» Жаротрубные котлы

Жаротрубные котлы

Паровые жаротрубные котлы.

3D - тур по модульной котельной

Жаротрубные котлы

Большим распространением, особенно в мелких установках, пользуются жаротрубные котлы, состоящие из цилиндрического барабана, с одной или двумя жаровыми трубами в которых обычно располагаются топки. Газы, покинув трубы, в дальнейшем обогревают боковые поверхности барабана котла и затем направляются или в экономайзер, или прямо в дымовую трубу. Одножаротрубные котлы выполняются с поверхностями нагрева от 30 до 50 м 2 , двухжаротрубные от 80-до 100 м 2 .

Паровые жаротрубные котлы. На рис. 145 дается пример установки жаротрубных котлов. Обмуровка одножаротрубных и двухжаротрубных котлов выполняется однообразно, видоизменяясь только в своей верхней части, в зависимости от того, работает ли котел как паровой или водогрейный.

На рис. 145 приведена обмуровка парового жаротрубного котла, выполненная в три газохода. Этот тип обмуровки признается наилучшим; газоходы доступны для чистки и достаточно вместительны, в них может отлагаться летучая зола, не загромождая собой путь для газов.

Топочные газы, пройдя жаровые трубы, попадают в поворотную камеру, размеры которой по ширине не следует обуживать, так как в этой камере собирается большая часть летучей золы. На чертеже ширина камеры показана равной около 1 000 мм. Этот размер хорош, и если иногда по местным условиям его и приходится убавлять, то во всяком случае он должен быть не менее 800 мм. Минуя поворотную камеру, газы проходят по второму газоходу, не доходя до фронта котла, поворачиваются и идут по третьему-последнему газоходу, направляясь к общему сборному борову. В пределах поворотной камеры газы проходят особым каналом, разобщающим третий газоход от пространства поворотной камеры.

Стены обмуровки выкладывают в 2 1 / 2 кирпича и реже в 2 кирпича. Верхняя часть газохода не доходит 100 мм до наинизшего уровня воды в котле; это - требование Котлонадзора. Снизу в газоходах поставлены кирпичные перегородки (дефлекторы), выкладываемые насухо для возможности их разборки при чистке золы, когда они могут помешать проникнуть в газоход. Назначение дефлекторов - повысить скорость газов в газоходе и тем увеличить коэффициент теплопередачи, так как последний растет с повышением скорости. Следует отметить, что коэффициенты теплопередачи в боковых газоходах цилиндрических котлов вообще высоки, но это происходит главным образом вследствие косвенного излучения накаленных стен обмуровки на поверхность нагрева, а также излучения значительного по толщине газового слоя; поэтому и отсутствие дефлекторов не очень существенно скажется на снижении коэффициента теплопередачи.

Котел опирается на чугунные опоры, которые и передают его вес на кладку фундамента, выкладываемую на цементном растворе, в то время как вся обмуровка выполняется на простой глине или шамотной - в тех местах, где имеется огнеупорная футеровка.

Огнеупорным кирпичом футеруют газоходы, по которым проходят газы с высокими температурами. Чтобы ориентироваться, какого класса огнеупорный кирпич следует применить, пользуются указаниями ГОСТ 4385-48, по которому шамотные изделия подразделяются на три класса:

Топки для мазута и газа футеруются огнеупорным кирпичом класса А; топки для слоевого сжигания топлива футеруются кирпичом класса Б и котельные газоходы - кирпичом класса В.

Последние газоходы котлов иногда футеруются тугоплавким кирпичом (гжельским), огнестойкость которого по ГОСТ 881-41 равняется для I сорта 1400°, II сорта - 1300°. Сборные борова, экономайзеры, а также частично и последние газоходы котлов выкладывают красным кирпичом без футеровки.

Размеры кирпичей и кладки приведены в табл. 35.

Футеровка огнеупорным или тугоплавким кирпичом с остальной кладкой из красного кирпича выкладывается вперевязь; это распространяется не только на котельные газоходы, но и на топки. Топки больших котлов футеруют огнеупорным кирпичом, не перевязывая его с остальной кладкой, чтобы лучше обеспечить свободное расширение футеровки при нагревании. Для устойчивости футеровка в таких случаях делается наклонной, а стена несколько утолщается книзу или же прихватывается металлическими скобами (кляммерами) к основной кладке.

Чтобы котел при его разогревании и температурных деформациях не перемещался по опорам, что может вызвать их перекашивание и износ котельной стенки, опоры следует делать подвижными, оставляя только одну неподвижной (рис. 145). Неподвижную опору желательно относить ближе к поворотной камере, тогда перемещение днища котла в местах непосредственного соприкосновения со сводами, п

ерекрывающими поворотную камеру, достигнет минимальных значений. В противном случае это место приходится закладывать асбестом, чтобы создать

Примечания. 1. За нормальную толщину шва при огнеупорной кладке считать 3-5 мм, причем высота кладки на 10 плашек будет 680 мм при условии равномерного кирпича.

2. В 1 м 3 кладки содержится с прибавкой 5% на бой: огнеупорного и тугоплавкого - 565 шт.; красного - 470 шт.

3. Вес 1 м 3 кладки- 1,6 - 1,8 т.

4.Огнеупорный и тугоплавкий кирпичи имеют также размеры 250 X 123 X 65 мм; в таком случае в таблицу надо вносить соответствующие поправки.

известную эластичность. Асбест вообще прокладывают в местах непосредственного соприкосновения металлических стенок котла с кладкой. Это позволяет котлу свободно расширяться, причем он предохраняется от механических повреждений.

Обмуровка котла скрепляется металлическим каркасом. Стойки каркаса располагаются таким образом, чтобы при выпучивании нагретой обмуровки они были нагружены в направлении их наибольшего момента сопротивления.

Следует также воспринять распор от сводов, перекрывающих поворотную камеру, при помощи горизонтально расположенных швеллеров. Подобно тому, как это делалось в топках, перекрывающий поворотную камеру свод часто защищают сверху сводом разгрузочным; это мероприятие увеличивает срок службы первого свода и облегчает ремонт,

На рис. 145 не дано размещение швов барабана, показано только крепление днищ с барабаном котла и жаровыми трубами. Головки заклепок, соединяющих днище и жаровую трубу, будут обогреваться газами с высокими температурами (до 900° перед поворотной камерой). Так как в шве имеется значительное утолщение металла и несколько затруднен отвод тепла, в особенности если еще в этих местах скопится накипь, то головки заклепок могут и обгореть. Чтобы это предотвратить, швы в пределах топки защищают обмуровкой, подобную защиту желательно выполнить и в конце первого газохода, при соединении жаровой трубы с днищем. Для соединения между собой отдельных звеньев жаровых труб, продольный шов которых обычно осуществляется при помощи сварки, используют стыки специальной конструкции (рис. 254). Эти стыки, кроме защиты от обгорания заклепок и разгрузки их от работы на срез, в особенности силами, возникающими при разогревании котла, также дают жаровой трубе известную эластичность, что необходимо, так как в трубе находится топка и стенки трубы разогреваются сильнее, чем обечайки котла. Еще лучше воспринимается это расширение волнистыми жаровыми трубами (рис. 254), однако вследствие сложности изготовления встречающимися сравнительно редко.

В жаровых трубах за топкой иногда располагают вертикальные кирпичные перегородки, предложенные проф. К. В. Киршем с целью повышения коэффициента теплопередачи в жаровых трубах за счет восприятия излучения от накаленных кирпичей. Практически такие перегородки оказались малоудобными, так как затрудняют чистку жаровой трубы при сжигании зольных топлив. Летучая зола осаждается в местах, образуемых этими перегородками при стыке с жаровой трубой. В итоге значительная часть поверхности нагрева выключается из работы.

В обмуровке котла оставлены два лаза с фронта, дающие возможность проникнуть в газоходы при их чистке. Во избежание излишних присосов воздуха лазы не только имеют хорошо прикрывающуюся крышку (желательно с асбестовой прокладкой), но в них дополнительно еще выкладывается стенка из кирпича, разбираемая в периоды чисток. С целью борьбы с присосами воздуха через тонкую часть кладки во фронтовой стенке, рядом со спускным краном, следует снаружи поставить стальной лист. Также много присасывается в газоходы воздуха через щели у шибера за котлом (рис. 143). При установке над шибером стального кожуха вместо широкой щели в верхней части кожуха остается только круглое отверстие для пропуска троса, поднимающего шибер. Поворотные шиберы (рис. 150) следует предпочесть «задвижкам» как не требующие значительных усилий при открывании, а также не дающие сколько-нибудь значительного присоса воздуха. Сзади котла, напротив жаровых труб, иногда располагают гляделки, отверстия которых перекрывают слюдой или стеклом. Сверху парового жаротрубного котла иногда устанавливают сухопарник (рис. 145), основное назначение которого — уменьшить влажность пара, так как при малых скоростях и достаточной высоте подъема из него выпадают капли воды, уносимые с паром. Сухопарник создает некоторое удобство в эксплуатации, позволяя концентрированно располагать на нем патрубки для крепления к ним вентилей паропроводов, а также предохранительных клапанов.

Питание котла осуществляется через специальные патрубки, располагаемые на цилиндрической части котла (рис. 143) или на днище барабана. По правилам Котлонадзора для вновь изготовляемых котлов при производительности их более 4 т/час обязательно устройство двух питательных линий и не менее двух вводов питания в котел.

Снизу котла, ближе к фронту, помещается патрубок для продувочного вентиля, через который периодически спускается скопившаяся внизу грязь, а также за счет частичного обмена котловой воды уменьшается степень насыщения водяного объема котла растворенными в нем солями накипеобразователей.

С целью улучшения условий циркуляции одножаротрубные котлы часто изготовлялись с жаровой трубой, сдвинутой вбок (рис. 146). При таком расположении в узком пространстве между трубой и корпусом барабана, обогреваемом с двух сторон, больше образуется паровых пузырей, чем с противоположной стороны, что вызовет усиленную циркуляцию, указанную на чертеже стрелкой.

Водогрейные жаротрубные котлы. На рис. 147 приведена типовая обмуровка водогрейного жаротрубного котла. В отличие от парового котла, где запрещается обогревать газами паровое пространство, чтобы не вызвать чрезмерного нагрева стенки, обмуровка водогрейного котла предусматривает полное обогревание цилиндрического корпуса котла. Газы проводятся аналогично предыдущей обмуровке по трем газоходам, причем разобщение второго газохода от третьего, как и в паровом котле, произведено снизу вертикальной стенкой в 1 1 / 2 кирпича, а сверху - утолщением в замке перекрывающего котел свода. Над упомянутым сводом для его разгрузки желательно иметь второй свод. В остальном детали обмуровки те же. Отвод горячей воды производится сверху котла, вблизи его фронта. Подача питательной воды выполняется сверху котла, ближе к поворотной камере, в отличие от довольно часто встречающегося на практике питания водогрейных котлов снизу, что не рекомендуется.

Не следует забывать, что водогрейный котел является в сущности экономайзером, только снабженным самостоятельной топкой, и, как во всяком экономайзере, температура воды в нем всюду разная, постепенно повышающаяся от температуры питательной воды до горячей. В паровом же котле температура воды вследствие хорошей циркуляции всюду одинаковая, соответствующая тому давлению пара, с которым работает котел. Поэтому вода в котле даже при небольшом давлении имеет во всех пунктах температуру во всяком случае не ниже 100°, и паровой котел не боится росы, которая может выпасть в отходящих газах при местном их переохлаждении.

При подводе воды в водогрейный котел снизу вода будет постепенно подогреваться, причем наиболее холодная вода останется внизу барабана, где и будет наблюдаться внешняя коррозия из-за появления росы. При питании сверху холодная вода как более тяжелая тонет в общей массе подогретой воды, лучше происходит перемешивание, и в котле исчезают участки, омываемые наиболее холодной водой.

Указанное относится к отопительным котлам, когда температура обратной воды, идущей из системы отопления, обычно не снижается ниже 30°. Еще более тяжелые условия получаются, когда жаротрубные котлы используются для нагревания воды горячего водоснабжения. В этом случае температура входящей в котел водопроводной воды в зимнее время не превышает 5-7°, стенки котла начинают покрываться росой, ржавеют и котлы быстро выходят из строя. Поэтому в настоящее время для целей горячего водоснабжения применяются паровые котлы. Пар из котлов направляется в поверхностные теплообменники, в которых и приготовляется горячая вода.

Чтобы использовать и сохранить имеющийся в наличии значительный парк жаротрубных котлов и не устанавливать отдельных теплообменников, работники Ленинградского коммунального хозяйства тт. Черенин и Попов предложили переоборудовать водогрейные котлы, находящиеся в банях, на паровые низкого давления со встроенным в них теплообменником. В таких котлах вместо манометра следует ставить мановакуумметр, а в выкидное приспособление добавлять обратную петлю (рис. 148), так как при изменяющемся режиме не исключается возможность образования в котле вакуума.

Чтобы проникнуть внутрь котла с целью его осмотра, очистки накипи и т. п., устраивают лазы овальной формы размерами 325X420 мм, но не менее 300X400 мм. У одножаротрубного котла можно ограничиваться одним лазом (рис. 147), а в двухжаротрубном их приходится делать два, располагая один лаз в верхней части котла и другой - во фронтовом днище, под жаровыми трубами.

Характерной особенностью жаротрубных котлов является внутренняя топка. В этом отношении жаротрубный котел является прототипом котлов с экранированными топками. Сжигая в жаровой трубе антрацит на колосниковой решетке или нефтяные остатки, достигают максимального развития прямой отдачи и, следовательно, наилучшего использования поверхностей нагрева. Однако жаровая труба при сжигании в ней кускового топлива часто ограничивает развитие зеркала горения; кроме того, при засоренных сортах топлива осложняется чистка шлака и сокращаются периоды между чистками. Такое топливо, как торф или подмосковный уголь, вообще не удается сколько-нибудь эффективно сжигать непосредственно в жаровой трубе, так как наряду с повышенной зольностью большая влажность вынуждает снижать прямую отдачу, а низкая теплотворная способность приводит к необходимости увеличивать зеркало горения.

В таких случаях переходят к выносным топкам, однако они плохо комбинируются с жаротрубными котлами, загромождают доступ к арматуре котла, занимают много места перед фронтом и в большинстве случаев чрезмерно уменьшают прямую отдачу (рис. 37, 44), увеличивая температуру газов за котлом.

Таким образом, жаротрубные котлы удобны и экономичны при сжигании в них только высококалорийного топлива, например, нефтяных остатков, газа или антрацита.

Жаротрубные котлы вмещают большой объем воды; это позволяет поддерживать постоянное давление в котле даже при резко переменном расходе пара. Большой объем воды, нагретой до состояния кипения, является мощным аккумулятором тепла. Даже при незначительном понижении давления из водяного объема котла дополнительно выделяется много пара, и, наоборот, при повышении давления значительная часть тепла, выделяемого топкой, расходуется на нагревание воды до температурного уровня, соответствующего новому давлению.

Большой объем воды увеличивает взрывоопасность котла, поэтому, используя старые паровые жаротрубные котлы, даже при пониженном давлении пара надо тщательно следить за имеющимися в них дефектами, не допуская увеличения разъеданий и пр. Состояние стенок котла внутри и снаружи периодически контролируется; число осмотров и их порядок регламентированы соответствующими правилами Котлонадзора. Для котлов, имеющих те или иные пороки, такие осмотры производятся чаще.

Водогрейные котлы с большим объемом ранее рекомендовалось устанавливать для приготовления воды горячего водоснабжения (бани, прачечные), так как они отчасти заменяли водоразборные баки или позволяли уменьшить размер последних. В настоящее время в связи с общей тенденцией использования местных топлив, по преимуществу сильно влажных, вообще отпадает возможность устройства водогрейных котлов для целей горячего водоснабжения, так как они будут ржаветь и быстро выходить из строя.

Большой объем воды в паровом котле (рис. 145) еще может иметь значение, например, для механических прачечных, где приходится считаться с сильно колеблющейся нагрузкой по пароснабжению стиральных машин, бучильников и прочего оборудования. В более крупных предприятиях бумажной, текстильной промышленности, в паровых кузницах и т. п., где применяются котлы большой мощности, для уменьшения колебаний давления пара устанавливают дополнительно паровые аккумуляторы.

В жаротрубных котлах корпус котла получается значительных размеров и веса. Диаметр барабана 1 6000-2000 мм для одножаротрубных котлов и 2 200-2 400 мм - для двухжаротрубных.

Толщина стенки таких барабанов при сколько-нибудь значительном давлении требуется большая, в связи с чем увеличивается и вес котла, считая на 1 м 2 . Паровые двухжаротрубные котлы поверхностью нагрева 92 м 2 и на давление 8 и 10 ати изготовлялись в последнее время Таганрогским заводом. Вес котла клепаного - 210 кг/м 2 , сварного- 185 кг/м 2 .

Значительный вес 1 м 2 поверхности нагрева, примерно превышающий в 2 раза вес водотрубного котла, является основным недостатком жаротрубных котлов, побуждающим переходить к иным конструкциям, расходующим меньше металла.

Значительные объемы нового строительства в России, привлечение к строительству малых предприятий и частных инвесторов и соответствующее формирование инвестиционной политики обусловили на большинстве строящихся объектов применение автономных отопительных котельных – от квартирных и коттеджных до РТС, а также источников теплоты на реконструируемых объектах, преимущественно с водогрейными котельными агрегатами малой мощности (до 20 МВт). В статье рассмотрены особенности основных типов котлов, представленных на российском рынке, – водотрубных и жаротрубных.

Важнейшей особенностью котлов малой мощности являются тепловые режимы топок и связанные с ними физико-химические процессы горения, обус-ловленные масштабным переходом к малым геометрическим размерам топок с уменьшением мощности котла. Это изменяет соотношение площади поверхности топки к ее объему обратно пропорционально ее характерному размеру. Следствием этого является тот факт, что в малых котлах видимые тепловые напряжения топочного объема в несколько раз превышают характерные для мощных котельных агрегатов, достигая значений qv = 2 МВт/м3 и выше (на газе и жидком топливе), при этом тепловые напряжения поверхностей нагрева в топке (qн = ~200 кВт/м2) примерно соответствуют видимым тепловым напряжениям поверхностей нагрева мощных котлов.

Водогрейная котельная техника представлена на российском рынке двумя основными типами котлов: водотрубными и жаротрубными.

Водотрубные котлы определенное время были основным типом отечественной водогрейной техники. В области малых мощностей такое положение дел себя не оправдало: с производства были сняты устаревшие котлы ТВГ, ТГ, НР 18, ЗиО 60 и др. Однако ряд конструкций котлов малой мощности серии КВ ГМ продолжает выпускаться. Отечественные разработки водогрейных котлов преимущественно представлены водотрубными котлами, выпуск которых осваивают как крупные заводы («Дорогобужкотломаш», Бийский котельный завод, «Вольф Энерджи Солюшен» и др.), так и небольшие котлостроительные фирмы.

Независимо от типа котла необходимо отметить, что тепловой режим металла стенки котла определяется состоянием внутренней поверхности (со стороны охлаждающего теплоносителя), наличием отложений, их толщиной и свойствами. Внешние шлаковые, сажевые и битумиозные отложения (как и внутренние) преимущественно влияют на эффективность теплопередачи от газового потока к теплоносителю и, следовательно, повышают температуру уходящих газов, снижают мощность и КПД котла.

Однако наибольшие неприятности часто связаны с увеличением аэродинамического сопротивления газового тракта котла, изменением и искажением характеристик горения, ухудшением экологических показателей работы.

Водотрубные водогрейные котлы

Основные преимущества водотрубных водогрейных котлов обусловлены организованным гидравлическим режимом в трубных водяных контурах, что позволяет, используя насосные схемы принудительной высокоскоростной циркуляции (в том числе с рециркуляцией), обеспечить допустимые тепловые (температурные) режимы, уменьшить негативные процессы загрязнения теплопередающих поверхностей со стороны теплоносителя, снизить требования по общей жесткости циркуляционной воды. В то же время в водотрубных котлах необходимо строгое соблюдение гидравлического режима движения теплоносителя, исключающего его вскипание на поверхностях нагрева, что, как отмечалось, для котлов малой мощности особенно важно на теплонапряженных участках топочных поверхностей нагрева. При обосновании скоростного режима необходимо ориентироваться на трубы с отпускным движением теплоносителя, в которых при указанных условиях теплообмена (qн = ~200 кВт/м2) скорость движения теплоносителя должна быть по известным зависимостям не менее 1,25–1,35 м/с.

Такой гидравлический режим обуславливает достаточно высокое гидравлическое сопротивление водотрубного водогрейного котла (обычно в пределах 0,5–1,5 бар). Причем не только в расчетном режиме, но и при всех промежуточных режимах работы с частичной или даже минимальной мощностью. Постоянный гидравлический режим, пожалуй, наиболее важный фактор, обеспечивающий надежную работу всей трубной системы водогрейного водотрубного котла.

Ряд конструкций водогрейных водотрубных котлов поставляются производителем в виде нескольких укрупненных блоков, что требует дополнительных затрат при доставке котла, его сборке и монтаже на строительной площадке.

Последнего недостатка лишены жаротрубные водогрейные котлы, полностью изготавливаемые в заводских условиях и поставляемые в виде компактной моноблочной конструкции, часто с уже смонтированной тепловой изоляцией, внешней оболочкой, опорной рамой и пр. Это делает конструкцию привлекательной для потребителя, существенно упрощает монтаж оборудования в котельной.

Жаротрубные водогрейные котлы

Использование жаротрубных котлов с наддувной газоплотной топкой, принцип действия которой основан на применении автоматизированных горелочных устройств, оснащенных встроенными (или комплектными) дутьевыми вентиляторами, позволяет работать без дымососов с регулированием параметров горения при переменных нагрузках, сохраняя высокую эффективность с КПД 92–95 %.

Заводы-изготовители переходят на большие объемы выпуска жаротрубных котлов, активно осваивают зарубежные технологии, покупают и перерабатывают под российские нормативы техническую документацию известных фирм, продукция которых пользуется спросом и хорошо себя зарекомендовала на рынке. Например, трехходовые котлы ФР–10, ФР–16, выпускаемые по технологии компании «Финрейла» (Финляндия), котлы GKS Dynaterm, Eurotwin производства «Волф Энерджи Солюшен» по технологии компании WOLF (Германия).

Конструктивные схемы практически всех жаротрубных водогрейных котлов предполагают размещение в водяном объеме внутри внешней прочной оболочки котла цилиндрической топки и дымогарных труб конвективных поверхностей. Компоновку котлов принято классифицировать как двухходовую и трехходовую. В обоих случаях развитие факела и движение продуктов сгорания по топочному объему считается первым ходом как для топок с осевым пролетным (без разворота факела) движением газов, так и для тупиковых реверсивных топок (с разворотом факела на 180° в задней части внутри топки к фронту котла) (рис. 2). Таким образом, 2 ходовые схемы предполагают один ход продуктов сгорания по конвективным жаровым трубам, а 3 ходовые – два хода с разворотом продуктов сгорания между пучками дымогарных труб на 180°

Важнейшие недостатки жаротрубных конструкций обусловлены малой скоростью движения теплоносителя во внутреннем водяном объеме котла, имеющем значительный объем (удельный объем воды от ~0,5 до ~1,5 м3/МВт) и большое расчетное живое сечение для движения котловой воды. Это приводит к неорганизованным гидравлическим режимам внутренней циркуляции со скоростями, соответствующими естественной конвекции порядка 0,01–0,02 м/с, а в ряде зон водяного объема и ниже. По этой причине значение тепловых напряжений поверхностей нагрева котла по условиям недопущения пристенного вскипания воды гораздо ниже, чем у водотрубных котлов, и является основным фактором, определяющим надежную и безаварийную работу котла (наряду с загрязнением поверхностей со стороны воды накипью и шламовыми отложениями и др.).

Конструктивные особенности жаротрубных котлов

Конструкция трехходового котла по сравнению с двухходовым у большинства производителей имеет большую конвективную поверхность нагрева (дымогарных труб) и за счет этого позволяет увеличить глубину охлаждения дымовых газов и повысить на 1–3 % КПД котла. Большего значения КПД удается достичь установкой за водогрейным котлом агрегатного или блочного экономайзера (в том числе и конденсационного типа).

Оценивая качество жаротрубного котла необходимо учитывать как конструктивные решения, так и совершенство технологии изготовления.

Так, наличие жесткого корпуса и безкомпенсационных по термическому удлинению торцевых поверхностей (трубные доски) с жесткой сваркой прямых жаровых труб и жестким креплением топки, близкое расположение жаровых труб к внешней необогреваемой оболочке котла приводят к повышенным напряжениям из-за некомпенсированной тепловой деформации как при холодных пусках, так и при переменных режимах эксплуатации. В этой связи весьма важно иметь информацию о расчетном значении на малоцикловую усталость металла, которая определяет количество циклов запуска из холодного состояния, измеряемое от нескольких сотен до десятков тысяч циклов. Помимо конструкции котла на эту величину влияет качество металла жаровых труб и трубных досок, технология и качество сварки, применение термоотпуска для снятия внутренних напряжений в сварной конструкции при изготовлении котла.

Менее надежными оказываются и котлы с низким расположением жаровых труб, которые наиболее интенсивно заносятся шламом, из-за чего теплообмен ухудшается, температура стенки трубы увеличивается, что приводит к дополнительному локальному перегреву, увеличению нагрузок на сварочные швы и трубную доску. Для выравнивания и интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях часто используют различного рода турбулизаторы потока, вставляемые в жаровые трубы третьего хода или в концевые участки второго хода 2 ходового котла.

Здесь важно отметить, что жаровые котлы с реверсивной топкой, в силу отмеченных особенностей тепловых процессов, при развороте факела обеспечивают интенсификацию конвективного теплообмена в топке (этим достигается выравнивание тепловых потоков на поверхностях нагрева в топке). Также они позволяют за счет активной рециркуляции части продуктов сгорания в корне факела горелки снизить эмиссию оксидов азота. Однако при этом в значительной мере происходит интенсификация теплообмена на трубной доске и начальных участках дымогарных труб в зоне разворота факела у переднего шамотного блока с учетом его вторичного излучения. Из-за этих факторов трубная доска оказывается в чрезвычайно форсированном тепловом режиме, зачастую приводящем к ее перегреву.

Учитывая указанные особенности тепловых режимов фронтовой трубной доски, подавляющее большинство зарубежных производителей водогрейных жаротрубных котлов ограничивают область применения реверсивных топок котлами мощностью до 2,5 МВт.

Для любых топок жаротрубных котлов, особенно для реверсивных, необходим правильный подбор горелки не только по мощности, но и по соответствию конфигурации и размеров факела горелки топке котла. Должен быть исключен даже локальный «наброс» факела на холодную стенку топки во всех режимах ее работы, с учетом необходимого напора для преодоления аэродинамического сопротивления газового тракта котла и метода регулирования нагрузки.

Низкие скорости движения теплоносителя, большие объемы воды приводят к интенсивному выпадению взвешенных частиц шлама как в нижней части котла (формируя зоны интенсивной подшламовой коррозии), так и на верхней образующей жаровых труб. Даже на «чистой» трубе при работе котла на расчетные параметры воды с температурой +95 °C максимальные значения локальной температуры воды могут составлять ~130 °C, а при +105 °C – ~145 °C. Под пористыми шламовыми отложениями (и накипью) температуры металла стенки трубы и воды еще выше, что ведет к локальному вскипанию, интенсификации процесса накипеобразования, перегреву стенки трубы. Дополнительно необходимо отметить, что вскипание воды не только не смывает шламовые отложения на верхней образующей жаровых труб, но и интенсифицирует формирование локальных отложений накипи и фактически увеличивает размер и уплотняет эти отложения. По этой причине желательно не снижать гидростатическое давление в котле ниже 4,5–5 бар, что, однако, не может в полной мере подавить эти процессы. «Вялая» гидродинамика жаротрубных котлов объясняет необходимость глубокого умягчения воды до остаточной общей жесткости не более 0,01–0,02 (мг-экв)/л.

Максимальное уменьшение шламоотложения обеспечивается при использовании независимого подключения котлового контура в схеме теплоснабжения, исключающего попадание шлама из тепловых сетей и систем отопления потребителей. Следует ограничить использование магнитной и комплексонной обработки даже при наличии шламоотделителей в схеме и использовать периодическую продувку, периодичность и время осуществления которой из нижних точек котла определяется водно-химическим режимом работы котла.

Необходимо обязательно поддерживать гидравлический режим работы котла с расчетным расходом теплоносителя, определяемым при расчетной нагрузке по допустимому перепаду температур на входе и выходе из котла. Обеспечить требуемую рециркуляцию теплоносителя с проверкой во всех режимах работы для исключения низкотемпературной коррозии в хвостовых поверхностях нагрева котла, которая рассчитывается по условию превышения температуры воды на входе в котел температуры точки росы дымовых газов на 5 °C.

Рассматриваемые вопросы не только касаются проектирования и организации работы жаротрубных котлов, но напрямую связаны с режимами эксплуатации с позиции обеспечения технологических процессов. Так, позиционное регулирование отпускаемой потребителям мощности при режиме эксплуатации горелки «включено-выключено» объективно существенно сокращает ресурс работы котла, учитывая цикловую усталость металла. Однако иногда и использование модулируемых горелок, особенно в реверсивных топках, может на пониженных нагрузках вызывать преждевременный разворот факела вблизи горелки, а следовательно, перегрев отдельных участков топки и фронтовой трубной доски. Аналогичный процесс развивается при значительных разрежениях в газоотводящем борове за котлом. В некоторых случаях, при малом аэродинамическом сопротивлении котла, этот эффект проявляется при разрежении ~25 Па.

Недопустимы нарушения режимов эксплуатации котлов:
— с несоответствующей или отключенной химводоподготовкой (даже при кратковременном ее отключении);
— с внесением конструктивных изменений в котел – при удалении турбулизаторов, изменении схемы подключения вход-выход по теплоносителю и др.;
— с отключенными рециркуляционными насосами;
— без контроля температуры уходящих газов, аэродинамического сопротивления и гидравлических потерь давления в котле;
— без контроля утечек в тепловых сетях и без очистки сетевой воды от шлама, без периодической продувки.

Жаротрубный котел изобрели в 19 веке, для увеличения паропроизводительности обычных цилиндрических котлов, не изменяя их размеров, путем развития внутренних поверхностей нагрева. В наше время жаротрубные котлы не потеряли своей актуальности.

Жаротрубный котел, имеет жаровые трубы, который проходят внутри водного пространства котла. Всем известно, что жаротрубные отопительные котлы изготовить не сложно, соответственно и цена на такие котлы минимальная.

Сфера применения жаротрубных паровых котлов

Жаротрубные паровые котлы нашли широкое применение в современной жизни. И наиболее часто их используют в сфере жилищно-коммунального хозяйства, а также на производстве, где есть потребность в паре. К примеру, такое оборудование можно увидеть в котельных, обслуживающих:

• жилые здания и комплексы;
• коммерческие и административные помещения;
• производственные цеха;
• медицинские и образовательные учреждения;
• другие объекты, нуждающиеся в эффективном и недорогом источнике тепла.

В целом, же можно отметить, что оборудование данного типа используется в любом месте, где потребность в паре постоянна и равномерна.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Основными конструкционными элементами жаротрубного парового котла являются топка, водяной бак и дымогарные (жаровые) трубы. Принцип действия агрегата основывается на сжигании топлива и передаче выделяющегося тепла воде, в результате чего она переходит в газообразное состояние.

Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы попадают в дымогарные трубы, которые находятся внутри бака, и нагревают воду до температуры парообразования. В зависимости от числа проходов дымовых газов жаротрубные паровые котлы делятся на двухходовые и трехходовые. Первые имеют простую конструкцию и, как следствие, стоят дешевле. Вторые отличаются более высоким коэффициентом полезного действия. Разница в КПД между двух- и трехходовыми агрегатами зависит от марки и модели и варьируется от 1 до 3%.

Жаротрубные паровые котлы на газовом топливе: особенности и недостатки

Для повышения КПД, часто жаротрубные котлы переводят на газ. Обычно в них устанавливают газовые горелки низкого давления или инжекционные горелки среднего давления. Также демонтируют колосниковую решетку, которая установлена для сжигания твердого топлива, демонтируют фронтальную плитку, заменяют новой, которая имеет отверстие для монтажа грелок, а также глазки для розжига. Если делается монтаж инжекционной горелки с пластинчатым стабилизатором, то устанавливать фронтальную плиту необязательно.

Жаротрубные паровые котлы, переведенные на газовое топливо, работают надежно и показывают хорошие теплотехнические показатели. Недостатками являются, нагрев насадок у горелок, иногда может наблюдаться пульсирующее горение, которое обычно сопровождается выбросом пламени и хлопками. В большинстве случает эти недостатки возможно устранить. Важно, чтобы конструкции горелок соответствовал диаметр форсунок инжекционных горелок среднего давления, иначе невозможно будет добиться полного сжигания газа.

Как правило, котельные с жаротрубными котлами, обязательно должны иметь узел редуцирования давления, потому что они снабжаются газом от сети среднего или высокого давления. В котельных с секционными котлами устанавливают ротационные счетчики, для учета расхода газа. Если снабжение газом идет от сети низкого давления, то счетчик устанавливается сразу, если подача газа идет от сети среднего или высокого давления, то счетчики устанавливаются, после регулятора давления. Потому что давление не должно превышать 0,1 МПа

Из недостатков жаротрубных паровых котлов можно выделить, большие габариты и значительную металлоемкость, внутренние топки, которые могут сжигать лишь топливо высокого качества.

Самый большой недостаток данных котлов – они взрывоопасны. Если внезапно снизить давление внутри котла, при большом объеме кипящей воды, мгновенно выделиться большое количество пара и произойдет взрыв. Но если соблюдать все правила техники безопасности, то подобного никогда не случится.

Сейчас зарубежные заводы, которые предлагают жаротрубные котлы, требуют выполнить два условия: первое – должна быть соответствующая химводоподготовка и должна использоваться только химоочищенная вода.

Сейчас зарубежные заводы, которые предлагают жаротрубные котлы, требуют выполнить два условия:

• должна быть соответствующая химводоподготовка;
• должна использоваться только химоочищенная вода.

При правильной эксплуатации котел сэкономит вам приличную сумму денег, а также согреет вас своим теплом.

КРАТКИЙ ОБЗОР ПОПУЛЯРНЫХ КОТЛОВ ICI CALDAIE

Итальянская компания ICI Caldaie была основана в 1958 году. С самого начала производитель работал на опережение, предлагая потребителям высокотехнологичные решения, не имеющие аналогов. Такой подход сохранился и сегодня, поэтому нет ничего удивительного в том, что оборудование данной марки занимает лидирующие позиции на мировом рынке по общему объему продаж.

Что же касается жаротрубных агрегатов ICI Caldaie, то в настоящий момент наиболее востребованы две серии оборудования:

1. ICI Sixen. Данная линейка включает в себя двухходовые жаротрубные паровые котлы, производительность которых варьируется от 350 до 5000 кг/ч. Агрегаты могут работать как на жидком топливе, так и на газе, что существенно расширяет сферу их использования. Расчетное эксплуатационное давление 12 и 15 бар, а опционально до 25 бар. КПД жаротрубных паровых котлов составляет 90%. В комплектацию входит как оборудование, так и арматура, необходимая для быстрого запуска агрегата.
2. ICI Rex. В этой серии представлены горизонтальные водогрейные жаротрубные котлы, предназначенные для эксплуатации в системах с температурой воды от 60 до 110 ºC. Нормальное рабочее давление составляет 6 бар. Мощность зависит от модели и варьируется от 70 до 6000 кВт. Несомненным преимуществом котлов данной серии является высокий КПД - более 92%. Также стоит отметить, что агрегат совместим с горелками на жидком и газообразном топливе, поэтому может работать на дизеле, мазуте или магистральном газе.

И паровые, и водогрейные котлы ICI Caldaie - это современное оборудование, нашедшее широкое применение в различных сферах жизнедеятельности человека. Если вы тоже решили приобрести агрегат этой марки, рекомендуем проконсультироваться со специалистами компании «Альба», которая является официальным представителем завода-производителя в нашей стране.

Уже второй век служит человечеству жаротрубное оборудование. Мощные модели используют в обогревательных системах в животноводстве, на производстве, в строительных организациях и воинских частях, более компактные – в коттеджах, квартирах и на дачах. Модернизированный жаротрубный котел отличается усовершенствованной конструкцией, которая позволяет без изменения размеров агрегата увеличивать его производительность при условии, что внутреннее давление имеет параметры выше атмосферного.

Конструкция и назначение жаротрубных котлов

Внешний вид оборудования может быть различным, но чаще встречается горизонтальная конструкция цилиндрической формы. Одножаровый агрегат состоит из двух резервуаров-цилиндров, один из которых прячется внутри другого. Оба сегмента сообщаются между собой посредством паросборника и фланцев. На передней торцевой части находится топка, на задней – трубоотводы. Чтобы происходил процесс горения у паровых моделей, необходима принудительная подача воздуха. Воздух подается под колосник вентилятором, зафиксированным на фронтальной площадке. Оборудование, работающее на угле, дизельном топливе или газе, имеет горелку и трубу для отвода дыма.

Схема пеллетного жаротрубного трехходового котла

Самым лучшим теплообменником считается стальной, так как он не подвержен коррозийному разрушению и не деформируется со временем от температурных перепадов.

Видео: Как выбрать котел для дома? Жаротрубный котел Roda RK2

В процессе работы котла получается пар, температура которого не превышает 110-115˚С, а давление – не более 0,07 МПа. Пар с такими показателями годится для обустройства обогревательной системы дома или для запуска производственных процессов, например, тепловой обработки продуктов. Выбор топлива зависит от модели котла и от удобства пользования. Такое топливо, как дрова или уголь, применяется все реже, чаще используют более дешевые виды – газ, мазут, дизель.

По данной схеме можно судить о размерах жаротрубных котлов, которые используются в промышленном производстве

Жаротрубное оборудование выбирают не только из-за простоты использования. Оно отличаются понятной конструкцией, и при возникновении поломки или износа можно оперативно произвести ремонт. Для многих важна безопасность – если действовать по инструкции, то неприятностей не произойдет. Однако не стоит забывать о том, что любое газовое или паровое оборудование требует соблюдения норм техники безопасности.

Так выглядит газоходный тракт в трехходовом жаротрубном котле

Главным преимуществом жаротрубных водогрейных и паровых моделей является высокая мощность при весьма скромных габаритах. Кроме того, функционирование агрегата можно автоматизировать, если подключить соответствующие приборы:

• отводы воздуха;
• датчики давления воды;
• манометр;
• термометр;
• блок управления.

Топливо в конструкциях трубчатого типа сгорает практически полностью, благодаря чему КПД аппарата достигает 92-93%. Агрегаты выгодно использовать в регионах с неблагоприятными климатическими условиями: тепловая мощность достаточно велика, а теплопотери минимальны.

Видео: Обзор жаротрубного котла длительного горения ДТМ

Принцип работы водогрейного оборудования

Как и любая печь, котел работает на одном из видов топлива, которое загружается или поступает по трубам в топку. При сгорании топлива, например, угля или газа, выделяется тепловая энергия. У обычной печи отопления она отдается корпусу, нагревая окружающий воздух, у котла – теплоносителю (например, воде), причем посредником является теплообменник.

Топочная часть окружена водяной «рубашкой», которая является инструментом охлаждения. Дым, полученный в процессе сгорания топлива, поступает в пучок труб в задней торцевой части, поднимается вверх и выходит наружу.

Образец водогрейного котла для систем отопления – продукция компании «Уралтеплокомплект»

Нагреваясь, вода преобразуется в пар, поднимается в верхнюю часть резервуара, где расположена паросборная камера. Оттуда она по трубам, которые называют паропроводом, поступает в различных направлениях для обогревания жилья или участия в технологических процессах. Как видите, принцип работы жаротрубного котла прост и подчиняется законам физики.

Существует две категории жаротрубных устройств, одна из которых функционирует за счет нагретого пара, вторая нагревает теплоноситель – воду. В зависимости от назначения оба вида могут отличаться конструктивно и иметь особенности, влияющие на их использование.

Видео: Процесс работы водогрейного котла

Преимущества и недостатки

Главное достоинство жаротрубных водогрейных котлов в их автономности: с помощью доступного оборудования можно собрать простую в использовании и прекрасно функционирующую систему отопления. При необходимости устройство может нагревать объем воды, необходимый для горячего водоснабжения загородного дома или дачи. Конечно, многое зависит от выбора топлива, поэтому перед покупкой необходимо ориентироваться на модели, работающие на определенном виде, например, на жидком топливе.

Также топливо и материал изготовления влияют на гарантированный срок службы отопительного устройства – от 20 до 50 лет. Обычно это соответствует действительности, так как водогрейное оборудование легко поддается ремонту. Автоматика, которой оборудовано большинство современных моделей, позволяет регулировать температуру на выходе или поддерживать ее в одном постоянном значении.

Недостатком обычно считают необходимость в постоянном обслуживании: через определенное время приходится загружать новую порцию топлива. Особенно это касается моделей, работающих на угле, дровах, мазуте, дизеле. Время от времени приходится производить чистку – убирать золу и шлак, освобождать трубы от копоти.

Как работают паровые котлы

Основная часть паровых жаротрубных котлов имеет особое строение, в котором главную роль играет трехходовый теплообменник. Газы, продвигаясь по трубам внутри водяной «рубашки», делают три хода:

• 1 – в камере сгорания, то есть в топочном отделении, где температура достигает максимума;
• 2 – в жаровом трубопроводе второго хода, который может использоваться для отвода горячей воды в систему водоснабжения;
• 3 – в жаровых трубах третьего хода, которые используются для отопительной системы.

Продвижение газов (пара) обеспечивают два фактора: работа вентилятора и тяга из дымохода. Владельцам паровых устройств необходимо контролировать уровень воды, который отличается нестабильностью. Некоторая часть испаряющейся воды оседает внутри конструкции в виде конденсата, для его сбора существует специальный собирающий элемент – сепаратор. Его работа защищает конструкцию от гидроударов и быстрого износа.

Продукты сжигания выходят через дымогарные трубы в каминную часть, затем в дымоход

Большая часть паровых устройств используется в промышленных технологических процессах, когда необходима высокая энергоэффективность: создает большое количество тепла для топливных баков, турбин или деаэраторов.

Процесс работы котла можно проследить по данной схеме

Особенности эксплуатации

Вовремя обслуживать жаротрубное устройство и следить за его стабильностью необходимо, в первую очередь, из целей личной безопасности и сохранения целостности оборудования. Требования безопасности обычно указаны в инструкции к использованию. Основными пунктами являются следующие:

• Минеральные отложения и накипь – результат использования воды в качестве теплоносителя. Именно они являются причинами поломок и паровых, и водогрейных аппаратов. Из-за конструктивных особенностей строения трубопровода внутри конструкции отложения скапливаются неравномерно и вызывают перегрев теплообменника.
• Жаротрубные котлы используют больший объем воды, чем, предположим, водотрубное оборудование, и это увеличивает их взрывоопасность.
• Строение труб вызывает снижение скорости теплоносителя и в результате вызывает появление застойных зон.

Жаротрубный паровой котел способен обслужить небольшое предприятие или несколько жилых домов

Обслуживание заключается в своевременной замене стальных теплообменников, регулярной технической чистке и контроле над работой жаротрубного устройства. Следование инструкции позволяет сохранять изначальные технические характеристики котла и увеличивает срок службы.

а-основной режим; б-пиковый режим; 1-подводящие и отводящие коллекторы; 2-соединительные трубы; 3-фронтальный экран; 4-конвективный пучок труб; 5, 6-левый и правый боковые экраны; 7-задний экран; 8-коллекторы контуров; - движение воды.

Вода в котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний - двухходовая по пиковому режиму.

При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и опуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.

При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70 °С).

Жаротрубные котлы

По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.Котёл газотрубный - паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок. Согласно ГОСТ 23172-78, различают жаротрубные , дымогарные и жаротрубно-дымогарные котлы: в жаровых трубах происходит горение, в дымогарных только движутся продукты сгорания. Обычно жаровые трубы толще и их количество меньше. Наиболее распространенная конструкция жаротрубных котлов - цилиндрический корпус, расположенный горизонтально.

Внутри корпуса у водогрейных котлов находится горячая вода, у паровых водяной и паровые объемы. В переднем торце каждой жаровой трубы устанавливается наддувная горелка, рассчитанная на сжигании газообразного или жидкого топлива. Таким образом, жаровая труба является топочной камерой, в которой сгорает почти все топливо. Агрегат состоит из металлического барабана цилиндрической формы с жаровой трубой, в которой устроена топка. Нагретый внутри газ выходит из трубы и обогревает боковые поверхности барабана котла, далее направляется в экономайзер или непосредственно в дымовую трубу. Существуют модели с двумя трубами, крайне редко - с тремя и более. Современные одножаротрубные котлы изготавливаются с поверхностями нагрева от 30 до 50 метров квадратных, нагреваемая плоскость двухжаротрубных котлов составляет от 80 до 100 метров квадратных. Отопительные агрегаты такого типа просты в изготовлении, потому и цена на них минимальна. Устройство жаротрубных котлов позволяет применять их в отопительных и водоснабжающих системах жилых объектов и промышленных предприятий. Максимальный КПД, высокую надежность функционирования и хорошие теплотехнические показатели такое оборудование демонстрирует при использовании газового топлива. Однако имеются и недостатки: значительный нагрев насадок у горелок, также может наблюдаться пульсирующее горение, которому сопутствуют выброс пламени и хлопки. Как правило, в большинстве случаев возможно устранение этих недостатков. Важным для сохранения работоспособности агрегата является соответствие диаметра форсунок конструкционным особенностям инжекционных горелок среднего давления, в противном случае полное сжигание газа не может быть достигнуто. Конструктивное устройство жаротрубного котла требует наличия узла редуцирования давления, поскольку агрегат снабжается газом от сетей среднего или высокого давления.

К минусам конструкции жаротрубных котлов относятся:

§ большие габариты;

§ значительная металлоемкость;

§ высокие требования внутренних топок к качеству топлива;

§ взрывоопасность.

Однако точное соблюдение инструкций производителя по эксплуатации котлов и правил техники безопасности полностью исключает возможность возникновения нештатных ситуаций.

Паровые жаротрубные котлы. Обмуровка одножаротрубных и двухжаротрубных котлов выполняется однообразно, видоизменяясь только в своей верхней части, в зависимости от того, работает ли котел как паровой или водогрейный. Этот тип обмуровки признается наилучшим; газоходы доступны для чистки и достаточно вместительны, в них может отлагаться летучая зола, не загромождая собой путь для газов. Топочные газы, пройдя жаровые трубы, попадают в поворотную камеру, размеры которой по ширине не следует обуживать, так как в этой камере собирается большая часть летучей золы. Минуя поворотную камеру, газы проходят по второму газоходу, не доходя до фронта котла, поворачиваются и идут по третьему-последнему газоходу, направляясь к общему сборному борову. В пределах поворотной камеры газы проходят особым каналом, разобщающим третий газоход от пространства поворотной камеры. Стены обмуровки выкладывают в 2 кирпича. Верхняя часть газохода не доходит 100 мм до наинизшего уровня воды в котле; это - требование Котлонадзора.