Котельные установки. Виды, устройство котельных. Особенности действия шахтных котлов

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

Устройство водогрейных котлов КВ регламентируется ГОСТ 30735-2001 "Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт" и распространяется на котлы с рабочим давлением воды до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и максимальной температурой воды на выходе из котла до 115 °С, предназначенные для теплоснабжения зданий и сооружений.

Тепловой расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Тепловой расчет котельных агрегатов." Кузнецов Н.В., Митор В.В. и др. 1973 г.

Гидравлический расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Гидравлический расчет котельных агрегатов." Балдина О.М. и др. 1978 г.

Аэродинамический расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Аэродинамический расчет котельных агрегатов." Мочан С.И.

Устройство водогрейных котлов КВ

Водогрейные котлы мощностью до 4,0 МВТ выполняются стальными гладкотрубными горизонтальной компоновки. Котел представляет собой цельный блок состоящий из двух частей топочной и конвективной. Топочная часть - состоит из стальных панелей: боковых, потолочной, фронтовой и задней. В топочной части котла на топке происходит процесс горения топлива, излучаемое тепло, с помощью конвективного и радиационного теплообмена передается панелям и нагревает теплоноситель (воду). Для повышения теплопередающей способности топочных панелей они выполняются газоплотными (между труб вваривается стальная полоса). В топочной части котла температура горячих газов в зависимости от вида топлива достигает 1000 - 1200 С. На выходе из топки температура уменьшается до 800 С.

После топочной части котла горячие газы поступают в конвективный блок состоящий из конвективных секций. Конвективные секции - это панели из стояков и вваренных в них труб. В конвективном блоке температура горячих газов снижается до 180 -200 С. Для усиления теплопередачи в конвективном блоке котла трубы располагаются в шахматном порядке, и устанавливается перегородка. Газы совершают опускное и подъемное движение и выходят сверху котельного блока.

Устройство изоляции водогрейных котлов должно обеспечивать отсутствие присосов наружного воздуха в котельный блок и температуру обшивки котла не более 50С. Для этого выполняют изоляцию трубной системы минеральными плитами ПТЭ и устанавливают декоративную обшивку из стальных листов, устанавливаемую на каркас.

Очистка конвективных панелей котла от сажи и золовых отложений осуществляется через люки в изоляционной обшивке котла. При правильной эксплуатации котельной установки, грамотной настройке тяги и дутья, следовании рекомендациям завода изготовителя, золовые и сажистые отложения на панелях котла не образуются.

Устройство гидравлической системы водогрейного котла

Гидравлическая схема водогрейного котла должна обеспечивать нагрев теплоносителя (воды) на 25 С. Расчетный диапазон температуры воды в котле 115-90 С, либо 95-70 С.

Кроме того, гидравлическая схема должна обеспечивать скорости движения воды минимилизирующие накипеобразование и исключающие образование застойных зон. Для этого в коллекторах котла устанавливаются перегородки, направляющие движение воды в котле, и обеспечивающие необходимую скорость. В различных моделях водогрейных котлов КВ вход и выход воды возможен в коллекторе топочной камеры, верхние или нижние коллектора конвективных панелей, при этом расположение входа-выхода не влияет на температурный напор и легко меняется в зависимости от техзадания заказчика, в соответствии с схемой его котельной.

Для удаления образующегося в процессе эксплуатации в трубной части котла шлама в нижних коллекторах предусмотрены дренажи. Для удаления воздуха в верхних коллекторах устанавливаются воздушники.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации и расчетных режимов работы водогрейные котлы оснащаются предохранительной и запорно-регулирующей арматурой, контрольно-измерительными приборами и приборами безопасности. Запорная арматура служит для отвода воды из котла в тепловую сеть, подвода обратной воды в водогрейный котел, слива воды из котла, для периодической продувки и удаления шлама. Контрольно-измерительные приборы, термометры и манометры обеспечивают измерение давления и температуры на входе и выходе воды из водогрейных котлов.

Устройство твердотопливных водогрейных котлов КВ

В зависимости от мощности котла твердотопливные котлы могут быть с ручными и механическими топками:

• топкой ОУР
• колосниковой топкой
• топкой с поворотными колосникам РПК
• топкой ЗП РПК с забрасывателем ЗП и поворотными колосниками
• топкой ТШПМ
• топкой ТЛПХ
• топкой ТЛЗМ

Устройство газовых и жидкотопливных водогрейных котлов

Газовые и жидкотопливные водогрейные котлы КВа могут работать с различными видами горелочных устройств импортного и отечественного производства, для этого на фронтальной плите изготавливаются отверстия и крепления под подобранную горелку.

Основным направлением деятельности ГК «КАНЕКС» является изготовление и поставка запасных частей к паровым котлам тепловых электростанций и другого котельно-вспомогательного оборудования и трубопроводов. Основными производственными площадками холдинга являются «Щекинский завод котельно-вспомогательного оборудования и трубопроводов», «Кыштымское машиностроительное объединение» и предприятие «Озерскхимпром».

Паровые котлы предназначены для работы в составе энергоблоков ТЭС и ТЭЦ. Срок службы узлов паровых котлов ограничен расчетным ресурсом и определяется условиями эксплуатации оборудования. Во время эксплуатации оборудования тепловых электростанций, периодически отдельные блоки и узлы котлов требуют замены. Это нормальная ситуация даже для самого высококачественного оборудования, ведь разные узлы могут иметь разный срок эксплуатации в силу объективных причин. Специально для таких случаев предприятия нашего холдинга выпускают запчасти и комплектующие для ремонта котлов, и предлагают различные варианты модернизации котельного оборудования.

Типы поставляемых комплектующих к паровым котлам:

1. Каркас котла.

Каркасом котлоагрегата называют металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от барабана, поверхностей нагрева, обмуровки, площадок и лестниц и других элементов котельного агрегата и передающую ее на фундамент или на строительные кон­струкции здания. Каркас современного котлоагрегата большой паропроизводительности имеет сложную конструкцию и состоит из вертикальных колонн, соединяющих их горизонтальных ферм, балок и диагональных связей. Верх колонн соединяют опорная (хребтовая) балка и потолочное перекрытие. Почти все элементы каркаса: колонны, фер­мы, балки и связи соединяют сваркой, что обеспечивает устойчивость и прочность кар­каса. Только балки, могущие при тепловом расширении или изгибе создавать значитель­ные дополнительные напряжения в колоннах, свободно опираются на каркас и прикреп­ляются болтами через овальные отверстия.

2. Барабан котла.

В котле с естественной или принудительной циркуляцией образование пара происходит в барабане, который представляет собой цилиндрический сосуд диаметром до 1,8 м при толщине стенки до 100 мм и более и длине до 30 м. К барабану присоединено большое количество подъемных и опускных труб циркуляционного контура, подводится питательная вода и присоединяется пароперегреватель. Барабан крепят на каркасе котла с использованием роликовых опор, обеспечивающих свободное расширение барабана при нагревании. Устройства для сепарации пара размещаются внутри барабана.

3. Водоопускные трубы.

Служат для подачи воды в экранные трубы топки из барабана котла. Для изготовления водоопускных труб в основном применяют трубы стали марки 20 диаметром 83-159 мм.

4. Топочные экраны.

Являются составляющими элементами топочной камеры. Топочные экраны имеют одновременно двойное назначение: выполняют роль ограждающих поверхностей и поверхностей нагрева. Экраны котлоагрегатов выполняются обычно из гладких труб, соединенных при помощи сварки. Кроме того, что экраны воспринимают теплоту из топки, они защищают обмуровку стен топки от разрушающего влияния высокой температуры и химического воздействия жидкого шлака. Температура обмуровки за трубами экранов в современных котлоагрегатах не превышает 500 ⁰С, что позволяет облегчить обмуровку и увеличить срок ее службы. Трубы экранов современных котлоагрегатов высокого давления с естественной циркуляцией имеют наружный диаметр 60 мм, котлоагрегатов среднего давления - 83 мм, просвет между трубами - соответственно 4 и 19 мм. Концы экранных труб привариваются к штуцерам горизонтальных коллекторов круглого сечения, изготовляемых из толстостенных труб, или непосредственно к коллектору.

5. Потолочный пароперегреватель.

Является частью конструкции котла. Его относят к радиационным поверхностям нагрева, которые воспринимают теплоту от газов, главным образом за счет излучения. Выполняется из стальных труб диаметром 32-60 мм и толщиной стенки 4-6 мм.

Радиационная часть пароперегревателя, расположенная на стенах и потолке топочной камеры, воспринимает лучистую теплоту и по конструкции мало чем отличается от экранов - состоит из труб, приваренных к коллекторам круглого сечения. В каждой пане­ли радиационной части пароперегревателя пар движется по трубам сначала сверху вниз, а затем через нижний коллектор поступает в другие трубы, по которым направляется вверх. В нескольких местах по высоте труб устанавливают направляющие опоры, прикрепляемые к балкам каркаса; эти крепления не препятствуют вертикальному перемещению труб при изменении их температуры. Крепление горизонтальных потолочных труб также не должно препятствовать их тепловому удлинению. Эти трубы подвешиваются на тягах к потолочному перекрытию каркаса.

6. Ширмовой пароперегреватель.

Это устройство, предназначенное для нагрева пара до температуры сверх насыщения за счет восприятия радиационного тепла из топочной камеры. Конструктивно блок ШПП выполнен в виде многорядных пакетов (ширм), изготовленных из гнутых стальных труб (диаметр труб 32-38 мм), объединенных входной и выходной камерой.

Полурадиационная часть пароперегревателя (ширмы), расположенная в верхней части топки и в горизонтальном газоходе, воспринимает как лучистую теплоту за счет радиации, так и теплоту, передаваемую конвекцией.На пылеугольных котлоагрегатах устанавливают вертикальные ширмы, менее подверженные шлакованию, а на газомазутных - горизонтальные.

7. Конвективный пароперегреватель.

Это устройство, предназначенное для перегрева пара до необходимой температуры за счет восприятия конвективного тепла из топочной камеры. Конструктивно блок КПП представляет собой систему стальных труб (змеевиков), объединенных в входной и выходной камерой. КПП является одним из самых ответственных узлов котла и работает в тяжелых температурных условиях. В зависимости от выходных параметров перегретого пара КПП изготавливается из легированной или высоколегированной стали.

Конвективная часть пароперегревателя расположена в горизонтальном газоходе и в конвективной шахте. В котлоагрегатах среднего давления, в которых на перегрев пара расходуется только 20% всей теплоты, весь пароперегреватель размещается в горизонтальном газоходе.

8. Микроблоки.

Относятся к конвективной части котла и служат для перегрева пара до необходимой температуры за счет восприятия конвективного тепла из топочной камеры. Конструктивно микроблоки представляют собой систему стальных змеевиков объединенных, входной и выходной камерой. Обычно для изготовления микроблоков служат трубы стали марки 12Х1МФ, 12Х18Н12Т.

9. НРЧ, СРЧ, ВРЧ прямоточных котлов.

В прямоточных котлах принято различать в экранах нижнюю (НРЧ), среднюю (СРЧ) и верхнюю (ВРЧ) радиационные части. Для изготовления экранов прямоточных котлов обычно используют трубы с наружным диаметром 32, 38 и 42 мм. Применяют как панели с прямыми вертикальными трубами, так многопетлевые панели. Широкое распространение получили в современных прямоточных котлах одноходовые и многоходовые трубные панели. Нижняя радиационная часть (НРЧ), расположенная в зоне ядра факела, где следует особенно опасаться неравномерного обогрева отдельных труб, выполнена из одноходовых панелей. Верхние ярусы экранов (СРЧ, ВРЧ) имеют многоходовые панели.

10. Водяной экономайзер.

Это элемент котла, предназначенный для предварительного подогрева котловой воды за счет тепла уходящих дымовых газов. ВЭК представляет собой блочную конструкцию, состоящую из рядов пакетов змеевиков, входной и выходной камеры. В современных котлоагрегатах применяют водяные экономайзеры кипящего типа, в которых вода не только доводится до температуры кипения, но и частично превращается в насыщенный пар. Экономайзеры выполняют в виде трубных пакетов, устанавливаемых в конвективной шахте котлоагрегата по ходу дымовых газов за конвективным паропере­гревателем. Пакеты состоят из змеевиков, изготовляемых из труб наружным диаметром от 25 до 42 мм, привариваемых к штуцерам или непосредственно к коллектору.

11. Воздухоподогреватель.

Это устройство, предназначенное для предварительного подогрева воздуха, подаваемого в топку котла для повышения эффективности горения топлива, а соответственно повышения КПД котла. В котлах, работающих на пылевидном топливе, также происходит сушка горячим воздухом из ВЗП. Воздухоподогреватели делятся на два типа: рекуперативные (трубчатые) и регенеративные (вращающиеся).

11.1. Трубчатый воздухоподогреватель.

Трубчатый воздухоподогреватель состоит из отдельных элементов (кубов), в которых вертикальные прямые стальные трубы 51×1,5 или 40×1,5 мм, расположенные в шахматном порядке, приварены своими концами к горизонтальным трубным доскам. Внутри труб движутся дымовые газы, а между трубами в горизонтальном направлении проходит воздух. Обычно по ширине котлоагрегата устанавливают несколько колонок воздухоподогревателя, а по вертикали - по нескольку кубов. Из одного куба в другой воздух переходит по перепускным коробам. Для компенсации теплового расширения воздухоподогревателя устанавливают наружный линзовый компенсатор, привариваемый внизу к верхнему кубу, а вверху - к обшивочной раме. В воздухоподогревателях высотой более 3 м устанавливают дополнительно боковые компенсаторы между верхними трубными досками и наружными стенами конвективной шахты.

11.2. Регенеративный воздухоподогреватель.

На современных котлоагрегатах устанавливаются два или большее число аппаратов регенеративного воздухоподогревателя диаметром 6,8 или 9,8 м, включаемых параллель­но. Каждый аппарат регенеративного воздухоподогревателя состоит из: корпуса, цилиндрического ротора, медленно вращающегося вокруг вертикальной оси воздушных и газовых патрубков, подводящих и отводящих воздух и дымовые газы.

Находящиеся в роторе вертикальные стальные пластины при вращении ротора попе­ременно нагреваются проходящим между ними потоком дымовых газов, а затем в воз­душном потоке охлаждаются и отдают воздуху полученную ими ранее теплоту. Ротор со­стоит из большого числа клиновидных секций, содержащих вертикальные пластины, скрепленные рамкой. Форма пластин обеспечивает образование между ними щелей для прохода попеременно дымовых газов и воздуха. Электродвигатель приводит во вращение ротор через редуктор и цевочное колесо, которое представляет собой расположенные по окружности ротора вертикальные валики (цевки). Такое цевочное зацепление, не являясь жестким, может надежно работать при наличии некоторых неточностей в изготовлении ротора. Во избежание перетекания воздуха в дымовые газы аппарат имеет кольцевое периферийное уплотнение, кольцевое внутреннее уплотнение вокруг вертикального вала и радиальные уплотнения между газовым и воздушным коробами. Все эти уплотнения установлены как в верхних, так и в нижних частях ротора.

12. Конденсационная установка.

Конденсационные котлы работают по принципу, который был известен более ста лет назад. Эффективное использование этого метода началось совсем недавно. Появилась возможность применения при изготовлении котлов отопления сплавов, которые не подвержены коррозии, а также использования различных марок нержавеющей стали.

Вентилятор установлен перед горелкой, который высасывает из газопровода газ, смешивает с воздухом и направляет в горелку рабочую топливную смесь. Удаление дымовых газов осуществляется через коаксиальные дымоходы «труба в трубе», которые выполнены из термостойкого пластика. Управляемый автоматикой насос оптимизирует мощность системы отопления, экономит электроэнергию и снижает шум от циркулирующего в отопительной системе теплоносителя.

13. Пароперепускные трубы.

Являются трубными элементами, работающими под давлением. Изготавливаются из труб диаметром 108-133 мм. Марка применяемой стали и толщина стенки трубы зависят от тех параметров, при которых работает данная труба. Обычно для изготовления пароперепускных труб служат стали марок: 20, 12ХМФ, 12Х1МФ, 15ГС и им подобные.

14. Коллекторы.

Это элементы котла, предназначенные для сбора или раздачи рабочей среды, представляют собой стальную толстостенную сварную цилиндрическую конструкцию и объединяют группу труб. По своему назначению коллекторы разделяются на паровые, водяные, коллекторы пароперегревателя и коллекторы малых диаметров, применяемые, как правило, для экономайзеров. Коллекторы изготавливаются из труб марок сталей: 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф.

15. Пароохладители.

Представляют собой теплообменные системы, предназначенные для понижения температуры перегретого пара в котлоагрегате или перед турбиной.

Пароохладители обычно устанавливают в промежуточном коллекторе. В зависимости от места расположения пароохладителей в котле и от вида теплообмена, осуществляющегося в нем, различают радиационные, конвективно-радиационные, ширмовые и конвективные пароохладители. Все пароохладители в зависимости от принципа охлаждения пара подразделяются на поверхностные и впрыскивающие.

В поверхностных пароохладителях используется охлаждение пара путем отвода от пара тепла питательной водой, которая пропускается по трубкам теплообменного аппарата.

Во впрыскивающих пароохладителях используется охлаждение пара путем отвода от пара тепла питательной водой, которая непосредственно впрыскивается в аппарат.

16. Блочные автоматизированные горелочные устройства.

Характеризуются широким диапазоном теплопроизводительности - 10...20000 кВт и предназначены для работы на природном и сжиженном газе, легких жидких топливах и мазуте. В комбинированных горелках сжигаются как газообразные, так и жидкие топлива.

Горелочное устройствопредназначено для сжигания природного и сжиженного газа и оснащено следующей арматурой: шаровым краном для подачи газа; реле давления газа; многофункциональным газовым мультиблоком, в котором имеются фильтр (грязеуловитель), два магнитных клапана, регулятор давления газа. По присоединительному каналу газ поступает в пламенную трубу.

17. Амбразуры горелок.

Являются конструктивной составляющей стен топочных блоков. Выполняют роль конструкции для размещения горелочного устройства котла.

18. Гарнитура котлов.

В газоходах за каждым котлом устанавливают дымовые заслонки (шиберы), с помощью которых регулируют тягу. Люки и лазы служат для осмотра, ремонта или очистки внешних и внутренних поверхностей нагрева. В верхней части топки или газохода котлов, работающих на газообразном или жидком топливе, устанавливают взрывные клапаны, которые служат для предохранения обмуровки топки и котла от разрушения при взрыве.

Контакты:

Дутьевой вентилятор

производительность – 1000 м.час;

напор – 120 м. в. ст.;

мощность двигателя 7,0 кВ

число оборотов – 1000 об/мин;

напряжение 380 в.

Газомазутные горелки

Производительность по мазуту - 9000 кг/час при Рмаз = 18 – 20 атм.

Горелка имеет периферийный подвод газа и механический распылитель мазут, охлаждение форсунок осуществляется воздухом от дутьевых вентиляторов при работе. Неработающие форсунки должны быть сняты.

Для очистки конвективной поверхности нагрева котла от эоловых отложений предусмотрена обдувка сетевой водой.

Качество сетевой воды, поступающей в котел, должно удовлетворять следующим нормам:

А) карбонатная жесткость не должна превышать 4000 м экв/кг;

В) свободная углекислота должна отсутствовать.

Топочная камера котла

Топочная камера котла предназначен для сжигания высококалорийного мазута и природного газа. Размеры топочной камеры 6,23 х 6,28 кв.м, высота призматической части 5,3 м. Стены полностью экранированы трубами  60 х 3,5 с шагом 64 мм. Наклонные части холодной воронки топки закрыты шамотом. Амбразуры горелок выполнены из зашипованных трубчатых колец, включенных в циркуляцию котла, покрытых хромитовой массой. Амбразуры горелок № 3, 4, 13, 14 наклонены на 15 0 , остальные на 10 0 , все трубы экранов соединены между собой горизонтальными поясами жесткости с шагом по высоте 2,8м.

Объем топочной камеры 245м 3 , радиационная поверхность экранов 224 м 2 . При обмывке смывная вода через гидрозатворы шламовых комодов сбрасывается в приямок кислых вод.

Конвективная часть

Конвективная часть состоит из 96 секций. Каждая секция состоит из «u-образных» змеевиков из труб 28х3 мм, вваренными концами в стояки 88х3,5 мм. Змеевики расположены в шахматном порядке с шагом 64 мм и 38 мм. По ходу газов конвективная часть разделена на 2 пакета, расстояние между которыми составляет 60 мм. Поверхность нагрева конвективной части составляет 2960 м 2 .

Обмывка котла

Для очистки конвективной части котла от золовых отложений предусмотрена обмывка ее сетевой водой. Обмывка осуществляется путем подачи сетевой воды через сопла, закрепленные на трубах, расположенных в газовом коробе над конвективной частью.

Предохранительные клапаны котла

На выходом сетевом трубопроводе котла установлены предохранительные клапана:

Предохранительный клапан « отрегулирован на Р =16м/см2, № 2 на Р = 16; №3, №4 то же.

Защита ПВК 1-2-3-4 при работе котлов на мазуте.

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы котла предусматривается следующая защита ПВК, действующая на отключения котла по топливу:

При повышении давления воды за котлом свыше 16 ата.

При понижении давления воды за котлом ниже 8,0 ата

При уменьшении расхода воды через котел:

при пиковом режиме ниже 1750т/час;

При увеличении температуры воды за котлом выше 1550С

При уменьшении давления мазут до Р = 10 ата

При погасании факела в топке в течении 3 сек.

Технологические блокировки ПВК 1-2-3-4

1. Задвижка на общем мазутопроводе к котлу, задвижка на возврате мазута с котла может быть открыта только при условии:

наличия определенного расхода воды через котел не менее 1700т/час, для чего нужно открыть задвижки 1640, 1641 и отрегулировать расход задвижкой 1642 не менее 1700 т/час;

включения ключа цепей защиты на положение «включено»;

давление в мазутопроводе не менее 10 ата;

включение вентиляторов растопочных горелок для вентиляции топки не менее 2- в таком сочетании: 5 и 12 или 6 и 11, или все вышеуказанные четыре вентилятора.

2. Задвижка №1640 на трубопроводе воды до котла может быть закрыта только после закрытия задвижки на общем мазутопроводе к котлу и возврате мазута от котла.

3. Подача топлива к растопочным горелкам возможна только после включения ключей, зажигающих устройств в положении «включено» и выключения вентиляторов растопочных горелок.

4. При закрытии задвижки № 1640 до котла автоматически закрывается задвижка № 1641 после котла.

Управление ПВК

Кроме горелок с теплового щита управляются:

задвижки на подводе воды к котлу 31640

задвижки на отводе воды от котла №1641

задвижка обводной линии сетевой воды №1642

задвижка на подводе и отводе мазута от котла

клапан на подводе газа к зажигающим устройствам.

На щите установлено:

переключатели вида топлива 1пт 2пт

переключатель защиты ЗПТ (для газа и мазута)

ключ опробования сигнализации и защиты ОЗ

ключ съема сигнала КС.

Технологическая сигнализация

На световом табло щита вынесены сигналы срабатывания любой из защит котла, а также сигналы отключения цепей защиты, понижения температуры мазута к котлу и неисправностей на сборках задвижек № 1640 и №1641. Съем сигнала производится ключом КС. Световое табло погаснет только после устранения неисправности. Опробование сигнализации производится ключом КС. При этом опробуется одновременно звонок и все табло.

Аварийная сигнализация

Сигнализацией предусматривается светозвуковая сигнализация аварийного останова вентиляторов, горелок, и кроме того, для автоматизированных горелок (№7, 8, 9, 10) – светозвуковая сигнализация несоответствия положения запорной арматуры и вентиляторов соответствующих горелок. Причем схема для вентиляторов, автоматизированных горелок предусматривает сигнализацию аварийного их останова. Световая сигнализация для всех автоматизированных горелок обеспечивается сигнальными лампами.

Технологический контроль

На тепловой щит выведены следующие приборы:

Измерение и регистрация температуры сетевой воды до и посл котла и уходящих газов.

Контроль зажигающих устройств растопочных горелок.

Измерение температуры мазута

Измерение давления воды до и после котла, мазута.

Разряжение в топке, за котлами.

Регистрация расхода воды через котел.

Наименование величины

Размер-ность

Пиковый режим

Основной режим

Расход топлива

кгм 3 /час

Температура воды на входе в котел

Температура воды на выходе из котла

Температура наружного воздуха

КПД котла

Видимое тепловое напряжение топочного объема

Ккал/м 3 /час

Температура газов на выходе из топки

Температура газов за нижними пакетами конвективной части

Температура уходящих газов

Водяной объем вместе с трубопроводами в пределах котельной

Котел – одна из составных частей любой системы отопления. Он предназначен для превращения энергии сгорания топлива (в случае газового котла таким топливом является газ) в теплоту для нагрева жидкости, которая подается затем в батареи отопления. Внутреннее устройство современных газовых котлов подчинено решению главной задачи – обеспечить максимальные удобства и безопасность использования при минимизации обязательного контроля со стороны человека.

Прежде чем приступить к детальному описанию основных комплектующих газовых котлов, необходимо уделить некоторое внимание их классификации. Несмотря на то, что все котлы устроены примерно одинаково, каждая разновидность имеет свои специфические особенности, для поддержки которых нужны определенные модификации используемых деталей. Итак, котлы бывают:

• Настенные и напольные . Настенный вариант более компактен и удобен и применяется обычно в частных домах. Преимуществом напольного котла является возможность обогрева значительных площадей за счет гораздо большей мощности. Поэтому такие агрегаты чаще всего устанавливаются в производственных помещениях.
• Атмосферные и турбированные . Принцип работы атмосферного котла такой же, как и у обычной печки: воздух забирается из помещения и отводится в специально построенный дымоход за счет естественной тяги. В турбированных моделях тягу создает встроенный вентилятор, камера сгорания полностью закрыта, а забор воздуха производится с улицы.
• Одноконтурные и двухконтурные . Аппарат с одним контуром предназначен только для обогрева помещений, задача двухконтурного котла – еще и обеспечить жильцов горячей водой.
• С обычной или модулируемой горелкой . Устройство котлов с модулированной горелкой предполагает автоматическую регулировку мощности, за счет чего достигается значительная экономия расхода газа.
• С электронным или пьезокерамическим поджигом. Электронный поджиг более удобен – воспламенение газовых паров в камере сгорания происходит без участия человека, в то время как в системах с пьезорозжигом требуется каждый раз нажимать соответствующую кнопку.

Основные элементы газового котла

Как мы уже отмечали выше, устройство газового котла примерно одинаково для всех вариантов его исполнения. Это означает, что основные узлы, из которых собираются котлы, одни и те же:

• Газовая горелка . Представляет собой перфорированную конструкцию прямоугольной формы. Внутри нее находятся форсунки, через которые в камеру сгорания подается газ. Форсунки обеспечивают равномерное распределение пламени по всей горелке, создавая таким образом условия для наиболее эффективного нагрева теплоносителя внутри газового котла.
• Теплообменник - металлический короб со встроенным радиатором, внутри которого находятся трубы с теплоносителем. За счет энергии сгорающего газа теплообменник нагревается и передает тепло жидкости. Одноконтурный котел всегда имеет один теплообменник, у двухконтурного котла их может быть два – первичный и вторичный.
• Циркуляционный насос . Обеспечивает давление в магистрали газового отопления с принудительной циркуляцией. Присутствует не во всех моделях газовых котлов.
• Расширительный бачок . Служит для временного отвода теплоносителя при его интенсивном нагреве и расширении. Имеет емкость, достаточную для среднестатистических условий . Для отопления больших площадей в систему часто устанавливают дополнительный бак.
• Устройство отвода продуктов горения . У атмосферных котлов выходной патрубок должен подключаться к отдельному дымоходу с естественной тягой, турбированные модели имеют в комплекте двойную коаксиальную трубу для вывода газовых отходов, тягу в которой создает встроенный вентилятор.
• Система автоматики . Это блок управления работой котла, который включает в себя электронную схему, задающую режим функционирования системы в зависимости от показания подключенных и встроенных датчиков.

Конкретная модификация газового котла может привносить в его устройство некоторые особенности. Так, например, для одноконтурного агрегата может применяться внешний бойлер для подогрева сантехнической воды, а устройство двухконтурного газового котла может включать совмещенный теплообменник, в котором приготавливается теплоноситель для обоих контуров.

Теперь рассмотрим основные компоненты газовых котлов более подробно.

Газовая горелка

В зависимости от типа котла горелка может быть атмосферной или наддувной. Котлы с атмосферными горелками дешевле, меньше шумят, но имеют небольшую производительность. Наддувные горелки, в особенности в составе напольного газового котла, могут обеспечить мощность до нескольких тысяч киловатт.

Кроме этого, горелки подразделяются на:

• одноступенчатые;
• двухступенчатые;
• модулированные.

Самыми эффективными являются модулированные горелки. Они позволяют плавно регулировать высоту пламени и степень нагрева теплоносителя в зависимости от температуры в помещении и обеспечивают значительную экономию газового топлива.

Теплообменник

Главным показателем качества теплообменника является материал, из которого он изготовлен.

Самым надежным и долговечным является чугун. Чугунные теплообменники могут работать несколько десятков лет, определяя тем самым большой срок службы всего газового котла. Этот материал хорошо держит тепло, поэтому он отлично подходит для двухконтурного варианта системы отопления. К недостаткам чугуна можно отнести его хрупкость и большой вес.

Стальные теплообменники не трескаются и не ломаются от неожиданных ударов или резких перепадов температур. Но они гораздо быстрее прогорают и подвержены коррозии. В дорогих моделях газовых котлов применяются теплообменники из специальных сортов стали, которые по своей долговечности сравнимы с чугунными. Часто для продления срока службы стальные теплообменники изнутри покрывают слоем меди, а снаружи – специальной термостойкой краской.

Циркуляционный насос и гидравлическая группа

Параметры насоса обычно подбираются производителем, исходя из мощности котла. Поэтому большого влияния на качество изделия в целом насос не оказывается. Стоит обратить внимание на материал труб, по которым внутри газового котла проходит теплоноситель и вода (в случае двухконтурного агрегата). Лучше всего, если они сделаны из меди или качественного пластика. Можно также поинтересоваться производителем насоса – хорошо, если это известная фирма, такая как Grundfos, Джилекс, Vortex и другие.

Расширительный бачок

Это важная составная часть газовых котлов. Система отопления должна иметь расширительную емкость, куда отводится излишек теплоносителя при его нагревании. Размер этой емкости рассчитывается по специальным методикам, грубо его можно оценить, как 10% от объема всей жидкости в системе. Поэтому при выборе котла желательно знать протяженность магистрали отопления и требуемый объем бачка.

Важно отметить, что объем расширительного бака рассчитывается только по количеству теплоносителя для системы отопления. Поэтому как для одноконтурного, так и для двухконтурного котла требуется одинаковый объем расширительного бачка.

Системы автоматики

Встроенная автоматика управляет работой котла во всех его режимах и включает в себя:

Знание принципов устройства газового котла сделает процесс его выбора более простым и понятным и поможет сэкономить средства как при покупке теплового агрегата, так и при его эксплуатации.