Котлы и котельные установки

Главная » Статьи » Котлы и котельные установки

Промышленные котлы и котельные установки

Котлы и котельные установки служат для превращения химической энергии горения топлива в тепловую. Тепловая энергия сгорающего топлива передается теплоносителю (воде, пару, незамерзающим жидкостям), который по магистральным трубопроводам подается потребителю для различных целей. Это отопление помещений любого типа и объема, снабжение горячей водой для бытовых и производственных нужд, обеспечение паром технологических процессов в различных отраслях промышленности.

Виды котельных установок

В зависимости от назначения котельные установки подразделяются на:

Основное и вспомогательное котельное оборудование

Котлы и котельные установки представляют собой единый комплекс, обеспечивающий решение задач получения и передачи теплоносителя потребителю.

Котельное оборудование бывает основным и вспомогательным.

Основное котельное оборудование состоит из:

К вспомогательному котельному оборудованию относятся:

Конструкция котла и назначение основного оборудования

Каркас котла представляет собой несущую металлическую конструкцию с обмуровкой, теплоизоляцией из листов ПТЭ и обшивкой стальными листами.

Арматура котла служит для регулирования расходов транспортируемых веществ. Она подразделяется на запорную (вентили, задвижки, краны), регулирующую (вентили и клапаны), предохранительную (пружинные, грузовые и обратные клапаны), контрольную (для определения наличия и уровня вещества в трубопроводе) и специальную.

Гарнитура котла служит для контроля и обслуживания топки и газоходов котла: лазы, гляделки, затворы, заслонки, клапаны и обдувочные аппараты.

Водяной экономайзер обогревается продуктами сгорания котла и служит для подогрева или испарения поступающей в котел воды.

Пароперегреватель повышает температуру пара выше температуры насыщения

Назначение дополнительного оборудования

Котлы и котельные установки также комплектуются дополнительным оборудованием.

Тягодутьевые устройства (вентиляторы, воздуховоды, газоводы, дымососы и дымовая труба служат для ввода воздуха в топку котла и удаления газовых продуктов сгорания.

Для подачи воды в котел и затем в тепловую сеть служит питательное и подпиточное котельное оборудование: насосы, трубопроводы, баки. Для подогрева и химводоподготовки поступающей воды, а также для очистки ее от примесей служит водоподготовительное оборудование.

Система топливоподачи зависит от вида котельной. Котлы и котельное оборудование на твердом топливе включают механизированные устройства для подачи топлива: погрузчики, подъемники, транспортеры, дробилки, щепо- и металлоуловители. Для удаления продуктов сгорания в твердотопливных котельных используются механические, гидравлические, пневматические и комбинированные методы.

При сжигании газового и жидкого топлива применяют газовые горелки, мазутные форсунки и комбинированные газомазутные горелки.

Контрольно-измерительные приборы и автоматы обеспечивают бесперебойную и согласованную работу всех систем котла и котельной установки.

Источник

Котельные установки. Виды, устройство котельных.

1. Общие сведения и понятия о котельных установках

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. Пример территории котельной и некоторого ее оборудования

Рис. 2. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования

Рис. 3. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования

Рис. 4. Принципиальные схемы паровой и водогрейной котельных

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.

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. Схема котельного агрегата

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. Технологическая схема производственно-отопительной котельной

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

Рис. 9. Пример монтажной схемы автономной газовой котельной

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.

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).

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. Паровой котел серии КЕ, работающий на твердом топливе

Рис. 11. Верхний и нижний барабаны и трубы парового котла

Рис. 12. Паровой котел с верхним и нижним барабанами в котельной

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.

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. Устройство парового котла

Рис. 14. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

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. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Источник

Как выбрать котел отопления для дома

Я живу в частном доме, поэтому вопросы с теплом и горячей водой мне пришлось решать самостоятельно.

Поскольку центрального отопления у нас нет, один из вариантов решения проблемы — это котел. В статье расскажу, что узнал, когда выбирал котел, и какой в итоге установил.

Устройство котла

Виды котлов

В первую очередь котлы отличаются по виду используемого топлива — от него зависит устройство котла. У каждого топлива свои особенности. Разберу наиболее популярные виды котлов.

Газовые — оптимальный вариант для жителей России. Газовые котлы в качестве топлива используют природный газ. Стоимость газа при пересчете на выделяемое тепло ниже, чем у других материалов. Поэтому экономия — это основное преимущество газовых котлов.

Но чтобы использовать газовый котел, нужно, чтобы к дому был подведен или мог быть подключен газ. Если газ уже подведен — сразу выбирайте газовый котел. Если еще нет — учитывайте стоимость подключения, когда будете составлять смету. Например, в моем поселке только стоимость проекта, оборудования и работ вне дома — от 300 тысяч рублей. В некоторых случаях будет дешевле использовать другой котел.

Если выберете вариант с подключением газа, нужно обязательно регистрировать дом, оборудовать вентиляцию и котельную с дымоходом, а затем получать разрешение газовых служб. Это длительный процесс, который занимает несколько месяцев.

Газовый котел необходимо обслуживать один раз в год — это делают специалисты газовых служб. Например, в Мособлгазе такое обслуживание обойдется от 500 рублей.

Электрические котлы — более простой вариант: не требует согласований и легок в установке. Котел не требует ежегодного обслуживания, как в случае с газовым агрегатом. Достаточно раз в несколько лет его чистить.

Здесь для нагрева используется электричество — это и есть основной минус. Несмотря на коэффициент полезного действия (КПД) такого котла, близкий к 100%, из-за стоимости электричества отапливать дом таким котлом значительно дороже, чем, например, газовым.

Если рядом с домом проложен газопровод и есть возможность подключиться, электрический котел станет хорошим временным решением до пуска газа. А когда газ подключат, электрический котел будет резервным на случай временного отключения газа.

Подключить электрический котел не получится, если не хватит электрической мощности. Например, к дому подведено только 5 кВт, а котел — на 9 кВт. Нужно или увеличивать мощность — писать заявление в энергоснабжающую компанию — или ставить котел меньшей мощности, которой может не хватить для отопления.

Твердотопливные котлы для получения тепла сжигают дрова и уголь. Их устанавливают, когда ни газ, ни электричество использовать нельзя. У таких котлов есть специальная загрузочная камера, куда помещается топливо для сжигания. Если топить дровами — камера больше, если углем — меньше, а стенки камеры толще, потому что температура горения угля выше.

Для работы котла нужно заложить в него топливо. В зависимости от размера камеры и вида топлива одной закладки хватает от нескольких часов до нескольких дней. Некоторые угольные котлы работают в автоматическом режиме.

Котлы на твердом топливе дешевы и просты в использовании. Топливо для них найти проще и они работают без электричества. Но такие котлы нужно обслуживать: загружать уголь и дрова, а затем чистить котел от сажи и пепла — такую ручную работу нужно выполнять каждый цикл работы котла. Кроме того, нужно где-то хранить сухие дрова или уголь.

Пеллетные — это разновидность твердотопливных котлов. В пеллетных котлах для получения тепла используются цилиндрические топливные гранулы — пеллеты. Это биотопливо, которое производят из древесных отходов, торфа и сельскохозяйственных отходов.

Пеллеты упрощают загрузку топлива в котел — он может работать автономно несколько дней.

Жидкотопливные котлы используют жидкое топливо — обычно дизельное топливо (солярку). Такие котлы не требуют постоянного контроля и обслуживания. Минусы таких котлов — высокая стоимость топлива и необходимость установки в теплом проветриваемом помещении.

Некоторые котлы на жидком топливе можно перенастроить на сжигание природного газа.

Комбинированные — это котлы, которые работают на нескольких видах топлива. Такие котлы позволяют совмещать плюсы разных вариантов топлива, в нужный момент переключаясь между ними.

Один из вариантов — твердое топливо с электрическими ТЭНами: когда дрова или уголь заканчиваются, котел переключается в режим использования электроэнергии. Другой вариант: твердое и жидкое топливо.

Основные критерии выбора

Некоторые особенности каждого вида котлов я уже описал. Теперь подробнее о критериях, которые важно учитывать при выборе.

Вид и принцип сжигания топлива. Электрические и газовые котлы наиболее удобны, потому что топливо для сжигания подается автоматически и не требует обслуживания. В эту же группу с натяжкой можно отнести и пеллетные котлы — они могут работать без обслуживания неделями. Все остальные котлы — твердо-, жидкотопливные и комбинированные — требуют ручной подачи.

Энергозависимость. Устройство твердотопливных котлов очень простое, они не требуют электричества. Некоторые напольные газовые котлы также энергонезависимы. Остальные газовые и, конечно, электрические котлы без электроэнергии работать не будут.

Количество контуров, которые может нагревать котел, — это количество отдельных периметров, по которым передается тепло. Например, отопление дома радиаторами — это один контур, а горячая вода в кране — это уже другой контур. Иногда отопление также делают в несколько контуров: например, разные контуры на разных этажах дома.

Одноконтурные котлы только обогревают помещение, а двухконтурные — обогревают помещение и нагревают горячую воду в кране для бытовых нужд. Современные одноконтурные котлы также могут нагревать воду, но для этого к нему нужно подключить бойлер.

Мощность котла, наличие регулировки, правила расчета. При выборе котла нужно правильно выбрать мощность: если мощности не хватит — будет холодно, а если больше, чем нужно — переплатите за котел. Для расчета требуемой для отопления мощности в средней полосе России обычно используют правило: 0,1 кВт мощности на 1 м² площади дома + 10—20% запаса.

Для функционирования горячего водоснабжения мощность учитывается отдельно — примерно по 5 кВт на каждый кран с горячей водой. На 4 крана получится 20 кВт — это максимальная требуемая мощность, если все краны одновременно будут открыты.

Например, если дом на 100 м² хотите оборудовать двумя санузлами и раковиной на кухне, тогда мощность котла с запасом для одновременного использования отопления и горячей воды во всех кранах:

W = 0,1 кВт × 100 × 1,2 + 5 кВт × 3 = 27 кВт

У современных газовых и электрических котлов есть регулировка мощности: можно ограничить максимальную потребляемую мощность или задать желаемую температуру нагрева.

Материал теплообменника в котле влияет на нагрев теплоносителя. Теплообменники делают из чугуна, стали или меди. Чугунные тяжелее и дороже, но им не страшна коррозия. Стальные — дешевле, легче, но боятся коррозии. Медные теплообменники компактны, используются в небольших котлах, но не так долговечны, как чугунные.

Открытая и закрытая камера сгорания — это характеристика котлов, которым требуется воздух для сжигания топлива. Если камера сгорания открытая — воздух для горения берется из помещения, в котором установлен котел. В таких помещениях обязательно должна быть приточная вентиляция и дымоход, чтобы выводить продукты горения. При использовании закрытой камеры котлы берут воздух снаружи, поэтому дополнительная вентиляция не требуется.

Напольные котлы обычно более мощные и громоздкие. Их используют, когда настенного котла недостаточно для обогрева большого дома.

Безопасность при работе котлов зависит от грамотной установки и правил эксплуатации. При установке котла важно выполнить все требования безопасности, которые рекомендует производитель, и согласовать подключение с надзорными органами, если это требуется. Все автоматические котлы будут безопасны, если их правильно использовать и вовремя обслуживать. Безопасность использования котлов с твердым и жидким топливом также зависит от правильности загрузки и хранения топлива.

Гарантия и срок службы котла отличается у разных производителей: это может быть и 1 год, и 10 лет. Когда производитель уверен в качестве своего котла, гарантия будет больше. При этом срок службы при правильном обслуживании может значительно превысить срок гарантии.

Стоимость котлов начинается от нескольких тысяч рублей. Цена зависит от устройства котла (вида используемого топлива) и его мощности.

Помимо стоимости котла надо учитывать стоимость подключения. Приведу примерную смету подключения в моем поселке. Смета не учитывает газовое оборудование внутри дома — например, котел.

Источник