21.01.2017

Создание отопительного котла самостоятельно – это хороший метод сэкономить средства. Есть множество модификаций котлов, которые вполне можно изготовить самому. Однако самым простым из них, пожалуй, считается именно котел Холмова. Этот прибор, по крайней мере, поначалу, едва ли кажется достаточно эффективным, а потому многие отдают предпочтение другим конструкциям. Отчасти эти люди правы, ведь КПД у отопительного прибора Холмова не такой уж высокий, зато схема его предельно проста, благодаря чему заметно упрощается процесс изготовления.

Устройство и конструктивные особенности котла Холмова

Под котлом Холмова подразумевается конструкция шахтного типа. Это значит, что топочное отделение, а также отдел с обменником тепла, располагаются в данном случае вертикально. Функционируют такого рода котлы на твердом топливе, в качестве которого могут выступать и дрова. Мощность промышленных моделей, которые можно приобрести в специализированных торговых точках, составляет 10, 12 и 25 киловатт. Если топливное отделение будет полностью загружено, это может обеспечить продолжительный обогрев помещения средних размеров в пределах 12-16 часов.

Все котлы Холмова могут быть двух разновидностей:

• энергозависимыми;
• энергонезависимыми.

А теперь более детально рассмотрим внутреннее устройство описываемого отопительного прибора. Итак, он включает в себя такие конструктивные элементы:

• корпус;
• терморегулятор;
• топливная шахта;
• вход/выход, необходимые для поступления, вывода и сливания, монтажа группы безопасности либо же клапанов-предохранителей;
• камера, в которой располагается теплообменник;
• патрубок для подсоединения дымоотводной трубы;
• колосниковые решетки;
• компенсаторы термального расширения;
• дверки;
• зольник.

Элементов, как видим, не очень много. Что же касается веса, то, к примеру, котел, мощность которого составляет 12 киловатт, весит порядка 255 килограммов. Стандартные габариты следующие (ВхШхД): 124х48,5х66 сантиметра. По этой причине у вас не возникнет никаких трудностей с тем, чтобы занести такой котел, скажем, в дверной проем. Модели, мощность которых составляет 10 киловатт, мало чем отличаются от описанных выше (как по параметрам, так и по внешнему виду), главное же отличие состоит во внутренней конструкции.

Верхние дверки прибора двойные, а внутри располагается термоизоляционный материал (собственно, из-за этого они и не прогреваются выше 80-ти градусов). По краям дверки оклеены асбестовым уплотнителем, а для покраски используется особая термостойкая краска. Для закрывания задней крышки имеются 4 быстросъемные винта, все же остальное закрывается посредством специальных запоров. Кроме того, нижняя дверка зольного отделения закрывается термоизоляционным материалом только на 40 процентов, однако ее температура, как правило, не превышает отметки в 90 градусов, поскольку элемент охлаждается перманентными воздушными потоками.

Важная информация! Днище камеры не является самой нижней частью отопительного прибора. В качестве последней выступает особая пластинка с парой длинных ножек и расположенным внутри термоизолятором.

Благодаря всему этому котел Холмова получил не только достаточно высокий КПД, но и достаточную степень пожаробезопасности. Как следствие – устройство вполне может устанавливаться даже на пол, выполненный из древесины.

Если же рассматривать конкретно энергонезависимые модели отопительного прибора Холмова, то они дополнительно оборудуются вентилятором либо дымососом, а еще специальным контроллером, предназначающимся для контроля процесса. Однако наибольшей популярностью пользуются все-таки энергонезависимые приборы. Рабочий процесс в них регулируется посредством специального терморегулятора, который располагается на фронтальной стенке. Этот терморегулятор соединяется посредством цепочки с небольшой поддувальной дверкой.

Сама дверка предназначается для подачи воздуха внутрь котла, что требуется для поддержания процесса сжигания топлива. Располагается на большой дверке зольного отделения. Целиком никогда не закрывается, поскольку должен иметься особый зазор, требуемый для минимального прохождения воздушных масс.

Сверху задней части находится патрубок, а к нему, в свою очередь, подсоединен дымоход. Данный элемент, к слову, и предназначается для создания природной тяги. В результате воздух подается в прибор через поддувальную дверку. За парой колосниковых решеток из чугуна (которые, кстати, являются вынимаемыми) находится вспомогательный сварной колосник, который также называют горбиков, ведь он располагается выше пары других.

Под колосниковой решеткой располагается зольный ящик (в нем собирается зола). Если дверка открыта, данный ящик можно с легкостью вытащить для последующей его очистки. Рабочая жидкость сливается посредством специального полудюймового патрубка, который находится в нижней части котла. Аналогичный элемент имеется для патрубка-предохранителя либо группы безопасности. Изделия для поступления и «обратки» имеют больший размер, обратный патрубок располагается снизу, а выходной – сверху.

Важная информация! Во избежание расширения отопительного прибора до критических габаритов и расхождения швов в приборе наличествуют компенсаторы расширения.

Последние имеются по периметру котла. Кроме того, они есть в корпусе – выполнены в форме перегородок/стержней. Дистанция между разделительными стенками составляет 24 сантиметра. Что же касается теплообменника, то для него такие компенсаторы конструкцией не предусматриваются, поскольку габариты данного элемента позволяют ему сберегать собственную форму.

Видео – Как устроен котел Холмова мощностью в 25 киловатт

Особенности действия шахтных котлов

Воздух попадает под колосник и непосредственно в котел посредством поддувальной дверки, поэтому топливо и сжигается. Когда это происходит, образуются дымовые газы – они выводятся сквозь газовую щель. Котел Холмова имеет такую конструкцию, что объема воздуха, который подается посредством поддувальной дверки, изначально уже недостаточно для полноценного сжигания. Как следствие – при работе прибора наблюдается определенный химнедожог.

В нашем случае химический недожог свидетельствует о том, что в ходе окисления образуется не чистый углекислый газ, а он же, но уже в сочетании с угарным. Воздух, который проходит под вспомогательным колосником, затягивается в отверстия на нем. Число данный отверстий таково, что количества вторичного воздуха уже слишком много. Теплонапряженность в этом месте достаточно высокая и может достигать 700-800 градусов, вследствие чего остатки угарного газа и окисляются.

Важная информация! Если заглянуть в глазок, который находится в задней верхней дверке, то будет видно, что огонь вырывается из отверстий на вспомогательном колоснике (желтый или голубоватый, как при сгорании газа).

После окисления газ перемещается в радиационный отсек топочной камеры. Там он перемешивается, поднимается и делится благодаря обменнику на пару потоков. Далее посредством выходного патрубка газ попадает прямо в дымоход. Конвективная тепловая энергия забирается обменником и стенками, располагающимися рядом с ним. Рабочая жидкость после прохождения входного патрубка, соответственно, ударяется о стенку, после чего растекается и движется через весь прибор между обменником тепла и камерами. Уже прогретый теплоноситель подается в отопительную систему посредством выходного патрубка в верхней части устройства.

Чертеж котла

Инструкция по изготовлению котла Холмова своими руками

Ниже приведена пошаговая инструкция по созданию котла Холмова своими силами. Мощность прибора, который будет рассматриваться, составляет 8-10 киловатт.

В соответствии с чертежами, которые приведены в видеоролике ниже, габариты изделия будут выглядеть примерно следующим образом:

1. 0,8 метра в высоту;
2. 0,47 метра в ширину;
3. 0,576 метра в глубину (если добавить дверку с горловиной, то получится 0,63 метра).

Видео – Шахтный котел на твердом топливе

Этап первый. Подготавливаем все необходимое

Для изготовления котла Холмова в обязательном порядке обзаведитесь:

• листовой сталью толщиной 0,3-0,4 сантиметра;
• железным прутом диаметром 1 сантиметр и длиной 47 сантиметров;
• шнуром из асбеста (рекомендуемые габариты – 1,5х1,5 сантиметра);
• трубами – диаметр должен составлять 1,5, 2, 4 и 11,5 сантиметра.

Что же касается количества расходных материалов, то оно должно подбираться на основе выбранного чертежа. Безусловно, не стоит забывать и о небольшом запасе.

Этап второй. Сооружаем внутреннюю часть

Эта часть являются, по сути, конструкцией, состоящей из четырех стенок и имеющей водяную перегородку. Процесс изготовления должен начинаться как раз из сооружения этой водяной перегородки. Габариты элемента должны выглядеть следующим образом:

1. 48,5 сантиметра в высоту;
2. 40,3 сантиметра в ширину;
3. 6 сантиметров в глубину.

Что же касается перегородки, то это, по сути, пара вертикальных стенок, к которым приварены низ и верх. По центру необходимо приварить компенсатор, представляющий собой П-образный металлический элемент. Данный компенсатор приваривается еще в самом начале к одной из стенок. Если говорить о торцевых перегородках, то они в данном случае не требуются.

Затем для того, чтобы сделать котел Холмова, нужно придерживаться следующего алгоритма действий.

Шаг 1. Вырежьте из листового металла внутренние боковые стенки отопительного прибора. Если ознакомиться с видеороликами и чертежами, можно прийти к выводу, что высота данных стенок колеблется в пределах 77 сантиметров, а ширина составляет 54,6 сантиметра. Однако это не обыкновенные прямоугольники, ведь перед нижним углом должен располагаться прямоугольник вертикального типа с размерами 20,8х8 сантиметров, а на той же стороне, но сверху, горизонтальный с габаритами 38,7х3 сантиметра. Помимо того, вы должны вырезать на этих сторонах дырки под водяную перегородку. Они должны располагаться в 2-х сантиметрах от верхней стороны и в 10,2 сантиметрах от задней.

Шаг 3. Сварите все описанные выше элементы в одну конструкцию. Используйте при этом точечную сварку. Так детали будут объединены в одно целое, но при необходимости у вас будет иметься возможность корректировать их расположение.

Шаг 4. Далее необходимо приварить пару металлических арок. Первая из них должна быть П-образной, а вторая – цельной. Первую фиксируйте в нижней части сварной конструкции, а вторую – в верхней. При этом важно, чтобы угол между данными элементами и стенками составлял 90 градусов. Что касается рамки, то ее можете вырезать из того же листового металла, хотя, как вариант, можете сварить, используя металлические полосы шириной по 3 сантиметра каждая.

Шаг 5. После этого хорошенько проварите каждый из швов.

Шаг 6. Сделайте еще одну рамку в виде буквы «П». Ее габариты при этом должны быть такими, чтобы она с легкостью вместилась внутри агрегата. Установите эту рамку над водяной перегородкой (дистанция между ними должна составлять 9 сантиметров).

Шаг 7. К верхним частям прямоугольников, выступающих в передней части, приварите горизонтально железную полосу длиной 40,3 сантиметра и шириной 8 сантиметров.

Шаг 8. В верхней части задней стороны вырежьте круглое отверстие диаметром 11,5 сантиметра.

Этап третий. Сооружаем внешнюю часть

Теперь приступайте к изготовлению дверок и наружных стенок водяной рубашки. Последовательность действий в этом случае должна быть следующей.

Шаг 1. Вырежьте из листового металла наружные стенки в виде обычных прямоугольников. Габариты передней стороны должны составлять 46,3х56,2 сантиметра, боковых – 57,6х77 сантиметра, а задней – 46,3х77 сантиметра.

Шаг 2. Во фронтальной стенке вырежьте пару круглых отверстий для компенсации (как вариант, данные отверстия могут быть и ромбовидными) диаметром по 1 сантиметру. Сделайте так, чтобы отверстия располагались на единой вертикальной линии. А в верхнем правом углу проделайте еще одно отверстие, в этом раз диаметром 1,5 сантиметра. Это отверстие потребуется для термометра.

Шаг 3. В тыльной стенке также проделайте отверстия. Это должна быть пара компенсационных и еще 3 вспомогательные (для дымоходной трубы, подачи рабочей жидкости диаметром 4 сантиметра и под сливной клапан диаметром 1,5 сантиметра).

Шаг 4. Продолжаем сооружать котел Холмова. Теперь в боковых стенках требуется проделать 4 отверстия для компенсации. Первая пара на стенках при этом должна располагаться вровень с компенсатором рубашки, сюда же впоследствии придется вставлять и приваривать железный пруток. В левой стенке просверлите пару отверстий – диаметром 4 сантиметра (для вывода рабочей жидкости) и 2 сантиметра (под терморегулятор).

Шаг 5. Изготовьте компенсаторы в виде буквы «П» в количестве десяти экземпляров. Габариты должны составлять 3х4х4 сантиметра (высота, ширина и длина соответственно).

Шаг 6. Приварите эти компенсаторы к соответствующим отверстиям во внешних стенках.

Шаг 7. Приварите к внутренней части все внешние стенки.

Шаг 8. Приварите дымоходную трубу и патрубки.

Шаг 9. Приварите четыре болта в верхней части конструкции. Они должны располагаться по периметру камеры для теплообмена.

Шаг 10. Проверьте конструкцию на предмет герметичности. Возьмите для этого заглушки и поставьте на каждый из патрубков, после чего залейте в прибор жидкость. Поднимите показатель давления примерно до 2,2 бар. Стандартное рабочее давление у описываемого устройства будет составлять 1,5 бар. Если обнаружите места протечек, в обязательном порядке их заварите.

Шаг 11. В конце приварите днище.

Этап четвертый. Изготавливаем порожек, дверки и колосник

Что касается порожка, то это крышка прямоугольной формы с рядом отверстий и бортиками. Габариты данного элемента должны составлять 5,5х16х40 сантиметра, а алгоритм действий по его изготовлению приведен ниже.

Шаг 1. Вначале возьмите листовой металл.

Шаг 3. Загните вверх стороны.

Шаг 4. Стыки тщательным образом проварите.

Шаг 5. Проделайте вдоль одной из 40-сантиметровых сторон отверстия по 1,2 сантиметра в количестве 14-ти штук.

Видео – Самостоятельное изготовления шахтного котла

Обратите внимание! Переверните порожек «вверх ногами», поместите в корпус таким образом, чтобы он расположился под водяной перегородкой на днище. Зазор при этом должен составлять примерно 3,5 сантиметра.

Размеры колосника, в соответствии с чертежами в Интернете, должны составлять 20х40 сантиметров, хотя отверстия на дне в данном случае должны быть уже продольными. Основную часть дверцы изготовьте таким же образом, как и порожек, затем в верхней части вырежьте отверстие 8х19 сантиметров. Важно, чтобы отверстие закрывалось крышкой-заслонкой с завесами, которые приварены над образовавшимся проемом.

Дверку по периметру оклейте асбестовым шнуром, пользуясь при этом термостойким герметиком. Приварите с одной стороны ушки под петли, а с другой – железную полоску с прорезью по центру. Специальная ручка будет входить как раз в эту прорезь.

В конце остается только сделать крыши топочной/теплообменной камер по той же технологии, что и основную часть дверок. На этом все, как видите, котел Холмова имеет достаточно простую конструкцию, поэтому с изготовлением вполне можно справиться своими силами. Удачи в работе!

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

Элемент стационарного котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, объединяющий группу труб, называют коллектором.

Элемент котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для отделения пара от воды, очистки пара и для запаса воды в котле, называют барабаном .

Элемент котла, предназначенный для передачи теплоты к рабочей среде или воздуху, называют поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева котла, получающую теплоту в основном излучением, называют радиационной поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева котла, получающую теплоту в основном конвекцией, называют конвективной поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева стационарного котла, расположенную на стенах топки и газоходов и ограждающую их от воздействия высоких температур, называют экраном .

Группу труб конвективной парообразующей поверхности стационарного котла, соединенных общими коллекторами или барабанами, называют котельным пучком .

Трубу котла, по которой циркулирующая вода поступает в раздающий коллектор подъемных труб или нижний барабан, называют опускной трубой .

Трубу котла, по которой пароводяная смесь отводится из коллектора экрана в барабан или выносной циклон, называют отводящей трубой экрана .

Необогреваемую трубу, по которой рабочая среда перепускается из одного элемента поверхности нагрева в другой, называют перепускной трубой .

Трубу, по которой производится продувка или удаление воды и пара из элементов поверхностей нагрева котла, называют продувочной трубой .

Устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле, называют пароперегревателем.

Устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного парообразования воды, поступающей в котел, называют экономайзером.

Устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей в топку котла, называют воздухоподогревателем .

Устройство котла, предназначенное для отделения воды от пара, называют сепарационным устройством.

Устройство для понижения температуры перегретого пара называют пароохладителем.

Несущую металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от массы котла, с учетом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла, называют каркасом .

Устройство котла, предназначенное для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы, называют топкой.

Топку котла, предназначенную для сжигания твердого кускового органического топлива в слое, называют слоевой топкой .

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы частично механизированы, называют полумеханической топкой.

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы производятся вручную, называют ручной тропкой .

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы полностью механизированы, называют механической топкой .

Топку котла, в которой пылевидное, жидкое или газообразное топливо сжигается в факеле, называют камерной топкой .

Камерную топку котла с многократной циркуляцией топливовоздушной смеси, которая достигается специальной формой стен топки, компоновкой горелок и способом подачи топлива и воздуха, называют вихревой топкой .

Камерную топку котла, в которой основная масса топлива сжигается во вращающемся топливно-воздушном потоке, называют циклонной топкой .

Топку котла, в которой часть твердого топлива сжигается в слое, а мелкие фракции и горючие газы – в струе воздуха над слоем, называют факельно-слоевой топкой .

Часть топки котла, в которой происходит воспламенение и горение основной массы топлива, называют камерой горения .

Часть топки котла, в которой происходит догорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания, называют камерой охлаждения .

Местное сужение поперечного сечения топки котла, называют пережимом топки .

Часть топки, в которой происходит подогрев, подсушка топлива, а иногда его воспламенение и горение, называют предтопок .

Нижнюю часть камерной топки котла, предназначенную для отвода твердого шлака, называют холодной воронкой .

Нижнюю часть топки котла, образованную горизонтальными и слабонаклонными поверхностями или экранами, называют подом.

Канал, предназначенный для направления продуктов сгорания топлива и размещения поверхностей нагрева котла, называют газоходом .

Нижнюю часть газохода котла, предназначенную для сбора золы, выпадающей из потока продуктов сгорания топлива, называют золовым бункером .

Бункер для сбора твердого шлака, расположенный под холодной воронкой стационарного котла, называют шлаковым бункером .

Устройство для сбора и удаления расплавленного шлака, расположенное под топкой стационарного котла, называют шлаковой ванной.

На современном рынке представлены самые разнообразные модели отопительных котлов. Принципиальная разница между различными моделями — энергоноситель, который обеспечивает их работу. Это может быть газ, электричество, твердое топливо, жидкое топливо или их комбинации.

Однако устройство различных моделей очень сходно, отличаются только некоторые специфические нюансы.

Котел отопления — это ключевой элемент отопительной системы. Он может использоваться и для обеспечения горячего водоснабжения в доме. В зависимости от функциональности, он может быть одноконтурным или двух контурным. Первые предназначены исключительно для отопления, вторые — для отопления и подогрева воды.

Одноконтурные и двухконтурные отопительные приборы

В устройство одноконтурного прибора включен только контур с теплоносителем, который обеспечивает прогрев радиаторов в системе отопления. В качестве теплоносителя может выступать вода или антифриз. Чтобы обеспечить горячее водоснабжение, необходимо подключить к одноконтурному прибору специальный бойлер.

Если у вас установлен двухконтурный котел, то монтаж и подключение дополнительного бойлера вам не потребуются. Один из них обеспечит нагрев теплоносителя системы отопления, а второй — воды, которая будет подаваться в трубопровод горячего водоснабжения.

В большинстве случаев в качестве энергоносителя для отопительного котла используется газ. Популярность этого вида топлива связана с его относительной доступностью и невысокой стоимостью. Некоторые модели оборудования, работающего на газе, оснащены закрытой камерой сгорания. В таком случае для горения газа не будет использоваться воздух помещения. Такое устройство позволяет устанавливать оборудование в любом помещении дома, оборудование специальной отдельной котельной для этого вам не потребуется.

Вернуться к оглавлению

Основные и вспомогательные элементы конструкции котла

Распределение топлива может выполняться через специальный коллектор, а в целях безопасности прибор оснащается системой контроля пламени. Это позволяет предотвратить возникновение пожара или взрыва газа. Конструкция котла отопления включает в себя горелку со специальными стержнями для теплоотвода. Если речь идет не о газовом оборудовании, то на месте горелки располагается топка или нагревательный элемент, в зависимости от используемого энергоносителя. Корпус оснащен эффективным теплоизоляционным слоем, который позволяет использовать тепло с максимальной пользой.

Обязательно включает в себя такие элементы:

• система регулировки работы, включающая в себя индикатор давления и распределительные краны, позволяющие равномерно распределить подачу согретого теплоносителя как к приближенным к котлу радиаторам, так и к самым отдаленным;
• топка, горелка или пьезозажигалка;
• спираль, по которой движется теплоноситель;
• трансформатор розжига;
• главный выключатель.

Помимо приборов регулирования и нагревательных элементов, устройство отопительного оборудования включает в себя расширительный бак и циркуляционный насос. Первый предназначен для принятия теплоносителя, который увеличится в объеме после нагревания. Второй обеспечивает движение теплоносителя по системе.

Интересная конструкция у комбинированных приборов. Например, если котел может работать на газе и на дизеле, то для смены рабочего топлива достаточно выполнить замену головки. Комбинированные котлы уместны в том случае, если вы планируете в будущем переоборудовать отопительную систему и сменить основной вид используемого топлива. В таком случае вам не придется выполнять замену оборудования.

Современные отопительные приборы оснащены приборной панелью, которая позволяет без труда следить за исправностью работы прибора. Даже котлы для твердого топлива могут иметь такие панели, включающие индикаторы температуры, давления и прочее.

Таким образом, устройство современных отопительных котлов постоянно совершенствуется и становится все более функциональным. Благодаря этому эксплуатация любой модели котла значительно упрощается.

Цилиндрическая часть котла является продолжением топки и состоит из нескольких (обычно из трех) склепанных или сваренных между собой стальных барабанов. В ней размещают дымогарные и жаровые трубы. Материалом для барабанов служит котельная сталь. Толщина листов до 20 мм. Соединяются барабаны между собой несколькими способами:

а) ступенчатым, причем диаметр среднего барабана меньше диаметров двух крайних;

б) телескопическим, когда барабаны последовательно вставлены один в другой;

в) сварным — барабаны имеют один диаметр и приставляются встык один к другому (рис. 14).

В передней части цилиндрической части установлена передняя трубная решетка, которая предназначена для укрепления в ней передних концов дымогарных и жаровых труб. На современных паровозах передняя трубная решетка представляет собой диск, который вырезан из котельного железа. Передняя решетка крепится в барабане заклепочным или сварным швом (рис. 15).

На втором барабане установлен паровой колпак. Горячие газы из огневой коробки по трубам протекают в дымовую камеру, отдавая при этом часть своего тепла воде, которая омывает трубы снаружи, и пару, протекающему по элементам пароперегревателя.

Пар, который образовался в котле, поднимается в верхнее не заполненное водой паровое пространство и паровой колпак. Высота парового пространства составляет 1/5 —1/7 диаметра котла. Чем больше паровое пространство, тем равномернее происходит процесс отбора пара из котла и спокойнее парообразование, следовательно, суше отбираемый пар.

Теплопередача в цилиндрической части котла менее интенсивна, чем в огневой коробке. Это связано с тем, что разность температур газов в топке и воды в котле выше, чем в трубчатой части. В топке тепло передается лучеиспусканием, а в трубчатой части за счет конвекции, т. е. соприкосновения горячих газов со стенками труб.

Дымогарные (рис. 16) и жаровые трубы служат для отвода продуктов сгорания из топки паровоза и одновременно образуют поверхность нагрева котла. Жаровые трубы служат также для размещения в них элементов пароперегревателя. Дымогарные и жаровые трубы изготовляют цельнотянутыми, бесшовными из малоуглеродистой стали. Для укрепления труб в решетках котла сверлят цилиндрические отверстия. При этом в передних решетках диаметры отверстий делают на 3—4 мм больше наружного диаметра труб, чем облегчается постановка и удаление труб во время ремонта. В задних же трубных решетках отверстия для труб делают меньше их наружного диаметра: у дымогарных—на 9—11 мм, а у жаровых — на 9—20 мм.

Перед постановкой труб в котел передние концы их раздают, а задние обжимают до размеров отверстий в трубных решетках. Обжатие задних концов труб улучшает циркуляцию воды у поверхности задней трубной решетки и позволяет лучше очищать ее от накипи при промывках котла. Раздача и обжатие отверстий для дымогарных и жаровых труб в передней и задней трубных решетках производятся с таким расчетом, чтобы трубы в котле расходились веером в сторону передней решетки вверх и в стороны от вертикальной оси. Это необходимо для того, чтобы обеспечить более свободное размещение труб в котле и улучшить выход газов из огневой коробки. Кроме того, из-за большего диаметра труб в передней части для их расположения требуется больше места.

Перед постановкой в котел дымогарные и жаровые трубы со стороны задней решетки обжимают двухступенчатым способом, а со стороны передней решетки раздают. Подробно о приемах обжатия, раздачи и применяемых инструментах будет сказано в разделе о ремонте паровозного котла.

Для лучшего укрепления концов дымогарных и жаровых труб в отверстия задней решетки ставят медные прокладные кольца и развальцовывают их, потом в отверстия вводят концы труб, которые также развальцовывают (рис. 17).

Затем концы труб, выходящие из решетки, отгибают на 45° и отбортовывают. Далее борты труб приваривают к решетке (рис. 18), когда котел наполнен подогретой до t = 40-60° С водой.

В передней решетке трубы устанавливают без медных прокладных колец, не отбортовывают и не обваривают; выступающие передние концы дымогарных и жаровых труб развальцовывают и отгибают на конце.

Дымогарные трубы на большинстве современных паровозов располагают в шахматном порядке по вершинам ромба вертикальными рядами, кроме того, их размещают между рядами жаровых труб и по краям решетки.

Паровой колпак (рис. 19) представляет собой резервуар, который является наивысшей точкой парового пространства, служит сборником наиболее сухого пара и установлен на втором барабане цилиндрической части котла. Из парового колпака пар отбирается в паровую машину. На паровозах Эм, паровой колпак изготовлялся клепаным, на паровозах, Э р изготовлен штампованным на прессе из цельного листа котельной стали толщиной от 15 до 20 мм. Сверху паровой колпак закрывают крышкой, которая ставится на медном прокладном кольце и укрепляется с помощью шпилек и гаек.

В целях уменьшения потерь от внешнего охлаждения паровозный котел, за исключением дымовой коробки, покрыт слоем теплоизоляции. Для изоляции паровозного котла применяют асбест, диатомит и известь, которые обладают низкой теплотворной способностью. Теплоизоляционный материал делают в виде плит толщиной от 40 до 60 мм. Крепят плиты к котлу с помощью проволочного каркаса, а зазоры между решетками заделывают вулкани-товой обмазкой.

Перед покрытием изоляционным материалом поверхность котла окрашивают. На наружную поверхность топки сначала наносят асбестовую подмазку, а затем кладут вулканитовые асбоцементные плиты. В местах, где нельзя уложить плиты, накладывают слой изоляционной обмазки при давлении пара в котле 0,2— 0,3 МПа.

Поверх изоляционного слоя паровозный котел покрывается обшивкой из листового железа толщиной до 1,5 мм. Обшивка котла защищает изоляционный слой от повреждения. Крепят обшивку стойками, приваренными к стенкам котла, а затем поясами из полосового железа и винтами.

Дымовая коробка (рис. 20) предназначена для размещения в ней конуса, паровпускных и паровыпускных труб, искрогасительтелных приборов, коллектора, пароперегревателя и сифона, а также является камерой, где образуется разрежение, необходимое для создания притока воздуха к колосниковой решетке и для интенсивного сгорания топлива.

Размеры дымовой коробки должны быть достаточными для размещения указанных элементов и, кроме того, оставался бы необходимый свободный объем для прохода газов и создания равномерной тяги.

Дымовая коробка —это сварная или клепаная конструкция и состоит из двух листов: верхнего толщиной 13 мм и нижнего толщиной 17 мм, образующих цилиндрический барабан. Нижняя часть дымовой коробки изготовлена из более толстых листов для придания опорной части котла прочности и жесткости. Для предупреждения коробления и прогорания нижнего листа дымовой коробки от скопления внизу ее изгари к нему приклепывается или приваривается предохранительный лист толщиной до 20 мм.

Спереди дымовая коробка закрыта фронтонным листом или передней стенкой, в которой имеется дверца диаметром до 1500 мм для производства текущего ремонта и осмотра размещенного в нем оборудования.

Для очистки дымовой коробки от изгари внизу устроена мусороочистительная труба 16 диаметром 180 мм с задвижкой, заключенной между фланцами трубы.

Дымовая коробка паровозов Л, Е а,м, Э р оборудована самоочищающимся искрогасительным устройством, где отводящие из дымогарных и жаровых труб газы, ударяясь о вертикальный отражательный щит, создают вихревое движение и, проходя через искрогасительную сетку, направляются в дымовую трубу. Крупные частицы изгари отбиваются от сетки и подвергаются дальнейшему размельчению в общем потоке газов, в результате чего поток газов как бы выметает мелкие частицы изгари.

Дымовая труба 5 установлена наверху дымовой коробки и служит для отвода продуктов сгорания и отработавшего пара в атмосферу.

Нижняя часть трубы, которая расположена в дымовой коробке, соединяется с расширяющимся книзу раструбом 3 для направления струн отработавшего пара и продуктов сгорания топлива. В барабане дымовой коробки предусмотрены специальные вырезы для установки дымовой трубы, конуса, паровпускных и паровыпускных труб.

Объем дымовой коробки влияет на пульсацию газов при выхлопах пара из конуса: чем больше объем, тем меньше пульсация, тем более равномерное горение топлива.

Дымовая коробка соединяется призониыми болтами с седлообразным фланцем цилиндрового блока и служит жестким креплением котла с рамой паровоза.

В дымовой коробке создается искусственная тяга газов за счет выпуска отработавшего пара в паровой машине через конус и дымовую трубу, поэтому герметичность камеры имеет исключительно важное значение.

Разгерметизация дымовой коробки определяется следующим образом: открывают сифон на полную мощность и с помощью факела обходят места возможного подсоса воздуха через неплотности. Такие места отмечают мелом и при ремонте паровоза устраняют с помощью заварки и замены неисправных болтов и деталей. Для герметизации большой дверцы между ней и обвязочным угольником дымовой коробки прокладывают асбестовый картон. Чтобы не было подсоса наружного воздуха в дымовую коробку, неплотности между парорабочими трубами и кромками отверстий в дымовой камере уплотняют стальными заделками с асбестовыми прокладками.

Плотность соединений паровпускных труб и элементов пароперегревателя с коллектором проверяют на горячем паровозе пуском пара, так как пропуск его ухудшает разрежение в дымовой коробке. Хорошая герметичность дымовой коробки способствует интенсивному горению топлива, экономному расходованию его и высокой паропроизводительности котла паровоза.