В общем случае газовая котельная установка - это совокупность котла и вспомогательного оборудования. Она включает в себя следующие основные устройства: котлы, экономайзеры и воздухоподогреватели. Котлы являются ее главной частью. Котлы, в которых вырабатывается пар, называют паровыми ; предназначенные для выработки горячей воды - водогрейными ; вырабатывающие водяной пар и горячую воду одновременно - комбинированными . В котлах дымовые газы, образовавшиеся в топочном устройстве при сгорании газообразного топлива, омывают поверхность нагрева котла, отдавая ей часть заключенной в них тепловой энергии, и покидают котел с более или менее высокой температурой. Для дополнительного использования теплоты, содержащейся в дымовых газах, уходящих из котла, за ними устанавливают так называемые хвостовые поверхности нагрева - экономайзер, в котором подогревается питательная или сетевая вода, или воздухоподогреватель, в котором подогревается воздух, идущий на горение в топочное устройство. В зависимости от местных условий экономайзеры и воздухоподогреватели иногда не устанавливают или устанавливают только одно из названных устройств. Схемы и конструкции котлов, экономайзеров и воздухоподогревателей рассмотрены в разделе II.

Кроме перечисленного основного оборудования, теплогенерирующая установка должна иметь вспомогательное оборудование, в состав которого входят: тяговое устройство, дутьевая установка, питательные или сетевые насосы, устройства подготовки питательной воды, идущей на питание паровых котлов, или подпиточной воды, идущей на восполнение утечек в тепловой сети, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, средства регулирования и управления, устройства топливоподачи.

Тяговое устройство предназначено для создания разрежения в газоходах теплогенерирующей установки, необходимого для удаления в атмосферу охлажденных дымовых газов и преодоления сопротивлений при их движении в газоходах установки. К тяговым устройствам принадлежат дымососы (искусственная тяга) и дымовая труба (естественная тяга).

Дутьевая установка состоит из вентиляторов и воздуховодов, служащих для подачи воздуха в топку котельного агрегата.

Питательные насосы служат для подачи воды в паровой котел. В котельной устанавливают баки питательной воды, в которые поступает конденсат пара, возвращаемый от потребителя, и подводится добавочная вода, покрывающая потери пара у потребителя. Питательный насос забирает воду из этих питательных баков и подает ее в паровой котел.

Сетевые (циркуляционные) насосы устанавливают в водогрейных котельных. В таких установках трубопровод обратной воды отопительной системы присоединяют к сетевому насосу, который прокачивает воду через котел и затем по нагнетательному трубопроводу подает ее в отопительную систему. Таким образом, котел включается в контур циркуляции воды через отопительную систему.

Устройства для подготовки питательной или подпиточной воды включают в себя водозаборные устройства, установки хим-водообработки и деаэрации. В установке химводообработки умягчают (удаление соли жесткости, вызывающие отложение накипи на тепловоспринимающих поверхностях котла) исходную сырую воду, а в деаэраторе удаляют коррозионно-активные газы из химобработанной воды. Деаэрированная вода подается на питание паровых котлов питательными насосами и подпитку тепловых сетей подпиточными.

Для контроля и автоматического регулирования процессов, протекающих в котельной установке, служат приборы контроля и автоматики.

Котельную установку топливом (природным газом) обеспечивает оборудование топливоподачи, включающее в себя отвод от магистрального трубопровода и газорегуляторный пункт, в котором снижают давление газа от магистрального до необходимого для работы газовых горелок и поддержания давления газа на входе в горелку в заданных пределах.

Сепарационные устройства. Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверхвысокого давлений загрязнение пара обусловливается еще и дополнительным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые растворяются в паре.

Примеси, уносимые с паром, откладываются в пароперегревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделяются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специальных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естественного или механического разделения воды и пара.

Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Механический инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при резком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара.

На рис. 19.22 показаны принципиальные схемы сепарирующих устройств. На рис. 19.22,а показан принцип естественной сепарации. Гашение большой скорости потока пароводяной смеси, вытекающей из подводящих экранных труб, происходит в объеме воды, которая находится в барабане. Скорость пара в барабане над уровнем воды незначительна (0,3 - 0,5 м/с), что способствует сепарации капель воды и пара.

В схеме, показанной на рис. 19.22,б, пароводяная смесь направляется на сплошной отбойный щит. Вода стекает по листу, а пар поступает в паровое пространство и, проходя через пароприемный дырчатый лист, выводится из барабана. В этой схеме механическая сепарация сочетается с естественной в паровом объеме барабана.

Внутри барабанный циклон, показанный на рис. 19.22,г, служит для интенсивного закручивания потока пароводяной смеси. Под действием центробежных сил вода отбрасывается на стенку сепаратора и в виде пленки стекает в водяной объем.

Циклонный принцип сепарации отличается высокой эффективностью. При большой нагрузке парового объема барабана применяют выносные циклоны , к которым подключается часть труб испарительной поверхности котлоагрегата.

Рис. 19.22. Схемы сепарационных устройств.

а - погружной дырчатый щит: 1 - дырчатый щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; б - отбойные и распределительные щиты; 1 - отбойный щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; в - жалюзийный сепаратор; 1 - отбойный щит; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный дырчатый щит; г - циклонный сепаратор; 1 - циклон; 2 - пароприемный дырчатый щит.

Рис. 19.23. Схема промывки пара питательной водой.

1 - щит с промывочными корытами; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный щит; 4 - место отвода пара; 5 - место подвода питательной воды (5а - на промывку; 5б - под уровень); 6 - место подвода пароводяной смеси из испарительных труб; 7 - опускные трубы; 8 - дырчатый щит.

Выносные циклоны размещаются вне котлоагрегата (см. рис. 19.18).

Высокая степень очистки пара достигается при пленочной сепарации. Принцип пленочной сепарации основан на образовании устойчивой пленки при слиянии мельчайших капель воды в момент соприкасания потока влажного пара с каким - либо препятствием (вертикальная или горизонтальная плоскости и т.п.). Схема пленочного жалюзийного сепаратора, показанного на рис. 19.22,в, дает представление о методе пленочной сепарации. На стенках волнистых каналов образуется пленка воды, через потолочный дырчатый лист которая стекает вниз, а пар направляется к выходу из барабана.

Рассмотренные схемы методов получения чистого пара обеспечивают степень сухости х = 0,98 - 0,99. Для более тонкой очистки пара от примесей его очищают питательной водой. Схема промывки пара показана на рис. 19.23.

Перед промывкой пар проходит естественную сепарацию в паровом объеме, а затем барботирует через слой питательной воды, в которой содержится очень мало солей. В результате интенсивного массообмена соли задерживаются питательной водой. Унос капель питательной воды не представляет уже большой опасности для работы пароперегревателя.

Вспомогательное оборудование котельной установки - тягодутьевые устройства . Для нормальной работы котельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива и непрерывное удаление продуктов сгорания.

В современных котельных установках широко распространена схема с разрежением по газоходам. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоходы через неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах. Достоинство такой схемы - отсутствие выбивания и утечек дымовых газов в помещение котельной, так как воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газы удаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установках широко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся под давлением 3 - 5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами ; дымосос отсутствует. Основной недостаток этой схемы - трудности, связанные с обеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата.

При движении газов по газоходам возникают потери напора вследствие аэродинамического сопротивления трению и местных сопротивлений (трубные пучки, сужения, повороты и т. д.). Суммарная потеря напора на отдельном участке складывается из потери на трение ∆h тр и потери на преодоление местного сопротивления ∆ h мест, т. е.

здесь λ - коэффициент трения; l,d экв - длина и эквивалентный диаметр участка; р - плотность газа; w - скорость газа; § м - коэффициент местного сопротивления.

При движении газов в вертикальных газоходах необходимо учитывать естественный напор, возникающий вследствие разности плотностей горячих дымовых газов и окружающего воздуха. Этот напор, называемый самотягой (∆h сам), в подъемных газоходах направлен на преодоление сопротивлений, а в опускных препятствует движению и является отрицательной величиной.

В целом для котельной установки потери напора составляют

∆Н = ∆h т + ∑∆h тр + ∑∆h мест + ∆h сам (19.25)

где ∆h т - разрежение, поддерживаемое в верхней части топки (20 - 40 Па).

Величину ∆Н определяют по нормам аэродинамического расчета котельных агрегатов. Преодоление ∆Н осуществляется тягой, которая может быть естественной и искусственной. Естественная тяга создается дымовыми трубами, а искусственная - с помощью специальных центробежных вентиляторов (дымососов). Для мощных котлоагрегатов используют дымососы осевого типа. Естественная тяга обусловливается разностью плотностей горячих дымовых газов и холодного окружающего воздуха. Высота столбов горячих газов и холодного воздуха при этом принимается одинаковой (рис. 19.24).

Рис. 19.24. К расчету естественной таги, создаваемой дымовой грубой.

Максимальная тяга, создаваемая трубой, должна быть на 20% выше суммарной потери напора. Дымовые трубы бывают кирпичными, железобетонными и стальными. При высоте до 80 м наибольшее распространение получили кирпичные трубы, так как они дешевле, устойчивее по отношению к температурным колебаниям (по сравнению с бетонными) и не подвержены вредному влиянию сернистых газов, как стальные.

Высота трубы должна отвечать санитарно - техническим требованиям, которыми предусматривается определенный радиус рассеяния дымовых газов во избежание превышения допустимой запыленности ими атмосферы.

Для получения тяги необходимо увеличивать высоту трубы или температуру уходящих газов. Однако при использовании любого из этих способов необходимо иметь в виду, что высота трубы ограничена ее стоимостью и прочностью, а температура газов - оптимальным значением КПД котельной установки. Поэтому большинство современных котельных установок оборудуют искусственной тягой, для создания которой применяют дымосос, преодолевающий сопротивление газового тракта. В этом случае высоту трубы выбирают в соответствии с санитарно - техническими требованиями.

Мощность привода дымососа, кВт, можно рассчитать по формуле

где V д - производительность дымососа,м 3 /с; Н д - (∆Н - ∆h caм) β 2 - разрежение, создаваемое дымососом, Па (здесь ∆Н - сопротивление газового тракта, Па; ∆h сам - самотяга дымовой трубы, Па); β 2 = 1,1 ÷ 1,2 - коэффициент запаса по создаваемому разрежению; β 3 - коэффициент запаса по мощности, равный 1,1; ȵ д - КПД дымососа.

Величина V д определяется по равенству

V д - V r В р Т д.тр β 1 /273, (19.27)

где Vr - расход газов, м 3 /м 3 ; В р - расход топлива, м 3 /с (кг/с); Т д.тр - температура газов на входе в дымовую трубу, К; β 1 - 1,05 ÷ 1,1 - коэффициент запаса по производительности.

Напор воздуха, создаваемый вентилятором, также следует определять на основании аэродинамического расчета воздушного тракта (воздуховодов, воздухоподогревателя, горелочного устройства и т.д.).

Максимальный напор вентилятора должен быть на 10% больше β2 = 1,1) потерь напора в воздушном тракте котельного агрегата. Мощность привода дутьевого вентилятора , кВт, определяют по формуле

N в = V вз Н в β 3 10 -3 /ȵ в (19.28)

где V вз - расход воздуха, м 3 /с; Н в = ∆Нβ 2 - напор вентилятора, Па (здесь ∆ Н - потеря напора в воздушном тракте, Па; β 2 = 1,1 - коэффициент запаса по создаваемому напору); β 3 = 1,1 - коэффициент запаса по мощности.

Величина V вз определяется по равенству

где β 1 = 1,05 - коэффициент запаса по производительности; V 0 - теоретическое количество воздуха, м 3 /м 3 (м 3 /кг); α т + α а = α вз - коэффициент избытка воздуха; Т вз - температура воздуха перед вентилятором; Н баром - барометрическое давление, кПа.

Вспомогательное оборудование котельной установки - основы водоподготовки . Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь, на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от потребителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвращаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанного пара.

В производственных котельных основная безвозвратная потеря - это загрязненный конденсат пара, потребляемого в технологических процессах. Очистка этого конденсата от попавших в него примесей органических и минеральных веществ экономически невыгодна. Величина этой потери зависит от характера производства, где используется пар. Например, потеря конденсата на предприятиях машиностроительной промышленности составляет 20%, промышленности строительных материалов - 30, химической - 40, нефтеперерабатывающей - 50%. В отопительных котельных доля конденсата, не возвращаемого потребителем тепла, может меняться в широких пределах - от нескольких процентов до 100% в зависимости от схемы теплоснабжения и характера теплового потребления. Другая часть потери конденсата утечки в теплотрассах (0,5 - 1%). Кроме того, определенная часть воды (5 - 7%) выводится из котлоагрегата при непрерывной продувке.

Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добавки воды из какого - либо источника. Эта вода должна быть соответствующим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной, смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды - питательной, а вода, которая циркулирует в контуре котла, - котловой.

От качества питательной воды зависит нормальная работа котельных агрегатов. Физико - химические свойства воды характеризуют следующие показатели: прозрачность, содержание взвешенных веществ, сухой остаток, солесодержание, окисляемость, жесткость, щелочность, концентрация растворенных газов (СО 2 и О 2).

Прозрачность характеризуется наличием взвешенных механических и коллоидных примесей, а содержание взвешенных веществ определяет степень загрязнения воды твердыми нерастворимыми примесями. Содержание взвешенных веществ измеряется в мг/л. Сухой остаток является одним из основных показателей, по которому судят о пригодности воды для питания котельных агрегатов. Сухой остаток - это остаток после выпаривания лабораторной пробы воды, высушенный при 110 - 120 °С. Он содержит коллоидные и растворенные неорганические и органические примеси в воде. Единица измерения сухого остатка - мг/кг.

Солесодержание воды характеризуется общей концентрацией в воде катионов (Na+; К+; Mg 2 +) и анионов (НСО 3 ; SO 2 4 ; Cl; SiO 2 3). Солесодержание определяет степень минерализации воды в мг/л. Окисляемость характеризует концентрацию находящихся в воде органических примесей. Подсчитывают окисляемость по количеству кислорода (мг/л), необходимого для окисления (при определенных условиях) органических примесей, содержащихся в 1 кг воды. Жесткость воды - весьма важный показатель ее качества. Она характеризуется содержанием в ней ионов кальция и магния (Са 2 +; Mg 2 +). Различают жесткость общую Ж 0 , карбонатную Ж к и некарбонатную Ж нк. Общая жесткость Ж 0 характеризуется суммарной концентрацией ионов Са и Mg, т.е. Ж 0 = ЖCа + ЖMg. Карбонатная жесткость Ж к обусловлена присутствием бикарбонатов Са(НСО 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 . Карбонатная жесткость - временная, так как при кипячении бикарбонаты разлагаются с выделением СO 2 и твердых осадков СаСO 3 и Mg(OH) 2 (шламов). Некарбонатная жесткость обусловлена наличием в воде всех остальных солей кальция и магния (CaSO 4 ; MgSO 4 ; СаСl 2; MgCl 2 и др). Некарбонатная жесткость Ж нк иногда называется постоянной, так как простым кипячением разложить указанные соли не удается в силу их свойств. Следовательно, Ж 0 = Ж к + Ж нк.Обычно Ж нк определяют как разность Ж нк = Ж о - Ж к.

Жесткость воды принято измерять в мг-экв/кг или мкг-экв/кг (1 мг-экв = 103 мкг/экв). По величине общей жесткости природную воду делят на три группы: мягкую с Ж 0 < 4 мг-экв/кг; средней жесткости с Ж 0 = 4 ÷ 7 мг-экв/кг и жесткую с Ж 0 > 7 мг-экв/кг. Например, для котлов ДКВр при давлении до 2,4 МПа допускают общую жесткость воды не более 0,02 мг-экв/кг.

Щелочность воды характеризуется содержанием бикарбонатных НСO 3 , карбонатных СО з и гидроксильных ОН - ионов. Величина щелочности измеряется в мг-экв/кг. В природных водах щелочность обусловлена в основном наличием бикарбонатных ионов.

При работе котельного агрегата происходит непрерывное накопление вредных примесей в котловой воде вследствие ее упаривания и притока солей с питательной водой. В паре, выходящем из котла, примесей, как правило, нет (исключение составляют соли кремния в паре при высоких давлениях).

Миллиграмм - эквивалентом называется количество вещества в миллиграммах, численно равное его эквивалентной массе, представляющей собой частное от деления молекулярной массы вещества на его валентность в данном соединении.

Примеси остаются в котловой воде и вызывают нежелательные последствия, если не принять соответствующих мер по предварительной обработке добавочной воды.

Наиболее вредными примесями являются накипеобразователи - соли кальция и магния, характеризующие некарбонатную жесткость, а также коррозионно-активные растворенные газы O 2 и СO 2 . Накипью называется механически прочный слой отложений накипеобразователей на внутренних стенках поверхностей нагрева.

Попадание механических примесей и солей карбонатной жесткости в котельный агрегат нежелательно из - за образования в испарительном контуре так называемых шламов - рыхлых соединений, которые необходимо периодически удалять. Отложение накипи и шлама отрицательно сказывается на работе котлоагрегата. Теплопроводность накипи и шлама незначительна по сравнению с теплопроводностью металлических стенок. Поэтому накипь и шлам увеличивают термическое сопротивление процессу теплопередачи от газов к воде, что приводит в ряде случаев к недопустимому повышению температуры стенок труб и снижению их механической прочности. Увеличение термического сопротивления повышает также расход топлива, что снижает экономичность работы котлоагрегата.

Растворенные в воде газы (О 2 и СО 2) при высоких температурах обладают высокой коррозионной активностью. Коррозия металла стенок труб приводит к уменьшению их толщины и, следовательно, механической прочности.

Щелочность воды несколько снижает интенсивность коррозионных процессов, но с увеличением щелочности наблюдается вспенивание воды в барабанах и возможен унос пены с паром.

Присутствие в воде органических соединений также нежелательно. Высокая окисляемость воды затрудняет ее обработку и удаление минеральных солей, повышает пенообразование. Следовательно, к качеству питательной воды предъявляются определенные требования, которые зависят от типа котельного агрегата (барабанный, прямоточный, водогрейный) и давления вырабатываемого пара.

Существуют два способа обработки воды - докотловая и внутри котловая. Докотловая обработка воды предусматривает комплекс мероприятий, обеспечивающих установленные нормы качества питательной воды. Для поддержания требуемого качества котловой воды в установленных пределах одной докотловой обработки бывает иногда недостаточно (например, для питания барабанных котлоагрегатов высокого и сверхвысокого давлений) из - за несовершенства применяемых методов и аппаратов. В этом случае дополнительно применяется внутри котловая обработка воды, при которой в барабан котлоагрегата вводят химические реагенты (фосфаты). Фосфаты вступают в химические реакции с солями, содержащимися в котловой воде, и образуют малорастворимые рыхлые соединения, которые выводятся из котлоагрегата.

Для прямоточных котлоагрегатов применяют только докотловую обработку добавочной воды. Несмотря на предварительную подготовку питательной воды, для поддержания допустимой по нормам концентрации солей в котловой воде и предотвращения отложений шлама котел продувают, т.е. удаляют из него часть котловой воды. При этом различают периодическую и непрерывную продувку паровых котлов. Периодическая продувка служит преимущественно для удаления шлама из контура котлоагрегата. Непрерывная продувка применяется главным образом для удаления растворенных в воде примесей и получения более чистого пара. Количество продувочной воды, выводимой из котлоагрегата, обычно определяют (или задают) в процентах к производительности агрегата (не более 5 - 6%).

Непрерывная продувка осуществляется из барабана котла (в двухбарабанных котлах - из верхнего) на уровне ввода пароводяной смеси, где солесодержание обычно бывает максимальным. Периодическая продувка производится из нижних коллекторов котла, где скапливается шлам. В двухбарабанных котлах периодическая продувка осуществляется также из нижнего барабана.

Докотловая подготовка воды должна обеспечивать ее осветление (удаление взвешенных частиц), умягчение, снижение щелочности и солесодержания, а также удаление растворенных газов (О 2 и СО 2). Крупные взвешенные вещества удаляют отстаиванием, мелкие - фильтрацией. Для фильтров используют песок, дробленую мраморную крошку, антрацит. Для удаления коллоидных и органических веществ воду перед фильтрованием обрабатывают коагулянтом, т.е. веществом, которое способствует укрупнению взвешенных веществ (соли железа FeSО 4 и FeCl 2 или сернокислый алюминий A 12 (SО 4) 3 . При использовании городской водопроводной воды операции осветления и коагуляции отпадают.

Умягчают воду, т.е. снижают ее жесткость, путем удаления из воды катионов Са 2 + и Mg 2 + еще до поступления ее в котел (докотловая обработка воды). Умягчение осуществляют термическим или химическим методами. Термический метод основан на разложении бикарбонатов кальция и магния при нагревании до 360 - 375 К. Образующиеся при этом труднорастворимые вещества (CaCО 3 , Mg(OH) 2)выпадают в осадок.

В настоящее время основной метод умягчения воды - метод катионного обмена. Сущность его заключается в том, что добавляемую воду пропускают через специальные аппараты - катионитовые фильтры, заполненные материалами, которые участвуют в катионном обмене с солями жесткости. В этих материалах присутствуют катионы натрия (Na+), аммония (NH+), водорода (Н+). Катионы солей жесткости замещают катионы в материале фильтра. Таким образом, катионы, входящие в состав соединений материала фильтра, поступают в обрабатываемую воду, а катионы солей жесткости задерживаются этим материалом. Катионы, перешедшие в воду, уже не являются накипеобразователями.

В качестве катионитовых материалов в производственно - отопительных котельных используют сульфоуголь (каменный и бурый, обработанный концентрированной серной кислотой), который насыщается катионами Na+, NH 4 + или Н+.

Рис. 19.25. Схема водоподготовительной установки.

1 - солерастворитель; 2, 3 - катионитовые фильтры; 4 - теплообменник: 5 - дырчатые листы (тарелки); 6 - деаэратор; 7 - питательный насос; трубопроводы; I - Добавочной сырой воды; II -умягченной воды; III - удаления парогазовой смеси; IV - возвращаемого конденсата; V - пара; VI - питательной воды; VII - слива в дренаж.

В зависимости от качества исходной и питательной воды применяют - различные методы катионирования: натрий-катионирование (Na-катионирование), аммоний - катионирование (NH 4 -катионирование), водород - катионирование (Н-катионирование). Используют также и комбинированные методы, которые осуществляются по трем схемам - последовательной, параллельной, совместной.

В отопительно - производственных котельных широко применяется схема совместного Na - NН 4 -катионирования. С течением времени катионит насыщается катионами кальция и магния и его активность снижается. Для восстановления утраченных обменных свойств катионит подвергают регенерации, обрабатывая его слабым раствором H 2 SO 4 , NaCl или NH 4 C 1 (в зависимости от вида обменного иона). Подробно методы умягчения воды, описание и расчет различных схем изложены в специальной литературе.

Растворенные в воде кислород, двуокись углерода и воздух вызывают коррозию стенок котла, поэтому газы удаляют из воды путем ее дегазации. Из всех известных способов дегазации воды наиболее распространен термический. Этот способ основан на свойстве газов O 2 и СO 2 снижать степень растворимости по мере повышения температуры воды вплоть до кипения, когда при нулевых парциальных давлениях O 2 и СO 2 их растворимость падает до нуля.

На рис. 19.25 показана принципиальная схема водоподготовительной установки (катионитовое умягчение и дегазация).

Добавочная вода из водопровода поступает в Na-катионитовый фильтр, где задерживается большая часть солей, характеризующих жесткость воды. В схеме имеются два катионитовых фильтра. Один фильтр, например 2, находится в работе, а в другом 3 проходит регенерация катионита. Слабый раствор NaCl (6 -10%-ный) подается в фильтр 3 из солерастворителя 1. Умягченная вода подается в деаэратор (дегазатор), где из нее удаляются растворенные газы.

Перед деаэратором воду подогревают горячей водой или паром в теплообменнике, с целью экономии расхода пара на деаэрацию. В верхнюю часть (головку) деаэратора подают очищенную воду и конденсат, возвращаемый в котельную. Проходя через дырчатые листы, вода разбивается на мелкие струи для увеличения площади поверхности контакта с паром, который подается вниз головки. Вода нагревается до кипения, растворенные газы при этом из нее удаляются через патрубок, установленный в верхней части головки. В деаэраторах атмосферного типа поддерживается давление 0,115 - 0,12 МПа, что соответствует температуре насыщения 376 - 377 К.

Подобного типа деаэраторы применяют в котельных низкого и среднего давлений. Они обеспечивают полное удаление кислорода и резко снижают содержание СО 2 в питательной воде. На тепловых станциях с котлами высокого давления используют деаэраторы повышенного давления (0,6 МПа).

Число и производительность деаэратора (по воде) в отопительно - производственных котельных определяют по количеству питательной воды и количеству воды для подпитки тепловых сетей. Запас воды в баках деаэраторов должен быть на 20 - 30 мин при максимальном ее расходе. Запас воды в баках деаэраторов на ТЭЦ должен быть не менее чем на 15 мин работы при максимальном расходе.

В водогрейных котельных применяют деаэраторы вакуумного типа, в которых поддерживается разрежение 0,02 - 0,03 МПа, что соответствует температуре кипения 330 - 340 К. Нагрев воды в них осуществляется от сети горячего водоснабжения.

Нарушение в бесперебойном обеспечении котельного агрегата питательной водой может привести к серьезным авариям. Воду в котельный агрегат подает питательный насос. Каждая котельная установка в соответствии с правилами Госгортехнадзора должна иметь два насоса - основной, или рабочий, и резервный. В качестве основного насоса устанавливают обычно многоступенчатый центробежный насос с электрическим приводом. Резервным служит поршневой насос с приводом от паровой машины. На крупных ТЭЦ в качестве резервных применяют центробежные насосы с приводом от небольшой паровой турбины (турбонасосы).

Подача каждого насоса должна быть не менее 110% номинальной производительности котельной, а напор, создаваемый питательным насосом, должен превышать давление в барабане котла на величину суммарного гидравлического сопротивления питательной линии (включая экономайзер). Напор определяют по формуле

Н = р к.а + Н сопр (19.30)

где р к.а - давление в барабане котлоагрегата; Н сопр - потеря напора в питательной линии (обычно Н сопр = 0,З ÷ 0,4 МПа).

Мощность привода питательного насоса N, кВт, находят по выражению

N = 1,1 D ном Н10 -3 /ȵ н (19.31)

где 1,1 - коэффициент запаса; D ном - номинальная производительность котельной, м 3 /с; Н - полный напор насоса, Па; ȵ н - КПД насоса; для центробежных насосов ȵ н = 0,5 ÷ 0,7 (в зависимости от производительности).

Вспомогательное оборудование котельной установки - топливоподача . Для нормальной и бесперебойной работы котельных установок требуется, чтобы топливо к ним подавалось непрерывно. Процесс подачи топлива складывается из двух основных этапов: 1) подача топлива от места его добычи на склады, расположенные вблизи котельной; 2) подача топлива со складов непосредственно в котельные помещения. Первый этап осуществляется с помощью железнодорожного или водного транспорта или автосамосвалами; на втором этапе для перемещения топлива используют узкоколейные вагонетки вместимостью до 1,5 м 3 , ленточные конвейеры, автопогрузчики, фуникулеры, тельферы и другие устройства, механизирующие этот процесс.

Склады для твердого топлива, как правило, устраивают открытыми и вместимость их рассчитана обычно не более чем на двухмесячный запас. Топливо на этих складах хранят в виде штабелей. Во избежание самовозгорания высота штабеля торфа не должна превышать 1,5 м. Размеры штабелей других видов твердого топлива не нормируют.

Хранилища для жидкого топлива представляют собой стальные (наземные) и бетонные (подземные) резервуары объемом 100 м и более. Расположены они вне котельных. Предпочтительнее использовать бетонные хранилища. Мазут на склады доставляют в железнодорожных цистернах. С помощью пара, подаваемого специальными шлангами, мазут в цистернах подогревают до 340 - 350 К и сливают в лоток, дно которого также обогревается паропроводами. По лотку мазут поступает в хранилища, которые соединяются с насосной станцией, оборудованной фильтрами, и подогревателями мазута. Схема мазутного хозяйства котельной приведена на рис. 19.26.

Газообразное топливо подают в котельные по газопроводам. В зависимости от давления газа трубопроводы могут быть низкого давления (до 0,5 кПа), среднего (от 0,5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). На рис. 19.27 приведена схема газорегулирующего пункта для подачи газа к горелкам котлоагрегатов.

После ввода газопровода в котельную на нем устанавливают отключающую задвижку газовой сети, манометр 2 и отключающую задвижку 1 газовой сети котельной. Затем устанавливают фильтр 3, предохранительный клапан 4 и регулятор давления 5, поддерживающий давление газа перед горелками на требуемом уровне. В исключительных случаях можно отбирать газ помимо регулятора. При непредвиденном повышении давления газа перед горелками сверх установленного значения срабатывает сбросной предохранительный клапан 6 и газ отводится в атмосферу через продувочную свечу 12, установленную над крышей здания котельной. Расход газа учитывает счетчик 7. Газорегулирующий пункт может быть смонтирован как в помещении самой котельной, так и вне ее.

Очистка дымовых газов и удаление золы и шлака. При сгорании твердого топлива образуется много золы.

Рис. 19.26. Схема мазутного хозяйства котельной.

1 - железнодорожный путь для цистерны; 2 - сливной поток; 3 - мазутный бак; 4 - змеевики для подогрева мазута в баке; 5 - дренажный приямок; 6 - паровой насос; 7 - мазутный приямок; 8 - воздушный колпак; 9 - фильтр; 10 - подогреватели мазута; 11 - мазутопровод; 12 - котельные агрегаты; 13 - форсунки; 14 - мазутная магистраль.

При слоевом процессе сжигания основная часть минеральных примесей топлива (60 - 70%) превращается в шлак и проваливается через колосниковые решетки в зольник. В пылеугольных топках большая часть (75 - 85%) золы уносится из котлоагрегатов с дымовыми газами. Выброс сильно запыленных газов через трубу в атмосферу не допускается из - за загрязнения окружающего воздушного бассейна и ухудшения санитарно - гигиенических условий в населенных пунктах, расположенных вблизи котельной. Кроме того, зола вызывает абразивный износ лопаток дымососов. Все эти причины вызывают необходимость улавливать золу из дымовых газов.

В настоящее время в котельных применяют следующие типы золоуловителей : 1) инерционные механические; 2) мокрые; 3) электрофильтры; 4) комбинированные.

Инерционные (механические) золоуловители работают по принципу выделения золовых частиц из газового потока под влиянием сил инерции (при резком изменении направления движения потока, при закручивании газового потока и т. д.).

Рис. 19.27. Принципиальная схема газорегулировочного пункта.

1 - задвижка; 2 - манометр; 3 - фильтр; 4 - предохранительно - запорный клапан (ПЗК); 5 - регулятор давления; 6 - предохранительный сбросной клапан (ПСК); 7 - счетчик; 8 - термометр; 9 - жидкостный манометр; 10 - линия к котлам; 11 - сбросная линия от ПСК; 12 - продувочная свеча; 13 - импульсная линия.

На рис. 19.28 показана схема циклонного золоуловителя. Вследствие тангенциального входа в циклон пылегазовый поток получает вращательное движение, в результате чего частицы золы отбрасываются центробежными силами к стенке корпуса, выпадают из потока и ссыпаются в бункер. Поскольку центробежная сила, с которой отбрасываются частицы золы, при прочих равных условиях будет тем больше, чем меньше радиус циклона, в последнее время предпочитают вместо одного циклона строить батарейные циклоны из нескольких десятков мелких циклонов. Недостаток циклонных золоуловителей - относительно большое (до 40% в однокорпусных и до 20% в батарейных) просачивание мельчайшей пыли в дымовые газы за циклоном. Этот тип золоуловителей используют в отопительно-производственных котельных с расходом дымовых газов до 50 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям.

В настоящее время широко применяются золоулавители мокрого типа. Частицы золы из потока выделяются под действием сил инерции. Стенка золоуловителя смачивается пленкой воды, которую вводят в уловитель через различные разбрызгивающие устройства. На рис. 19.29 показана схема мокрого золоуловителя (скруббера) с нижним тангенциальным подводом запыленного газа.

Уловленная зола и загрязненная вода удаляются из нижней части, а очищенные газы - из верхней части корпуса скруббера. Золоуловитель мокрого типа применяют в котельных с расходом дымовых газов более 100 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям при условии, что приведенное содержание летучей серы S рл.п ≤ 1%.

Принцип действия электрофильтров заключается в том, что запыленные газы проходят через электрическое поле, образуемое между стальным цилиндром (положительный полюс) и проволокой, проходящей по оси цилиндра (отрицательный полюс). Основная масса частиц золы получает отрицательный заряд и притягивается к стенкам цилиндра, незначительная же часть частиц золы получает положительный заряд и притягивается к проволоке. При периодическом встряхивании электрофильтра электроды освобождаются от золы. Расход электро - энергии невелик (0,1 - 0,15 кВт на 1000 м 3 газа), но высокое напряжение (до 90 000 В) требует особой осторожности при обслуживании электрофильтров. Электрофильтры применяют в котельных с расходом дымовых газов более 70 000 м 3/ ч, отнесенных к нормальным условиям.

Комбинированные золоуловители являются двухступенчатыми, при этом работа каждой ступени основана на различных принципах.

Чаще всего комбинированный золоуловитель состоит из батарейного циклона (первая ступень) и электрофильтра (вторая ступень).

Рис. 19.28. Циклонный золоуловитель. а - схема циклона; б - общий вид батарейного циклона; в - улитка циклона; 1 - циклон; 2 - спираль улитка; 3 - входной коллектор; 4 - крышка; 5 - выхлопная труба; 6 - корпус циклона; 7 - буккер сбора золы и пыли.

Рис. 19.29. Схема центробежного скруббера конструкции ВТИ

1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - клапан; 4 - коллектор подвода воды; 5 - оросительные сопла.

Эффективность работы золоуловителей оценивают по величине коэффициента очистки (обеспыливания).

ɛ = S у /S д 100%

где S y , S д - содержание золы в газах соответственно после уловителя и до него.

Однокорпусные циклонные уловители имеют ɛ = 40 ÷ 50%, для батарейных циклонов ɛ = 75 ÷ 85%, у мокрых золоуловителей ɛ = 90 ÷ 94%, у электрофильтров ɛ = 90 ÷ 95%; при комбинированной очистке ɛ = 98%.

Процесс золошлакоудаления можно разделить на две основные операции: очистка шлаковых и зольных бункеров и транспортировка золы и шлака на золоотвалы или заводы шлакобетонных изделий.

Существуют три способа удаления очаговых остатков:

1. механический - с использованием различных механизмов - скреперов, подъемников, шнеков, шлаковыгружателей и т.д.;
2. пневматический, основанный на способности воздушного потока перемещать сыпучие материалы;
3. гидравлический, являющийся наиболее совершенным в отношении механизации процесса.

Сущность его состоит в том, что шлак и зола после выгрузки из топок и газоходов смываются в каналы и выносятся по ним к центральному пункту. Оттуда с помощью струи гидроэлеватора под давлением до 2,5 МПа шлак дробится и вместе с золой нагнетается по трубопроводам к отвалам. Способы очистки продуктов сгорания топлива от серосодержащих соединений и от окислов азота в настоящее время находятся еще в стадиях лабораторной и опытно - промышленной проверок. Предельно допустимые суммарные концентрации этих соединений по нормам, принятым в России, составляют 0,085 мг/м 3 .

Котельный завод Энергия-СПБ производит котельно-вспомогательное оборудование котельных установок:

Транспортирование котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.

В настоящее время существует великое множество котельных систем отопления. Их будущий функционал обуславливает потенциальную комплектацию котельного оборудования, а список комплектующих подобных систем весьма и весьма внушителен. Данная статья расскажет Вам о котельном оборудовании для дома, его особенностях и предназначении в общей системе отопления.

Котёл

Сердце любой отопительной системы - котёл. Тепловой котёл - это устройство, представляющее собой закрытую структуру, где теплоноситель перенимает тепловую энергию у нагревательных элементов или тепло от горящего топлива.

Ниже приведён небольшой список важных особенностей котлов.

Тип топлива

В данный момент на рынке не составит труда найти котлы, приспособленные под жидкое, газовое, твердое топливо, а также под электричество.
Наибольшую популярность завоевали именно газовые котлы. Около 70% составляют именно они, что, впрочем, закономерно, с учётом распространённости газовых магистралей и невысокой стоимостью газа.

Следом гордо шествуют котлы дизельные. Важным фактором их использования является сменная горелка, которая позволяет использовать ее в котлах разных конструкций.

Твердотопливные котлы - самый старший представитель этих механизмов, их преимуществом является автономность от электроснабжения, а также высокая эффективность.

Замыкают перечень электрические отопительные котлы - встроенное Оборудование котельной в доме позволяет корректировать программу температуры, но самостоятельно они используются редко, чаще всего они выступают в роли резерва твердотопливных котлов, на случай прогорания топлива, что эффективно для небольших помещений.

Мощность

Параметр показывает эффективность установки того или иного котла в конкретных условиях. Для её расчёта требуется команда специалистов, сам процесс расчёта зависим от целого ряда факторов, начиная от размеров помещения и заканчивая назначением отапливаемых помещений.

Ещё одним важным параметром является количество контуров. Одноконтурный котёл способен прогревать помещение, но двухконтурный способен обеспечить приготовление горячей воды для бытовых нужд.

Метод установки

Напольные и настенные. Чаще всего эти параметры применяют к газовым котлам. Настенный вариант прекрасно экономит место в помещении, в то же время к ним часто применимо понятие одного или двух контуров. Одноконтурные системы обеспечивают дом теплом, а вкупе с бойлером косвенного нагрева и горячей водой, а двухконтурные способны обеспечивать небольшой дом горячей водой.

Стоит упомянуть универсальные варианты котлов. Примером служит котёл, имеющий камеру сжигания для твёрдого топлива и с дополнительным оборудованием котельной в доме, обеспечивающим сжигание газа или жидкого топлива.

Ещё одним вариантом является древесно-газовый котёл. При сгорании дров в нем происходит процесс, вырабатывающий воспламенимый газ, который, в свою очередь, дожигается в котле, значительно увеличивая КПД.

Бойлер косвенного нагрева

Для обеспечения дома горячей водой в котельной располагают бойлер косвенного нагрева. Нагрев воды в бойлере происходит от того же котла который обогревает жилище. Бойлера косвенного нагрева бывают напольные и настенные.

К преимуществам подобного бойлера относят:

• высокую производительность при правильной установке;
• обеспечение водой без предварительного слива;
• экономичность.

Но у него имеются и недостатки:

• при частых нагревах снижается количество тепла, отдаваемого для обогрева помещений.

Циркуляционный насос

Многие отопительные системы используют принцип естественной циркуляции теплоносителя, но существуют более совершенный вариант движения жидкости. Он достигается установкой в трубах циркуляционных насосов, так же необходимого оборудования котельной в доме, в результате чего повышается КПД всей системы отопления. Это происходит за счёт увеличения скорости теплоносителя. Из-за ускоряющегося движения теплоносителя максимально быстро происходит нагрев и отдача тепла, в результате чего появляется возможность сокращения диаметра труб и уменьшению нагрузки на котёл.

Структура насоса весьма проста, она представляет собой чаще всего чугунный корпус, внутри которого вращается ротор с закрепленной на нём крыльчаткой. Самое интересное заключается в том, что, несмотря на количество проталкиваемой жидкости, качественный ротор почти не издаёт шума при правильной установке. Одним из главных принципов установки является - строго горизонтальное положение ротора. Рекомендуется обращать внимание на изделия немецкого и итальянского производства, так как они считаются наиболее качественными и сравнительно недорогими.

Распределительный коллектор

Это оборудование котельной дома, контролирующее процессы в каждом отдельно взятом контуре отопления. Данная часть системы прекрасно приспособлена для систем типа и разнообразным видам радиаторов. Эта, замысловатая на первый взгляд система, призвана своим существованием наладить пропорциональное распределение тепловых потоков от котла к теплопотребителям. Благодаря существованию этой системы легко регулируется температура на каждой отдельно взятой части жилплощади.

Внешний вид данного оборудование котельной в доме можно описать так - это металлическая гребёнка с некоторым количеством выводов, к которым подается теплоноситель от котла и которые распределяют теплоноситель по всем контурам отопления. Внешне они разнятся мало, но есть существенная разница в материалах изготовления и сложности конструкции. Чаще всего их изготавливают из стали, меди, латуни и полимеров. Простые гребёнки ограничены в возможностях работы устройства, в то время как модифицируются разнообразными датчиками, блоками контроля, а также электронными клапанами и воздуховыпускными устройствами.

Установка коллекторной системы гарантирует максимально разумное распределение тепла в доме, но следует учитывать, что данная система бесполезна без использования циркуляционных насосов, а сама технология имеет достаточно высокую цену.

Гидрострелка

У гидрострелки, как у представителя оборудования котельной в доме есть целый ряд других наименований, она может называться гидравлическим разделителем, гидродинамическим терморазделителем, «бутылка». Это устройство имеет достаточно простую форму - это цилиндрическая или прямоугольная вертикальная структура с расположенными друг напротив друга патрубками: по два с каждой стороны (впрочем, может быть и больше). Её функционал заключается в разделении температуры и потоков теплоносителя в пределах выхода и входа теплоносителя в котёл, благодаря её работе в значительной мере растёт КПД, но лишь в случае, если она подходит для вашей системы отопления, для чего чаще всего нужны точные и безошибочные расчёты. Важно учитывать, что для функционирования гидрострелки незаменимо наличие в системе циркуляционного насоса, он должен быть закреплен за каждым контуром.

Расширительный бак

Тоже важное оборудование котельной в доме. Котельная система заполнена веществом - теплоносителем, чаще всего это, конечно же, вода, но при нагревании системы может появляться тенденция к образованию избыточного давления на фоне термического расширения жидкости. Во избежание поломок и каких-либо нарушений в целостности системы отопление используется расширительный бак.

Существует два вида баков для оборудования котельной в доме. Первый - открытый, на данный момент почти перестал использоваться, технически он компенсирует изменение объёма теплоносителя, открывая выход в атмосферу, но такая технология является чрезвычайно грубой, она требует постоянного контроля и долива жидкости, её сложно монтировать и часто проявляется её склонность к коррозии.

На смену открытым вскоре пришли закрытые баки (или мембранники). Чаще всего они имеют герметичную цилиндрическую форму, выполненную из стали. Внутренний объём этих баков занимают мембрана, отделяющая инертный газ или лишний воздух от излишков теплоносителя, поступающего из котельной системы при его расширении. Под давление жидкости воздух сжимается, но как только падает температура (а, следовательно, и давление), газ возвращает себе изначальный объём и с помощью мембраны отталкивает теплоноситель обратно в систему для его дальнейшей циркуляции.

Трубы

Следует пристально относиться даже к такой, казалось бы, мелочи оборудования котельной в доме.
Вполне логично, что большую популярность имеют металлические трубы. Чаще всего материалами для них служит сталь и медь. Стальные трубы - прекрасно переносят высокие температуры, выдерживают большое давление, имеют небольшую цену, но, к сожалению, весьма склонны к коррозии. Медные трубы не склонны к разрушению ржавчиной и признаны лучшим вариантом для домашнего отопления, но они весьма дорогие.

Эквиваленты медным трубам - трубы из полипропилена. Они не склонны к ржавчине, чрезвычайно устойчивы к высокой температуре и агрессивным веществам, обладают большим запасом прочности также благодаря их гладкой структуре. Они дешевле медных, потому в данный момент пользуются наибольшей (и следует заметить, вполне заслуженной) популярностью.

Также известны металлопластиковые трубы, по сути, это не что иное, как армированные каким-либо металлом трубы из того же полипропилена, в них буквально сочетаются лучшие из возможных свойств вышеописанных материалов. Более того, они способны менять свою форму и гнуться любым необходимым образом.

Установка котельного оборудования в частном доме давно стала необходимостью. По сравнению с печным его КПД гораздо выше и затраты сил на эксплуатацию минимальны. Принимая решение об обустройстве котельной в доме, стоит рассмотреть основные виды оборудования и правила его эксплуатации.

На фото показано обустройство котельной частного дома. Строительство подобного помещения потребует серьезного системного подхода при выборе оборудования и места размещения. Для этих целей стоит обратиться в специализированное учреждение, совместно со специалистами составить техническое задание по проектированию, согласовать объем работ и произвести выбор оборудования для котельной частного дома. Можно обойтись и без привлечения сторонних организаций, но стоит помнить, что любая ошибка может обернуться крупными финансовыми потерями, штрафами или серьёзной аварией.

По типам котельные можно разделить на газовые, твердотопливные и электрические. Различаются они по комплектации, топливу и условиям эксплуатации.

Газовое котельное оборудование

Оборудование газовой котельной в частном доме не такое уж редкое явление. Низкая цена топлива обеспечила газовому котлу популярность, но его установка потребует соблюдения ряда условий. Это продиктовано взрывоопасностью газа. В зависимости от выбранной мощности будет определяться место размещения. Для котла мощностью до 30 кВт подойдет любое помещение объемом не менее 7,5 м3. Как правило, такой котел размещают на кухне. Требования СНиП весьма строги:

• Настенный котел устанавливается, либо на стенах из трудновоспламенимых материалов, либо требуется монтаж защитных экранов
• Свободное пространство между оборудованием и мебелью не менее 0.7 м
• Установка напольного котла требует монтаж специальной подложки
• Необходима постоянная вентиляция за счет воздухозаборного отверстия в нижней части стены или двери.

Котел мощностью от 30 кВт до 200 кВт, согласно требованиям противопожарной безопасности, размещается в отдельном помещении. При оборудовании котельной в подвале, согласно СНиП, требования становятся жестче:

• Необходим источник естественного освещения
• Оборудование, позволяющее сменить воздух в помещении трижды в течение часа
• Объем помещения от 15 м3, а высота комнаты не менее 2,5 метров

Котлы мощностью свыше 200 кВт устанавливаются только в отдельном здании. Такая котельная должна иметь отдельный фундамент, стены и крыша должны быть изготовлены из негорючих материалов, а сам котел должен располагаться на специальной подложке в 25 см от пола.

Устройство газового котла

Оборудование газовой котельной в частном доме включает в себя:

• Отопительный котел, вырабатывающий и распределяющий по теплопроводящей жидкости тепло
• Распределительные коллекторы, для обеспечения постоянной температуры в радиаторах
• Дымоход, для выведения продуктов горения из помещения
• Расширительные баки, чтобы обеспечить стабильность системы и избежать возможного разрыва труб
• Предохранительные клапаны, комплекс измерительных приборов и воздуховоды, необходимы для контроля всей системы
• Бойлер, который устанавливается при необходимости нагрева воды. В зависимости от потребности в горячей воде и мощности котла, подбирается оптимальный объем
• Автоматика и система подпитки, служит для поддержания температуры и оптимального давления в радиаторах
• Запорные механизмы и магистральные трубы, для распределения теплоносителя по помещению.

Выбор котельного газового оборудование для частного дома позволит оптимизировать затраты на отопление и сэкономить свои средства.

Твердотопливное котельное оборудование.

При нежелании или отсутствии возможности использования газа, стоит обратить внимание на твердое топливо. Требования противопожарной безопасности в этом случае мягче, а само топливо доступнее. Перед топкой необходимо разместить стальной лист площадью не менее 60 см. Если стены помещения сделаны из горючих материалов, то придется их обшить асбестовой подложкой и сталью. Промежуток между котлом и стеной должен составлять не менее 10 см. В котельную необходимо обеспечить легкий доступ, чтобы доставка топлива не причиняла хлопот.

При организации твердотопливной котельной в частном доме важно обеспечить достаточную вентиляцию помещения:

• Площадь окна должна исходить из соотношения 8 см2 к 1 кВт мощности котла
• Площадь сечения дымоходной трубы должна быть единой и сечение дымоходного отверстия не должно ее превышать
• Для проверки состояния дымоходной трубы и ее очистки от продуктов горения необходимо специальное отверстие
• Нежелательно размещение котельной по соседству с жилыми помещениями из-за возможной утечки продуктов горения
• При использовании угольного топлива необходимы специальные осветительные приборы и скрытая электропроводка, чтобы избежать воспламенения угольной пыли

​

На рынке сейчас представлено несколько видов твердотопливного оборудования. Благодаря низкой стоимости и простоте эксплуатации, традиционные котлы могут заинтересовать владельца частного дома. Принцип их работы прост и неизменен долгие годы: в открытую топку вручную закладывается топливо, а продукты горения выбрасываются в атмосферу. Нуждается в частой чистке от золы и шлака, а КПД ниже, чем у современных аналогов.

Котлы длительного горения экономически выгоднее, чем традиционные в эксплуатации. Закладываемое топливо прогорает в нем эффективнее за счет изменения процесса горения. Используется принцип свечи, топливо сгорает сверху вниз. Данный тип использует в работе систему автоматического поддержания горения, поэтому потребует подключения к электросети.

Пиролизные котлы за счет использования энергии выделяемых при горении газов показывают наивысшие показатели КПД и экологичности. Но стоимость такого котла выше и окупиться он лишь спустя долгий срок.

Устройство твердотопливного котла

Материалом для изготовления котла обычно служат сталь или чугун. Стальное оборудование обойдется дешевле и будет проще в обслуживании, но чугунное гораздо долговечнее. Если планируется постоянное использование котла, то выбор лучше остановить на чугуне.

Схема простого твердотопливного котла проще, чем газового и включает в себя те же основные элементы оборудования:

• Система удаления шлака и продуктов горения, состоит из специальных трубок и дымохода
• Топка для сжигания топлива. В зависимости от топливного элемента, подразделяется на топки с ручной загрузкой и автоматической. При автоматической загрузке необходимо постоянное подключение к электросети для работы оборудования
• Камера нагрева, в которой происходит прогрев теплопередающего элемента
• Система контроля температуры. В зависимости от выбранного котла может быть автоматической или ручной.

Электрическое котельное оборудование

Электрическое котельное оборудование — наиболее безопасный вид оборудования, а потому не требует особых условий установки и эксплуатации. При отсутствии возможности выделения отдельного помещения под котельную, наиболее приемлемый вариант. Не требует запаса топлива, что позволит освободить пространство. Также не выделяет в атмосферу продуктов горения или распада. Данное оборудование отличается своей бесшумностью и малыми габаритами. В процессе эксплуатации не требует постоянного надзора и профилактики. Отрицательным моментом является высокая стоимость электроэнергии в большинстве регионов, что делает использование такого котла затратным.

Устройство электрического котла

Существуют три основных типа электрических котлов, различающихся по принципу работы. Тэновые котлы используют нагревательный элемент для поддержания заданной температуры жидкости в системе. Такие котлы способны работать не только с водой, но и с незамерзающей жидкостью. Происходит постоянный нагрев проточной жидкости, благодаря чему сохраняется температура в системе. Котел оснащен несколькими датчиками, анализирующими температуру жидкости и температуру воздуха в помещение. Монтаж оборудования прост, а управление позволит выбрать оптимальный режим работы. Из-за низкого качества воды на нагревательных элементах может образоваться накипь, что уменьшит теплоотдачу и повысит затраты электроэнергии на нагрев жидкости.

Электродные котлы производят нагрев не за счет нагревательных элементов, а передавая электричество воде. Повышение температуры происходит за счет сопротивления воды в момент прохождения электрического разряда. Происходит распад молекул воды на ионы разной полярности, который происходит с выделением тепла. Не стоит беспокоиться по поводу безопасности использования такого оборудования, так как в случае неполадок котел отключается. Основные сложности возникают при монтаже данного оборудования. Так как работа котла возможна лишь при оптимальном уровне удельного сопротивления воды, необходимо специальное оборудование для ее измерения и изменения. В процессе работы происходит постепенное растворение электродов, поэтому необходима их периодическая замена. Но электрокотлы этого типа наиболее компактны и дешевы, а выход на номинальную мощность происходит плавно.

Индукционные котлы используют принцип индукционного нагрева специальных ферромагнитных элементов. Внутри герметичного отсека располагается катушка индукции, которая передает энергию на специальный сердечник или замкнутый трубопровод, который нагревает теплоноситель. Несмотря на высокую стоимость самого котла, экономически это наиболее выгодный вариант. Отсутствие нагревательных элементов и электродов, позволяют сэкономить на постоянной замене элементов.

Заключение

Строительство частного дома, подразумевает под собой жизнь в нем долгие годы, поэтому подходить к этому следует основательного и придирчиво. Оборудование котельной частного дома позволит обеспечить комфорт семье долгие годы, а потому его выбор так важен.

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра общеинженерных дисциплин

По теме «Котельные установки. Классификация. Состав котельных установок, основные конструктивные решения. Компоновка и размещение котельных установок»

Выполнил: Воронов В.Н.

Студент группы ФЭФ 54-21 «__»________2012г.

Проверил: Карманчиков А.И.

Доцент «__»________2012г.

Ижевск 2012г.

Котельные установки

Котельные установки предназначены для нагрева рабочей жидкости, которая затем поступает в системы теплоснабжения и системы водоснабжения. Рабочей жидкостью, как правило, является простая вода. Передача нагретой рабочей жидкости от котельной установки к системе теплоснабжения осуществляется при помощи теплотрассы, представляющей собой систему труб.

Котельные установки в своей основе имеют водогрейный или паровой котел, в котором осуществляется непосредственный подвод и нагрев рабочей жидкости. Выбор параметров котла зависит от многих характеристик. Объем котла рассчитывается, исходя из размеров и особенностей работы системы теплоснабжения.

Котельные установки могут располагаться как внутри объекта, так и за его пределами. Внутри объекта они могут устанавливаться в подвале, отдельном помещении и даже на крыше. Если здание представляет собой большой по размерам объект, то котельные установки выполняют в виде отдельно стоящих построек с собственной инженерной системой, подключенной к общей инженерной системе объекта.

В работе котельных установок используют различные виды топлива. Наибольшее распространение сегодня приобрели котельные, работающие на природном газе. Поскольку наша страна является лидером по запасам этого вида топлива, можно не опасаться того, что энергоресурсы могут закончиться. Помимо газа, котельные установки используют в качестве топлива нефтепродукты (мазут, дизельное топливо), твердое топливо (уголь, кокс, древесина). Ряд котельных могут использовать комбинированные виды топлива.Важной характеристикой любой котельной является категория надежности теплоснабжения потребителей.

Котельными установками называется комплекс оборудования, предназначенного для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей воды или пара заданных параметров. Существуют различные классификации котельных, среди которых можно выделить классификацию по вариантам исполнения (здесь выделяют крышные, стационарные, встроенные, пристроенные и модульные котельные). Котельные по способу отпускаемого тепла также делятся на паровые, водогрейные, термомасляные; если говорить об использованном топливе, то котельные можно подразделить на твердотопливные, мазутные, газовые и комбинированные, по своему же предназначению они делятся на отопительные и технологические. Котельная установка состоит из котельного агрегата, вспомога­тельных механизмов и устройств

Под каждую из этих классификаций подходят лишь транспортабельные котельные установки, спрос на которые постоянно увеличивается. В первую очередь это, безусловно, связано с их многофункциональностью. Из всех существующих на сегодняшнем рынке автономных котельных лишь данные котельные включают в себя четыре системы: отопительную, газовую, водонагревную и паровую. Это позволяет покупателям с помощью одной установки решить сразу несколько вопросов, что значительно уменьшает расходную часть бюджета. Экономию можно извлечь и при покупке котельной с такими горелками, которые способны работать от комбинированного вида топлива.

Модульные котельные экономичны и в своей транспортировке, установке и эксплуатации. Расходы сокращаются и из-за высокой автоматизированности котельной, которая долгое время способна работать в автономном режиме, заданном при ее запуске. Если на огромных ТЭЦ работает большой штат, то для контроля за работой блочно-модульной котельной достаточно одного оператора. Его работа станет еще менее трудоемкой, если в котельную встроить микропроцессор, наиболее точно считывающий и передающий всю информацию со всех устройств котельной на специальный пульт.

Стоит отметить, что блочная котельная установка имеет наибольший КПД из всех возможных, это сочетается с минимальными затратами на ее обслуживание и непосредственную ее работу. Таким образом, приобретая блочную котельную установку, ее владелец довольно быстро окупит ее стоимость и сможет получать доход (это если мы говорим о владельцах производств и строительных фирм); а если же блочно-модульную котельную приобрел обычный человек, владелец собственного дома, то он может быть уверен в том, что в течение всего эксплуатационного срока котельной установки он не останется без тепла и горячей воды.

Котельное оборудование

Котельное оборудование, входящее в состав котельных установок, обеспечивает выполнение технологического процесса нагрева рабочей жидкости в котле. В состав котельного оборудования входят:

котлы водогрейные и паровые

• водоподготовительные установки

  котельные трубы, запорная арматура

  теплогенераторы

  указатели уровня воды

  датчики и контроллеры

  и многое другое

Котельное оборудование подбирают, исходя из условий эксплуатации и требуемых технических характеристик, предъявляемых к данной котельной установке.

Газовые котельные

Газовые котельные являются наиболее распространённым видом котельных установок на сегодняшний день. Очевидными преимуществами является их низкая себестоимость строительства и эксплуатации по сравнению с котельными установками других типов. Разветвленная газопроводная сеть страны, находящаяся в постоянном развитии, позволяет подвести газ практически в любую точку. Это приводит к снижению затрат на доставку рабочего топлива обычным транспортом. Кроме того, газ обладает более высокой теплоёмкостью и теплоотдачей по сравнению с другими видами топлива, он оставляет меньше вредных веществ после сгорания.

На промышленных предприятиях газовые котельные являются основным источником теплоснабжения технологических процессов и обеспечения теплом рабочего персонала. Вместе с тем, в частных жилых домах также чаще стали появляться газовые котельные. Люди по достоинству оценили преимущества таких установок.

Газовые котельные - незаменимый источник энергии, более дешевый по сравнению с электроэнергией.

Модульные котельные

Модульные котельные представляют собой готовые инженерные системы, которые легко можно транспортировать и устанавливать в любом месте. Используя модульные котельные, можно существенно сэкономить на проектировании и монтаже, так как эти системы, как правило, монтируются в готовом виде в контейнере и оснащены всем необходимым оборудованием для работы и автоматизации процесса.

В состав модульных котельных входит следующее оборудование:

водогрейные котлы

технологическое оборудование

системы автоматики

системы водоподготовки

и многое другое

Состав оборудования, входящего в модульные котельные, зависит от требуемой мощности котельных установок.Очевидным преимуществом, которым обладают модульные котельные, является их мобильность и более дешевая себестоимость установки и эксплуатации.

Котел – теплообменное устройство, в котором тепло 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 тепло 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.

Классификация .

Блок модульные котельные мощностью от 200 кВт до 10000 кВт (модельный ряд)

Есть индивидуально спроектированные котельные разных типов:

Крышные котельные

Отдельно стоящие котельные

Блочные и модульные котельные

Встроенные котельные

Пристроенные котельные

Транспортабельные и мобильные котельные

Каждая котельная разработана на основе СНиП II-35-76 «Котельные установки». Расчет и проект котельной выполняется аттестованными специалистами, прошедшими обучение на заводах-изготовителях котельного оборудования.

Контроль всех параметров работы осуществляют автоматизированные системы управления без присутствия человека.

Состав котельных в базовом исполнении:

Котлы водогрейные Надежность отпуска тепла гарантируется наличием в составе котельных не менее двух котлоагрегатов, представленных стальными жаротрубными котлами надежных и успешно зарекомендовавших себя на Российском рынке немецких фирм Buderus , Viessmann .

Горелки Weishaupt В котельных применяются горелки немецкой фирмы Weishaupt . Для сжигания природного газа используются горелки в исполнении LN , обеспечивающие низкое содержание вредных примесей в продуктах сгорания.

Внутреннее газоснабжение Оборудование системы газоснабжения котельных регулирует расход газа и контролирует уровни минимального и максимального давления газа. В случае нештатных ситуаций поступление газа в котельную прекращается автоматически.

Регулирование температуры сетевой воды Применяются микропроцессорные программируемые контроллеры, которые автоматически управляют системой регулирования температуры сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха и потребности Потребителя.

Насосное оборудование Насосы котлового контура обеспечивают независимую работу котлов . Сдвоенные циркуляционные насосы сетевого контура гарантируют 100% резервирование.

Водоподготовка и поддержание давления в системе теплоснабжения Установка водоподготовки обеспечивает снижение жесткости котловой воды и препятствует образованию накипи на теплообменных поверхностях оборудования. Устройство поддержания давления автоматически подпитывает водой котловой и сетевой контуры, обеспечивая необходимый уровень давления в системе теплоснабжения.

Гидравлический разделитель Оборудование гидравлической развязки котлового и сетевого контуров позволяет обеспечить стабильную работу котельной в системах с большим объемом воды при интенсивной динамике изменений расходов, температуры и давления.

Сигнализация В котельных установлены системы пожароохранной сигнализации и сигнализации загазованности по метану и угарному газу.

Приборы учета Применяются контрольно-измерительные приборы, зарегистрированные в Государственном реестре средств измерений, позволяющие осуществлять: – учет отпускаемой тепловой энергии – учет расхода холодной воды – учет расхода газа – учет потребляемой электроэнергии – контроль параметров работы оборудования котельной.

Комплексная автоматизация Система комплексной автоматизации обеспечивает стабильную работу котельных без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Дистанционный контроль работы основного оборудования котельной осуществляется посредством выносного диспетчерского пульта сигнализации (входит в объем поставки).

Модемная связь для дистанционной диспетчеризации Котельные в момент установки или любой период дальнейшей эксплуатации могут быть подключены к современным дистанционным системам диспетчеризации. Комплексная система автоматизации имеет встроенный блок-модем для передачи данных о работе оборудования котельных по телефонным каналам связи или сети Internet.

Дымовые трубы Наружные и внутренние стенки дымовых труб изготовлены из нержавеющей стали и утеплены жесткой минераловатной изоляцией. Применяемые дымовые трубы имеют сертификат соответствия нормам пожарной безопасности. На каждый отопительный котел устанавливается отдельная труба. Дымовые трубы высотой 6 метров входят в объем поставки для котельных от 200 кВт до 10 МВт. По желанию Покупатель может отказаться от дымовой трубы, а также имеет возможность установить дымовые трубы другой высоты.

Конструктивные решения Котельные , в зависимости от типоразмеров и количества котлов , состоят из одного или нескольких блоков. В зависимости от климатических условий, металлокаркас модулей утеплен жесткими трехслойными сэндвич-панелями с минераловатной изоляцией толщиной от 80 до 150 мм. Характеристики ограждающих конструкций модулей соответствуют нормативным требованиям по огнестойкости и пожаробезопасности.

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.

Котельные средней и большой мощности - 3,5 МВт и выше - отличаются сложностью оборудования и составом служебно-бытовых помещений. Объемно-планировочные решения этих котельных должны удовлетворять требованиям Санитарных норм проектирования промышленных предприятий (СИ 245-71), СНиП П-М.2-72 и 11-35-76.

Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся 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 разделяются на 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 теплом одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплом группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, 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.

котельная установка с паровыми котлами. Установка состоит из парового котла, который имеет два барабана - верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний - в нижней части водой, а в верхней - насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого или газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой.

Котельные установки располагаются в специально отведенных помещениях, куда посторонним нет доступа. А уже теплотрассы и теплопроводы соединяют котельные и потребителей.

Классификация котельных.

Современные котельные установки имеют различную классификацию. В основу каждой из них ложится определенный принцип или определенные значения. На сегодняшний день существуют несколько основных разграничений:

Расположение.

В зависимости от того, где располагается установка, выделяются:

• Встроенные в здание;

  Блочно-модульные;

В системе каждого отопления главным ее элементом является котел. Он выполняет основную функцию – нагревание. В зависимости от того, на какой основе работает вся система и котел в частности, существуют следующие типы котлов :

Паровые котлы

Водогрейные;

Смешанные;

Котлы на диатермическом масле.

Любая отопительная система работает, как ранее было замечено, от того или иного типа сырья, топлива или природного ресурса. В зависимости от этого котлы делятся на:

Твердотопливные. Для этого используются дрова, уголь и другие виды твердого топлива.

Жидкотопливные – масло, бензин, мазут и другие.

• Смешанные или комбинированные. Предполагается использование различных видов и типов топлива.

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. Вместе с тем 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 выполняются из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (барабанами). Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», обогревается 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.

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, т.е. 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.

Паровой котёл - установка, предназначенная для генерации насыщенного или перегретого пара, а также для подогрева воды (котёл отопительный).

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть подразделены 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.

В качестве подпитывающего насоса как правило применяется трех-плунжерный насос высокого давления серий P21/23-130D либо P30/43-130D.

Котлы сверх критического давления (СКД) - давление пара свыше 22.4МПа.

Основные элементы паровых и водогрейных котлов

Топки для сжигания газообразных, жидких и твердых топлив. При сжигании газа и мазута, а также твердого пылеугольного топлива используются, как правило, камерные топки. Топка ограничена фронтальной, задней, боковыми стенами, а также подом и сводом. Вдоль стен топки располагаются испарительные поверхности нагрева (кипятильные трубы) диаметром 50...80 мм, воспринимающие излучаемую теплоту от факела и продуктов сгорания. При сжигании газообразного или жидкого топлива под камерной топки обычно не экранируют, а в случае угольной пыли в нижней части топочной камеры выполняют «холодную» воронку для удаления золы, выпадающей из горящего факела.

Верхние концы труб ввальцованы в барабан, а нижние присоединены к коллекторам путем вальцовки или сварки. У ряда котлов кипятильные трубы заднего экрана перед присоединением их к барабану разводят в верхней части топки в несколько рядов, расположенных в шахматном порядке и образующих фестон.

Для обслуживания топки и газоходов в котельном агрегате используется следующая гарнитура: лазы, закрываемые дверцы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы, поворотные заслонки, обдувочные аппараты, дробеочистка.

Закрываемые дверцы, лазы в обмуровке предназначены для осмотра и производства ремонтных работ при останове котла. Для наблюдения за процессом горения топлива в топке и состоянием конвективных газоходов служат гляделки. Взрывные предохранительные клапаны используются для защиты обмуровки от разрушения при хлопках в топке и газоходах котла и устанавливаются в верхних частях топки, последнего газохода агрегата, экономайзера и в своде.

Для регулирования тяги и перекрытия борова служат чугунные дымовые шиберы или поворотные заслонки.

При работе на газообразном топливе, чтобы предотвратить скопление горючих газов в топках, дымоходах и боровах котельной установки во время перерыва в работе, в них всегда должна поддерживаться небольшая тяга; для этого в каждом отдельном борове котла к сборному борову должен быть свой шибер с отверстием в верхней части диаметром не менее 50 мм.

Обдувочные аппараты и дробеочистка предназначены для очистки поверхностей нагрева от золы и сажи.

Барабаны паровых котлов. Следует отметить многоцелевое назначение барабанов паровых котлов, в частности, в них осуществляются следующие процессы:

Разделение пароводяной смеси, поступающей из подъемных обогреваемых труб, на пар и воду и сбор пара;

Прием питательной воды из водяного экономайзера либо непосредственно из питательной магистрали;

Внутрикотловая обработка воды (термическое и химическое умягчение воды);

Непрерывная продувка;

Осушка пара от капелек котловой воды;

Промывка пара от растворенных в нем солей;

Защита от превышения давления пара.

Барабаны котлов изготовляют из котельной стали со штампованными днищами и лазом. Внутреннюю часть объема барабана, заполненную до определенного уровня водой, называют водяным объемом, а заполненную паром при работе котла - паровым объемом. Поверхность кипящей воды в барабане, отделяющая водяной объем от парового, называется зеркалом испарения. В паровом котле горячими газами омывается только та часть барабана, которая с внутренней стороны охлаждается водой. Линия, отделяющая обогреваемую газами поверхность от необогреваемой, называется огневой линией.

Пароводяная смесь поступает по подъемным кипятильным трубам, ввальцованным в днище барабана. Из барабана вода по опускным трубам подается в нижние коллекторы.

На поверхности зеркала испарения возникают выбросы, гребни и даже фонтаны, при этом в пар может попасть значительное количество капелек котловой воды, что снижает качество пара в результате повышения его солесодержания. Капли котловой воды испаряются, а соли, содержащиеся в них, осаждаются на внутренней поверхности пароперегревателя, ухудшая теплообмен, в результате которого повышается температура его стенок, что может привести к их пережогу. Соли могут также откладываться в арматуре паропроводов и привести к нарушению ее плотности.

Для равномерного поступления пара в паровое пространство барабана и снижения его влажности используются различные сепарационные устройства.

Для снижения возможности отложения накипи на испарительных поверхностях нагрева применяется внутрикотловая обработка воды: фосфатирование, щелочение, использование комплексонов.

Фосфатирование имеет целью создать в котловой воде условия, при которых накипеобразователи выделяются в форме неприкипающего шлама. Для осуществления этого необходимо поддерживать определенную щелочность котловой воды.

В отличие от фосфатирования обработка воды комплексонами может обеспечить безнакипный и бесшламовый режимы котловой воды. В качестве комплексона рекомендуется использовать натриевую соль «Трилон Б».

Поддержание допустимого по нормам солесодержания в котловой воде осуществляется продувкой котла, т.е. удалением из него некоторой части котловой воды, всегда имеющей более высокую концентрацию солей, чем питательная вода.

Для осуществления ступенчатого испарения воды барабан котла делят перегородкой на несколько отсеков, имеющих самостоятельные контуры циркуляции. В один из отсеков, называемый «чистым», поступает питательная вода. Проходя через контур циркуляции, вода испаряется, а солесодержание котловой воды в чистом отсеке повышается до определенного уровня. Для поддержания солесодержания в этом отсеке часть котловой воды из чистого отсека самотеком направляют через специальное отверстие - диффузор в нижней части перегородки в другой отсек, называемый «солевым», так как солесодержание в нем существенно выше, чем в чистом отсеке.

Непрерывная продувка воды осуществляется из места с наибольшей концентрацией солей, т.е. из солевого отсека. Пар, образующийся на обеих ступенях испарения, смешивается в паровом пространстве и выходит из барабана через ряд труб, расположенных в его верхней части.

С повышением давления пар способен растворять некоторые примеси котловой воды (кремниевую кислоту, оксиды металлов).

Для снижения солесодержания пара в некоторых котлах применяется промывка пара питательной водой.

Пароперегреватели котлов. Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе. Пароперегреватель - один из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как из всех поверхностей нагрева он работает в наиболее тяжелых температурных условиях (температура перегрева до 425 °С). Змеевики пароперегревателя и коллекторы выполняются из углеродистой стали.

По способу тепловосприятия пароперегреватели подразделяются на конвективные, радиационно-конвективные и радиационные. В котельных агрегатах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С применяют комбинированные пароперегреватели, т.е. в них одна часть поверхности (радиационная) воспринимает теплоту за счет излучения, а другая часть - конвекцией. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя располагается в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

В зависимости от направлений движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперегревателя в газовый поток: прямоточную, при которой газы и пар движутся в одном направлении; противоточную, где газы и пар движутся в противоположных направлениях; смешанную, в которой в одной части змеевиков пароперегревателя газы и пар движутся прямоточно, а в другой - в противоположных направлениях.

Оптимальной по условиям надежности работы является смешанная схема включения пароперегревателя, при которой первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части при прямоточном движении теплоносителей. При этом в части змеевиков, расположенных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя, в начале газохода будет умеренная температура пара, а завершение перегрева пара происходит при меньшей тепловой нагрузке.

Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа не регулируют. При давлении 3,9 МПа и выше температуру регулируют следующими способами: впрыском конденсата в пар; использованием поверхностных пароохладителей; с помощью газового регулирования путем изменения расхода продуктов сгорания через пароперегреватель либо перемещения положения факела в топке с помощью поворотных горелок.

Пароперегреватель должен иметь манометр, предохранительный клапан, запорный вентиль для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибор для измерения температуры перегретого пара.

Водяные экономайзеры. В экономайзере питательная вода перед подачей в котел подогревается дымовыми газами за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива. Наряду с предварительным подогревом возможно частичное испарение питательной воды, поступающей в барабан котла. В зависимости от температуры, до которой ведется подогрев воды, экономайзеры подразделяют на два типа - некипящие и кипящие. В некипящих экономайзерах по условиям надежности их работы подогрев воды ведут до температуры на 20 °С ниже температуры насыщенного пара в паровом котле или температуры кипения воды при имеющемся рабочем давлении в водогрейном котле. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное (до 15 мае. %) ее испарение.

В зависимости от металла, из которого изготавливают экономайзеры, их разделяют на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры используют при давлении в барабане котла не более 2,4 МПа, а стальные могут применяться при любых давлениях. В чугунных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Для очистки поверхности нагрева водяные экономайзеры имеют обдувочные устройства.

Воздухоподогреватели. В современных котельных агрегатах воздухоподогреватель играет весьма существенную роль, воспринимая теплоту от отходящих газов и передавая ее воздуху, он уменьшает наиболее заметную статью потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива, интенсифицируется процесс сжигания, повышается коэффициент полезного действия котельного агрегата. Вместе с тем при установке воздушного подогревателя увеличиваются аэродинамические сопротивления воздушного и дымового трактов, которые преодолеваются созданием искусственной тяги, т.е. путем установки дымососа и вентилятора.

Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива. Для природного газа и мазута, сжигаемых в камерных топках, температура горячего воздуха составляет 200...250 °С, а для пылеугольного сжигания твердого топлива - 300...420°С.

При наличии в котельном агрегате экономайзера и воздухоподогревателя первым по ходу газа устанавливается экономайзер, а вторым - воздухоподогреватель, что позволяет более глубоко охладить продукты горения, так как температура холодного воздуха ниже температуры питательной воды на входе в экономайзер.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху происходит непрерывно через разделительную стенку, по одну сторону которой движутся продукты сгорания, а по другую - нагреваемый воздух.

В регенеративных воздухоподогревателях передача теплоты от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху осуществляется путем попеременного нагревания и охлаждения одной и той же поверхности нагрева.

Газопоршневые установки. Газопоршневая установка (ГПУ) предназначена для питания электроэнергией потребителей трехфазного (380/220 В, 50 Гц) переменного тока. Газовые электростанции используются в качестве источника постоянного и гарантированного электроснабжения больниц, банков, торговых комплексов, аэропортов, производственных и нефтегазодобывающих предприятий. Моторесурс газового двигателя выше, чем у бензогенераторов и дизельных электростанций, что приводит к уменьшению срока окупаемости. Использование газовых электрогенераторов позволяет владельцу быть независимым от плановых и аварийных отключений электроэнергии, а зачастую и вовсе отказаться от услуг поставщиков электроэнергии.

В основе работы газопоршневых двигателей (далее ГПД) лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания. ДВС – это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

На данный момент в промышленности выпускаются два типа поршневых двигателей, работающих на газе: газовые двигатели - с электрическим (искровым) зажиганием, и газодизели - с воспламенением газовоздушной смеси впрыском запального (жидкого) топлива. Газовые двигатели получили широкое применение в энергетике за счет повсеместной тенденции использования газа как более дешевого топлива (как природного, так и альтернативного) и относительно экологически более безопасного с точки зрения выбросов с выхлопными газами.

Из ГПУ с теплообменниками в принципе всё аналогично, но дополнительно используется система утилизации тепла.

Установка работает на нескольких видах топлива, имеет относительно низкий уровень начальных инвестиций за 1 кВт и обладает широкой линейкой выходной мощности.

Топливо для газопоршневых установок. Одним из важнейших моментов при выборе типа ГТУ является изучение состава топлива. Производители газовых двигателей предъявляют свои требования к качеству и составу топлива для каждой модели.

В настоящее время многие производители проводят адаптацию своих двигателей под соответствующее топливо, что в большинстве случаев не занимает много времени и не требует больших финансовых затрат.

Помимо природного газа, газопоршневые установки могут использовать в качестве топлива: пропан, бутан, попутный нефтяной газ, газы химической промышленности, коксовый газ, древесный газ, пиролизный газ, газ мусорных свалок, газ сточных вод и т. д.

Применение в качестве топлива перечисленных специфических газов вносит важный вклад в сохранение окружающей среды и кроме того позволяет использовать регенеративные источники энергии.

Газорегуляторный пункт. Газорегуляторный пункт – система устройств для автоматического снижения и поддержания постоянного давления газа в распределительных газопроводах. Газорегуляторный пункт включает регулятор давления для поддержания давления газа, фильтр для улавливания механических примесей, предохранительные клапаны, препятствующие попаданию газа в распределительные газопроводы при аварийном давлении газа сверх допустимых параметров, и контрольно-измерительные приборы для учёта количества проходящего газа, температуры, давления и телеметрического измерения этих параметров.

Газорегуляторные пункты сооружаются на городских распределительных газопроводах, а также на территории промышленных и коммунально-бытовых предприятий, имеющих разветвленную сеть газопроводов. Пункты, монтируемые непосредственно у потребителей и предназначенные для снабжения газом котлов, печей и др. агрегатов, обычно называют газорегуляторными устройствами. В зависимости от давления газа на входе газорегуляторные пункты бывают: среднего (от 0,05 до 3 кгс/см 2) и высокого (до 12 кгс/см 2) давления (1 кгс/см 2 =0,1Мн/м 2).

Предохранительные устройства и контрольно-измерительные приборы. Для водогрейных котлов предохраняющим устройством от повышения в них давления могут служить обводные линии с обратными клапанами (рис.), пропускающие воду в направлении от котла к трубопроводу системы отопления. При таком несложном устройстве, если задвижки, установленные у котла, почему-либо окажутся закрытыми, то все равно связь с атмосферой через расширительный, сосуд не нарушится.

Если на трубопроводе между котлами и расширительным сосудом кроме указанных задвижек имеется другая какая-либо запорная арматура, то должны быть установлены рычажные предохранительное клапаны.

Паровые котлы при до 70 кПа снабжаются предохранительным устройством в виде гидравлического затвора

Для безопасной и правильной эксплуатации паровые котлы кроме предохранительных устройств снабжают водоуказательными приборами, пробочными кранами и манометрами.

Для учета расхода питательной воды, подаваемой в паровой котел, или воды, циркулирующей в системе водяного отопления, устанавливают водомер или диафрагмы. Для измерения температуры воды, поступающей в систему водяного отопления и возвращающейся в котел, предусматривают в специальных футлярах термометры.