Водогрейные котлы. Виды, технические характеристики водогрейных котлов. Котел водогрейный с комбинированной циркуляцией. Классификация по способу нагрева воды

Котел – устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера ) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева – элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегревател ь – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогревател ь – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

ОБЩАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, РАБОТАЮЩЕЙ

НА ПЫЛЕВИДНОМ ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Рис.1. Общая схема котельной установки с естественной циркуляцией,

работающей на твердом топливе:

топливный тракт:

1 – система пылеприготовления; 2 – пылеугольная горелка;

газовый тракт:

3 – топочная камера; 4 – холодная воронка; 5 – горизонтальный газоход; 6 – конвективная шахта; 7 – газоход; 8 – золоуловитель; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба;

воздушный тракт:

11 – воздухозаборная шахта; 12 – вентилятор; 13 – калорифер; 14 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 15 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 16 – воздуховоды горячего воздуха ; 17 – первичный воздух; 18 – вторичный воздух;

пароводяной тракт:

19 – подвод питательной воды; 20 – водяной экономайзер 1-й ступени; 21 – водяной экономайзер 2-й ступени; 22 – трубопровод питательной воды; 23 – барабан; 24 – опускные трубы; 25 – нижние коллекторы; 26 – экранные (подъемные) трубы; 27 – фестон; 28 – паропровод сухого насыщенного пара; 29 – пароперегреватель; 30 – пароохладитель; 31 – главная паровая задвижка (ГПЗ)

Воздушный тракт .

Холодный воздух из верхней части помещения котельного цеха с температурой 20-30 °С забирается вентилятором 12 через воздухозаборную шахту 11 и направляется в воздухоподогреватель 1-й ступени 14. В некоторых случаях холодный воздух может подогреваться до температуры 50-90 °С. При этом подогрев воздуха до 50 °С осуществляется за счет рециркуляции части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора, а до температуры 85-90 °С - в паровом или водяном калорифере 13. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени воздухоподогревателя (14, 15), воздух нагревается до температуры 300-350 °С. После воздухоподогревателя 2-й ступени воздух поступает в воздухопровод горячего воздуха 16 и часть его (первичный воздух) по воздухопроводу 17 направляется на мельницу для сушки и транспортировки угольной пыли. Другая часть (вторичный воздух) по воздухопроводу 18 направляется к пылеугольным горелкам.

Пароводяной тракт.

Питательная вода после предварительной подготовки (умягчение, деаэрация) питательным насосом подается в коллектор экономайзера 1-й ступени. Температура ее после регенеративного подогревателя 145-220 °С. Если для регулирования температуры пара установлен поверхностный пароохладитель 30, то часть воды предварительно направляется туда, чтобы обеспечить регулирование температуры перегретого пара. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени водяного экономайзера 20, 21, вода нагревается либо до температуры кипения (t пв = t кип) – экономайзер кипящего типа, либо до температуры ниже температуры кипения (t пв естественной циркуляцией и происходит за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в экранных (подъемных) трубах.

В барабане котла происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. В паровом пространстве барабана установлены сепарационные устройства, с помощью которых происходит улавливание капелек влаги из потока пара. Полученный в барабане сухой насыщенный пар по паропроводу 28 поступает в пароперегреватель 29, сначала в его противоточную часть, затем в прямоточную, где пар перегревается до заданной температуры. Между противоточной и прямоточной частью пароперегревателя устанавливается пароохладитель 30, который служит для регулирования температуры пара. Пар с заданными параметрами через главную паровую задвижку 31 поступает в паропровод и далее – к потребителю (паровые турбины, технологические потребители).

Котел с внешней стороны имеет наружное ограждение – обмуровку, которая включает в себя обшивку из стального листа 3-4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, и собственно огнеупорную обмуровку – тепловую изоляцию толщиной 50-200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечении газовой плотности.

Каждый паровой котел снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства - лючки, лазы, шиберы, обдувочные устройства и т. п.; к арматуре - все приборы и устройства, связанные с измерением параметров и регулированием рабочего тела (манометры, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и др.), обеспечивающие возможность и безопасность обслуживания агрегата.

Конструкции котла опираются на несущий стальной каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.

5.Газовый тракт .

Угольная пыль из системы пылеприготовления 1 через горелку 2 поступает в топочную камеру 3, сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел, температура которого составляет 1600-2200 °С (в зависимости от вида сжигаемого топлива). Шлак, образующийся в процессе горения топлива , через так называемую холодную воронку 4 поступает в специальный бункер, оттуда водой смывается в шлакопроводы, а затем багерными насосами шлак направляется на золоотвал. От факела тепло излучением передается топочным экранам, при этом дымовые газы охлаждаются и температура их на выходе из топки составляет 900-1100 °С. Проходя последовательно через поверхности нагрева (фестон 27, пароперегреватель 29, расположенный в горизон-тальном газоходе 5, водяные экономайзеры 20, 21 и воздухоподогреватели 14, 15, расположенные в конвективной шахте 6), дымовые газы отдают свое тепло рабочему телу (пар, вода, воздух) и охлаждаются до температуры 120-170 °С за первой ступенью воздухоподогревателя. Затем дымовые газы по газоходу 7 поступают в золоуловитель 8, где происходит улавливание золовых частиц из потока дымовых газов. Зола, уловленная из дымовых газов в золоуловителе воздухом или водой, транспортируется на золоотвал. Очищенные от золы дымовые газы дымососом 9 направляются в дымовую трубу 10. С помощью дымовой трубы происходит рассеивание вредных пылегазовых выбросов в атмосфере.

(7) 4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА(из лекции лучше)

При составлении теплового баланса котельного агрегата устанавливается равенство между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла Q 1 и тепловых потерь Q 2-6 . На основании теплового баланса вычисляются КПД котельного агрегата и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется на 1кг твёрдого (жидкого) или 1м 3 газообразного топлива при установившемся тепловом состоянии котельного агрегата.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид

Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 , кДж/кг или кДж/м 3 .

Располагаемая теплота 1 кг твердого (жидкого) топлива определяется по формуле

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг; i тл - физическая теплота топлива, кДж/кг; Q ф - теплота, вносимая в топку с паровым дутьем или при паровом распылении мазута, кДж/кг; Q в.вн - теплота, внесенная в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/кг.

Для большинства видов достаточно сухих и малосернистых твёрдых топлив принимают Q р = , а для газового топлива принимается . Для сильно влажных твёрдых топливи жидких топливучитывается физическая теплота топлива i тл, которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива

i тл = с тл t тл.

Для твёрдых топлив в летний период времени принимают t тл = 20 °С, а теплоёмкость топлива рассчитывают по формуле

КДж/(кг· К) .

Теплоёмкость сухой массы топлива составляет:

Для бурых углей - 1,13 кДж/(кг∙ К);

Для каменных углей - 1,09 кДж/(кг·К);

Для углей А, ПА, Т - 0,92 кДж/(кг·К).

В зимний период принимают t тл =0 °С и физическую теплоту не учитывают.

Температура жидкого топлива (мазута) должна быть достаточно высокой для обеспечения тонкого распыла в форсунках котельного агрегата. Обычно она составляет = 90-140 °С.

Теплоёмкость мазута

, кДж/(кг ·К) .

В случае предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах перед его поступлением в воздухоподогреватель котельного агрегата теплоту такого подогрева Q в.вн включают в располагаемую теплоту топлива и рассчитывают по формуле

где  гв - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому; Δα вп – присосы воздуха в воздухоподогревателях ; - энтальпия теоретического объема холодного воздуха; - энтальпия теоретического объема воздуха на входе в воздухоподогреватель.

При использовании для распыла мазута паромеханических форсунок в топку котельного агрегата вместе с разогретым мазутом поступает пар из общестанционной магистрали. Он вносит в топку дополнительную теплоту Q ф, определяемую по формуле

Q ф = G ф (i ф – 2380) , кДж/кг,

где G ф – удельный расход пара на 1 кг мазута, кг/кг; i ф - энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг.

Параметры пара, поступающего на распыл мазута, обычно составляют 0,3-0,6 МПа и 280-350 °С; удельный расход пара при номинальной нагрузке находится в пределах G ф = 0,03 - 0,05 кг/кг.

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:

- для водогрейного котла

Q = D в , кВт,

где D в - расход воды через котел, кг/с; , - энтальпия воды на входе и на выходе из котла, кДж/кг;

- для парового котла

где D пе - расход перегретого пара, кг/с; D пр - расход продувочной воды (под непрерывной продувкой понимают ту часть воды, которая удаляется из барабана котла для снижения солесодержания котловой воды), кг/с; i пе - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; i пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; i кип - энтальпия кипящей воды, кДж/кг.

Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котельного агрегата.

Расход продувочной воды из барабанного парового котельного агрегата составляет

где р - непрерывная продувка котельного агрегата, % ; при р Коэффициент полезного действия проектируемого парового котельного агрегата определяется из обратного баланса

 = 100 - (q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6) , %.

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котельного агрегата и сжигаемого топлива.
8. Потери теплоты с уходящими газами

Потери теплоты с уходящими газами q 2 (5-12%) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает теплоту поступающего в котел воздуха и определяется по формуле

, % ,

где I ух - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м 3 , определяемая по  ух при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем первой ступени; I о хв - энтальпия холодного воздуха.

Потери теплоты с уходящими газами зависят от выбранной температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха, так как увеличение избытка воздуха приводит к увеличению объема дымовых газов и, следовательно, возрастанию потерь.

Одним из возможных направлений снижения потерь теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, величина которого зависит от коэффициента избытка воздуха в топке и присосов воздуха в газоходы котла

 ух = + .

(9)Потери теплоты с химическим недожогом топлива q 3 (0 –2 %) возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих (СО, Н 2 , СН 4 ), что связано с неполным сгоранием топлива в пределах топочной камеры. Догорание же этих горючих газов за пределами топочной камеры практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Химическая неполнота сгорания топлива может являться следствием:

Общего недостатка воздуха (α т),

Плохого смесеобразования (способ сжигания топлива, конструкция горелочного устройства),

Низких или высоких значений теплонапряжения топочного объема (в первом случае – низкая температура в топке; во втором – уменьшение времени пребывания газов в объеме топки и невозможности в связи с этим завершения реакции горения).

Потеря теплоты с химическим недожогом зависит от вида топлива, способа его сжигания и принимается на основании опыта эксплуатации паровых котельных агрегатов.

Потери теплоты с химическим недожогом определяются суммарной теплотой сгорания продуктов неполного окисления горючей массы топлива

100, % .

(9)Потери теплоты от механической неполноты сгорания q 4 (1-6 %) связаны с недожогом твердого топлива в топочной камере. Часть его в виде горючих частиц, содержащих углерод, уносится газообразными продуктами сгорания, другая часть – удаляется вместе со шлаком. При слоевом сжигании возможен также провал части топлива через прозоры колосниковой решетки. Величина их зависит от способа сжигания топлива, способа шлакоудаления, выхода летучих, грубости помола, зольности топлива и рассчитывается по формуле

где а шл + пр, а ун - доли золы топлива в шлаке, провале и уносе; Г шл+пр, Г ун - содержание горючих в шлаке, провале и уносе, % .

(11)оптимальные значения коэффициента избытка воздуха в топке α т при сжигании:

мазута 1,05 – 1,1;

природного газа 1,05 – 1,1;

твердого топлива :

камерное сжигание 1,15 – 1,2;

слоевое сжигание 1,3 – 1,4.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в идеале могут быть сведены к нулю, однако полное уплотнение различных лючков и гляделок затруднено, и для котлов, присосы составляют Δα = 0,15 – 0,3.

Важнейшим фактором, влияющим на потерю теплоты с уходящими газами, является температура уходящих газов . Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котельного агрегата, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь. Снижение температуры уходящих газов на 12-16 °С приводит к повышению КПД котельного агрегата примерно на 1,0 %. Температура уходящих газов находится в пределах 120-170 °С. Однако глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке. Для различных топлив и способов сжигания топлива рекомендуется принимать определенные оптимальные значения α т.

Увеличение избытка воздуха (рис. 2) приводит к росту потерь теплоты с уходящими газами (q 2), а снижение - к повышению потерь с химическим и механическим недожогом топлива (q 3 , q 4).

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха будет соответствовать минимальному значению суммы потерь q 2 + q 3 + q 4 .

Рис. 2. К определению оптимального значения коэффициента

избытка воздуха

Таблица 1
Расход топлива В , кг/с, подаваемого в топочную камеру котельного агрегата, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котельном агрегате

Кг/с или м 3 /с.

Расчетный расход топлива с учетом механической неполноты сгорания

Коэффициент полезного действия котла (брутто) по прямому балансу

Коэффициент полезного действия (нетто ) котельной установки

где Q сн - расход электроэнергии (в переводе на теплоту) на собственные нужды котельной установки, кВт.

(15)5. КЛАССИФИКАЦИЯ КОТЛОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Котлы различают по следующим признакам:

По назначению:

Энергетически е – вырабатывающие пар для паровых турбин; их отличает высокая производительность, повышенные параметры пара.

Промышленные – вырабатывающие пар как для паровых турбин, так и для технологических нужд предприятия.

Отопительные – производящие пар для отопления промышленных,жилых и общественных зданий. К ним относятся и водогрейные котлы. Водогрейный котел – устройство, предназначенное для получения горячей воды с давлением выше атмосферного.

Котлы-утилизаторы - предназначены для получения пара или горячей воды за счет использования тепла вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) при переработке отходов химических производств, бытового мусора и т.д.

Энерготехнологические – предназначены для получения пара за счет ВЭР и являющиеся неотъемлемой частью технологического процесса (например, содорегенерационные агрегаты).

По конструкции топочного устройства (рис. 7):

Различают топки слоевые – для сжигания кускового топлива и камерные – для сжигания газового и жидкого топлива, а также твердого топлива в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии.

Кроме того, по конструкции они могут быть однокамерными и многокамерными, а по аэродинамическому режиму – под разрежением и под наддувом .

По виду теплоносителя , генерируемого котлом: паровые и водогрейные .

По перемещению газов и воды (пара):

газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами);
водотрубные;
комбинированные.

(18)Схема котла под наддувом. В этих котлах высоконапорная дутьевая установка обеспечивает избыточное давление в топочной камере 4 – 5 кПа, которое позволяет преодолеть аэродинамическое сопротивление газового тракта (рис. 8). Поэтому в этой схеме отсутствует дымосос. Газоплотность газового тракта обеспечивается установкой мембранных экранов в топочной камере и на стенах газоходов котла.

Рис. 8. Схема котла под «наддувом»:

1 – воздухозаборная шахта; 2 – высоконапорный вентилятор;

3 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 4 – водяной экономайзер

1-й ступени; 5 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 6 – воздуховоды

горячего воздуха; 7 – горелочное устройство; 8 – газоплотные

экраны, выполненные из мембранных труб; 9 – газоход

(19)Схема котла с многократной принудительной циркуляцией

Рис. 11. Конструктивная схема котла с многократной принудительной циркуляцией:

1 – экономайзер; 2 – барабан;

3 – опускная питательная труба; 4 – циркуляционный насос; 5 – раздача воды по циркуляционным контурам;

6 – испарительные радиа-ционные поверхности нагрева;

7 – фестон; 8 – пароперегреватель;

9 – воздухоподогреватель

Циркуляционный насос 4 работает с перепадом давления 0,3 МПа и позволяет применять трубы малого диаметра, что дает экономию металла. Малый диаметр труб и невысокая кратность циркуляции (4 – 8) вызывают относительное снижение водяного объема агрегата, следовательно, снижение габаритов барабана, уменьшение сверлений в нем, а отсюда общее снижение стоимости котла.

Малый объем и независимость полезного напора циркуляции от нагрузки позволяют быстро растапливать и останавливать агрегат, т.е. работать в регулировочно-пусковом режиме. Область применения котлов с многократной принудительной циркуляцией ограничивается сравнительно невысокими давлениями, при которых можно получать наибольший экономический эффект за счет удешевления развитых конвективных испарительных поверхностей нагрева. Котлы с многократной принуди-тельной циркуляцией нашли распространение в теплоутилизационных и парогазовых установках.
(20)Схема жаротрубного котла . Котлы предназначены для замкнутых систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и выпускаются для работы при допустимом рабочем давлении 6 бар и допустимой температуре воды до 115 °С. Котлы предназначены для работы на газообразном и жидком топливе, в том числе на мазуте и сырой нефти, и обеспечивают КПД при работе на газе – 92 % и на мазуте – 87 %.
Стальные водогрейные котлы имеют горизонтальную реверсивную камеру сгорания с концентрическим расположением дымогарных труб (рис. 9). Для оптимизации тепловой нагрузки, давления в камере сгорания и температуры отходящих газов дымогарные трубы оснащены турбулизаторами из нержавеющей стали.

Рис. 9. Схема топочной камеры жаротрубных котлов:

1 – передняя крышка;

2 – топка котла;

3 – дымогарные трубы;

4 – трубные доски;

5– каминная часть котла;

6 – люк каминной части;

7 – горелочное устройство

(21)Рис. 12. Конструктивная схема прямоточного котла Рамзина:

3 – нижний распределительный коллектор воды; 4 – экранные

трубы; 5 – верхний сборный коллектор смеси; 6 – вынесенная

переходная зона; 7 - настенная часть перегревателя;

8 – конвективная часть перегревателя; 9 –воздухоподогреватель;

10 – горелка
+лекции

(22)Компоновка котлов

Под компоновкой котла подразумевается взаимное расположение газоходов и поверхностей нагрева (рис. 13).

Рис. 13. Схемы компоновки котлов:

а – П-образная компоновка; б – двухходовая компоновка; в – компоновка с двумя конвективными шахтами (Т-образная); г – компоновка с U-образными конвективными шахтами; д – компоновка с инверторной топкой; е – башенная компоновка

Наиболее распространена П-образная компоновка (рис.13а – одноходовая , 13б – двухходовая ). Преимуществами ее являются подача топлива в нижнюю часть топки и вывод продуктов сгорания из нижней части конвективной шахты. Недостатки этой компоновки - неравномерное заполнение газами топочной камеры и неравномерное омывание продуктами сгорания поверхностей нагрева, расположенных в верхней части агрегата, а также неравномерная концентрация золы по сечению конвективной шахты.

Котёл – немаловажная составляющая системы отопления, от которой зависит эффективность ее работы. Сегодня одним из самых распространённых видов отопления является водяное, что объясняет растущую популярность использования водогрейных котлов.

В продаже можно увидеть самые разные агрегаты, отличие между которыми состоит в используемом теплоносителе, конструкционном исполнении, технологии установки и т.п.

Предназначение

Водогрейный котёл применяется для обогрева малогабаритных строений, коттеджей и таун-хаусов. Обычно подобные агрегаты применяют при отсутствии центральной отопительной системы или в ситуации нецелесообразности строительства котельной. Помимо отопления их используют в системе горячего водоснабжения.

Водогрейный котёл – это прибор для нагрева воды под давлением, т.е. без возможности ее кипения.

Теххарактеристики

К основным характеристикам водогрейных котлов относятся:

Теплопроизводительность (тепловая мощность)

Это количество тепловой энергии, которое может быть передано теплоносителю за единицу времени. Единица измерения теплопроизводительности – киловатт. Данный показатель можно найти в паспорте изделия.

В зависимости от тепловой мощности котлы бывают малой, средней и большой мощности.

Температура теплоносителя

Выделяют номинальную и минимальную температуру воды на входе в котёл. Номинальная температура – это температура, которую должен обеспечивать прибор в условиях нормального режима функционирования. Обычно она колеблется в промежутке от 60 до 110°С.

Минимальную температуру нужно соблюдать во избежание возникновения низкотемпературной коррозии трубопровода из-за образования в нем конденсата.

Максимальная температура на выходе из котла – это такой ее уровень, при котором не происходит кипение теплоносителя. Обычно это 110-115°С.

Агрегат именно с этим показателем предназначен для индивидуального использования. Но существуют и изделия с более высоким значением максимальной температуры. Ими оснащают ТЭЦ.

Градиент. Это разница температур воды на входе в котёл и выходе из него. Обычно его значение равно 50-55 °С. На показатель градиента оказывает влияние материал, из которого изготовлено оборудование.

Разновидности

Современные водогрейные котлы устроены примерно одинаково. Они могут отличаться по производителю (отечественные и зарубежные) и по мощностным характеристикам.

Говоря о конструкционном исполнении, все котлы делятся на:

Жаротрубные

Особенностью таких моделей является наличие особых трубок, по которым происходит движение нагретых продуктов сжигания топлива. Принцип работы жаротрубного котла заключается в использовании горелок-автоматов, оборудованных дутьевыми вентиляторами.

Водотрубные

Схему таких водогрейных котлов отличает наличие специальных кипятильных трубок, по которым движется вода. Нагревание происходит путём сжигания энергоносителя. Прогрев котла данного вида происходит довольно быстро и его легко регулировать.

Также здесь предусмотрена возможность серьёзных перегрузок. Неоспоримое достоинство водотрубных отопительных устройств заключается в низкой вероятности их взрыва.

Что касается числа контуров, большинство котлов имеют два контура. Но также есть и одноконтурные изделия. Если котёл двухконтурный, то подача теплоносителя будет осуществляться и в систему отопления, и в водопроводную сеть.

Кроме этого, некоторые модели могут быть оснащены циркуляторами для обеспечения более интенсивного водооборота. В конструкцию котла также может входить расширительный бак.

По типу применяемого топлива водогрейные котлы делятся на:

Котлы на твёрдом топливе. Энергоносителем может выступать уголь, дерево или опилки. Агрегаты подобного типа применяются в бане, сауне, даче, так как требуют значительного пространства под размещение.

Котлы на жидком топливе. Это может быть солярка, мазут, машинное масло. Область применения – отопление частных домов и коттеджей.

Газовые котлы. Топливом выступает природный или сжиженный газ. Установка водогрейных котлов такого типа характерна для домов, таун-хаусов и даже квартир.

Котлы на электричестве. Электрические водогрейные котлы монтируют в небольших коттеджных зданиях и в квартирах.

На фото водогрейных котлов видно, что в зависимости от способа установки, они могут быть:

Напольными.
Настенными.

Существуют следующие правила эксплуатации водогрейных котлов:

Водогрейный котёл требует проведения систематических проверок и регулировок, причём делать этого обязан специалист.
Устанавливать и налаживать работу котельного оборудования должен профессионал.
Котёл нуждается в режимной наладке раз в три года.

Фото водогрейного котла

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды и по характеру циркуляции воды (независимо от конструкции) являются прямоточными, то есть с однократным движением воды по отдельным его элементам. В этом их сходство с паровыми прямоточными котлами. Водогрейные котлы характеризуются в основном теплопроизводительностью, а также температурой нагрева воды и её давлением.

Выпускают чугунные и стальные водогрейные котлы.

Чугунные водогрейные котлы имеют небольшую теплопроизводительность (до 1,3 МВт) и применяются в системах водяного отопления отдельных жилых и общественных зданий. Они предназначены для нагрева воды до температуры 115 °С при рабочем давлении р 0,7 МПа. Чугунные котлы можно также использовать в качестве паровых с избыточным давлением пара р 0,06 МПа (ГОСТ 21563-93), при этом их оборудуют паросборниками.

Чугунные водогрейные котлы (рисунок 1) собирают из отдельных секций 1 , соединяемых между собой с помощью вкладышей-ниппелей, которые вставляют в специальные отверстия 2 и затягивают стяжными болтами 3. Такая конструкция позволяет подбирать требуемую поверхность нагрева котла, а также производить замену отдельных секций в случае их повреждения.

Рисунок 1 – Схема соединения секций чугунного котла

Чугунные котлы в отличие от стальных дольше противостоят коррозии за счет большой толщины стенки поверхностей нагрева, имеют небольшие габариты и могут компоноваться как с внутренними, так и с выносными топками. В котлах с внутренними топками топочные устройства размещают внутри поверхности нагрева (между секциями). Эти котлы предназначены для сжигания высокосортного топлива (каменных углей и антрацита). В котлах с выносными топками топочные устройства располагают вне поверхности нагрева, что позволяет достаточно эффективно сжигать низкосортные виды топлива с выходом летучих (торф, древесные отходы). При необходимости в чугунных котлах (при соответствующей небольшой переделке топки) можно сжигать газообразное и жидкое топливо; при этом несколько изменяются теплопроизводительность и КПД котла .

Существует большое разнообразие конструкций чугунных котлов в зависимости от формы, размера, числа и расположения секций. По конструктивному оформлению котлы можно разбить на две группы: малометражные с очень малой теплопроизводительностью, предназначенные для поквартирного отопления, и котлы шатрового типа более мощные, устанавливаемые во встроенных и отдельно стоящих котельных.

К Малометражным относятся котлы ВНИИсто-Мч, КЧММ-2 и КЧМ-2.

Чугунные котлы шатрового типа Предназначены для теплоснабжения зданий и сооружений различного назначения. Вода в них нагревается до температуры 115 °С при давлении p≤0,7 МПа. Чугунные котлы в зависимости от вида сжигаемого топлива и степени механизации топочного процесса разделяются на три группы:

1) котлы с ручными топками для сжигания антрацита, каменных и бурых углей;

2) котлы с механическими и полумеханическими топками для каменных и бурых углей;

3) автоматизированные котлы для газообразного и жидкого топлива.

Стальные водогрейные котлы применяют в системах централизованного теплоснабжения. Их устанавливают в крупных квартальных и районных котельных, а также на ТЭЦ в качестве «пиковых». Теплопроиз-водительность стальных водогрейных котлов значительно выше, чем чугунных (до 209 МВт). Стальные водогрейные котлы теплопроизводительностью до 23 МВт используют для нагрева воды от 70 до 150 °С при давлении её на входе в котёл 1,6 МПа. Котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше предназначены для нагрева воды до 200 °С при максимальном давлении её на входе в котёл около 2,5 МПа.

Водогрейные котлы типа КВ-ТС, КВ-ГМ, КВ-ТСВ теплопроизводительностью до 35 МВт (30 Гкал/ч) работают под давлением воды до 2,5 МПа (25 кгс/см ), нагреваемой до 150 °С, и предназначены для покрытия теплофикационных нагрузок (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения) промышленных и бытовых потребителей, а также удовлетворения нужд технологических процессов.

Котлы КВ-ТС-10, КВ-ТС-20, КВ-ТС-30, КВ-ТСВ-10, КВ-ТСВ-20,
КВ-ТСВ-30 представляют единую унифицированную серию горизонтальных водотрубных прямоточных котлов с принудительной циркуляцией, и отличаются глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Котлы типа КВ-ТСВ комплектуются воздухоподогревателем.

Расчётным топливом для котлов типа КВ-ТС принят каменный уголь теплотворной способностью 22500 кДж/кг (5380 ккал/кг), для котлов типа КВ-ТСВ – бурый уголь теплотой сгорания 15900 кДж/кг (3700 ккал/кг). Вид и характеристика используемого топлива предопределяют необходимость применения подогрева воздуха, обязательного при работе котла на бурых углях с влажностью 25-40 %. Применение подогрева воздуха при работе котлов на каменных углях теплотворной способностью 25100 кДж/кг (6000 ккал/кг) и влажностью менее 25 % не рекомендуется из-за возможного пережога колосников.

Унифицированная серия горизонтальных, водотрубных, прямоточных котлов КВ-ГМ-10, КВ-ГМ-20 и КВ-ГМ-30 с принудительной циркуляцией спроектирована для работы на мазуте и природном газе. За исходные характеристики приняты:

Мазут М100. Состав рабочей массы: Сp= 83,0 %; Нp= 10,4 %; Оp+Np= 0,7 %; Sp= 2,8 %; Аp= 0,1 %; Wp= 3,0 %; Q = 38600 кДж/кг
(9240 ккал/кг);

Природный газ. Объемный состав: СН4= 89,9 %; С2Н6= 3,1 %; С Н = 0,9 %; С4Н10= 0,4 %; О2= 0,2 %; СО2= 0,3 %; Q = 36100 кДж/кг (8620 ккал/кг); Wp= 5,2 %.

Все котлы – для твёрдого, жидкого и газообразного топлива - сконструированы для поставки потребителю транспортабельными блоками с максимальной степенью заводской готовности. Горизонтальная топочная камера и вертикальный конвективный пучок разделены на два поставочных блока. Котлы типа КВ-ТСВ дополнительно включают один или несколько блоков воздухоподогревателя.

Поставочные блоки имеют рамы и другие устройства, обеспечивающие надёжную строповку при погрузо-разгрузочных работах и при монтаже с использованием грузоподъёмных механизмов. Маркировка блоков выполняется в соответствии со схемой разбивки котлов на поставочные блоки. Характеристика блоков приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики водогрейных котлов типа

Наименование	Марка котла
	КВ-ТС-10	КВ-ТСВ-10	КВ-ГМ-10
Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч)
Рабочее давление, МПа (кгс/см2)
Температура воды, °С:

На выходе
Расход воды, т/ч
Гидравлическое сопротивление,

Температура уходящих газов, °С
КПД, % брутто
Расход топлива, м3/ч, кг/ч
Поверхность нагрева, м2:
Радиационная
Конвективная
Воздухоподогревательная
Габаритные размеры, мм:



Масса блоков, кг:
Топочного
Конвективного
Воздухоподогревателя

В котлах нет несущего каркаса, благодаря чему достигнуто значительное снижение металлоёмкости. Каждый поставочный блок котла имеет приваренные к нижним коллекторам опоры, количество которых зависит от теплопроизводительности котла. Неподвижные опоры расположены в месте соединения топочной камеры и конвективного блока.

Котлы, предназначенные для работы на твёрдом топливе, комплектуются пневмомеханическими забрасывателями и цепными решётками обратного хода чешуйчатого (ТЧЗ-2,7/6,5; ТЧЗ-2,7/8,0) и ленточного типов ТЛЗ-2,7/4,0 для котлов КВ-ТС-20, КВ-ТСВ-20, КВ-ТС-30, КВ-ТСВ-30, КВ-ТС-10, КВ-ТСВ-10 соответственно.

Теплонапряжение топочного объёма в слоевых котлах тепло-проиводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч) составляет 350× 103 Вт/м3 , теплопроизводительностью 23,3 МВт (20 Гкал/ч) – 440× 103 Вт/м3 , теплопроизводительностью
34,9 МВт (30 Гкал/ч) – 520× 103 Вт/м3 .

Топки снабжены устройствами возврата уноса угольной мелочи и острым дутьём. Из двух бункеров, находящихся под конвективной шахтой, угольная мелочь эжектором возврата уноса по системе трубопроводов подаётся в топку. Воздух на эжектор и на острое дутьё в котлах теплопроизводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч), 23,3 и 34,9 МВт (20 и 30 Гкал/ч) подаётся вентилятором.

Применённые топочные устройства обеспечивают факельно-слоевое сжигание топлива, которое горит непосредственно на решётке (в слое) и во взвешенном состоянии в объёме топочной камеры. Процессы заброса топлива на колосниковую решётку, шурования слоя и удаления шлама механизированы. При работе топки на заднюю часть решётки забрасывается большая доля топлива, чем на переднюю. Благодаря принятому направлению движения полотна решётки (к фронту котла) обеспечивается более полное сжигание топлива при минимальном механическом недожоге.

Устройство котлов на примере котлов теплопроизводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч) показано на рисунке 2.

Горизонтальная топочная камера котлов в поперечном разрезе не превышает железнодорожный габарит. В газомазутных котлах топочная камера полностью экранирована. В котлах, работающих на твёрдом топливе, под и фронтовая стена топочной камеры не экранированы. Все экраны выполнены из труб диаметром 60 3 мм, присоединяемых непосредственно к коллекторам диаметром 219 10 мм.

Для организации движения воды по секциям экранов в коллекторах установлены перегородки. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка, которая образует камеру догорания. Трубы топочных экранов размещены с шагом 64 мм, а экраны промежуточной стенки с шагами S1=128 мм и S2= 182 мм (установлены в два ряда).

Конвективная поверхность нагрева образуется конвективными пакетами, фестонным и задними экранами и расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенками.

Рисунок 2 – Устройство котла КВ-ТС-10

А – продольный разрез; Б – схема циркуляции; 1 - боковой левый
экран, вход воды; 2 – боковой правый экран; 3 – поворотный экран;
4 – фестонный экран; 5 – пять левых секций конвективного блока;
6 – шесть правых секций конвективного блока; 7 – задний экран;
8 – забрасыватель топлива; 9 – цепная решётка; 10 – вентилятор острого дутья и возврата уноса; 11 – выход воды

Боковые стенки выполнены из вертикально расположенных труб диаметром 83 3,5 мм, расположенных с шагом 128 мм, объединённых камерами диаметром 219 10 мм. Эти трубы, в свою очередь, объединяют U-образные змеевики, выполненные из труб диаметром 28 3 мм. Змеевики расположены таким образом, что в конвективной шахте трубы образуют шахматный пучок с шагами S1 =64 мм и S2 = 40 мм. Цельносварная передняя стенка шахты, являющаяся одновременно задней стенкой топки, в нижней части разведена в четырёхрядный фестон с шагами труб S1 = 256 мм и S2 = 180 мм .

Рассмотрим конструкцию и параметры водогрейных котлов на примере продукции ОАО «Бийский котельный завод» (БиКЗ) (табли-
ца 2). Более подробно остановимся на производимой ОАО «БиКЗ» серии котлов «Гефест».

1.1.1 Комплектация котлов «Гефест»

Котлы водогрейные водотрубные КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп) и КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп) номинальной теплопроизводительностью 1,8 (1,55) и 2,5 (2,15), 3 (3,5) МВт (Гкал/ч) с рабочим давлением до 0,6 МПа (6 кгс/см2) предназначены для получения горячей воды с номинальной температурой на выходе из котла 95 °С, используемой в системах централизованного теплоснабжения на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей предприятий различных отраслей.

Котлы являются представителями серии водогрейных котлов с одинаковым поперечным разрезом и изменяющейся глубиной топочной камеры и конвективной шахты в диапазоне теплопроизводительности от 1,8 до 3,5 МВт.

Установка, монтаж, ремонт, реконструкция, модернизация и первый пуск котла в эксплуатацию должны выполняться специализированной организацией в строгом соответствии с проектом котельной и с технической документацией котла и комплектующих изделий.

Пример условного обозначения котлов при заказе и в других
документах: котел водогрейный теплопроизводительностью 1,8 МВт;
2,5 МВт с температурой воды на выходе 95 °С с топкой типа шурующая планка (ТШПм):

Котел КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп) ТУ 24.256-2003;

Котел КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп) ТУ 24.256-2003.

Комплектность котла должна соответствовать:

00.8009.108 - котлы КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп);

00.8009.113 - котлы КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп).

Таблица 2 - Комплектующие котлов водогрейных отопительно-производственных ОАО «БиКЗ»

Наименование оборудования ГОСТ/БиКЗ	Комплектация
	Экономайзер стальной (чугунный) / воздухоподогреватель	Вентилятор			Топочное устройство		Водоподготовительное оборудование		Примечание
1 КВ-0.4КБ КВС-0.4-	00.9050.330		-	Д-3.5М-1500. Входит состав блока котла		Ручная, встроена в блок котла	К-20/30 (Каменский металлозавод)	*ВПУ-1 или АНУ-35 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
2 КВ-0.6КБ ДЕВ-0.5-95Р	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.296						*К-45/30 (Каменский металлозавод)	*АНУ-35 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
3 КВр-0.7К КВЕ-0.7-115Р	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.495			1500 или *Д-6.3-1500		Ручная, встроена в блок котла	*по проекту котельной	*ВПУ-1 или ВПУ-2.5	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
4 КВр-0.4КБ Гефест-0.4-95ТР	Блок котла в изоляции и обшивке		ВД-2.7-3000. Входит в состав топки	*по проекту котельной			*по проекту котельной	*по проекту котельной		*золоуловитель 1 Ц-1.5-400
5 КВМ-18КБ Гефест-1.8-95Шп	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.625		ВД-2.8-3000. Входит в состав топки				(6 кгс/см2)	*по проекту котельной	Комплект автоматики	золоуловитель ЗУ-1-2; система топливопо-дачи и ШЗУ по проекту котельной
6 КВ-Р-2.0-95 ДСЕВ-2.0-95ШГ	Блок котла в изоляции и обшивке		ВД-2.8-3000. Входит в состав топки					ВПУ-3.0 или АНУ-70 (Теплоавтоматика,	Комплект автоматики	золоуловитель ЗУ-1 -2; система топливо-подачи и ШЗУ по проекту котельной
7 КВ-Р-1.74-115 КЕВ-2.5-14-115 С-О(ПТЛ-РПК)	Блок котла в изоляции и обшивке	БВЭС-1-2 (ЭБ-2-94 И)				*ПТЛ-РПК-2-1.8/1.525	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	циклон ЦБ-16; система топливо-подачи и ШЗУ по проекту котельной
8 КВ-Р-17.4-115(150) КЕВ-25-14-115 (l50)C(TЧЗM)	3 блока: конв. блок / передн. топочн., блок / задн. топочн. блок либо россыпью	БВЭС-V-I (ЭБ-1-646И)/ВП-0-228	ВДН-12.5-1000			*ТЧЗМ-2.7/5,6	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	циклон ЦБ-42 (2 шт.); система топливо-подачи и ШЗУ По проекту котельной

Продолжение таблицы 2

Наименование Оборудования ГОСТ/БиКЗ	Комплектация
	Экономайзер стальной (чугунный)/ воздухоподогреватель	Вентилятор			Топочное устройство		Водоподготови-тельное оборудование	Автоматика управления и безопасности	Примечание
9 КВм-1.8Д Гефест-1.8-95ТДО	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.579		(2 шт: один входит в состав топки, другой вхо-дит в состав котла)				Р=0,6 МПа (6 кгс/см2)	*по проекту котельной	Комплект автоматики	Золоуловитель ЗУ-1 -2 \|
10 КВ-Д-К 74-1 15 КЕВ-2,5-14-1 15-0	Блок котла в изоляции и обшивке					Предтопок Скоростного	* по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*циклон ЦБ-16
11 КВ-Д-4.65-115 КЕВ-6,5-14-1 15МТ-0	Блок котла в изоляции и обшивке				ГМ-2.5сЗЗУ. Входит в состав блока котла	Предтопок Скоростного	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	* циклон ЦБ-42
12 Ква-0.25Гн Астра-В-0.25Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00. 9050.410		Входит в состав горелки		WG40 с удлинением на 100 мм (Weishaupt)		(Каменский Металлозавод)		Комплект автоматики
13 КВа-0.55Гн КВС-0,55-95Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.385				ГБГ-0.6 (г. Брест)		(Каменский Металлозавод)	*ВПУ-1,0 или АНУ-35 (Теплоавтоматика,	Комплект автоматики	*оборудование Подготовки топлива по проекту котельной
14 КВ-0.7ГН КВЕ-0,7-115Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.505				ГГ-1 (г. Мытищи). Входит в состав блока котла			ВПУ-1,0 или ВПУ-2,5	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
15 КВа-2.5Гс Прометей-2,5-ПэГс	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.595		Входит в состав горелки		G9/1-D (Weishaupt)			*по проекту котельной	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
16 КВ-1.6Г**ДЕВ-1,4 -95Г	Блок котла в изоляции и обшивке 00. 9050.313			Д-6,3-1500 без экономайзера или ДН-8-1500 с экономайзером	ГГ-2 (г. Мытищи). Входит в состав блока котла			ВПУ-3,0 или АНУ-70 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
17 Е-4-1,4ГМ ДЕВ-4-14ГМ-0	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.236	*БВЭС-1-2(ЭБ-2-94И)			ГМ-2,5 с ЗЗУ. Входит в состав блока котла		*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
Примечания: 1 Изделия в таблице, отмеченные знаком *, не входят в заводской комплект поставки (компоновку), поставляются отдельным транспортным местом по дополнительному договору с заказчиком

Комплектность может быть изменена по согласованию с заказчиком. В комплект котла входят:

Блок котла в обшивке и изоляции;

Механическая топка с шурующей планкой (ТШПм) с комплектующими (вентилятор, воздуховод);

Комплект автоматики;

Предохранительная и запорно-регулирующая арматура, контрольно-измерительные приборы.

Блок котла, рама, топка и отдельные узлы, входящие в состав котла, но не установленные на блоке и топке из-за условий транспортировки, поставляются отдельными грузовыми местами, а запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, сборочные единицы и детали поставляются упакованными в ящики согласно комплектовочным ведомостям котла и топки (ДВК).

4.1. Шкала теплопроизводительности водогрейных котлов

Назначением водогрейных котлов является получение горячей воды заданных параметров для теплоснабжения систем отопления бытовых и технологических потребителей. Промышленность выпускает широкий ассортимент унифицированных по конструкции водогрейных котлов. Характеристиками их работы являются теплопроизводительность (мощность), температура и давление воды, важен также род металла, из которого изготовляют водогрейные котлы. Чугунные котлы выпускаются на теплопроизводительность1 до 1,5 Гкал/ч, давление 0,7 МПа и температуру горячей воды до 115 °C. Стальные котлы изготовляются в соответствии с шкалой теплопроизводительности на 4; 6,5; 10; 20, 30; 50; 100; 180 Гкал/ч (4,7; 7,5; 11,7; 23,4; 35; 58,5; 117 и 21.0 МВт).

Водогрейные котлы теплопроизводительностью до 30 Гкал/ч обычно обеспечивают работу только в основном режиме с подогревом воды до 150 °C при давлении воды на входе в котел 1,6 МПа. Для котлов теплопроизводительностью выше 30 Гкал/ч предусматривается возможность работы как в основном, так и в пиковых режимах с подогревом воды до 200 °C при максимальном давлении ее на входе в котел 2,5 МПа.

4.2. Чугунные секционные водогрейные котлы

Чугунные секционные водогрейные котлы имеют небольшую теплопроизводительность и применяются в основном в системах водяного отопления отдельных жилых и общественных зданий. Котлы данного типа предназначены для подогрева воды до температуры 115 °C при давлении 0,7 МПа. В ряде случаев чугунные котлы используются для получения водяного пара, с этой целью их оборудуют паросборниками.

Из большого числа разнообразных конструкций чугунных секционных котлов промышленного выпуска наибольшее распространение получили котлы типов «Универсал», «Тула», «Энергия», «Минск», «Стреля», «Стребеля», «НРч», КЧ и ряд других.

Рис. 4.1. :

1 - секция котла; 2 - стальной канат; 3, 10 - патрубки для входа и выхода воды; 4 - шибер; 5 - дымоход; 6 - колосниковая решетка; 7 - воздуховод; 8 - дверка; 9 - противовес

Производство большинства из указанных типов котлов прекращено около 30 лет назад, однако они еще достаточно долго будут находиться в эксплуатации. В этой связи в качестве примера рассмотрим конструкцию чугунного секционного водогрейного котла «Энергия-3». Котел собирают из отдельных секций (рис. 4.1), соединяемых между собой с помощью вкладышей - ниппелей, которые вставляются в специальные отверстия и затягиваются стяжными болтами. Такая конструкция позволяет создавать требуемую поверхность нагрева котла, а также проводить замену отдельных секций в случае их повреждения.

Вода в котел поступает через нижний патрубок поднимается вверх по внутренним каналам секции, нагревается и выходит из котла через верхний патрубок Топливо в топку подается через проем дверкой Воздух, необходимый для горения, поступает под колосниковую решетку по воздуховоду 7. Образующиеся при сжигании топлива продукты горения (ПГ) движутся вверх, затем направление потока ПГ изменяется на 180°, т.е. поток Г1Г движется вниз по кирпичным каналам и далее направляется через общий сборный дымоход в дымовую трубу.

При движении ПГ охлаждаются, их теплота передается воде, находящейся внутри секций. Таким образом происходит нагрев 66 воды до требуемой температуры. Тяга в котле регулируется шибером, соединенным стальным канатом через блок с противовесом Номинальная мощность водогрейных котлов «Энергия-3» 0,35... 0,69 МВт, КПД 73%.

4.3. Водогрейные котлы серии ТВГ

Теплофикационные водогрейные котлы серии ТВГ выпускаются теплопроизводительностью 4 и 8 Гкал/ч (4,7 и 9,4 МВт). Данные секционные сварные котлы предназначены для работы на газе с нагревом воды не выше 150 °C.

Рис. 4.2. : а - схема циркуляции воды; о - устройство котла; 1, 2 - соответственно нижние и верхние коллекторы конвективной поверхности; 3, 5 - потолочно-фронтальные трубы; 4, 6 - нижний и верхний коллекторы потолочного экрана; 7 - левый боковой экран; 8, 14 - двухсветные экраны; 9 - правый боковой экран; 10 - выход воды в теплосеть; 11 - конвективная поверхность нагрева; 12 - радиационная поверхность топки; 13 - воздушный канал; 15 - горелки; 16 - подподовые каналы

В водогрейном котле ТВГ-8 радиационная поверхность топки 72 (рис. 4.2) и конвективная поверхность нагрева 77 состоят из отдельных секций, выполненных из труб диаметром 51 * 2,5 мм. При этом в секциях конвективной поверхности трубы расположены горизонтально, а в секциях радиационной поверхности - вертикально. Радиационная поверхность состоит из фронтально-потолочного экрана и пяти секций экранов, три из которых двойного облучения (двухсветные экраны 8 и

Котел оборудован подовыми горелками 75, которые размещены между секциями радиационной поверхности. Воздух от вентилятора поступает в воздушный канал из которого подается в подподовые каналы соединенные с горелками. Продукты горения топлива движутся вдоль труб радиационной поверхности, проходят через окно в задней части топки и поступают в опускную шахту, омывая конвективную поверхность поперечным потоком. Одновременно с этим вода для подогрева поступает в два нижних коллектора 7 конвективной поверхности и собирается в верхних коллекторах конвективной поверхности. Далее по нескольким потолочно-фронтальным трубам вода направляется в нижний коллектор потолочного экрана, откуда по потолочнофронтальным трубам поступает в верхний коллектор данного (потолочного) экрана. После этого вода последовательно проходит по трубам экранов: левого бокового 7, трех двухсветных и правого бокового Нагретая вода через коллектор правого бокового экрана поступает на выход в теплосеть.

Водогрейные котлы серии ТВ Г имеют КПД 91,5 %.

4.4. Стальные водогрейные котлы серий КВ-ТСи КВ-ТСВ

Водогрейные котлы серии КВ-ТС со слоевым способом сжигания твердого топлива выпускаются теплопроизводительностью 4; 6,5; 10; 20; 30; 50 Гкал/ч (4,7; 7,5; 11,7; 23,4; 35 и 58,5 МВт). Котлы данной серии предназначены для установки на ТЭЦ, в производственно-отопительных и отопительных котельных. Водогрейные котлы серии КВ-ТСВ отличаются от котлов серии КВ-ТС лишь наличием воздухоподогревателя.

Все водогрейные котлы обеих этих серий имеют топочные экраны, выполненные из труб диаметром 60 х 3 мм. Конвективные пакеты в них изготовляются из труб диаметром 28 х 3 мм. Котлы снабжаются цепными решетками обратного хода с пневмомеханическими забрасывателями топлива.

Водогрейные котлы КВ-ТС-4 и -6,5 имеют конвективную шахту (рис. 4.3) с поверхностью нагрева и топочную камеру

Рис. 4.3. :

1 - окно для выхода продуктов горения из топочной камеры; 2 - конвективная шахта с поверхностью нагрева; 3 - сопло для возврата уноса топлива на цепную решетку; 4 - шлаковый бункер; 5 - цепная решетка обратного хода; 6 - пневмомеханический забрасыватель топлива; 7 - бункер топлива; 8 - топочная

камера; ПГ - продукты горения

Топливо (уголь) из бункера 7 посредством пневмомеханического забрасывателя поступает на цепную решетку 5 обратного хода. Воздух для сжигания топлива подается с помощью вентилятора в короба, через которые осуществляется секционированный его подвод под цепную решетку. Продукты горения топлива из топочной камеры поступают в конвективную шахту через верхние проемы в задней стене топочной камеры (окна Теплота ПГ воспринимается конвективными поверхностями нагрева в конвективной шахте 2, а охлажденные ПГ удаляются из котла через газоход, расположенный в нижней части конвективной шахты. С потоком ПГ из топочной камеры частично уносится топливо, для его улавливания в бункере конвективной шахты установлен специальный вентилятор, который через сопла возвращает унесенное топливо в топочную камеру на цепную решетку.

дованы цепными решетками 7 обратного хода разной длины и двумя пневмомеханическими забрасывателями топлива. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка 6, образующая камеру догорания. Экраны промежуточной стенки выполнены двухрядными. Боковые стены топочной камеры, а также конвективной шахты имеют облегченную обмуровку. Фронтальная стена топочной камеры не экранирована и имеет тяжелую обмуровку.

Передняя и задняя стены конвективной шахты экранированы. Передняя стена конвективной шахты, являющаяся также и задней стеной топочной камеры, выполнена в виде цельносварного экрана, переходящего в нижней части в четырехрядный фестон Боковые стены конвективной шахты закрыты вертикальными экранами из труб диаметром 83 3,5 мм.

Продукты горения поступают в конвективную шахту снизу и проходят через фестон. В шахте размещены пакеты конвективной поверхности нагрева, выполненные в виде горизонтальных ширм. Уловленная мелочь и несгоревшие частицы топлива собираются в зольных бункерах под конвективной шахтой и посредством системы возврата уноса по трубопроводу 5 выбрасываются в топочную камеру. В передней части цепной решетки 7 обратного хода располагается шлаковый бункер, куда с решетки сбрасывается шлак.

Подача сетевой воды в котел осуществляется через нижний коллектор левого бокового экрана, а выход горячей воды - через нижний левый коллектор конвективной шахты.

Для сжигания бурых влажных углей котлы серии KB-ТС могут поставлялся с воздухоподогревателями, обеспечивающими подогрев воздуха до 200...220 °C.

Водогрейный котел К.В-ТС-50 имеет экранированную топочную камеру (рис. 4.5), цепную решетку обратного хода на которую топливо подается четырьмя пневмомеханическими забрасывателями Задний экран топочной камеры на входе в поворотную камеру разводится в четырехрядный фестон Стены и скаты поворотной камеры, а также задняя стена конвективной шахты экранированы трубами диаметром 60 х 3 мм. Конвективные поверхности нагрева выполнены в виде U-образных ширм из труб диаметром 28 х 3 мм, которые приварены к вертикальным трубам диаметром 83 х 3,5 мм, образующим экраны боковых стен конвективной шахты.

За котлом установлен двухходовой трубчатый воздухоподогреватель в виде двух кубов, выполненных из труб диаметром 40 х 1,5 мм. Котел снабжен вентилятором 7 и устройствами для возврата на решетку топливного уноса из золовых бункеров под конвективной шахтой и под воздухоподогревателем. Вторичное острое дутье ведется через сопла, расположенные на задней стене топки, с помощью вентилятора. Шлак, образующийся при сжигании топлива, сбрасывается в шахту. Для очистки конвективных поверхностей нагрева предусмотрено дробеочистительное устройство (установка дробеочистки 5).

4.5. Водогрейные котлы серии КВ-ТКдля камерного сжигания твердого топлива

Котлы серии КВ-ТК предназначены для камерного сжигания твердого пылевидного топлива и имеют П-образную компоновку. Пыль твердого топлива подается в шесть турбулентных горелок (рис. 4.6), расположенных встречно по три горелки на каждой из боковых стен топочной камеры 7. Котел выполнен с твердым шлакоудалением.

Стены топочной камеры 7, поворотной камеры и заднего экрана выполняются газоплотными из труб диаметром 60 х 4 мм с шагом 80 мм. Для обеспечения газоплотности между трубами привариваются полосы 20 х 6 мм. В верхней части топочной камеры трубы заднего экрана закрывают наклонный скат переходной камеры и затем перед входом в поворотную камеру разводятся в фестон 2 На стенах топочной камеры установлены обдувочные аппараты с подачей к ним сжатого воздуха.

В конвективной шахте установлены два конвективных пакета выполненных из труб диаметром 28 х 3 мм. Под ними размещен трехходовой (по воздуху) воздухоподогреватель 5, выполненный из труб диаметром 40 х 1,5 мм, обеспечивающий подогрев воздуха до 350 °C. Для очищения конвективных поверхностей нагрева предусмотрено дробеочистительное устройство (установка дробеочистки). Котел подвешен к каркасу за верхние коллекторы. Воздухоподогреватель опирается на отдельный каркас. Котел имеет облегченную обмуровку.

4.6. Водогрейные котлы серин ПТВМ

Котлы данной серии выпускаются средней и большой теплопроизводительности, т.е. имеют мощность 30; 50 и 100 Гкал/ч (35; 58,5 и 117 МВт). Для их работы используется газообразное и жидкое топливо, они могут иметь П-образную компоновку и башенную конструкцию. Давление воды на входе в котел 25 кгс/см2. Температура воды на входе в котел в основном режиме 70 °C, в пиковом режиме 104 °C. Температура воды на выходе 150 °C.

Пиковый теплофикационный водогрейный газомазутный котел ПТВМ-30 теплопроизводительностью 30 Гкал/ч имеет П-образную компоновку и состоит из топочной камеры 5 (рис. 4.7), конвективной шахты и соединяющей их поворотной камеры

Рис. 4.6. :

1 - элементы подвески труб котла; 2 - фестон; 3 - установка дробеочистки; 4 - конвективные пакеты труб; 5 - воздухоподогреватель; 6 - горелка; 7 - топочная камера; ПГ - продукты горения

Все стены топочной камеры котла, а также задняя стена и потолок конвективной шахты экранированы трубами диаметром 60 х 3 мм с шагом 5= 64 мм. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами диаметром мм с шагом 5= 128 мм.

Рис. 4.7. :

1 - дробеочистительное устройство; 2 - конвективная шахта; 3 - конвективная поверхность нагрева; 4 - газомазутная горелка; 5 - топочная камера; 6 - поворотная камера

Конвективная поверхность нагрева котла, выполненная из труб диаметром 28 х 3 мм, состоит из двух пакетов. Змеевики конвективной части собраны в ленты по шесть-семь штук, которые присоединены к вертикальным стойкам.

Котел оборудован шестью газомазутными горелками установленными по три встречно на каждой боковой стене топки. Диапазон регулирования нагрузки котлов 30... 100% номинальной производительности. Регулирование производительности осуществляется путем изменения числа работающих горелок. Для очистки внешних поверхностей нагрева предусмотрено дробеочистительное устройство Дробь поднимается в верхний бункер с помощью пневмотранспорта от специальной воздуходувки.

Тяга в котле обеспечивается дымососом, а подача воздуха - двумя вентиляторами.

Трубная система котла опирается на раму каркаса, Облегченная обмуровка котла общей толщиной 110 мм крепится непосредственно к экранным трубам. Водогрейный котел ПТВМ-30 (КВГМ-30-150М) имеет КПД 91 % при работе на газе и 88 % при работе на мазуте.

Рис. 4.8.

Схема циркуляции воды в водогрейном котле ПТВМ-30 приведена на рис. 4.8.

Имеют башенную компоновку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится экранированная топочная камера (рис. 4.9). Экранная поверхность изготовлена из труб диаметром 60 * 3 мм и состоит из двух боковых, фронтального и заднего экранов. Сверху (над топочной камерой) размещается конвективная поверхность нагрева выполненная в виде змеевиковых пакетов из труб диаметром 28 х 3 мм. Трубы змеевиков приварены к вертикальным коллекторам.

Топка котла ПТВМ-50 оборудована газомазутными горелками (12 шт.) с индивидуальными дутьевыми вентиляторами 5. Горелки расположены на боковых стенах топки (по 6 шт. на каждой стороне) в два яруса по высоте. Топка котла ПТВМ-100 оборудована газомазутными горелками (16 шт.) с индивидуальными вентиляторами.

Над каждым котлом установлена опирающаяся на каркас дымовая труба обеспечивающая естественную тягу. Котлы устанавливаются полуоткрыто, поэтому в помещении размещается лишь нижняя часть агрегата (горелки, арматура, вентиляторы и др.), а все остальные его элементы расположены на открытом воздухе.

Циркуляция воды в котле обеспечивается с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы котла: при работе в зимний период (основной режим) применяется четырехходовая схема циркуляции воды (рис. 4.10, а), а в летний период (пиковый режим) - двухходовая (рис. 4.10, б).

Рис. 4.9. :

1 - дымовая труба; 2 - конвективные поверхности нагрева; 3 - топочная камера; 4 - газомазутные горелки; 5 - вентиляторы;---> - движение воды в системе котла

Рис. 4.10. :

Основной режим; - пиковый режим; подводящие и отводящие кол-лекторы; соединительные трубы; фронтальный экран; - конвектив-ный пучок труб; 5 - левый и правый боковые экраны; 7 - коллекторы кон-туров; - задний экран

При четырехходовой схеме циркуляции вода из теплосети подводится в один нижний коллектор (см. рис. 4.10 и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, совершая подъемно-опускные движения, после чего также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме вода поступает одновременно в два нижних коллектора (см. рис. 4.10 и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается и затем направляется в тепловую сеть.

При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти в 2 раза больше воды, чем при четырехходовой. Таким образом, при режиме работы в летний период в котле нагревается большее количество воды, чем в зимний, и вода поступает в котел с более высокой температурой (110 вместо 70 °C).

4.7. Водогрейные котлы серии КВ-ГМ

Стальные прямоточные газомазутные котлы серии КВ-ГМ в соответствии со шкалой теплопроизводительности конструктивно подразделяются на четыре унифицированные группы: 4 и 6,5; 10, 20 и 30; 50 и 100; 180 Гкал/ч (4,7 и 7,5; 11,7, 23,4 и 35; 58,5 и 117 МВт). Такие котлы не имеют несущего каркаса, обмуровка у них облегченная трехслойная (шамотобетон, минераловатные плиты и магнезиальная обмазка), крепится к трубам топки и конвективной части. Котлы КВ-ГМ-4 и -6,5 имеют единый профиль, так же как и котлы теплопроизводительностью 10; 20 и 30 Гкал/ч, и в пределах своих групп различаются глубиной топочной камеры и конвективной части. Котлы КВ-ГМ-50 и -100 по конструкции также сходны между собой и различаются только по типоразмерным параметрам.

Имеют топочную камеру (рис. 4.11) и конвективную поверхность 5. Топочная камера полностью экранирована трубами диаметром 60 х 30 мм. Боковые экраны, верх и под топочной камеры образованы одинаковыми Г-об- разными трубами. На фронтальной стене котла установлены газомазутная ротационная горелка и взрывной предохранительный клапан Неэкранированные поверхности фронтальной стены закрыты огнеупорной кладкой, примыкающей к воздушному коробу горелки.

На левой боковой стене котла имеется лаз в топочную камеру. Часть труб заднего экрана в верхней части выдвинута в топку и эти трубы сварены между собой при помощи вставок для устранения попадания в топку дроби при работе установки дробеочистки, используемой для устранения загрязнений с конвективных поверхностей.

Все трубы экранов выведены в верхние и нижние коллекторы диаметром 159x7 мм. Внутри коллекторов имеются глухие перегородки, направляющие воду. Топочная камера отделена от конвективной части перегородкой из огнеупорного кирпича. Продукты горения топлива через фестон верхней части топочного пространства поступают в конвективную часть котла, проходят ее сверху вниз и через боковой отвод ПГ уходят из котельного агрегата.

Конвективная поверхность котла состоит из двух пакетов, каждый из которых набирается из U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 х 3 мм. Ширмы расположены параллельно фронтальной стене котла и образуют в шахматном порядке пучок труб. Боковые стены конвективной части экранированы трубами диаметром 83 х 3,5 мм, имеющими плавники, и являются коллекторами (стояками) для труб конвективных пакетов. Потолок конвективной части также экранирован трубами диаметром 83 х 3,5 мм. Задняя стена не экранирована и имеет лазы вверху и внизу.

Рис. 4.11. :

1 - газомазутная ротационная горелка; 2 - взрывной предохранительный клапан; 3 - установка дробеочистки; 4 - лаз; 5 - конвективная поверхность котла; б - топочная камера; ПГ - продукты горения

Вес котла передается на нижние коллекторы, имеющие опоры.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-4 имеют КПД 90,5 % при работе на газе и 86,4 % при работе на мазуте, а КПД котлов КВ-ГМ-6,5 достигает 91,1 % при работе на газе и 87 % - на мазуте.

Имеют топочную камеру (рис. 4.12), экранированную трубами диаметром 60 х 3 мм. 80

Рис. 4.12. : 1 - газомазутная горелка; 2 - взрывной клапан; 3 - топочная камера; 4 - промежуточный экран; 5- камера догорания; 6 - фестон; 7- установка дробеочистки; 8 - конвективная поверхность нагрева

В камере расположены фронтальный, два боковых и промежуточный экраны, которые практически полностью покрывают стены и под топки (исключение составляет часть фронтальной стены, где установлены взрывной клапан и газомазутная горелка с ротационной форсункой). Экранные трубы приварены к коллекторам диаметром 219 х Ю мм. Промежуточный экран выполнен из труб, расположенных в два ряда, и образует за собой камеру догорания 5.

Конвективная поверхность нагрева включает в себя два конвективных пучка и расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенами. Конвективные пучки набраны из расположенных в шахматном порядке U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 х 3 мм. Задняя и передняя стены шахты экранированы вертикальными трубами диаметром 60 х 3 мм, боковые стены - трубами диаметром 85 х 3 мм, которые служат стояками для ширм конвективных пакетов.

Передняя стена шахты, являющаяся одновременно задней стеной топочной камеры, выполнена цельносварной. В нижней части стены трубы разведены в четырехрядный фестон Трубы, образующие переднюю, боковую и заднюю стены конвективной шахты, вварены в камеры диаметром 219 х 10 мм.

Продукты горения топлива из топочной камеры попадают в камеру догорания а далее через фестон - в конвективную шахту, после которой ПГ через отверстие в верхней части шахты покидают котельный агрегат. Для устранения загрязнений конвективных поверхностей предусмотрена установка дробеочистки 7.

Водогрейные газомазутные котлы КВ-ГМ-50 и -100 выполнены по П-образной схеме и могут быть использованы как в основном режиме (нагрев воды до 70... 150 °C), так и в пиковом режиме (нагрев воды до 100... 150°C). Котлы могут быть использованы также для нагрева воды до 200 °C.

Котельный агрегат включает в себя топочную камеру (рис. 4.13) и конвективную шахту. Топочная камера котлов и задняя стена конвективной шахты закрыты экранами из труб диаметром 60 х 3 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов состоит из трех пакетов, набираемых из U-образных ширм. Ширмы выполнены из труб диаметром 28 х 3 мм.

Фронтальный экран снабжен коллекторами: верхним, нижним и двумя промежуточными, между которыми находятся кольца для формирования амбразур газомазутных горелок с ротационными форсунками. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами диаметром 83 х 3,5 мм, служащими стояками для ширм.

Продукты горения топлива выходят из топочной камеры через проход между задним экраном и ее потолком и движутся сверху вниз через конвективную шахту. Котел оборудован взрывными предохранительными клапанами, установленными на потолке топочной камеры. Для удаления воздуха из трубной системы при заполнении котла водой на верхних коллекторах установлены воздушники (клапан для удаления воздуха из системы). Для удаления загрязнений с конвективных поверхностей нагрева служит установка дробеочистки.

Нижние коллекторы фронтального и заднего экранов конвективной шахты опираются на портал котла. Опора, расположенная в середине нижнего коллектора задней стены топочной камеры, является неподвижной. Вес боковых экранов топочной камеры передается на портал через фронтальный и задний экраны.

Рис. 4.13. : 1 - газомазутная горелка; 2 - топочная камера; 3 - проход для газов из топочной камеры в конвективную шахту; 4 - установка дробеочистки; 5 - конвективная поверхность нагрева; 6 - портал

Водогрейные газомазутные котлы КВ-ГМ-50 и -100 имеют КПД 92,5 % при работе на газе и 91,3 % при работе на мазуте.

Водогрейный газомазутный котел КВ-ГМ-180 выполнен по Т-образной сомкнутой схеме с двумя конвективными шахтами, в которых размещаются по три конвективных пакета (рис. 4.14), образующих конвективную поверхность нагрева.

Данный котел по проекту должен выполняться для работы под наддувом с мембранными экранными панелями. При выполнении котла в негазоплотном исполнении в топочной камере 7 все ее стены закрыты панелями из труб диаметром 60 х 3 мм. Такими же экранными панелями закрыты стены конвективных шахт и потолок котла. Конвективные пакеты набираются из U -образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 х 3 мм, которые ввариваются в стояки диаметром 83 х 3;5 мм. На боковых стенах топочной камеры под конвективными шахтами устанавливаются по три-четыре газомазутные горелки имеющие встречное расположение факелов.

Рис. 4.14. ;

1- топочная камера, 2 - установка дробеочистки; 3 - поворотный газоход; 4 - разделительный экран; 5 - пакеты конвективной поверхности нагрева; 6 - газоход уходящих газов; 7 - нижние коллекторы; 8 - газомазутная горелка

Для более глубокого регулирования теплопроизводительности котла без отключения отдельных горелок последние снабжаются паро механическими форсунками с широким диапазоном регулирования.

Продукты горения топлива из топочной камеры через два поворотных газохода направляются в конвективные шахты. Топочная камера отделена от конвективных шахт с помощью разделительных экранов Для удаления загрязнений с поверхностей нагрева конвективных шахт котла служит установка дробеочистки.

Паровые котлы предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для обеспечения теплотой технологических потребителей, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также в паровых двигателях в качестве рабочего тела.

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды, используемой главным образом для отопления зданий и в системах горячего водоснабжения. В последнее время водогрейные котлы широко применяются и для обеспечения технологических потребителей (в основном сушилок), не требующих высоких параметров теплоносителей. Это касается малых предприятий с общей мощностью теплового потребления в несколько МВт.

Котлостроение имеет многовековую историю, в течение которой происходило совершенствование конструкций по мере увеличения единичной мощности котлов, повышения параметров пара и требований к экономичности. Схемы работы различных паровых котлов показаны на рис. 22.1 в последовательности их исторического развития. На первом этапе использовались простые цилиндрические котлы (рис. 22.1, а), которые из-за небольшой площади поверхности теплообмена между продуктами сгорания и водой имели низкую производительность и, как следствие, большую удельную металлоемкость. Увеличение поверхности теплообмена при сохранении габаритов могло быть достигнуто использованием трубчатых поверхностей.

На следующем этапе развития конструкций котлов были разработаны газотрубные котлы (рис. 22.1, б), в которых внутри барабана 7, заполняемого водой, устанавливается пучок дымогарных труб 3 и жаровая труба с размещенной в ней топкой 2. Дымовые газы проходят по дымогарным трубам. Такие котлы использовались на паровозах, в малой энергетике (локомобильные электростанции) и т.п. Объем барабана (рис. 22.1 а, б) делится на водяное (внизу) и паровое пространства. Пар, образующийся на поверхности теплообмена, бар- ботирует через слой воды в паровое пространство, откуда отбирается потребителями. Свежая (питательная) вода подается в водяное пространство. Для нормальной работы необходимо сохранение баланса

Рис. 22.1. Принципиальные схемы паровых котлов: а - цилиндрический; б - газотрубный; в - водотрубный с естественной циркуляцией; г - водотрубный с принудительной циркуляцией; д - прямоточный; 7 - барабан котла; 2 - топка; 3 - дымогарные трубы; 4 - нижний барабан (коллектор); 5 - испарительные трубы; 6 - опускная труба; 7 - насос; 8 - коллекторные трубы; 9- трубы нагрева воды (экономайзер); 10 - трубы перегрева пара (пароперегреватель)

между расходом подаваемой воды и расходом отбираемого пара. Количество подводимой теплоты должно обеспечить нагрев воды и получение пара.

При установке пучка труб внутри барабана его диаметр ограничивает количество труб, т.е. ограничивает площадь поверхности теплообмена и, следовательно, производительность агрегата. Кроме того, наличие барабана большого диаметра препятствует увеличению давления получаемого пара. Поэтому развитие котлостроения пошло путем использования водотрубных котлов, в которых дымовые газы омывают трубчатые поверхности снаружи, а вода движется внутри труб. Вначале использовались котлы с наклонным пучком труб, в настоящее время используются преимущественно вертикально-водо- трубные котлы (рис. 22.1, в , г). Пучки кипятильных труб 5 в верхней части подсоединяются к верхнему барабану /, в который подается питательная вода. Не заполненное водой пространство барабана служит для сбора образующегося пара. В нижней части пучки труб привариваются к коллекторным трубам 8 или к нижнему барабану 4. Пар, образовавшийся внутри труб, должен быть выведен в паровое пространство котла (верхний барабан). Это достигается многократной циркуляцией воды по циркуляционному контуру котла. Циркуляция может быть естественной (см. рис. 22.1, в) и многократной принудительной (см. рис. 22.1, г). В обоих случаях в трубах с интенсивным парообразованием движение должно быть восходящим. При поступлении пароводяной смеси в верхний барабан пар отделяется от воды и поступает в паровое пространство, а вода по опускным трубам 6 опускается в нижний барабан или в нижние коллекторные трубы.

Естественная циркуляция происходит благодаря разности плотностей воды в опускных трубах р в и пароводяной смеси р см в кипятильных трубах. Движущий напор естественной циркуляции Ар ав, Н/м 2:

где Н - высота парообразующей части подъемных (кипятильных) труб, м.

Движущий напор расходуется на преодоление всех сопротивлений, возникающих при движении воды и пароводяной смеси. Режим циркуляции характеризуется скоростью циркуляции, которая равна скорости воды на входе в подъемную трубу, и кратностью циркуляции. Кратность циркуляции равна отношению расхода циркулирующей воды и паропроизводительности контура. Скорость циркуляции обычно равна 0,5-1,5 м/с. Кратность циркуляции 10-50. Параметры циркуляции определяются с помощью гидравлического расчета системы. Циркуляция в котле с многократной принудительной циркуляцией осуществляется с помощью циркуляционных насосов 7. Кратность циркуляции 5-10. Разработаны также прямоточные котлы (рис. 22.1, д) с принудительным прямоточным движением воды, пароводяной смеси и перегретого пара. В таких котлах отпадает необходимость установки барабана, что позволяет увеличить давление и температуру получаемого пара и снизить металлоемкость. Однако использование прямоточных котлов ограничено из-за более высоких требований к качеству питательной воды.

Таким образом, паровые котлы могут быть газотрубными и водотрубными. Водотрубные котлы, в свою очередь, подразделяются на котлы с естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные. По паропроизводительности паровые котлы различают: малой производительности - до 7 кг/с; средней - 7-60 кг/с; большой - выше 60 кг/с. По давлению производимого пара различают: котлы низкого давления - до 1,4 МПа; среднего - 2,3-3,9 МПа; высокого - 9,8-13,7 МПа и сверхкритического - 25 МПа и выше.

Основные характеристики выпускаемых в РФ котлов стандартизованы . Каждый котел имеет свою маркировку в соответствии с ГОСТ 3619-82. Первая буква условного обозначения марки котла указывает тип циркуляции: Е - естественная циркуляция; Пр - принудительная циркуляция; А - прямоточный котел. Первое число указывает паропроизводительность в т/ч, второе - номинальное давление, третье - температуру перегрева пара. После чисел вводятся буквенные обозначения применяемого топлива (К - каменный уголь, Б - бурый уголь, М - мазут, Г - газ, С - сланцы, О - отходы, мусор, Д - другие виды топлива, МТ - многотопливные котлы) и тип топки (Р - слоевая топка, Т - камерная топка с твердым шлакоудалением, В - вихревая топка, Ц - циклонная топка, Ф - топка с кипящим слоем и т.п.).

Например, паровой котел с естественной циркуляцией паропро- изводительностью 10 т/ч с абсолютным давлением 1,4 МПа для производства насыщенного пара, со слоевой топкой для сжигания угля обозначается: котел паровой Е-10-1,4КР. Необходимо отметить, что до настоящего времени еще широко используются различные заводские маркировки котлов, прежде всего импортных.

Водогрейные котлы работают по прямоточной схеме. В общем случае водогрейный котел представляет собой набор последовательно соединенных теплообменных поверхностей, размещенных в топке и в газоходах в определенной последовательности, обеспечивающей наилучший тепловой режим.

До недавнего времени выпускались чугунные водогрейные котлы для котельных небольшой мощности (до 1,7 МВт) с температурой горячей воды до 115 °С и давлением 0,4 МПа. Котлы собирались из литых, полых чугунных секций, количество которых определяло мощность котла. Сборка обеспечивала необходимое направление движения воды и топочных газов. Марки и характеристики чугунных котлов приведены в .

В настоящее время выпускают преимущественно водотрубные стальные водогрейные котлы мощностью до 120 МВт с температурой воды до 150-200 °С и давлением 0,75-2,4 МПа. Маркировка водогг рейных котлов определена стандартом (ГОСТ 21563-93). Условное обозначение: КВ - котел водогрейный; Т - твердое топливо; М - жидкое (мазут); Г - газообразное и т.д. . Например марка КВ- ТР-10 обозначает котел водогрейный, на твердом топливе, мощностью 10 МВт (буквой Р обозначено наличие колосниковой решетки), а марка КВ-ГМ-20 - водогрейный газомазутный котел мощностью 20 МВт.

В России и других странах выпускается большое разнообразие стальных котлов, имеющих заводскую маркировку. Наряду с водотрубными, встречаются и газотрубные водогрейные котлы.