Основное и вспомогательное оборудование котельной необходимо для эффективного обогрева и обеспечения помещений горячим водоснабжением.

К нему принято относить:

Топка;
пароперегреватель;
воздухоподогреватель;
водяной экономайзер;
обмуровка и каркас с площадками и лестницами;
гарнитура и арматура.

В его состав входят:

Питательные и тягодутьевые устройства;
оборудование для топливоподачи;
оборудование для водоподготовки;
система автоматизации;
контрольно-измерительные приборы.

Механизм работы

Помогает правильному функционированию всей системы. За счет горелочных устройств топливо в котле доставляется в топку с последующим сгоранием. Необходимый воздух сюда доставляется дутьевым вентилятором, а также может подсасываться через колосниковую решетку, если имеется естественная тяга. Подогрев воздуха воздухоподогревателем повышает эффективность и экономичность котельной. Дымовые же газы удаляются в атмосферу.

Сырая вода, перемещаясь через катионные фильтры, смягчается и направляется в деаэратор, в котором ликвидируются коррозионно-активные газы. Далее вода поступает в бак деаэрованной воды, забирается насосом и идет в паровой котел. После поверхностей нагрева вода собирается в верхнем барабане. Пар из котла направляется в паровой общекотельный коллектор, а потом идет уже потребителям. Следует особенно тщательно выбирать основное и любое вспомогательное оборудование котельной.

В процессе сжигания топлива не все объемы тепла, выделяемые в топке, эффективно применяются с целью нагрева воды или парообразования. Тепло частично теряется вместе с уходящими из котла газами, механическим и химическим недожогом. Важная задача - минимизировать данные потери. Тепловой баланс котла - это равенство направленного в котел тепла и задействованного, складываемое из использованного полезно тепла, необходимого для выработки горячей воды или пара, тепловых потерь от работы котельной установки. На один килограмм твердого или жидкого топлива тепловой баланс составляет один метр кубический газообразного топлива.

Вспомогательное оборудование котельных установок представляет собой:

• электрические фильтры;
• воздухоподогреватели;
• дымовые трубы.

Данные элементы являются основными деталями среди вспомогательного оборудования. Их установка происходит над котлом. Основное и вспомогательное оборудование котельной должно быть спроектировано за такими техническими схемами, которые позволят автоматизировать управление.

Установка котельной системы и безопасность

Во время постройки собственного дома, каждый тщательно планирует интерьер, старается провести качественно все работы и ремонт, и, конечно, установку котла. Оборудование котельной установки – важнейший этап для достижения полного комфорта в собственном жилье. К установке данной системы необходимо относиться ответственно, чтобы в будущем не оплачивать штрафы и ничего не переделывать.

Работы должны проводиться под строгим контролем специалистом, чтобы избежать и пожары, и взрывы.

Во избежание ремонта котельного оборудования и серьезных последствий, предусмотрен серьезный список услуг с установки и организации. Все начинается со сбора документов и заканчивается запуском отопительной системы для использования. Чтобы работа котла и всей системы проходила бесперебойно, надежно и экономически функционировала, все услуги по использованию установки и пусконаладочных работ котельного оборудования должен проводить высококвалифицированный специалист. Он должен иметь лицензию и разрешение на проведение подобных работ.

1. Предварительно проводится обвязка все отопительной системы.
2. Проверка на правильность работы всей системы, во избежание ремонта котельного оборудования и аварий.
3. Проведение финальной настройки оборудования для котельной.
4. Получение инструктажа от специалистов.

Обслуживание системы

Если установка, наладка котельного оборудования и котла была исполнена по всем нормам и правилам, во время использования все же могут возникнуть ситуации, которые потребуют дополнительного ремонта вспомогательных оборудований котельной установки. Самой частой причиной таких поломок становиться некачественная вода, которая не отвечает нормативам оборудования для котла. Наладка котла, ремонт, связанные с ним работы, достаточно расходное дело.

Рис. 1

Чтобы уменьшить расходы на ремонт котельных и котельного оборудования в будущем, строительство отопительной системы должны совершать компании, которые имеют широкий список услуг:

• Послегарантийное обслуживание построенного объекта.
• Реконструкция.
• Необходимый ремонт и наладка.

Главная задача собственника, проведение своевременного технического обслуживания помещения под котельную.

Основные (рис 1) и вспомогательные элементы системы отопления

Котельная – это комплекс приборов, который полностью готов к преобразованию химической энергии топлива на тепловую горячую энергию, либо пара необходимых параметров.

Производитель котельного оборудования предлагает следующие основные составляющие элементы:

• водяной экономайзер;
• воздухоподогреватель;
• каркас с лестницами и полками обслуживания;
• оправа;
• тепловая изоляция;
• обшивка;
• арматура;
• гарнитура;
• газоходы.

Оборудование для котельной (нуждается в наладке) имеет дополнительные установки любого производителя:

• вентиляторы;
• дымососы;
• питательные, подпиточные и циркуляционные насосы;
• водоподготовительные установки;
• системы передачи топлива;
• установка для улавливания золы;
• вакуумный золоудалитель.

Производители котельного оборудования разработали основную установки в мазутном хозяйстве во время сгорания газа газорегуляторный пункт или газорегуляторную установку.

Рис. 2

Наладка всей системы отопления, пусконаладочный процесс – залог бесперебойной работы и комфорта каждого.

1. Паровой котел установки. Это прибор, который состоит из топки, испарительных поверхностей. Основная его работа заключается в испарении пара, который был использован за пределами данного устройства. Не правильная наладка процесса провоцирует под давлением, которое выше атмосферного счета теплоты и выделяется во время сгорания топлива, выходить пару за пределы котла.
2. Водонагревательный котел. Этот теплообменный прибор, в котором основным источником тепловой энергии является вода.
3. Топочное устройство. Работа данного агрегата в сжигание топлива, превращая его энергию в теплоту.
4. Обмуровка котла. Данная система, предусмотрена производителями, чтобы выполнять работу по уменьшению тепловых потерь, обеспечения газовой плотности.
5. Казан. Это металлическая конструкция. Основная ее работа заключается в удерживании котла и отдельных нагрузок, обеспечении нужного взаимного размещения элементов котла.
6. Паровой перегреватель. Данный прибор повышения температуры пара выше температуры насыщения давления в котле. Производитель предусмотрел работу данной системы змеевиков, где полная наладка котельного оборудования подразумевает соединение на входе насыщенного пара с барабаном котла, а на выходе – с камерой перегретого пара.
7. Водяной экономайзер. Суть работы данного прибора заключается в его нагреве продуктами сгорания топлива, что, в свою очередь, частично подогревает или полного испаряет воду в котле.
8. Воздухоподогреватель. Основная его работа в подогреве воздуха продуктами сгорания топлива, прежде чем горючее попадет в топку котла.

Потребность ремонта в гарантийный срок

Детали для котла могут понадобиться и в тот момент, пока агрегат находится еще на гарантии.

Ремонт котельного оборудования возможен:

• работа по установке котла неверно проведена;
• использование агрегата не правильное;
• техническое обслуживание проводится не вовремя;
• перепады напряжения (можно приобрести стабилизатор, который устранит эту проблему);
• не качественный теплоноситель (на входном трубопроводе можно провести установку как фильтр для котла).

Рис. 3

Чтобы избежать ремонта котельного оборудования, все нюансы стоит обдумать наперед, нежели в срочном порядке решать проблему.

Поломка? Без паники

Конечно, если ремонт котельного оборудования понадобится перед отопительным сезоном, то это полбеды, а если в разгар холодов – главное не паниковать. Но и относиться к проблеме нужно с серьезностью, ведь может сбиться наладка котла и всей системы. Если поломка установки не серьезная, ремонт можно произвести самостоятельно. Но если есть сомнения в причинах и последствиях – ремонт стоит доверить профессионалу.

Успешная работа установки зависит не только от производителя, но и от выбора модели еще в магазине. От выбора зависит, справится ли агрегат с поставленными задачами и объемом работы – весь пусконаладочный процесс. Лучше, если компания, которая совершила продажу, имела сервисный центр где-то недалеко. Чтобы в любой момент могла помочь с пусконаладочным процессом, проводила осмотр и ремонт котла (рис 2).

Конечно, производитель котельного оборудования несет ответственность за свой товар, но хозяин должен проводить эксплуатацию по инструкции и правил, чтобы не совершались сбои в наладке установки и растраты на ремонт. Статистика компаний по ремонту котлов и систем отопления утверждают, что почти 70% причин поломки из-за не правильного использования и работы приборов, нарушения требований и норм. Поэтому, ремонт котельного оборудования случается, в основном, по вине не производителя, а потребителя.

Рис. 4

Наладка устройства и ремонт

Если человек не разбирается в ремонтных вопросах, то ему будет сложно понять этот процесс с котлами и приборами к нему.

В списке можно ознакомиться с наиболее часто встречающимися проблемами:

• Электронная плата. Этот прибор производитель наделил ответственностью за все процессы. Она регулирует прибор, включает и выключает его, контролирует, влияет на пусконаладочный процесс. Небольшой сбой в работе приведет к взрыву. Во избежание поломок, такой элемент лучше монтировать как стабилизатор напряжения.
• (рис 3). Если продажа котельного оборудования осуществилась с браком от производителя, не один пусконаладочный процесс не поможет. Проблема с работой установок возникает в первые месяцы эксплуатации. Для устранения недостатка придется полностью провести замену теплообменника. Но намного чаще встречается проблема забивания прохода различными отложениями и солями. Поток теплоносителя начинает уменьшаться, и однажды котел закипает. Во избежание ремонта и пусконаладочного процесса, необходимо уделять внимание качеству воды. А так же, во время продажи агрегата, обращать внимание на его качество, нет ли брака от производителя.
• (рис 4). Пусконаладочный процесс установки подразумевает беспрерывную работу данного насоса. Но если он отключиться, произойдет закипание котла. Агрегат отключиться благодаря предохранительному термостату (есть в продаже). Но проблема не исчезнет и ремонт обеспечен. Виной в поломке является теплоноситель – жидкость для котлов отопления. Насос может остановить по двум причинам: появление накипи; увеличение мусора в середине корпуса. Чтобы избежать данной неприятности, в продаже есть специальный фильтр, который устанавливается на входном патрубке.
• Газовая автоматика. Ремонт данного элемента котла практически не возможен. Обычно, данный компонент полностью меняют. Во избежание очередной наладки котла, данную поломку лучше предупредить, чем решать. В продаже встречается топливо низкого качества. Поэтому, чтобы предупредить поломку газовой автоматики стоит покупать горючее высокого качества и использовать чистую воду для теплоносителя.

Сегодня существует множество торговых точек, которые предлагают комплектующие для котлов. Стоит заметить, что известные брендовые, популярных фирм детали рекомендуются профессионалами всегда. Они качественные, имеют не сложный пусконаладочный процесс, наладка котла происходит достаточно быстро.

Котельная установка (котельная) - это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило - воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные - для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные - для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

2. Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.

Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).

В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.

Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.

Рис. 5. : 1 - циркуляционный насос; 2 - топка; 3 - пароперегреватель; 4 - верхний барабан; 5 - водоподогреватель; 6 - воздухоподогреватель; 7 - дымовая труба; 8 - центробежный вентилятор (дымосос); 9 - вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель

На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.

При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.

Рис 6.

Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.

Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.

Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.

Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

Рис. 7.

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

Рис. 9.

Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями - трубопроводами, газопроводами и др.

Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.

3. Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

Котлы с естественной циркуляцией;

Котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды - котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами - на рис. 11, а размещение в котельной - на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла - паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13.

Рис. 14.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15.

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из котла и вспомогательного котельного оборудования, размещенного в помещении котельной или вне ее границ и предназначенного для производства пара с необходимыми параметрами или для подогрева горячей воды, или того и другого одновременно.

В состав котла входят: топка, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка и каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура.

К вспомогательному оборудованию для отопительного котла относятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливодоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации.
Технологический процесс получения пара в отопительном котле осуществляется в следующей последовательности. Топливо в котле при помощи горелочных устройств вводится в топку котла, где и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топку дутьевым вентилятором или подсасывается через колосниковую решетку — при естественной тяге.

Для улучшения процесса сгорания топлива в отопительном котле и повышения экономичности работы котла воздух перед подачей в топку может предварительно подогреваться дымовыми газами в воздухоподогревателе.
Дымовые газы в отопительном котле, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Сырая водопроводная вода отопительного котла проходит через катионитовые фильтры, умягчается и далее поступает в деаэратор, где из нее удаляются коррозионно-активные газы (02 и С02) и стекает в бак деаэрованной воды. Из бака питательная вода забирается питательным насосом и подается в паровой котел.
Пройдя по поверхностям нагрева, вода нагревается, испаряется и собирается в верхнем барабане. Из котла пар направляется в общекотельный паровой коллектор и затем подается потребителям.

По назначению котельные установки разделяются на отопительные, производственно-отопительные и энергетические.

Котел — тепловой баланс

При сжигании топлива в котле не все количество тепла, которое выделилось в топке, полезно используется для нагрева воды или получения пара. Часть тепла теряется с уходящими из котла газами, с химическим и механическим недожогом и пр. Основная задача при эксплуатации котла заключается в снижении этих потерь до минимума.

Тепловым балансом котла называется равенство введенного в котел тепла и использованного, которое складывается из полезно использованного тепла, пошедшего на выработку пара (горячей воды), и тепловых потерь, возникающих в процессе работы котельной установки. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (жидкого) топлива или 1 м3 газообразного топлива.

Упрощенный тепловой баланс котла записывается в виде уравнения;
при сжигании твердого топлива, кДж/кгт
Qph = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6,
при сжигании жидкого и газообразного топлива, кДж/кг(м3)т
Qph = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5

Если обе части уравнений разделить на Qph и умножить на 100, то получим уравнения баланса, выраженные в процентах:
100 = д1 + д2 + д3 + д4 + д5 + д6,
100 = д1 + д2 + д3 + д4
В формулах Q1 ;q1 полезно использованное тепло.
Потери тепла:
Q1; д2 — с уходящими дымовыми газами;
Q2; д3 — от химической неполноты сгорания;
Q3; д4 — от механической неполноты сгорания;
Q4; д5 — через наружные ограждения обмуровки в окружающую среду:
Q5; д6 — с физическим теплом шлака.
Коэффициент полезного действия — полезно использованное в котле тепло:
Л = д1 = 100 — д2 — д3 — д4 — д5 – д6;
Л = д1 = 100 — д2 — д3 — д4
КПД котла зависит от величины тепловых потерь: чем потери меньше, тем КПД выше. Значение КПД может находиться в пределах Л = 0,93 — 0,7 (93-70 %),. а величина тепловых потерь для котлов малой мощности составляет: д2 = 12-15 %; д3 = 2-7 %; д4 = 1-6 %; д5 = 0,4-3,5 %; д6 = 0,5-1,5 %.

Тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами

Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

Классификация котельных

Тема 4.1. Тепловые схемы и компоновка оборудования котельных

Классификация котельных в зависимости от назначения и состава оборудования. Тепловые схемы котельных с паровыми, водогрейными и пароводогрейными котлами. Основное и вспомогательное оборудование производственных и отопительных котельных. Типовые компоновки котельных на газомазутном топливе.

Котельные представляют сложное техническое сооружение, состоящее из котельного агрегата и вспомогательного оборудования, и предназначенное для производства пара или горячей воды, или того и другого одновременно. По своему назначению котельные установки делятся на:

Þ энергетические – вырабатывающие пар для получения электроэнергии;

Þ производственно-отопительные – вырабатывающие пар на технологию и теплоснабжение;

Þ отопительные – вырабатывающие воду на теплоснабжение;

Þ смешанные – вырабатывающие пар на энергетику, технологию и теплоснабжение.

Котельные с водогрейными котлами могут сооружаться для отпуска теплоты только в виде горячей воды при сжигании твердого, газообразного и жидкого топлива. Жидкое топливо обычно поступает в автоцистернах, т.е. в разогретом состоянии. Эти котельные могут работать как на закрытую, так и на открытую систему теплоснабжения. При разработке и расчете тепловых схем с водогрейными котлами необходимо учитывать особенности их конструкции и эксплуатации. Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изготовителем.

Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, должна быть не менее 60 о С, малосернистых топлив не менее 70 о С и высокосернистых топлив не менее 110 о С.

Рисунок 4.1 – Тепловая схема котельной с водогрейными котлами:

1 – водогрейный котел; 2 – сетевой насос; 3 – насос сырой воды; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводоочистка; 6 – подпиточный насос; 7 – бак деаэрированной воды; 8 – охладитель деаэрированной воды; 9 – подогреватель химически очищенной воды; 10 – деаэратор; 11 – охладитель пара; 12 – рециркуляционный насос.

Для повышения температуры воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос.

В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако вакуумные деаэраторы требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.

Тепловая схема котельной с водогрейными котлами, работающей на закрытую систему теплоснабжения, представлена на рисунке 4.1.

Насос сырой воды 3 подает воду в подогреватель сырой воды 4 , где она нагревается за счет теплоты горячей воды. Подогретая вода направляется в химводоочистку 5 . Химически очищенная и подогретая вода подается в охладитель деаэрированной воды 8 , где нагревается, получая теплоту подпиточной воды. Дальнейший подогрев воды осуществляется в подогревателе химически очищенной воды 9 . Перед поступлением в деаэратор часть химически очищенной воды проходит охладитель пара деаэратора 11 .

Отпуск пара технологическим потребителям часто производится от котельных, называемых производственными. Эти котельные обычно вырабатывают насыщенный или слабо перегретый пар с давлением до 1,4 или 2,4 МПа. Пар используется технологическими потребителями и в небольшом количестве – на приготовление горячей воды, направляемой в систему теплоснабжения. Приготовление горячей воды производится в сетевых подогревателях, устанавливаемых в котельной.

Принципиальная тепловая схема производственной котельной с отпуском небольшого количества теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в закрытую систему теплоснабжения показана на рисунке 4.2.

Насос сырой воды подает воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20 – 30 о С в пароводяном подогревателе сырой воды и направляется в химводоочистку.

Рисунок 4.2 – Тепловая схема производственной котельной с паровыми котлами:

1 – паровой котел; 2 – расширитель непрерывной продувки; 3 – насос сырой воды; 4 – барботер; 5 – охладитель непрерывной продувки; 6 – подогреватель сетевой воды; 7 – химводоочистка; 8 – питательный насос; 9 – подпиточный насос; 10 – охладитель подпиточной воды; 11 – сетевой насос; 12 – охладитель конденсата; 13 – сетевой подогреватель; 14 – подогреватель химически очищенной воды; 15 – охладитель пара; 16 – атмосферный деаэратор; 17 – редукционно-охладительная установка.

Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированной воды и подогревается до определенной температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогревателе паром. Перед поступлением в деаэратор часть химически очищенной воды проходит через охладитель пара деаэратора.

Подогрев сетевой воды производится паром в последовательно включенных двух сетевых подогревателях. Конденсат от всех подогревателей направляется в деаэратор, в который также поступает конденсат, возвращаемый внешними потребителями пара.

Подогрев воды в атмосферном деаэраторе производится паром от котлов и паром из расширителя непрерывной продувки. Непрерывная продувка от котлов используется в расширителе, где котловая вода вследствие снижения давления частично испаряется.

В котельной с паровыми котлами независимо от тепловой схемы использование теплоты непрерывной продувки котлов является обязательным. Использованная в охладителе продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец.

Деаэрированная вода с температурой около 104 о С питательным насосом подается в паровые котлы. Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается из того же деаэратора, охлаждаясь в охладителе деаэрированной воды до 70 о С перед поступлением к подпиточному насосу.

Использование общего деаэратора для приготовления питательной и подпиточной воды возможно только для закрытых систем водоснабжения из-за малого расхода подпиточной воды в них.

В открытых системах теплоснабжения расход подпиточной воды значителен, поэтому в котельной следует устанавливать два деаэратора: один для приготовления питательной воды, другой – подпиточной воды. В котельных с паровыми котлами чаще всего устанавливают деаэраторы атмосферного типа.

Для технологических потребителей, использующих пар более низкого давления по сравнению с вырабатываемым котлоагрегатами, и для подогревателей собственных нужд в тепловых схемах котельных предусматривается редукционная установка (РУ) для снижения давления пара или редукционно-охладительная установка (РОУ) для снижения давления и температуры пара.

При значительных расходах теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и относительно малых расходах пара на технологические нужды обычно проектируются котельные с паровыми и водогрейными котлами. Строительство котельных с паровыми и водогрейными котлами экономически целесообразно только при общей теплопроизводительности котельной более 50 МВт.

При разработке тепловой схемы котельной с паровыми и водогрейными котлами возможны два варианта:

1. Двухступенчатый подогрев сетевой воды. При этом вода подогревается сначала в пароводяных подогревателях, а затем в водогрейных котлах.

2. Одноступенчатый подогрев сетевой воды. При таком способе подогрева горячая вода вырабатывается водогрейными котлами, а пар – паровыми.

На рисунке 4.3 представлена принципиальная схема котельной с паровыми и водогрейными котлами, обеспечивающая одноступенчатый подогрев сетевой воды. Связью между паровой и водогрейной частью котельной является химическая очистка питательной воды и паропроводы для обоих теплоносителей (пар и горячая вода). Так как котельная работает на открытую систему теплоснабжения, предусмотрена установка двух деаэраторов: одного для дегазации питательной воды, другого – для подпиточной воды. Оба деаэратора атмосферного типа.

Насос сырой воды подает воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20 – 30 оС в пароводяном подогревателе и направляется в химводоочистку. Химически очищенная вода разветвляется на два направления: первое – подогреватель, охладитель пара, деаэратор питательной воды, второе – охладитель подпиточной воды. Из деаэратора питательной воды питательным насосом вода подается в паровые котлы и на впрыск в РОУ.

Сетевой насос подает обратную воду в водогрейные котлы и затем нагретую – в подающую линию теплосети.

Рисунок 4.3 – Тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами:

1 – паровой котел; 2 – редукционная установка; 3 – деаэратор питательной воды; 4 – охладитель выпара деаэратора питательной воды; 5 - охладитель выпара деаэратора подпиточной воды; 6 – деаэратор подпиточной воды; 7, 9 – подогреватель химически очищенной воды; 8 – охладитель подпиточной воды; 10 – сетевой подогреватель; 11 – охладитель конденсата; 12 – водогрейный котел; 13 – рециркуляционный насос; 14 – сетевой насос; 15 – подпиточный насос; 16 – бак-аккумулятор; 17 – питательный насос; 18 – химводоочистка; 19 – подогреватель сырой воды; 20 – барботер; 21 – охладитель непрерывной продувки; 22 – насос сырой воды; 23 – расширитель непрерывной продувки.

Вода из расширителя поступает в охладитель продувочной воды и сбрасывается в продувочный колодец (барботер).

Пар от паровых котлов частично направляется к технологическим потребителям, частично к РОУ, после которой используется на собственные нужды и подается потребителям, требующим давление 0,6 МПа. Непрерывная продувка от паровых котлов направляется в расширитель, где котловая вода из-за снижения частично испаряется. Пар из расширителя поступает в деаэратор питательной воды.

К вспомогательному оборудованию котельной относятся различные подогреватели, насосы, аккумуляторные баки (при открытой системе теплоснабжения), редукционные и редукционно-охладительные установки.

В основном в котельных применяются теплообменники поверхностного типа. В зависимости от расположения трубной системы теплообменники разделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные теплообменники применяются в крупных паровых котельных для подогрева сетевой воды.

Горизонтальные теплообменники применяются для подогрева сырой и химически очищенной воды.

В качестве теплоносителя в этих теплообменниках используется пар или горячая вода.

Применяемые схемы включения деаэраторов представлены на рисунке 4.4.

В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако они требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.

На рисунке 4.4, а показан деаэратор, работающий при абсолютном давлении 0,03 МПа. Вакуум в нем создается водоструйным эжектором. Подпиточная вода после химводоочистки подогревается в водо-водяном подогревателе горячей воды из прямой линии с температурой 130 – 150 о С. Температура воды после деаэратора 70 о С.

На рисунке 4.4, б показана схема деаэрации при давлении 0,12 МПа, т.е. выше атмосферного. При этом давлении температура воды в деаэраторе 104 о С. Перед подачей в деаэратор химически очищенная вода предварительно подогревается в водо-водяном теплообменнике.

Рисунок 4.4 – Схемы включения деаэраторов:

а – вакуумного; б – атмосферного; в – атмосферного с охладителем деаэрированной воды.

При приготовлении воды для нужд горячего водоснабжения в котельных, работающих на закрытую систему теплоснабжения, используются различные схемы присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников. В настоящее время применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рисунке 4.5.

На рисунке 4.4, в показана схема деаэрации подпиточной воды, в которой после деаэрационной колонки вода поступает в охладитель деаэрированной воды, подогревая химически очищенную воду. Затем химически очищенная вода направляется в теплообменник, установленный перед деаэратором. Температура воды после охладителя деаэрированной воды около 70 о С.

Выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение Q Г.В к максимальному расходу теплоты на отопление Q О.

Рисунок 4.5 – Схемы присоединения местных теплообменников:

а – параллельное; б – двухступенчатое последовательное; в – смешанное.