1.3. Общее устройство котлов
Главные котлы. Широкое распространение на транспортных судах в качестве главных нашли водотрубные котлы с естественной циркуляцией (Рис. 1.5). Корпус котла включает пароводяной коллектор 1, водяной коллектор 6, парообразующие трубы 3, 7, составляющие основную поверхность нагрева, и опуcкные не-
обогреваемые трубы 2, через которые подается вода в коллектор 6 и в парообразующие трубы 3, 7. В топку 4 котла через топочное устройство 5 подаются топливо и воздух, который предварительно
Рис. 1.5. Водотрубный котел с естественной циркуляцией |
нагревается в воздухоподогревателе 13 котла. Стрелки 14 указывают подвод воздуха к воздухоподогревателю, а стрелки 16 – к топочному устройству 5. Дополнительные поверхности нагрева, образованные пучками труб пароперегревателя 9, водяного экономайзера 12 и воздухоподогревателя 13, последовательно размещены в газоходе котла. Они воспринимают теплоту от дымовых газов, которые, двигаясь по газоходе котла, постепенно охлаждаются. Дымовые газы температурой 150–200°С направляются в дымовую трубу (стрелки 15). Дополнительные поверхности нагрева позволяют повысить экономичность котла, полнее использовать теплоту, выделившуюся при сгорании топлива.
Принцип действия такого котла заключается в следующем. При факельном сжигании топлива образуются продукты сгорания (дымовые газы), имеющие высокую температуру. В топке передача теплоты парообразующим трубам осуществляется в основном тепловым излучением от высокотемпературного факела, а вне топки (в газоходе котла направление хода газов указано стрелками 10) – тепловой конвекцией от движущихся через основную и дополнительную поверхности нагрева дымовых газов. Охлажденные дымовые газы поступают в дымовую трубу (на рисунке не показана).
Питательная вода нагнетается питательным насосом по трубопроводу 11 в экономайзер, где подогревается до температуры на 20–30°С ниже температуры кипения. Оттуда она направляется в водяную часть коллектора
Вода и пароводяная смесь движутся по замкнутому контуру: пароводяной коллектор – опускные трубы – водяной коллектор – парообразующие трубы – пароводяной коллектор. Это движение происходит за счет разности веса воды и пароводяной смеси в трубах и называется естественной циркуляцией. Совокупность элементов котла, в которых осуществляется замкнутое движение воды и пароводяной смеси, называют
В пароводяном коллекторе 1 циркуляционного контура котла размещаются сепарирующие устройства (на схеме не показаны), поэтому пар, направляемый в пароперегреватель, имеет степень сухости, близкую к единице. В пароперегревателе 9 пар подсушивается и перегревается. Перегретый пар через главный стопорный клапан (на схеме не показан) направляется к потребителям (стрелка 8).
Значительно меньшие массу и габариты имеют прямоточные котлы (Рис. 1.6), движение рабочей среды в которых происходит за счет напора питательного насоса
Прямоточные котлы могут обеспечивать большую производительность и высокие параметры пара. Они компактны, маневренны, легко вписываются в габариты котельного помещения, однако очень чувствительны к качеству питательной воды и ненадежны при работе на малых нагрузках.
Котлы, в которых горение топлива в топке происходит при давлении в 2,5–4 раза выше атмосферного, называются высоконапорными. Они могут быть как с естественной, так и с принудительной циркуляцией воды.
Для подачи воздуха в высоконапорный прямоточный котел служит турбонаддувочный агрегат. В состав ТНА входят компрессор 6, газовая турбина 4 и добавочный двигатель 7. Образовавшиеся в топке дымовые газы, омывая последовательно поверхности нагрева, расположенные в газоходе котла, охлаждаются до температуры 550–650°С и поступают (стрелка 5) в газовую турбину ТНА, здесь происходит их расширение и снижжение темпе-
ратуры до 150–250°С. Из турбины газ поступает в дымовую трубу (стрелка 2). Турбина приводит во вращение компрессор. Таким образом, работа газа в турбине расходуется на сжатие и нагрев воздуха в компрессоре.
Рис. 1.6. Прямоточный высоконапорный котел |
При малой нагрузке котла мощность газовой турбины может оказаться недостаточной для сжатия воздуха в компрессоре и подачи его в топку. В этом случае применяется добавочный двигатель (обычно паровая турбина). Он не только восполняет нехватку мощности газовой турбины, но и служит источником энергии во время пуска котла из холодного состояния. Пар для этого двигателя поступает от другого котла или от береговой котельной установки.
Вспомогательные котлы. Из вспомогательных котлов отечественной постройки наибольшее распространение получили водотрубные котлы типов КВВА и КАВ. Они установлены на танкере «Великий Октябрь», сухогрузах «Капитан Кушнаренко», «Славянск» и других судах. Нормализованный ряд котлов типа КВВА включает котлы паропроизводительностью 0,28–3,35 кг/с [(1 ÷ 12)∙103 кг/ч] при давлении от 0,49 до 2,75 МПа.
На рис. 1.7 показана схема водотрубного котла КВВА 12/15 с естественной циркуляцией. Котел автоматизирован, имеет следующие параметры: D = 3,35 кг/с (12000 кг/ч), – 1,47 МПа (15 кгс/см2), = 80%.
Корпус котла состоит из пароводяного 1 и водяного 9 коллекторов, соединенных между собой подъемными парообразующими трубами экрана 6 и пучка 11 и опускными необогреваемыми трубами 5, расположенными за экраном. Топка котла 8 оборудована топочным устройством, состоящим из двух форсунок
Рис. 1.7. Вспомогательный водотрубный котел | Рис. 1.8. Компоновочная схема вспомогательного огнетрубного котла типа «Кохран» |
рых устанавливаются форсунки). Для наблюдения за процессом горения топлива имеются смотровые лючки 12. Для обдувки и мытья поверхностей нагрева установлены сажеобдувочные устройства 10. Кожух 14 котла выполнен с двойной обшивкой, охлаждаемой воздухом. В пароводяном коллекторе размещены питательная труба 4, нижний 3 и верхний 2 дырчатые щиты.
Аналогичную конструкцию имеют котлы типа КАВ. На сухогрузных теплоходах иностранной постройки наиболее многочисленной является группа огнетрубных и газоводотрубных котлов. Они имеют сходные компоновочные схемы: это цилиндрические вертикальные котлы со сферической топкой без хвостовых поверхностей нагрева. Обычно котлы имеют такие параметры:
Во вспомогательном огнетрубном котле типа «Кохран» (Рис. 1.8) дымовые газы из топки 7 по патрубку 4 поступают в огневую камеру 2 и по дымогарным трубам 3 через коробку 6 направляются в дымовую трубу. Корпус 1 над топкой содержит перегородку 5, которая благодаря сферической форме не препятствует тепловым расширениям при нагревании и облегчает удаление отложений (шлама), оседающих на стенке перегородки 5.
Котел не очень чувствителен к качеству питательной воды, обладает высокой аккумулирующей способностью, надежен в эксплуатации.
Утилизационные котлы. В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются отходящие газы главных двигателей судовой энергетической установки: двигателей внутреннего сгорания или газовых турбин. Применение УК позволяет экономить топливо на 8–12%. Помимо утилизации теплоты отходящих газов УК обеспечивают глушение шума выпуска главных двигателей и искрогашение. Пар от УК расходуется в основном на судовые нужды.
С увеличением мощности главных двигателей на некоторых судах перешли к использованию энергетических установок, в которых УК производят пар для ходовых турбогенераторов или паровой турбины, работающей на винт судна. Например, на танкерах типа «Великий Октябрь» и нефтерудовозах типа «Борис Бутома», на которых мощность главного двигателя превышает 6,5 МВт,
УК генерирует пар, используемый для бытовых нужд и ходового турбогенератора судовой электростанции. На головном судне типа «Капитан Смирнов» УК снабжает паром турбину, которая через редуктор работает совместно с главным газотурбинным двигателем на винт судна.
Наиболее широкое распространение в отечественном флоте получили водотрубные УК с принудительной циркуляцией и с автономным сепаратором пара. В качестве примера рассмотрим принципиальную схему утилизационной котельной установки (Рис. 1.9), в которой использован УК с принудительной циркуляцией воды и пароводяной смеси. При движении судна он обеспечивает перегретым паром турбогенератор, а насыщенным паром – вспомогательные потребители.
Рис. 1.9. Утилизационная котельная установка с котлом КУП-700 |
Котельная установка включает собственно котел 2, автономный сепаратор 9, циркуляционный насос 4. Утилизационный котел состоит из экономайзера 8, двух секций парообразующих змеевиков 7 и 5 и пароперегревателя 3. Дымовые газы поступают от главного двигателя (стрелка 1), омывают поверхности нагрева, расположенные в корпусе котла, и уходят в дымовую трубу. Питательная вода поступает в сепаратор 9 (стрелка 10), оттуда забирается циркуляционным насосом 4 и направляется в экономайзер 8. Из экономайзера по перепускной трубе она поступает в нижнюю секцию 5 парообразующего пучка, которая соединена со второй секцией 7 трубой 6. Пароводяная смесь из секции 7 направляется в сепаратор 9. Насыщенный пар из сепаратора используется для бытовых нужд. Значительная часть производимого пара подается в пароперегреватель 3, где перегревается и направляется к ходовому турбогенератору судовой электростанции.
Для очистки поверхностей нагрева от сажи в котле предусмотрены сажеобдувочные устройства, а для слива воды, попавшей в газоход, – отверстия в нижней части каркаса котла. Полная паропроизводительность такого котла составляет 0,89 кг/с (3200 кг/ч), рабочее давление в сепараторе 0,98 МПа (10 кгс/см2), температура перегретого пара 270°С, температура газов перед котлом 320°С. Утилизационный котел оснащен системой трубопроводов и арматурой, которая позволяет отключать экономайзер, вторую секцию парообразующего пучка и пароперегреватель одновременно и раздельно.
За счет оребрения поверхностей нагрева со стороны газов можно значительно снизить массу и габариты этих котлов. С оребрением выполнены котлы КУП-3100 и КУП-95Р, а также котел типа «Грин Дисекон» (см. рис. 1.1, г), относительная удельная масса которых в несколько раз меньше по сравнению с гладкотрубными УК. Так, относительная удельная масса гладкотрубного УК (25,2 ÷ 11,1)∙103 кг∙с/кг, а УК с оребрением – (2,74 ÷ 5,52)∙103 кг∙с/кг.
виды по конструкции, плюсы и минусы, элементы
Содержание статьи:
Основной элемент отопительной системы частного дома – котел. Агрегат необходим для нагрева теплоносителя, который движется по трубам к батареям. Популярность устройств связана с дешевизной энергоносителя, высоким КПД и простотой эксплуатации. Пользователю необходимо знать устройство газового котла для правильного выбора модели и определения возможных неполадок.
Конструкция газовых котлов
КПД и срок службы газового котла зависят от его внутреннего устройства и материалов конструкции
Перед рассмотрением принципа действия и разновидностей отопительных агрегатов нужно разобраться в их устройстве. Газовый котел состоит их нескольких узлов.
Первичный теплообменник
Выполняется в виде металлического короба со встроенным радиатором. Внутри этого элемента расположены трубы. Теплообменник нагревается от газа и подает тепло воде. Элементы различаются по типу материала:
- Сталь. Недорогие и простые изделия, которые имеют большой вес. Минусы теплообменников – подверженность окислению и значительные затраты топлива.
- Чугун. Модели с длительным эксплуатационным сроком, но только в условиях без перепадов температур.
- Медь. Не подвергается коррозии, отличается высоким КПД. Недостаток узла – риски разломов при механическом воздействии.
Прочность медного теплообменника повышается при наличии модулируемой горелки.
Вторичный теплообменник
Теплообменник газового котла
Входит в устройство котла с двумя контурами, изготавливается из меди или конструкционной стали. Вторичные теплообменники различаются по типу контуров:
- Пластинчатые. Металлические изделия с выдавленными каналами бывают одноходовыми (направление воды не меняется) и многоходовыми (можно менять направление воды). Они соединяются по способу сборки или пайки.
- Кожухотрубные. Изготавливаются как труба с мелкими патрубками. Теплоноситель движется по ним, поступая на отопительный прибор или ГВС.
- Битермические. Имеют вид двух трубок, вставленных одна в одну. По внутренней подается вода на ГВС, по внешней – для отопления.
Кожухотрубные модели применяются для промышленных котлов.
Газовая горелка
Горелка открытого типа в газовом котле
Осуществляет нагрев теплоносителя, бывает наддувной и атмосферной. Наддувные модификации отличаются высокой производительностью, атмосферные – минимальным уровнем шума.
Насос
Насос циркуляции обеспечивает перекачку воды по теплотрассе, ее медленное остывание. При помощи насоса снижаются топливные затраты. Перед запуском отопительного агрегата в работы из насоса откачивают воздушную пробку.
Газовая арматура
Газовая арматура для регулировки работы котла
Арматурные элементы включают несколько устройств:
- Предохранители – автоматически удаляют воду или пар из системы при превышении нормы давления. Для моделей с пределом давления до 0,07 Па используются выкидные предохранители, более 0,07 Па – рычажно-грузовые и пружинные клапаны.
- Водоуказатели – приборы в виде стеклянного корпуса, трубок и кранов контролируют уровень воды.
- Запорная и регулирующая арматура – представлена вентилями (котлы с диаметром прохода 100-150 мм) и задвижками. Одноконтурные отопители оснащаются обратными клапанами.
На один котел ставится 2 водоуказателя.
Трехходовой клапан
Турбина для котлов с закрытой камерой сгорания
Регулирует направление теплоносителя при наличии системы ГВС. Деталь Т-образного вида с одним выходным и двумя входными отверстиями изготавливается из бронзы. Внутри клапана находится мембрана регулировки поступающих потоков теплоносителя. Автоматические трехходовки активируются от температуры воды, механические – выставляются вручную по показаниям термометра.
Турбина
Ставится на моделях, где имеется закрытый тип камеры сгорания и поворотный дымоотвод. Узел выполняется в виде вентилятора, подающего воздух. Потоки поддерживают процесс горения и выводят продукты сгорания.
Разновидности газовых котлов
Двухконтурные котлы одновременно нагревают теплоноситель и воду для бытовых нужд
Классификация газового котла осуществляется по нескольким признакам.
Количество контуров
Одноконтурный прибор обеспечивает только обогрев помещения, без горячей водоподачи. Двухконтурный агрегат подключается к коммуникациям ГВС и отапливает дом.
Способ создания тяги
Тяга котлов газового типа бывает:
- естественной – реализуется при разности удельной массы воздуха в комнате и снаружи;
- принудительной – тягу нагнетает вентилятор.
Для моделей с естественной тягой нужен качественный дымоотвод.
Способ розжига
Работа отопительного котла начинается после активации:
- электронной системы розжига – автоматически, без вмешательства пользователя;
- пьезоэлектрического элемента – устройство разжигается после нажатия человеком специальной кнопки.
Для электронного розжига требуется электричество.
Способ монтажа
Газовые котлы могут отличаться по монтажу, виду топлива
В зависимости от способа установки можно подобрать агрегат:
- Настенный – фиксируется на поверхности стены анкерными болтами, отличается компактностью. Модель подходит для небольших помещений. Минусом является чувствительность теплообменников к химическому составу воды.
- Напольный – устанавливается в отдельном помещении. Котельная оборудуется согласно государственным нормативам. Модификация с высоким КПД, способная обогреть большую площадь.
У напольных котлов всегда два контура, у настенных может быть один.
Принцип аккумуляции тепла
Котельные агрегаты похожи внешне, но различаются по инженерным решениям:
- Конвекционный прибор сжигает газ, нагревая воду при помощи одного теплообменника. В процессе циркуляции теплоносителя на дымоходе оседает конденсат, попадающий в теплообменник. Кислотный состав жидкости приводит к поломкам элемента.
- Конденсационный агрегат оснащается вторичным теплообменником, на котором оседает конденсат. Остаточное тепло осадка аккумулируется нагревательным элементом.
КПД конвекционных моделей – 88-92 %, конденсационных – 103-115 %.
Тип мощности
Существует несколько модификаций котлов:
- Одноступенчатые. Регулировка параметров температуры осуществляется через включение и отключение.
- Двухступенчатые. Горение можно выставить на два режима – 40 % или 100 %.
- Модулируемые. Диапазон мощности элементов варьируется от 10 до 100 %.
Модулируемые устройства обеспечивают плавность регулировки высоты пламени и температуры воды, но стоят недешево.
Принцип действия
Для центральной и автономной теплотрасс применяется природный газ с метановым и пропаново-бутановым вариантом сгорания. Вне зависимости от горящей смеси принцип работы котла представлен:
- Подключением. При наличии газа вручную или автоматически прибор зажигается.
- Искрением. Горелка зажигается в момент получения искры от электричества.
- Активацией основной горелки. Процесс производится с помощью запальника.
- Нагревом теплоносителя и водяной рубашки. Для выполнения этой операции задействуется теплообменник. Элемент прогревает воду до заданных параметров температуры, затем горелка выключается.
При понижении температуры, когда работает котел, сенсорный датчик передает сигналы автоматике. Система начинает функционировать, пока теплоноситель снова не подогреется.
Плюсы и минусы
К газовому котлу можно присоединить бойлер
К положительным сторонам эксплуатации оборудования относятся:
- недорогая стоимость газового топлива в сравнении с электричеством, дровами, мазутом или углем;
- высокий КПД;
- подключение к ГВС и отоплению моделей с двумя контурами;
- подбор установки для больших и маленьких домов;
- простота самостоятельной эксплуатации;
- совместимость с другими устройствами – к агрегату подсоединяется бойлер или коммуникации для горячей воды;
- возможность монтажа настенных модификаций в квартире, напольных – в частном доме.
Минусами котельного оборудования на газу являются затраты на монтажные работы – подключение производится по разрешению Газтехнадзора. Экономичность эксплуатации прибора достигается только при наличии газовой магистрали.
Правила выбора
Расход топлива в зависимости от мощности котла
При подборе котла газового типа учитывайте несколько критериев:
- Конвекционные модели дешевле конденсационных, но у них ниже КПД и чаще ломаются теплообменники.
- Котлы с открытой камерой сгорания не подойдут для квартир. Они ставятся в отдельном помещении с качественной вентсистемой. Лучше остановиться на оборудовании с закрытой камерой.
- Мощность настенных агрегатов – до 32 кВт, напольных – от 100 кВт.
- Настенный котел обеспечивает качественный обогрев зданий до 300 м2. Если дом больше 300 м2 – подойдет напольный вариант.
- Для снижения тепловых затрат лучше выбирать двухступенчатые или модулируемые устройства.
- Приборы с естественной циркуляцией не подойдут для помещений более 100 м2.
- Напольные модификации мощностью до 60 кВт допускается подключать на кухне.
- Настенные агрегаты малошумные – их можно поставить на кухню или в холл.
- Образец с атмосферной горелкой требует отдельного дымохода от 4 м высотой.
- Наддувную горелку (мощность от 100 кВт) нужно подключать и устанавливать отдельно.
При выборе параметров мощности учитывайте, что 1 кВт тепла обогревает 10 м2 жилища.
Эксплуатация газовых котлов – экономичный способ обогреть дом. Владельцам не нужно решать вопрос транспортировки и хранения твердого топлива, переплачивать за электричество. При знании разновидностей и принципа действия агрегатов легко подобрать вариант для конкретного помещения.
устройство и назначение :: SYL.ru
Для отопления промышленных и жилых строений используют два основных вида котлов: паровой и водогрейный. Первый, как правило, используется в промышленных целях, второй — для отопления жилых строений, что обусловлено спецификой конструкций.
Различие паровых и водогрейных котлов заключается в том, что в последнем нагрев происходит под давлением, то есть без закипания воды, а значит и без образования пара. Такая особенность позволяет выпускать водогрейные котлы менее габаритных размеров, чем паровые. Соответственно, сфера применения этого оборудования существенно расширяется. Чаще всего котел водогрейный устанавливают в загородных и частных домах в качестве аппарата для автономного отопления.
Основной функцией водогрейного котла является обеспечение потребителя горячей водой заданной температуры, которая используется в бытовых и технических целях, а также в системах отопления и вентиляции.
В зависимости от типа котел водогрейный может применяться для отопления промышленных сооружений, жилых зданий, в том числе и многоквартирных, а также частных домов. При этом размер котла и вид используемого топлива напрямую зависит от требований, предъявляемых к температурному режиму, который должен поддерживать агрегат.
Разновидности водогрейных котлов
Устройство водогрейных котлов различают по конструкции, типу применяемого топлива и температуре воды на выходе.
Низкотемпературные котлы, в которых вода нагревается до температуры в 115 градусов, отличаются высокой экономичностью в процессе эксплуатации. Однако стоимость самих агрегатов довольно высока, так как к материалу изготовления всех элементов котла предъявляются достаточно большие требования.
Высокотемпературные котлы производят перегретую воду с температурой от 150 градусов и отличаются долгим сроком службы, надежностью всех узлов и элементов. Кроме того, такой котел быстро монтируется и имеет простое управление. Но вот топлива в таких установках потребляется гораздо больше.
Конструктивные различия водогрейных котлов
Различают две основных конструкции водогрейных котлов: водотрубные и газотрубные. Чтобы особо не вдаваться в технические подробности, основное отличие заключается в том, что в первом случае по трубам, установленным внутри котла, движется вода, которая нагревается продуктами сгорания. При втором варианте все происходит с точностью до наоборот, по трубам проходит газ от сгорающего топлива, нагревающий воду извне.
Наиболее удобными в эксплуатации являются газотрубные котлы. Дело в том, что система водотрубной конструкции более сложная и чаще приходит в негодность благодаря своим техническим особенностям. Кроме того, доступ к узлам, которые наиболее часто требуют обслуживания и ремонта, довольно неудобен.
Различия по типу используемого топлива
Еще один признак, по которому классифицируют котел водогрейный, — это топливо, применяющееся для нагрева воды.
- Газовые котлы. Наиболее распространенный вариант благодаря экономичности и экологичности топлива. Кроме того, этот вид имеет самую высокую степень надежности и безопасности.
- Жидкотопливные котлы, как правило, работают на солярке, и по своим эксплуатационным характеристикам очень близки к газовому оборудованию.
- Котлы на твердом топливе. Такие аппараты могут заправляться дровами, углем или специальными брикетами из древесных отходов. Несмотря на то что эти материалы имеют очень невысокую стоимость, эксплуатация водогрейных котлов на твердом топливе приводит к неблагоприятным экологическим последствиям. Поэтому этот вид используют при невозможности обеспечения котла газом или жидким топливом.
С какой топкой лучше использовать котел, определяется чаще всего на основании возможностей потребителя. Если к дому подведено газоснабжение, то предпочтительнее выбрать именно газовый котел.
В остальных случаях подбирают наиболее экономичный вариант для конкретного потребителя. Кстати, сегодня многие производители выпускают водогрейные котлы с возможностью применения разных видов топлива. Например, если газ по каким-то причинам вдруг отключили, до возобновления его подачи котел можно заправлять дизельным топливом или дровами. Главное, поставить соответствующую горелку.
Преимущества использования водогрейных котлов
Популярность водогрейных котлов обусловлена высокими эксплуатационными характеристиками, а также удобством и простотой в обслуживании.
- В первую очередь котлы этого типа отличаются высоким КПД при минимально возможном расходе топлива.
- Вторым достоинством является компактность аппарата, что позволяет сэкономить на строительстве котельной. Нередко котел водогрейный устанавливается даже не в отдельно стоящем строении, а в подвале дома, который он и снабжает. Кстати, правилами СНИП в некоторых случаях это вполне разрешено.
- Конструкция водогрейного котла отличается простотой, а значит обслуживание и ремонт аппарата не представляет особой сложности.
- При точном программировании температурных режимов и правильной пусконаладке водогрейный котел стабильно поддерживает требуемую температуру для оптимального отопления строения. При этом особого участия человека в этом процессе не требуется.
Правила эксплуатации водогрейных котлов
При использовании котельного оборудования существуют определенные правила. Водогрейный котел в процессе эксплуатации нуждается в периодической проверке и регулировке, которая должна проводиться профессионалами.
В первую очередь стоит помнить, что самостоятельная установка и пусконаладка котлов крайне не рекомендуется. Лучше доверить эти мероприятия специалистам, которые настроят работу котла на оптимальный режим. При этом вы гарантированно получите стабильное отопление, экономию топлива и бесперебойную работу оборудования.
Кроме того, минимум раз в три года в обязательном порядке проводится режимная наладка котла для проверки работоспособности агрегата.