Паровой котёл — принцип работы и конструктивные особенности. Основные и вспомогательные элементы конструкции котла

На современном рынке представлены самые разнообразные модели отопительных котлов. Принципиальная разница между различными моделями — энергоноситель, который обеспечивает их работу. Это может быть газ, электричество, твердое топливо, жидкое топливо или их комбинации.

Однако устройство различных моделей очень сходно, отличаются только некоторые специфические нюансы.

Котел отопления — это ключевой элемент отопительной системы. Он может использоваться и для обеспечения горячего водоснабжения в доме. В зависимости от функциональности, он может быть одноконтурным или двух контурным. Первые предназначены исключительно для отопления, вторые — для отопления и подогрева воды.

Одноконтурные и двухконтурные отопительные приборы

В устройство одноконтурного прибора включен только контур с теплоносителем, который обеспечивает прогрев радиаторов в системе отопления. В качестве теплоносителя может выступать вода или антифриз. Чтобы обеспечить горячее водоснабжение, необходимо подключить к одноконтурному прибору специальный бойлер.

Если у вас установлен двухконтурный котел, то монтаж и подключение дополнительного бойлера вам не потребуются. Один из них обеспечит нагрев теплоносителя системы отопления, а второй — воды, которая будет подаваться в трубопровод горячего водоснабжения.

В большинстве случаев в качестве энергоносителя для отопительного котла используется газ. Популярность этого вида топлива связана с его относительной доступностью и невысокой стоимостью. Некоторые модели оборудования, работающего на газе, оснащены закрытой камерой сгорания. В таком случае для горения газа не будет использоваться воздух помещения. Такое устройство позволяет устанавливать оборудование в любом помещении дома, оборудование специальной отдельной котельной для этого вам не потребуется.

Вернуться к оглавлению

Основные и вспомогательные элементы конструкции котла

Распределение топлива может выполняться через специальный коллектор, а в целях безопасности прибор оснащается системой контроля пламени. Это позволяет предотвратить возникновение пожара или взрыва газа. Конструкция котла отопления включает в себя горелку со специальными стержнями для теплоотвода. Если речь идет не о газовом оборудовании, то на месте горелки располагается топка или нагревательный элемент, в зависимости от используемого энергоносителя. Корпус оснащен эффективным теплоизоляционным слоем, который позволяет использовать тепло с максимальной пользой.

Обязательно включает в себя такие элементы:

• система регулировки работы, включающая в себя индикатор давления и распределительные краны, позволяющие равномерно распределить подачу согретого теплоносителя как к приближенным к котлу радиаторам, так и к самым отдаленным;
• топка, горелка или пьезозажигалка;
• спираль, по которой движется теплоноситель;
• трансформатор розжига;
• главный выключатель.

Помимо приборов регулирования и нагревательных элементов, устройство отопительного оборудования включает в себя расширительный бак и циркуляционный насос. Первый предназначен для принятия теплоносителя, который увеличится в объеме после нагревания. Второй обеспечивает движение теплоносителя по системе.

Интересная конструкция у комбинированных приборов. Например, если котел может работать на газе и на дизеле, то для смены рабочего топлива достаточно выполнить замену головки. Комбинированные котлы уместны в том случае, если вы планируете в будущем переоборудовать отопительную систему и сменить основной вид используемого топлива. В таком случае вам не придется выполнять замену оборудования.

Современные отопительные приборы оснащены приборной панелью, которая позволяет без труда следить за исправностью работы прибора. Даже котлы для твердого топлива могут иметь такие панели, включающие индикаторы температуры, давления и прочее.

Таким образом, устройство современных отопительных котлов постоянно совершенствуется и становится все более функциональным. Благодаря этому эксплуатация любой модели котла значительно упрощается.

Здравствуйте! В зависимости от конструктивных особенностей парообразующих поверхностей нагрева различают газотрубные и водотрубные котельные агрегаты.

Газотрубный котлоагрегат представляет собой цилиндрический барабан, внутри которого параллельно оси размещаются 1-2 трубы диаметром d = 0,6-1 м (жаротрубные котлы) или большое количество труб малого диаметра d = 50-60 мм (котлы с дымогарными трубками). Дымовые газы из топки поступают внутрь труб, которые снаружи омываются кипящей водой. Образующийся водяной пар из верхней части барабана направляется в пароперегреватель или непосредственно потребителю. Эти котлоагрегаты имеют ряд существенных недостатков (большой удельный расход металла, ограниченная производительность, низкие параметры пара), поэтому применяются относительно редко.

Водотрубные котлы представляют собой водотрубные теплообменники с естественной или принудительной циркуляцией. Процесс парообразования в них происходит внутри труб, которые снаружи обогреваются дымовыми газами. Котлы с естественной циркуляцией выполняются главным образом в виде вертикально — водотрубных конструкций.

Особенностью этих установок является наличие одного или нескольких барабанов, к которым присоединяют вертикальные изогнутые трубы, образующие испарительные поверхности нагрева. Эти котлы имеют небольшой расход металла на единицу паропроизводительности и высокие параметры пара. На рис. 1. показан двухбарабанный вертикально — водотрубный котел ДКВР-2,5-13 с камерной топкой для сжигания природного газа.

Паропроизводительность котла 2,5 т/ч, давление пара 1,3 МПа, температура перегретого пара 350 °С.

Котлы этого типа имеют производительность от 2,5 до 35 т/ч, их устанавливают в котельных промышленных предприятий. Котел имеет верхний барабан 1 и нижний барабан 3, которые соединены вертикальными кипятильными трубами 2. В топочной камере 5 расположены два боковых экрана, которые образованы кипятильными трубами 6, соединяющими верхний барабан с нижними боковыми коллекторами 4.

Котельный агрегат высокого давления ПК-19 (паропроизводительность 120 т/ч, давление пара 10 МПа, температура пара 510 °С) предназначен для работы на антрацитовом штыбе и каменных углях (рис. 2.).

Особенность этого типа котлов состоит в том, что они имеют лишь один барабан с выносными циклонами для разделения воды и пара. Стены топки полностью покрыты экранными трубами.

Вода из барабана 1 и из выносных циклонов 2 опускается по трубам, расположенным снаружи обмуровки, в нижние коллекторы экранов. В конвективной шахте котельного агрегата, кроме двух ступеней водяного экономайзера 6, помещаются также две ступени воздухоподогревателя 7. Подаваемый вентилятором воздух проходит между трубами воздухоподогревателя последовательно через первую и вторую ступени, а газы - сверху вниз внутри труб. Подогретый воздух подается к горелкам, расположенным на боковых стенках топочной камеры. Сюда же вместе с первичным воздухом подается пыль из системы пылеприготовления.

Пароперегреватель котельного агрегата помещается в горизонтальном газоходе, соединяющем топку с конвективной шахтой. Пар из барабана котельного агрегата по трубам, идущим под потолочным перекрытием, направляется в пароохладитель 4 пароперегревателя 5, в котором за счет частичной конденсации пара питательной водой осуществляется регулирование температуры перегретого пара. Из пароохладителя пар поступает в змеевиковые трубы перегревателя и затем в выходной коллектор 3.

На рис. 3. представлена схема прямоточного двухкорпусного парогенератора сверхкритического давления марки ТПП-110 для блоков 300 тыс. кВт производительностью 950 т/ч с давлением пара 25 МПа, температурой перегретого пара 585 °С и промежуточным перегревом пара до 570 °С.

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку и состоит из двух рядом стоящих корпусов, идентичных по размерам и конфигурации. Они отличаются один от другого только тем, что в одном корпусе размещена большая часть первичного пароперегревателя, а в другом- меньшая его часть и весь вторичный пароперегреватель.

Общая высота котлоагрегата составляет 50 м. Топка этого агрегата состоит из камеры горения 1 с жидким шлакоудалением и с футерованными экранами и из камеры догорания 2 с открытыми вертикальными экранами 3. Выйдя из топки, дымовые газы проходят через пароперегреватель, состоящий из радиационной части 4 и конвективной части 6, и далее через конвективные поверхности нагрева котла (переходную зону 7, водяной экономайзер 8 и воздухоподогреватель 9).

Пар, подлежащий вторичному перегреву, из турбины поступает в радиационную часть 4 вторичного пароперегревателя, расположенного во втором корпусе котлоагрегата, затем направляется в обогреваемый первичным паром теплообменник 5, предназначенный для регулирования температуры пара, далее в конвективную часть пароперегревателя 6 и в турбину. Дополнительное регулирование температуры перегретого пара осуществляется впрыскивающими пароохладителями, а также изменением распределения количества сжигаемого топлива по топкам обоих корпусов.

Крупным парогенератором является котельный агрегат типа ТПП-200 (таганрогский, прямоточный, пылеугольный, модель 200) паропроизводительностью 700 кг/с (2500 т/ч), спроектированный для сжигания пыли АШ или природного газа. Парогенератор предназначен для обеспечения паром турбоагрегата мощностью 800 МВт.

Основные данные технической характеристики котельного агрегата ТПП-200 (рис. 4.) следующие: давление пара 25 МПа, температура первичного перегрева пара 565 °С, вторичного - 570 °С, температура питательной воды 271 °С, расход топлива 75,5 кг/с.

Котлоагрегат выполнен из двух симметричных корпусов. Топочная камера каждого корпуса имеет призматическую форму и разделена по высоте пережимом, образованным трубами фронтового и заднего экранов, на две части: предтопок 1 и камеру охлаждения 3.

В нижней части - предтопке сжигается топливо, в верхней охлаждаются дымовые газы. На фронтовой и задней стенах предтопка в два ряда установлены 24 пылегазовые горелки 2. Объемное тепловое напряжение предтопка 460 кВт/м3, а всей топки - 160 кВт/м3. Все стены пред-топка и камеры охлаждения экранированы. В верхней части камеры охлаждения расположен ширмовой пароперегреватель высокого давления 5.

В каждом корпусе имеются четыре пароводяных потока. По ходу воды включены водяной экономайзер 4, разделительная стенка, подвесная система конвективной шахты и топочные экраны. Последние в свою очередь состоят из последовательно включенных поверхностей: подовых панелей, панелей нижней радиационной части, двухсветных топочных экранов и панелей верхней радиационной части.

Особенность данного парогенератора состоит в газовом регулировании температуры промежуточного перегрева пара с помощью байпасного газохода и последовательно-параллельном включении воздухоподогревателей. Конвективная шахта каждого корпуса в плане разделена на три параллельных газохода. В центральном газоходе (байпасном) расположены два пакета водяного экономайзера, а в боковых газоходах - последовательно по ходу газов конвективный пакет пароперегревателя высокого давления 6 и два пакета пароперегревателя низкого давления (промежуточного перегрева) 7.

В котлоагрегате предусмотрено жидкое шлакоудаление. Предварительная очистка газов от летучей золы производится в батарейных прямоточных циклонах, а окончательная - в электрофильтрах. Каркас котлоагрегата металлический. Обмуровка стен топочной камеры и конвективной шахты облегченная, многослойная.

Конструкция котельного агрегата разработана в блочном исполнении. Это означает, что на монтажную площадку поставляются заводские блоки, количество которых только для поверхностей нагрева составляет 856 штук при максимальной массе одного блока 24,7 т. Исп. литература: 1) Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.

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.

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