Устройство котельной установки

Котельная установка представляет собой тепловой генератор, в кото-ром химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабо-чего тела, в качестве которого используются вода и водяной пар. Рабочее тело, называемое в данном случае теплоносителем, транспортируется к те-плоприемникам потребителей и после использования теплового потенциа-ла вновь возвращается в котельную установку для повторения цикла.

По виду вырабатываемого теплоносителя котельные установки быва-ют паровыми и водогрейными. По назначению они подразделяются на три основных типа:

– энергетические - установки, производящие тепловую энергию для последующего преобразования ее в электрическую энергию и входящие поэтому в комплекс энергетических сооружений электрических станций.

В них вырабатывается перегретый водяной пар средних, высоких и сверх-критических параметров;

– производственные - установки, производящие тепловую энергию для технологических нужд различных производств. Они, как правило, яв-ляются паровыми, вырабатывающими сухой насыщенный или перегретый пар низких и средних параметров;

– отопительные - установки, производящие тепловую энергию для целей теплоснабжения городов. Как правило, они являются водогрейными

и предназначены для получения перегретой воды с температурой

Часто встречаются сочетания производственных и отопительных ко-тельных установок, вырабатывающих одновременно пар для производст-венно-технологических нужд и горячую воду для отопительно-бытовых целей.

Рабочие процессы паровой котельной установки схематически можно представить как два организованных потока - газов и жидкости, движу-щихся по одной и той же теплообменной системе и обменивающихся меж-ду собой энергией через разделяющие их металлические стенки, называе-мые поверхностями нагрева (рис. 5.1).

Организация потоков в котельных установках отличается большим разнообразием и зависит от многих факторов: назначения котельной и ее производительности, вида используемого топлива и способа сжигания, ро-да теплоносителя и методов его циркуляции, а также определяется задача-ми обеспечения максимального эффекта преобразования энергии топлива в тепловую энергию воды.

В соответствии с приведенной схемой собственно котлоагрегат вклю-чает в себя:

топочное устройство, в котором сжигается топливо и образуются топочные газы - высоконагретые продукты сгорания;

котел (металлическую емкость), внутри которого циркулирует теп-лоноситель и через поверхность которого передается теплота от га-зов к теплоносителю;

систему газоходов, служащих для удаления топочных газов в атмо-сферу;

устройства для подачи топлива и воздуха в топку, удаления остат-ков топливосжигания и продуктов сгорания, циркуляции теплоно-сителя;

системы трубопроводов воды, пара, воздуха, конструктивно выпол-ненных как единое целое с котлоагрегатом.

Котельная установка (рис. 5.2) -совокупность одного или несколь-ких котлоагрегатов, установленных в одном помещении и оборудованных общими вспомогательными устройствами топливоподготовки, шлакозоло-удаления, водоподготовки и питания котлов, очистки и удаления газов.

Подача дробленого топлива

2

Рис. 5.2. Технологическая схема котельной установки для производства водяного пара: 1 - топливный бункер; 2 - мельница для помола топлива; 3 - горелка; 4 - котлоагрегат; 5 - топочная камера; 6 - устройство золошлакоудаления; 7 - эк-ранные трубы; 8 - пароперегреватель; 9 - барабан котла; 10 - нижние коллектора экранов; 11 - экономайзер; 12 - воздухоподогреватель; 13 - воздухозаборный ко-роб; 14 - вентилятор; 15 - золоуловитель; 16 - устройство гидрозолоудаления; 17 - дымосос; 18 - дымовая труба; 19 - деаэратор; ВПУ - водоподготовительная установка; ПН - питательный насос

Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных уста-новок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, от-сутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемо-го пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от по-требителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвра-щаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанно-го пара.

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

Паровой котел -это устройство,имеющее систему поверхностей на-грева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органи-ческого топлива. В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке, представляющей собой призматиче-скую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгора-ния в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства - горелки.

Топка в верхней части соединяется горизонтальным газоходом с од-ной или двумя призматическими вертикальными шахтами, называемыми по основному виду происходящего в них теплообмена конвективными шахтами.

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых дви-жется рабочая среда.

В зависимости от преимущественного способа передачи теплоты по-верхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиаци-онные - теплота передается в основном излучением; радиационно-конвективные - теплота передается излучением и конвекцией примерно в равных количествах; конвективные - теплота передается в основном кон-векцией.

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте располага-ются трубные плоские системы - топочные экраны, являющиеся радиа-ционными поверхностями нагрева.

Поверхность нагрева, в которой вода подогревается до температуры насыщения, называется экономайзером; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев - в пароперегревателе. Система трубных элементов котла, в которых движутся

питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образуют его па-роводяной тракт.

Водяные экономайзеры предназначены для охлаждения продуктов сгорания и подогрева питательной воды до поступления ее в испаритель-ную часть котельного агрегата. Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрега-та. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности - на ребристые и гладкотруб-ные, по степени подогрева воды - на некипящие и кипящие.

Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность те-плообмена, предназначенную для перегрева пара, полученного в испари-тельной части котельного агрегата. Пар движется внутри трубок, омывае-мых снаружи дымовыми газами.

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения необходимого тем-пературного режима металла поверхностей нагрева организуется непре-рывное движение рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе могут проходить однократно или многократно.

В первом случае котел называется прямоточным, а во втором - кот-лом с многократной циркуляцией.

Пароводяная система прямоточного котла представляет собой гидрав-лическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом. В прямоточных котлах нет четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегреватель-ной зон.

В котлах с многократной циркуляцией (рис. 5.2) существует замкну-тый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном, а внизу - коллектором. Коллектор - это заглушенная с торцов труба, в которую по длине ввариваются экран-ные трубы. Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверх-ностью, называемой зеркалом испарения . В барабане образовавшийся пар отделяется и поступает в пароперегреватель.

Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверх-высокого давлений загрязнение пара обуславливается еще и дополнитель-ным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые рас-64

творяются в паре. Примеси, уносимые с паром, откладываются в паропере-гревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделя-ются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специаль-ных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естест-венного или механического разделения воды и пара.

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

В котлах с естественной циркуляцией питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижние коллектора экранов, откуда распределяется в обогреваемые экранные трубы, в кото-рых закипает. Циркуляция происходит за счет разности плотностей паро-водяной смеси в экранных трубах и воды в водоопускных трубах.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией для улучше-ния циркуляции дополнительно устанавливается циркуляционный насос, что позволяет осуществлять движение пароводяной смеси по наклонным и горизонтальным трубам.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600 °С. Стены топочной камеры выполняются из огнеупорного материала, их на-ружная часть покрывается теплоизоляцией. Частично охладившиеся в топ-ке продукты сгорания с температурой 900-1200 °С поступают в горизон-тальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направ-ляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов по-верхность нагрева - воздухоподогреватель, в котором воздух подогрева-ется перед подачей в топку котла. Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает тем-пературу его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20-25 °С повышает КПД примерно на 1 %.

Продукты сгорания за воздухоподогревателем называют уходящими газами; они имеют температуру 110-160 °С. Поскольку дальнейшая утили-зация теплоты нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа через золоуловитель удаляются в дымовую трубу.

Большое значение для надежной работы котла имеет качество пита-тельной воды. Несмотря на обессоливание и деаэрацию воды (удаление из воды коррозионно-активных газов О 2 и СО 2) на водоподготовительной ус-тановке, в котел непрерывно с питательной водой поступает некоторое ко-личество растворенных солей и взвешенных частиц. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и твердых частиц задерживается в котле, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличива-ется. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора, а на внутрен-ней поверхности экранных труб образуется накипь, плохо проводящая те-плоту. В результате экраны недостаточно охлаждаются движущейся в них средой и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэто-му часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой . Непрерывная про-дувка осуществляется из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана непрерывная про-дувка затруднена, поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются повышенные требования.

Котельная - это сложная, высокоточная инженерная система, состоящая из большого количества элементов. Котельная тесно связана с рядом других инженерных сетей дома, предприятия и пр., поэтому ее стабильная работа - важное требование техники безопасности. Чтобы вы могли лучше представлять, что собой представляет данная система, следует описать, как работает котельная.

Газовые котельные

Принцип работы котельной на газе заключается в следующем: топливо из газопровода или от газгольдера подается на горелку котла. Та, в свою очередь, обеспечивает сгорание газа в соответствующей камере. В процессе выделяется тепло, которое нагревает теплоноситель, проходящий через теплообменник котла.

Горячий теплоноситель направляется в распределительный коллектор, где распределяется по имеющимся в системе отопительным контурам (это могут быть радиаторы отопления, теплые полы, бойлер ГВС и т. д.). Когда теплоноситель преодолевает весь путь по контурам, он остывает и направляется по обратной линии в котел для нагрева. Таким образом, создается замкнутый цикл.

Распределительный коллектор включает в себя различное оборудование, которое обеспечивает циркуляцию теплоносителя и контроль его температуры. Удаление продуктов сгорания обеспечивается дымоходом. Управление работой котельной осуществляет автоматика.

Дизельные котельные

Принцип работы дизельных котельных отчасти схож с газовыми системами. При включении котла начинают функционировать сразу два устройства - наддув и топливный насос, подающий топливо на форсунку. При этом создается оптимальное давление, которое устанавливается производителем, это гарантирует равномерную подачу солярки. Показатели давления в форсунке достигают 10-16 бар.

Затем одновременно происходят две операции — распыление топлива через форсунку и подача напряжения на электроды розжига. Следует воспламенение топливной смеси, начинается работа котельной в нормальном режиме.

Если вам требуется установка или ремонт котельного оборудования, обратитесь в ООО «ЭнергоСтройТехСервис».

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

Газовая котельная установка самая популярная в своем классе. Так как, подключившись к магистрали газоснабжения, не нужно беспокоиться о доставке и хранении топлива. Следует сказать, что газ - это класс топлива, которое является взрывоопасным и пожароопасным, а также при неправильной эксплуатации могут быть его выбросы в помещение. Именно поэтому нужно тщательно выполнять все нормы проектирования газовой котельной (расчеты, нормы газоснабжения и газоходов и т.д.), которые указаны в СНиП во избежание опасности.

Газовые установки с лицензией этого класса обеспечивают отопление и горячую воду для промышленных объектов, жилых домов, коттеджей и поселков, а также объектов сельскохозяйственного назначения.

Преимущества и недостатки оборудования на газу

К основным преимуществам оборудования газовой котельной можно отнести:

• Экономичность. Газовая котельная с лицензией израсходует топливо экономно, и при этом, вырабатывая достаточное количество тепловой энергии (автоматика делает все расчеты). При правильном проектировании схемы эта установка очень выгодна в эксплуатации;
• Экологичность топлива. Сегодня это очень важный фактор. Производители стараются выпускать оборудование с максимальным уровнем очистки выбросов. А также следует обозначить, что выбросы СО2 при работе устройства с лицензией такого класса минимальны;
• Высокий показатель КПД. Оборудование на газу выдает наиболее высокий коэффициент, норма которого достигает до 95%. А соответственно при эксплуатации выходит качественное отопление помещений;
• Оборудование газовой котельной имеет меньшие габариты, чем в установках другого класса;
• Мобильность. Это относится только к модульным установкам на газу. Их проектирование происходит на заводе, и выпускаются они с лицензией;
• Для удобности в эксплуатации можно устанавливать GSM управление котлами (таким образом можно осуществлять все расчеты и вводить параметры, следить за выбросами).

Проектирование газовых котельных с автоматизированной схемой позволяет сократить контроль оператора.

Недостатками эксплуатации газовых установок такого класса являются:

• Нужно проводить лицензированное сервисное обслуживание котельной перед началом отопительного сезона, так как это оборудование является источником опасности и возможны выбросы газа при эксплуатации;
• Подключение к центральной газовой магистрали (получение лицензии) дорого стоит и является долгим процессом (если его нет);
• Функционирование агрегатов на газу напрямую зависит от расчета давления в магистрали;
• Это оборудование энергозависимое, но эта проблема поправима, если предусмотреть бесперебойное питание в схеме;
• Чтобы получить лицензию на установку на газу (природном или сжиженном) следует выполнить строгие лицензированные нормы проверяющих инспекций согласно СНиП.

Проектирование газовой установки под ключ

Проектирование газовых котельных с лицензией заключается в составлении и расчете схемы отопления, газоснабжения и газоходов. Для этого обязательно нужно ознакомиться с нормами СНиП «Газовые котельные» и учитывать характеристики при установке отопительных агрегатов и газоходов.

Проектирование котельной на газу должно происходить в определенной последовательности и согласно таким пунктам (нормам):

• Выполняются архитектурно-строительные схемы и чертежи, согласно с нормами СНиП. Также на этом этапе учитываются пожелания заказчика (в расчетах).
• Производится расчет газовой котельной, то есть рассчитывается количество необходимой тепловой энергии для отопления и подачи горячей воды. Другими словами мощность котлов, которые будут установлены для эксплуатации, а также их выбросы.
• Расположение помещения котельной. Это важный пункт проектирования газовых котельных, так как все рабочие узлы располагаются по нормам в одном помещении с определенным расчетом. Это помещение может быть в виде пристройки или отдельного строения, может быть внутри отапливаемого объекта, или на крыше. Все зависит от назначения объекта и его проектирования.
• Разработка схем и планов, которые помогают функционировать газовому котельному оборудованию. Следует учитывать класс автоматизации и систему теплоснабжения. Все схемы газоснабжения котельной должны быть обустроены согласно нормам СНиП. Не стоит забывать, что эти установки достаточно опасные и правильная разработка очень важна. Разработку должны осуществлять квалифицированные специалисты под ключ, которые имеют на это лицензию.
• Нужно проверить объект на безопасность, путем проведения специальной экспертизы.

При неправильном не лицензированном проектировании газовых котельных можно понести большие финансовые затраты (штрафы), а также подвергаться опасности при эксплуатации. Лучше доверить монтаж оборудования такого класса компаниям, которые выполняют монтаж газовых котельных под ключ. Компании имеют лицензию на выполнение этих работ, а это гарантирует долгую эксплуатацию газовой установки и выполнение всех норм СНиП.

Принцип (схема) работы газовой установки

Эксплуатация оборудования такого класса не включает в себя сложных процессов и схем (расчетов). Газоходы котельной выполняют газоснабжение, то есть подают топливо (природный или сжиженный газ) к горелке в котле или котлах (если в установке есть несколько газовых агрегатов согласно лицензии). Далее топливо сгорает в камере сгорания, в результате чего нагревается теплоноситель. Теплоноситель циркулирует в теплообменнике.

В котельных установках с газоснабжением есть распределительный коллектор. Этот элемент конструкции производит расчет и распределяет теплоноситель по установленным контурам (зависимо от схемы газовой котельной). Например, это могут быть отопительные радиаторы, бойлеры, теплые полы и т.д. Теплоноситель отдает свою тепловую энергию и возвращается в котел по обратному ходу. Таким образом, происходит циркуляция. Распределительный коллектор складывается из системы оборудования, благодаря которому циркулирует теплоноситель, а также контролируется его температура.

Выброс продуктов горения топлива (природный или сжиженный газ) совершается через дымоход, который должен проектироваться по всем характеристикам СНиП, чтобы не допустить опасной ситуации.

Установки с газоснабжением управляются автоматикой, что минимизирует вмешательство оператора в процесс эксплуатации. Автоматика в газовом оборудовании имеет многоуровневую защиту. То есть останавливает котлы при опасных аварийных ситуациях, совершает расчет всех параметров и выбросов и т.д. Современные автоматизированные системы могут оповещать оператора даже с помощью СМС.

Виды

Можно выделить такую классификацию лицензированных газовых котельных, по способу установки:

• Установка на крыше. На производственных объектах часто отопительное оборудование монтируют на крыше;
• Транспортабельная установка. Котельные такого вида являются аварийными, выпускаются с завода полностью укомплектованными. Их можно перевозить, предварительно установив на прицеп, шасси и т.д. Эти установки являются полностью безопасными;
• Блочно-модульная котельная на газу. Этот класс установок монтируется вместе с помещением с помощью специальных модулей. Транспортируется любым видом транспорта. И собирается компанией производителем под ключ. Производитель также занимается разрешительной документацией (лицензия);
• Встроенная котельная. Агрегаты на газу устанавливаются в помещении внутри здания.

Для встроенных котельных с лицензией есть определенные нормы СНиП, которых нужно придерживаться для обеспечения безопасности и предотвращения выбросов газа. Такого класса котельная должна иметь прямой выход на улицу.

Проектирование таких котельных с газоснабжением запрещено:

• в многоквартирных домах, больницах, детских садах, школах, санаториях и т.д.
• над и под помещениями, где находятся более 50 человек, складами и производствами с опасностью А,Б категорий (пожароопасность, взрывоопасность).

Установки на сжиженном газе

Котельные на сжиженном газе имеют свои преимущества, например, нет проблем с давлением в газовых магистралях, нет надобности беспокоиться при увеличении стоимости отопления, а также можно самостоятельно устанавливать нормы и лимиты. Этот класс оборудования также является автономным.

Но при проектировании и монтаже котельной на сжиженном газе дополнительные денежные вложения следует потратить на конструкцию (схему). Так как конструкция требует установки специального резервуара для топлива. Это так называемый газгольдер, который может иметь объем 5-50 м2. Здесь установлены дополнительные газоходы котельной, то есть те по которым сжиженный газ поступает в котельную установку. Такой класс газоснабжения выглядит как отдельный трубопровод (газоход). Частота наполнения резервуара сжиженным газом зависит от того какой его объем, это может происходить от 1 до 4 раз в год.

Заправка такого оборудования сжиженным газом производится компаниями, которые имеют лицензию на проведение работ такого класса под ключ. Их лицензирование также позволяет проводить техосмотр газоходов и газгольдера. Обязательно нужно нанимать мастеров, которые имеют разрешения и лицензию, так как это работы с высоким уровнем опасности.

Конструкция на сжиженном газе больше ни чем не отличается от работающей на природном газе. Этот класс оборудования также имеет в комплектации радиаторы, запорную арматуру, насосы, клапаны, автоматику и т.д.

Газгольдер со сжиженным топливом может быть установлен в 2 вариантах (схемах):

• Над землей;
• Под землей.

Проектирование обоих вариантов должно осуществляться, соблюдая определенные условия и расчеты, которые в том числе обозначены в СНиП. Резервуар для сжиженного топлива, который расположен над землей, должен обязательно быть огражденным забором (от 1,6 м). Забор должен быть установлен на расстоянии 1 метра от резервуара по всему периметру. Это нужно для лучшей циркуляции воздуха при эксплуатации.

Также есть и другие нормы проектирования и расположения наземного газгольдера (чтобы избежать опасности) – это расчет расстояния от разных объектов:

• Не менее чем в 20 метрах от жилых строений;
• Не менее чем в 10 метрах от дорог;
• Не менее чем в 5 метрах от разного рода сооружений и коммуникаций.

Что касается проектирования резервуара под землей, то все вышеперечисленные нормы сокращаются в 2 раза. Но есть расчет глубины погружения резервуара со сжиженным газом и газохода. Эти нормы проектирования должны рассчитываться индивидуально согласно объему емкости и его конструкции.

Но оборудование этого класса также имеет свои недостатки при эксплуатации, так как если качество газа плохое, то котельная не будет функционировать в заданном режиме. Заправка резервуара должна производиться компанией со всеми разрешениями и лицензией.

Нормы безопасности при эксплуатации

Эксплуатация газовых котельных имеет множество плюсов, но не стоит забывать и о существенном минусе - опасность этого оборудования. Это объясняется использованием легко воспламеняющих веществ и горючих веществ, которые и представляют всю опасность.

Так что можно сказать, что такие установки это