр, где задерживается большая часть солей, характеризующих жесткость воды. В схеме имеются два катионитовых фильтра. Один фильтр, например 2, находится в работе, а в другом 3 проходит регенерация катионита. Слабый раствор NaCl (6 -10%-ный) подается в фильтр 3 из солерастворителя 1. Умягченная вода подается в деаэратор (дегазатор), где из нее удаляются растворенные газы.

Перед деаэратором воду подогревают горячей водой или паром в теплообменнике, с целью экономии расхода пара на деаэрацию. В верхнюю часть (головку) деаэратора подают очищенную воду и конденсат, возвращаемый в котельную. Проходя через дырчатые листы, вода разбивается на мелкие струи для увеличения площади поверхности контакта с паром, который подается вниз головки. Вода нагревается до кипения, растворенные газы при этом из нее удаляются через патрубок, установленный в верхней части головки. В деаэраторах атмосферного типа поддерживается давление 0,115 - 0,12 МПа, что соответствует температуре насыщения 376 - 377 К.

Подобного типа деаэраторы применяют в котельных низкого и среднего давлений. Они обеспечивают полное удаление кислорода и резко снижают содержание СО 2 в питательной воде. На тепловых станциях с котлами высокого давления используют деаэраторы повышенного давления (0,6 МПа).

Число и производительность деаэратора (по воде) в отопительно - производственных котельных определяют по количеству питательной воды и количеству воды для подпитки тепловых сетей. Запас воды в баках деаэраторов должен быть на 20 - 30 мин при максимальном ее расходе. Запас воды в баках деаэраторов на ТЭЦ должен быть не менее чем на 15 мин работы при максимальном расходе.

В водогрейных котельных применяют деаэраторы вакуумного типа, в которых поддерживается разрежение 0,02 - 0,03 МПа, что соответствует температуре кипения 330 - 340 К. Нагрев воды в них осуществляется от сети горячего водоснабжения.

Нарушение в бесперебойном обеспечении котельного агрегата питательной водой может привести к серьезным авариям. Воду в котельный агрегат подает питательный насос. Каждая котельная установка в соответствии с правилами Госгортехнадзора должна иметь два насоса - основной, или рабочий, и резервный. В качестве основного насоса устанавливают обычно многоступенчатый центробежный насос с электрическим приводом. Резервным служит поршневой насос с приводом от паровой машины. На крупных ТЭЦ в качестве резервных применяют центробежные насосы с приводом от небольшой паровой турбины (турбонасосы).

Подача каждого насоса должна быть не менее 110% номинальной производительности котельной, а напор, создаваемый питательным насосом, должен превышать давление в барабане котла на величину суммарного гидравлического сопротивления питательной линии (включая экономайзер). Напор определяют по формуле

Н = р к.а + Н сопр (19.30)

где р к.а - давление в барабане котлоагрегата; Н сопр - потеря напора в питательной линии (обычно Н сопр = 0,З ÷ 0,4 МПа).

Мощность привода питательного насоса N, кВт, находят по выражению

N = 1,1 D ном Н10 -3 /ȵ н (19.31)

где 1,1 - коэффициент запаса; D ном - номинальная производительность котельной, м 3 /с; Н - полный напор насоса, Па; ȵ н - КПД насоса; для центробежных насосов ȵ н = 0,5 ÷ 0,7 (в зависимости от производительности).

Вспомогательное оборудование котельной установки - топливоподача . Для нормальной и бесперебойной работы котельных установок требуется, чтобы топливо к ним подавалось непрерывно. Процесс подачи топлива складывается из двух основных этапов: 1) подача топлива от места его добычи на склады, расположенные вблизи котельной; 2) подача топлива со складов непосредственно в котельные помещения. Первый этап осуществляется с помощью железнодорожного или водного транспорта или автосамосвалами; на втором этапе для перемещения топлива используют узкоколейные вагонетки вместимостью до 1,5 м 3 , ленточные конвейеры, автопогрузчики, фуникулеры, тельферы и другие устройства, механизирующие этот процесс.

Склады для твердого топлива, как правило, устраивают открытыми и вместимость их рассчитана обычно не более чем на двухмесячный запас. Топливо на этих складах хранят в виде штабелей. Во избежание самовозгорания высота штабеля торфа не должна превышать 1,5 м. Размеры штабелей других видов твердого топлива не нормируют.

Хранилища для жидкого топлива представляют собой стальные (наземные) и бетонные (подземные) резервуары объемом 100 м и более. Расположены они вне котельных. Предпочтительнее использовать бетонные хранилища. Мазут на склады доставляют в железнодорожных цистернах. С помощью пара, подаваемого специальными шлангами, мазут в цистернах подогревают до 340 - 350 К и сливают в лоток, дно которого также обогревается паропроводами. По лотку мазут поступает в хранилища, которые соединяются с насосной станцией, оборудованной фильтрами, и подогревателями мазута. Схема мазутного хозяйства котельной приведена на рис. 19.26.

Газообразное топливо подают в котельные по газопроводам. В зависимости от давления газа трубопроводы могут быть низкого давления (до 0,5 кПа), среднего (от 0,5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). На рис. 19.27 приведена схема газорегулирующего пункта для подачи газа к горелкам котлоагрегатов.

После ввода газопровода в котельную на нем устанавливают отключающую задвижку газовой сети, манометр 2 и отключающую задвижку 1 газовой сети котельной. Затем устанавливают фильтр 3, предохранительный клапан 4 и регулятор давления 5, поддерживающий давление газа перед горелками на требуемом уровне. В исключительных случаях можно отбирать газ помимо регулятора. При непредвиденном повышении давления газа перед горелками сверх установленного значения срабатывает сбросной предохранительный клапан 6 и газ отводится в атмосферу через продувочную свечу 12, установленную над крышей здания котельной. Расход газа учитывает счетчик 7. Газорегулирующий пункт может быть смонтирован как в помещении самой котельной, так и вне ее.

Очистка дымовых газов и удаление золы и шлака. При сгорании твердого топлива образуется много золы.

Рис. 19.26. Схема мазутного хозяйства котельной.

1 - железнодорожный путь для цистерны; 2 - сливной поток; 3 - мазутный бак; 4 - змеевики для подогрева мазута в баке; 5 - дренажный приямок; 6 - паровой насос; 7 - мазутный приямок; 8 - воздушный колпак; 9 - фильтр; 10 - подогреватели мазута; 11 - мазутопровод; 12 - котельные агрегаты; 13 - форсунки; 14 - мазутная магистраль.

При слоевом процессе сжигания основная часть минеральных примесей топлива (60 - 70%) превращается в шлак и проваливается через колосниковые решетки в зольник. В пылеугольных топках большая часть (75 - 85%) золы уносится из котлоагрегатов с дымовыми газами. Выброс сильно запыленных газов через трубу в атмосферу не допускается из - за загрязнения окружающего воздушного бассейна и ухудшения санитарно - гигиенических условий в населенных пунктах, расположенных вблизи котельной. Кроме того, зола вызывает абразивный износ лопаток дымососов. Все эти причины вызывают необходимость улавливать золу из дымовых газов.

В настоящее время в котельных применяют следующие типы золоуловителей : 1) инерционные механические; 2) мокрые; 3) электрофильтры; 4) комбинированные.

Инерционные (механические) золоуловители работают по принципу выделения золовых частиц из газового потока под влиянием сил инерции (при резком изменении направления движения потока, при закручивании газового потока и т. д.).

Рис. 19.27. Принципиальная схема газорегулировочного пункта.

1 - задвижка; 2 - манометр; 3 - фильтр; 4 - предохранительно - запорный клапан (ПЗК); 5 - регулятор давления; 6 - предохранительный сбросной клапан (ПСК); 7 - счетчик; 8 - термометр; 9 - жидкостный манометр; 10 - линия к котлам; 11 - сбросная линия от ПСК; 12 - продувочная свеча; 13 - импульсная линия.

На рис. 19.28 показана схема циклонного золоуловителя. Вследствие тангенциального входа в циклон пылегазовый поток получает вращательное движение, в результате чего частицы золы отбрасываются центробежными силами к стенке корпуса, выпадают из потока и ссыпаются в бункер. Поскольку центробежная сила, с которой отбрасываются частицы золы, при прочих равных условиях будет тем больше, чем меньше радиус циклона, в последнее время предпочитают вместо одного циклона строить батарейные циклоны из нескольких десятков мелких циклонов. Недостаток циклонных золоуловителей - относительно большое (до 40% в однокорпусных и до 20% в батарейных) просачивание мельчайшей пыли в дымовые газы за циклоном. Этот тип золоуловителей используют в отопительно-производственных котельных с расходом дымовых газов до 50 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям.

В настоящее время широко применяются золоулавители мокрого типа. Частицы золы из потока выделяются под действием сил инерции. Стенка золоуловителя смачивается пленкой воды, которую вводят в уловитель через различные разбрызгивающие устройства. На рис. 19.29 показана схема мокрого золоуловителя (скруббера) с нижним тангенциальным подводом запыленного газа.

Уловленная зола и загрязненная вода удаляются из нижней части, а очищенные газы - из верхней части корпуса скруббера. Золоуловитель мокрого типа применяют в котельных с расходом дымовых газов более 100 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям при условии, что приведенное содержание летучей серы S рл.п ≤ 1%.

Принцип действия электрофильтров заключается в том, что запыленные газы проходят через электрическое поле, образуемое между стальным цилиндром (положительный полюс) и проволокой, проходящей по оси цилиндра (отрицательный полюс). Основная масса частиц золы получает отрицательный заряд и притягивается к стенкам цилиндра, незначительная же часть частиц золы получает положительный заряд и притягивается к проволоке. При периодическом встряхивании электрофильтра электроды освобождаются от золы. Расход электро - энергии невелик (0,1 - 0,15 кВт на 1000 м 3 газа), но высокое напряжение (до 90 000 В) требует особой осторожности при обслуживании электрофильтров. Электрофильтры применяют в котельных с расходом дымовых газов более 70 000 м 3/ ч, отнесенных к нормальным условиям.

Комбинированные золоуловители являются двухступенчатыми, при этом работа каждой ступени основана на различных принципах.

Чаще всего комбинированный золоуловитель состоит из батарейного циклона (первая ступень) и электрофильтра (вторая ступень).

Рис. 19.28. Циклонный золоуловитель. а - схема циклона; б - общий вид батарейного циклона; в - улитка циклона; 1 - циклон; 2 - спираль улитка; 3 - входной коллектор; 4 - крышка; 5 - выхлопная труба; 6 - корпус циклона; 7 - буккер сбора золы и пыли.

Рис. 19.29. Схема центробежного скруббера конструкции ВТИ

1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - клапан; 4 - коллектор подвода воды; 5 - оросительные сопла.

Эффективность работы золоуловителей оценивают по величине коэффициента очистки (обеспыливания).

ɛ = S у /S д 100%

где S y , S д - содержание золы в газах соответственно после уловителя и до него.

Однокорпусные циклонные уловители имеют ɛ = 40 ÷ 50%, для батарейных циклонов ɛ = 75 ÷ 85%, у мокрых золоуловителей ɛ = 90 ÷ 94%, у электрофильтров ɛ = 90 ÷ 95%; при комбинированной очистке ɛ = 98%.

Процесс золошлакоудаления можно разделить на две основные операции: очистка шлаковых и зольных бункеров и транспортировка золы и шлака на золоотвалы или заводы шлакобетонных изделий.

Существуют три способа удаления очаговых остатков:

1. механический - с использованием различных механизмов - скреперов, подъемников, шнеков, шлаковыгружателей и т.д.;
2. пневматический, основанный на способности воздушного потока перемещать сыпучие материалы;
3. гидравлический, являющийся наиболее совершенным в отношении механизации процесса.

Сущность его состоит в том, что шлак и зола после выгрузки из топок и газоходов смываются в каналы и выносятся по ним к центральному пункту. Оттуда с помощью струи гидроэлеватора под давлением до 2,5 МПа шлак дробится и вместе с золой нагнетается по трубопроводам к отвалам. Способы очистки продуктов сгорания топлива от серосодержащих соединений и от окислов азота в настоящее время находятся еще в стадиях лабораторной и опытно - промышленной проверок. Предельно допустимые суммарные концентрации этих соединений по нормам, принятым в России, составляют 0,085 мг/м 3 .

Котельный завод Энергия-СПБ производит котельно-вспомогательное оборудование котельных установок:

Транспортирование котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.

В загородном строительстве котельная служит источником тепла для частного дома, дачи или коттеджа. Котельное оборудование не только обеспечивает нагрев теплоносителя для системы отопления, круг решаемых им задачи значительно шире. Помимо нагрева комплекс оборудования котельной осуществляет распределение теплоносителя по отопительным контурам, а также управление его параметрами, такими как температура и давление. В большинстве случаев в котельной так же устанавливают бойлер обеспечивающий приготовление воды для горячего водоснабжения. Прежде чем давать описание оборудования котельной и его функций расскажем о том, что такое отопительный контур.

Контур отопления это часть системы теплоснабжения здания с индивидуальными параметрами теплоносителя в ней. Стандартной схемой является система с тремя контурами:

• радиаторы отопления
• система теплый пол
• бойлер горячего водоснабжения

Например, из котла поступает теплоноситель с температурой 80 C˚. В радиаторах его температура должна быть 70 C˚, в системе теплый пол 40 C˚, а в бойлер ГВС должен поступать теплоноситель температурой 80 C˚. Распределение теплоносителя по контурам происходит в специальном узле - распределительном коллекторе, в состав которого входят насосно-смесительные группы, по одной на каждый контур, отвечающие за циркуляцию теплоносителя и управление его температурой. Дополнительные контуры дают возможность отдельно управлять температурой в различных помещениях дома, например, для спальни и гаража можно выбрать свои режимы отопления, что позволяет экономить значительные средства на топливе для котельной.

Состав оборудования котельной

В зависимости от типа топлива, на котором работает отопительный котел, в котельной может быть установлено различное оборудование . Для дизельного котла это будет бак и насос для топлива, для пеллетного специальный бункер для хранения древесных гранул и система их подачи к горелке. Об особенностях устройства котельных работающих на различных видах топлива можно узнать в отдельных статьях на нашем сайте. Здесь перечислим узлы и оборудование, общие для всех котельных.

• отопительный котел в котельной служит теплогенератором. В топочной камере котла происходит сгорание топлива с выделением тепла, которое нагревает теплоноситель, циркулирующий через теплообменник. К котлу подключаются два трубопровода подающий и обратный, по которому остывший теплоноситель поступает для повторного нагрева
• группа безопасности котла защищает систему теплоснабжения здания от аварийного повышения давления, а так же от возникновения воздушных пробок. Данный узел состоит из манометра, пружинного предохранительного клапана и автоматического воздухоотводчика
• система управления котла в наиболее простом варианте состоит из термостата позволяющего задать максимальную температуру теплоносителя, кнопки запуска/остановки, манометра и термометра. На современные котлы устанавливают электронные системы автоматики, оборудованные дисплеями для отображения различных параметров работы котла и удобного доступа к различным настройкам работы системы
• дымоход обеспечивает отвод дымовых газов образующихся в процессе сгорания топлива. Правильно спроектированный и установленный дымоход обеспечивает максимальную экономичность и высокий КПД котельной

Распределительный коллектор

Распределительный коллектор это узел, отвечающий за распределение нагретого теплоносителя, поступающего от котла, по отопительным контурам или как еще говорят потребителям. Потребителями являются батареи отопления, теплые полы, баки-водонагреватели ГВС. В состав данного узла входит следующее оборудование:

• распределительная гребенка (коллектор) котельной представляет собой камеру большего сечения, чем основной трубопровод, к которой подключаются насосно-смесительные группы. Гребенка обеспечивает распределение теплоносителя по отопительным контурам и защиту циркуляционных насосов от взаимного влияния
• насосно-смесительная группа это узел обеспечивающий циркуляцию теплоносителя и управление его температурой в одном контуре. Соответственно сколько контуров в системе теплоснабжения столько и насосных групп будет установлено в котельной. За циркуляцию теплоносителя отвечает циркуляционный насос, а за управление температурой смесительный вентиль и измерительные приборы
• гидравлический разделитель оптимизирует циркуляцию теплоносителя, продлевая срок службы котла и другого котельного оборудования. Удаляет из теплоносителя растворенный воздух и самые мельчайшие частички грязи

Другое оборудование

• бойлер ГВС обеспечивает приготовления воды для горячего водоснабжения. Теплоноситель проходит через теплообменник, расположенный внутри бака нагревая воду ГВС
• расширительные баки отопления и горячего водоснабжения служат для компенсации расширения теплоносителя и воды ГВС в результате нагрева
• приточно-вытяжная вентиляция котельной должна обеспечивать трехкратный воздухообмен в течении 1 часа + воздух расходуемый на горение топлива
• подпитка системы отопления восполняет недостаток теплоносителя, возникающий в результате его испарения через воздухоотводчик или из-за протечек. При падении давления теплоносителя ниже определенного значения вся система автоматически останавливается, чтобы этого избежать, необходимо регулярно проверять герметичность трубопроводов и соединений. Тем не менее, в любой системе присутствует «естественная» убыль теплоносителя через воздухоотводчик, поэтому установка системы подпитки обязательна

Комплектация котельного оборудования от ООО «ТЕПЛОСТРОЙМОНТАЖ»