23.01.2022

Угольные котлы отопления: Угольные котлы для отопления частного дома

Содержание

Угольные и дровяные котлы отопления – особенности конструкции и применения

Использование традиционных видов топлива, которыми являются уголь и дрова, всегда было выгодным и доступным решением для отопления домов. И хотя такой способ получения тепла считается классикой, сегодня твердотопливные котлы никто не считает устаревшими. Новые технологии превратили угольные и дровяные печи в ультрасовременные устройства, которые имеют компактные размеры, привлекательный дизайн и оснащены электронными устройствами, облегчающими  их функционирования в отопительных системах.

Угольные отопительные котлы

Угольный отопительный котел работает по принципу русской печи, но нагрев помещения происходит не за счет огня, а при помощи нагретого теплоносителя (воды). Агрегаты традиционной конструкции несколько неудобны в работе: требуется постоянно следить за наличием топлива и загружать его каждые 2-3 часа, следить за температурными колебаниями, часто очищать от сажи и золы.

От дровяных аналогов они отличаются меньшими размерами топки и колосниковой решеткой, которая должна выдерживать более высокие температуры.

Для дач и загородных домов монтаж котла на угле – практичный способ решения вопросов временного и постоянного отопления. Сложность может представлять хранение достаточно больших запасов, которые потребуются, чтобы обеспечить отопительный сезон. Нужно обращать внимание и на фракцию угля, которая должна быть оптимально 25-50 мм. Использование более крупного или мелкого угля приведет к снижению эффективности.

На сегодняшнем рынке представлены устройства в современном исполнении, называемые котлы длительного горения. Это универсальные агрегаты, которые могут работать на всех видах  твердого топлива, включая бытовой мусор. Они обладают более высокой степенью теплоотдачи, сжигают в два раза меньше топлива и могут работать на одной загрузке более продолжительное время.

Дровяные котлы отопления

Некоторые особенности систем отопления твердотопливным котлом такого типа приводят к тому, что дровяные агрегаты широко применяются в селах, удаленных от газопровода, на дачных участках, в домашних банях и саунах. Использовать их в городских условиях часто бывает нерентабельно, т. к. такой вид топлива более доступен в сельской местности.  Для основного отопления обычные дровяные устройства устанавливаются достаточно редко по той причине, что дерево обладает сравнительно невысокой  теплотворной способностью и для качественного обогрева потребуется сжечь большое количество дров. Более распространенными и экономичными являются пиролизные котлы, в которых благодаря новым технологиям КПД вместо обычных 70% составляет 85%.

Если производилась установка котла, предназначенного только для сжигания древесины, то не рекомендуется закладывать в него уголь, брикеты или хвойные породы дерева. Высокие требования предъявляются и к качеству древесины – излишне сырое дерево будет выделять много испарений, сажи и смол. Размеры топки и загрузочного люка в таких устройствах достаточно большие, чтобы вместить в себя крупные поленья и ветки.

Производители отопительной техники стремятся создавать универсальные устройства, которые могут работать не только на угле или древесине, но и на других видах твердого топлива: торфе, брикетах, отходах сельскохозяйственного производства, бытовом мусоре. Исключение  составляют пеллетные котлы, предназначенные для сжигания специальных древесных гранул.

В конструкции многих универсальных агрегатов предусматривается возможность перехода на газ или дизельное топливо. Если имеется перспектива газоснабжения, то можно сначала приобрести твердотопливный котел, который имеет относительно низкую цену, затем, сменив горелку перейти на более удобное  газовое отопление.

Твердотопливные котлы отопления на угле их принцип работы и преимущества

Твердотопливные котлы пользуются большой популярностью на современном рынке. Они вытесняют свои аналоги и во многом превосходят их своей многофункциональностью, а своей неприхотливостью в работе они несут преимущество для отопления больших помещений. Главное в них — это недорогое топливо и редкое обслуживание в ремонте. Твердотопливные котлы бывают нескольких видов и сильно отличаются друг от друга параметрами. Подробнее о котлах отопления на угле описано ниже.

Принцип работы котлов длительного горения

Такие котлы отличаются от привычных для нас, издревле люди привыкли видеть процесс горения снизу — вверх, здесь же всё наоборот. Благодаря современным технологиям устройство котла сделано так, чтобы процесс горения распространялся сверху — вниз. Благодаря этому достигнуто максимальное время горения топлива, что позволяет экономить на обогреве.

При выборе котла длительного горения, будьте готовы к некоторым сложностям:

  • топливо необходимо закупать большими объёмами;
  • для угля должно быть своё место хранения, недалеко от помещения, которое предстоит отапливать. (Здесь важно чтобы уголь не сырел и не задувал сильный ветер).

Узнать об основных видах угля и температуре горения можно тут: https://teplo.guru/pechi/temperatura-goreniya-uglya.html

Топливо в котёл загружается привычным для нас способом — при помощи лопаты или специального совка. Котёл необходимо чистить, после полного сгорания угля остаётся сажа, она оседает на стенках котла, вследствие чего эффективность работы отопительного прибора снижается в среднем на 15%. Прочищать необходимо не только место, куда погружается топливо, но и дымоотводящие каналы, так как именно они отвечают за подачу воздуха и качество горения. Как правило, камера горения в таких приборах большая, она помещает в себя большое количество топлива, что позволяет отапливать помещение в течение суток и более в зависимости от модели без добавления угля.

Изготовить древесный уголь можно самостоятельно. Подробности здесь: https://teplo.guru/eko/drevesnyiy-ugol-svoimi-rukami.html

Преимущества котлов длительного горения

Важно отметить, что эксплуатационные характеристики угольных котлов широки, это привлекательно для потребителя, благодаря этому котлы востребованы на современном рынке. Главные преимущества угольных котлов длительного горения:

  • присутствует возможность использовать в виде топлива не только уголь, но и многие другие материалы, к примеру: торф, опилки, древесину;
  • после одной загрузки топлива, котёл работает длительное время, не нужно вмешательство людей в течение суток и более — в зависимости от модели котла;
  • лучшие показатели теплоотдачи и экономичности по сравнению со своими аналогами;
  • возможность обогреть любую площадь, нужно лишь правильно выбрать мощность котла;
  • расход топлива при использовании таких котлов уменьшается почти на 50%, а значит и трата денег на отопление гораздо меньше.

Виды твердотопливных котлов

В настоящее время существует множество видов различных котлов отопления и топливо для них совершенно разное, но традиционные виды топлива, такие как уголь и дрова всё равно остаются самыми распространенными. При покупке современного котла многих людей пугает то, что за ним необходимо постоянно следить и добавлять топливо. Данная проблема решена, созданы специальные твердотопливные котлы, которые работают долгое время без вмешательства человека.
  1. Первый вид котла называется чугунным. Он предназначен для сжигания такого топлива как уголь и дрова. Несмотря на все свои положительные стороны всё же зависим от человека и энергоснабжения. Дрова в таком котле горят, как правило, не более 5 часов, а значит и топливо нужно постоянно добавлять. В настоящее время отечественный и зарубежный производитель выпускает такие котлы, одни из них носят название КЧМ и Solida.
  2. Второй вид во многом отличается от первого и носит название — пиролизные котлы отопления. Присутствует наличие двух камер сгорания, в одной из которых горит топливо, погруженное в котёл, а во второй догорает синтез газа. Основной вид топлива — древесина. Превосходит чугунный котёл временем горения, здесь оно составляет 10 часов. Один из самых успешных котлов такого вида называется Dakon, производство Чехия.
  3. Пеллетные котлы, название происходит от слова пеллеты (гранулированная древесина). Именно ей необходимо отапливать помещение при помощи таких котлов. Отличается удобным дополнительным преимуществом — самостоятельно досыпает нужное количество топлива при помощи шнека и разжигает его. Время горения в этом случае зависит от модели котла и ёмкости его бункера. Но есть и существенный недостаток — сжигать в таком котле, что-либо, кроме древесных гранул нельзя.
  4. Самый современный и востребованный вид — котлы длительного горения. В качестве топлива можно использовать дрова, опилки, уголь, торф. Превосходят свои аналоги во времени горения, с таким котлом не нужно вмешательство человека на протяжении 2 суток и более благодаря новейшей системе горения сверху вниз, это позволяет топливу не гореть, а тлеть долгое время.

Твердотопливные котлы хорошая альтернатива газу. В случае если вы живёте на даче или ваша улица не газифицирована, котёл длительного горения на углях дровах и другом топливе отлично отопят помещение любого размера.

Как выбрать твердотопливный котёл

При выборе котла следует уделить внимание следующим критериям:

  • конструкция котла;
  • принцип работы;
  • мощность;
  • вид используемого сырья;

В первую очередь следует обратить особое внимание на мощность. Это один из самых важных критериев и именно от него зависит работа котла, так как не каждая модель может справиться с слишком большой отопительной системой дома. Уточнять мощность котла нужно у специалиста, он сопоставит такие критерии, как площадь дома, климатический регион и даже высоту потолков. Примерную требуемую мощность можно подсчитать самостоятельно исходя из следующего правила: на 10 квадратных метров необходим 1 кВт мощности.

Ошибка в выборе мощности котла может плохо отразиться на качестве отопления. При меньшей степени обогрева в помещении будет холодно, а при большей оборудование может выйти из строя.

Место установки котла

Идеальным местом для котла считается легкодоступное отдельное помещение. Лучший вариант — отдельная комната в доме. Это позволит загружать топливо легко и с удовольствием. В зимнее время года желания выходить из дома в отдельную котельную, как правило, отпадает сразу.

Три важных правила в выборе места установки котла:

  1. Проветриваемое помещение.В случае если в виде топлива используется дополнительный газ, возможна небольшая утечка. Если монтаж сделан правильно, бояться утечки не нужно, но в случае их длительного накопления высока вероятность отравления.
  2. Глубокий погреб.Не самый лёгкий вариант установки котла, но все, же если в доме присутствует возможность установить его на глубине 2 — 3 метров от радиатора отопления это будет идеальный вариант. Благодаря такой установке не нужна дополнительная циркуляция, можно не использовать циркуляционных насосов, если же вариант установки только в доме, циркуляция обязательна, в случае её отсутствия или неправильной установки возможна утечка угарного газа, определить его наличие в помещении без специальных приборов невозможно, а отравиться им легко.
  3. Дымоход.Важно обеспечить нужную тягу. В случае ошибки этих расчётов возможно снижение мощности котла и попадания продуктов горения в помещение. Производить монтаж дымохода должен специалист, так как легко ошибиться в этом нелёгком деле и потерять тепло.

При соблюдении всех правил твердотопливный котёл будет исправно работать долгие годы.

Для удаления из систем отопления загрязняющих частиц необходимо установить дымосос. Подробности: https://teplo.guru/kotly/tverdotoplivnye/dyimosos.html

Газовый и электрический котёл

Электрический котёл отопления не уступает твердотопливному, в некоторых случаях установка электрокотла будет иметь лучший выбор. Такой случай — частое отсутствие хозяев. Дом можно покинуть на всю зиму оставив небольшую мощность котла для поддержания температуры, но при этом необходимо иметь дополнительный электрогенератор. В твердотопливный котёл подкидывать топливо необходимо через определённый промежуток времени. У электрического котла есть и масса минусов, к примеру: цена на электричество, мощность проводки, жёсткость воды в водопроводе должна быть определённая и т. д.

Газовый котёл практичен, удобен в эксплуатации и неприхотлив в работе. Его работоспособность может нарушить только поломка или отключение газа, что происходит, как правило, исключительно по желанию хозяев. Газовые котлы не требуют много места и могут работать на двух видах топлива. В случае если для установки твердотопливного котла места в доме нет, можно установить газовый котёл.

Не смотря на плюсы других котлов, с твердотопливными котлами на угле они не сравнятся. А самое важное их преимущество — экологически чистое сырьё для отопления помещения.

Видеообзор угольного котла

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Промышленные угольные котлы по ценам производителя

Промышленные угольные котлы – это разновидность твердотопливного оборудования, используемого для организации системы обогрева производственных объектов. Этот вариант считается востребованным, несмотря на появление более модернизированных вариантов. Уголь – это дешевый и доступный вид топлива, который широко применяется в регионах с развитой угольной промышленностью.

Мы предлагаем промышленные угольные котлы собственного производства. Регулярная модернизация оборудования направлена на его усовершенствование и адаптацию к условиям современного производства. Вся продукция сертифицированная и безопасная.

Что лежит в основе конструкции

Угольный котел относится к твердотопливному оборудованию. В его основе лежит две основных конструктивных части:

· топки. В них загружают подготовленное топливо, где и происходит его сгорание;

· теплообменник. Конструктивный элемент отвечает за нагрев воды, с последующей циркуляцией в замкнутой системе.

Промышленные котлы на угле характеризуются рядом функциональных особенностей:

· наличие принудительной подачи воздуха;

· возможность регулирования температурного режима;

· возможность задания определенного температурного режима;

· наличие автоматизированных бункеров.

Промышленные котлы способны обогреть большие территории, включая склады, административные учреждения, производственные объекты.

Ключевые преимущества

Угольные котлы характеризуются массой преимуществ. К их числу относят:

· доступный ценовой сегмент;

· экономичный энергоресурс;

· высокий уровень КПД свыше 90%;

· отменные эксплуатационные характеристики.

Купить промышленные угольные котлы можно у нас по приемлемой стоимости. Мы самостоятельно проектируем и производим энергетические и тепловые установки. Все готовые конструкции проходят плановые проверки, что является гарантом их высокого качества и безопасности.

Заказать промышленные котлы можно по указанным номерам телефонов или через специальную форму на сайте. Запросы обрабатываются в сжатые сроки. Доставка продукции осуществляется по всей территории России.

Остались вопросы? За дополнительной информацией обращайтесь по телефону.

Автоматические угольные котлы для отопления частного дома

Проблема отсутствия удобного централизованного или газового отопления промышленных, жилых и хозяйственных помещений давно решена: на смену стационарным кирпичным печам пришло оборудование нового поколения – автоматические угольные котлы.

Разновидности

Когда возникает вопрос о выборе подходящего оборудования для отопления дома твердым топливом, то учитываются такие важные моменты: способ горения, материал изготовления и метод подачи угля.

Все агрегаты работают на твердом каменном угле.

Тип горения

Так, различают котлы прямого и длительного горения. Прямое или горение «снизу вверх» основано на принципе циркуляции воздуха из нижней части камеры сгорания. При этом топливо начинает гореть снизу. В случае с длительным горением топливо сжигается сверху.

Механизм прямого сгорания очень прост: котел разжигается и в камеру вручную подается уголь. Воздух для сжигания поступает через отверстия (колосники) снизу — это способствует хорошему охватыванию огнем нижних слоев угля и продвижению его вверх. В агрегате с длительным горением топливо помещается в камеру и только потом разжигается верхний его слой. Воздух через специальную систему подводится сверху.

Такой способ сжигания экономичен и требует загрузки в 2 раза меньше, чем в случае прямого горения.

Однако агрегаты, работающие на угле, очень капризны к качеству топлива: оно должно быть сухим и слабоспекающимся, а дозаправить можно только когда прогорит первая порция.

Классификация по материалу

Котлы, работающие на угле, могут быть изготовлены из специальной котловой стали и из чугуна. Сталь неустойчива к коррозии, быстрее прогорает, но ее ремонтопригодность стала достоинством систем из этого материала.

Чугун же, наоборот, имеет внушительный срок эксплуатации, сопротивляется коррозии, но при этом очень хрупок. Это очень усложняет ремонт чугунных котлов, требует замены изношенных частей. Поэтому иногда при изготовлении эти материалы комбинируют. Например, из стали делают корпус, а из чугуна – камеру сжигания.

Классификация по способу подачи

Котлы разделяют на агрегаты с классической, с полуавтоматической и с автоматической подачей топлива. Классическая подача – это ручная закладка в камеру, которая требует постоянного присутствия пользователя для поддержания нужной температуры. Эти агрегаты недорогие, но большой расход материала и малое время его тления делают выгоду минимальной.

Полуавтоматические котлы оснащены микропроцессорами и вентилятором. Все это дает рост рабочего времени на одной загрузке с выделением необходимого количества тепла.

Автоматические угольные котлы оснащены системой микропроцессорного управления вентилятором и датчиками автоотключения при превышении температуры воды. Туда также встроены датчики контроля, управления защитным клапаном от возгорания, датчики температуры.

При поступлении сигнала с датчика температуры топливо автоматически заливается водой – так исключается пожароопасная ситуация. Расход топлива сокращен до 50%, что сокращает в свою очередь и образование золы почти в 3 раза. Поэтому, несмотря на высокую цену, эти котлы очень экономичны и надежны в эксплуатации, полностью оправдывают вложения.

Устройство котла

Угольный котел с автоматикой использует для подачи топлива механизм ременно-шестеренчатой передачи, которая управляется электродвигателем. Механизм оснащен лентой для транспортировки топлива и емкостью, в которую оно засыпается.

При необходимости очистки агрегата дно камеры открывается, и сбор твердых несгоревших остатков помещается в контейнер.

Принцип работы

В угольной отопительной системе автоматического типа используется принцип работы конвейера. Материал для отопления попадает на транспортерную ленту и подается в камеру. То, как сработает механизм движения, зависит от температуры воды в системе. Температура фиксируется датчиком и предается в микропроцессорный блок управления.

Когда температура падает, транспортерная лента начинает свое движение, и топливо подается в камеру. Удаление золы тоже является автоматизированным процессом.

Модели для промышленных предприятий могут автономно работать на протяжении месяца, в то время как бытовые котлы имеют небольшие бункеры и могут самостоятельно работать только в течение 2-3 дней.

Процесс работы

Итак, процесс отопления на автоматическом котле и угле в качестве топлива состоит из нескольких этапов:

  • вручную засыпается уголь в бункер. От вместимости бункера зависит количество закладок и время непрерывной работы системы;
  • шнековой подачей топливо передается в камеру автоматически. Редуктор работает от электродвигателя;
  • топливо выдавливается в камеру и под давлением подается воздух;
  • сгорание происходит тонкими слоями, уменьшая количество сажи и не прогоревших частиц, но при необходимости котел будет автоматически удалять золу.

Как выбрать?

При выборе следует обратить внимание на следующие моменты:

  • фракция используемого угля — менее прихотливо оборудование, работающее на фракции до 80 мм;
  • возможность использования различного вида топлива;
  • размеры, объем и номинальная мощность резервуара;
  • напряжение электродвигателя — для дома желательно использовать системы, работающие от напряжения в 220 вольт;
  • КПД системы – для оборудования промышленного типа он составляет до 81% при одновременном отоплении площадей до 3500 м2.

Особенности

Автоматический угольный котел бытового типа все же требует вмешательства человека: наполнить резервуар, механически убрать золу и следить за бесперебойной подачей электроэнергии. Но даже в этом случае они являются отличной альтернативой всем другим видам отопительного оборудования.

Проблемой являются частые поломки рабочего механизма, которые требуют дорогостоящего ремонта. Кроме того, простой в работе приводит к охлаждению дома (отапливаемого помещения).

Использование

Подобного рода оборудование чаще всего используется для отопления частного дома. Его особым образом монтируют в систему, соблюдая при этом ряд требований:

  • площадь помещения котельной должна составлять более 7 м2, и все комнаты дома должны быть обеспечены притоком воздуха;
  • напольные покрытия дома должны быть негорючие;
  • котел должен располагаться на расстоянии 0,5 метра от стен котельной, а под него кладут металлический лист, который также защитит от возгорания;
  • дымоходы должны иметь требуемый диаметр сечения в соответствие с рекомендациями производителя;
  • электродвигатель и системы автоматики лучше изолировать от любого нагревания.

Таким образом, котлы на угле являются прекрасной альтернативой устоявшимся системам отопления частного дома.

твердотопливные котлы отопления длительного горения, двухконтурные котлы отопления на твердом топливе, комбинированные котлы на твердом топливе и электричестве, бытовые котлы на твердом топливе, угольный котел длительного горения

Твердотопливные котлы отопления

Твердотопливные котлы относятся к такому виду отопительного оборудования, который обычно устанавливают в домах с постоянным проживанием. Особенно актуально применение таких котлов там, где нет возможности установить электрические, газовые и другие типы такого оборудования. Если в вашем районе в силу тех или иных причин нет газового отопления, или же вы страдаете от частых перебоев электроэнергии, твердотопливные котлы длительного горения — ваш выбор. Кроме того, в этом случае вы можете установить комбинированные котлы на твердом топливе и электричестве — в этом случае в режиме обычной работы котел будет использовать основной источник энергии, а в экстренном (например, перебои с электричеством) — резервный источник.

Если вы решили установить котел в загородный дом, то без сомнений выбирайте двухконтурные котлы отопления на твердом топливе, чтобы обеспечить загородную резиденцию своей семьи не только теплом, но и горячей водой.

Котлы на твёрдом топливе в качестве энергоносителя используют дрова, уголь, торф и т.д. В зависимости от этого котлы носят разные названия, например, угольный котел длительного горения и т.д. 

Подробнее изучить технику установки котлов, в том числе бытовых котлов на твердом топливе, можно в разделе полезной информации.

 Конструкция и принцип работы твердотопливных котлов отопления

 

Принцип работы твердотопливных котлов предельно прост, у всех моделей он происходит следующим образом. На котле устанавливается датчик, который измеряет температуру котловой воды. Этот датчик соединен с воздушной заслонкой при помощи самой обычной стальной цепочки. В случае, если температура повышается хотя бы на один градус выше заданной, заслонка автоматически прикрывается, таким образом,  процесс горения замедляется. Когда происходит понижение температуры, заслонка приоткрывается и огонь разгорается с новой силой. Среди твердотопливных котлов выделяют дровяные и всеядные модели. Последние работают на угле, коксе, торфяных брикетах, дровах и т.д. Дровяные котлы работают на дровах и древесине, влажность которой не превышает 35%. Дровяной котел отличается от всеядного камерой сгорания, которая дополнена жаростойкими сегментами и шамотными досками. Эти элементы в несколько раз улучшают сжигание древесины и выступают в качестве катализаторов горения.

 

Преимущества твердотопливных котлов отопления:

  • котлы удобны и безопасны в эксплуатации;
  • приборы просты в установке;
  • топливо для твердотопливных котлов находится в свободном доступе;
  • высокий КПД позволяет отопить в короткие сроки помещения большой площади;
  • котлы не требуют дополнительного дорогостоящего обслуживания.

Недостатки твердотопливных котлов отопления:

  • котлы не могут осуществлять автономный обогрев, кто-то должен загружать горючее;
  • приборы необходимо постоянно очищать от золы и других продуктов горения;
  • топливо занимает достаточно большую площадь помещения.

 

 

 

Монтаж твердотопливных котлов отопления:

 

  1. Подготовка основания. Твердотопливный котел длительного горения монтируется на фундаменте высотой  10- 20 см. Фундаментом может служить специально сделанный подиум или  армированная стяжка из бетона.
  2. Устройство дымохода. В процессе горения топлива образуется летучие продукты горения, которые выводятся из котла вентиляторами, а из топочной комнаты системой вентиляции (дымоходом). При монтаже дымохода места соединения труб нужно обработать термостойким герметиком, для избежание  пожароопасных ситуаций и утечек дыма. Дымоход должен иметь сборник конденсата и технологические отверстия для чистки сажи.  
  3. Монтаж бойлерной. Твердотопливный котел устанавливается в отдельной комнате. Расстояние от котла до стенок комнаты должно быть не менее 50 см. Между дверкой загрузки котла и стеной не менее 1 метра.
  4. Монтаж трубопровода. Основываясь на мощность котла отопления, рассчитывается протяженность теплового контура и количество радиаторов для отопления. Полный монтаж трубопровода котла отопления осуществляется перед установкой бойлера.
  5. Установка бойлера горячего водоснабжения. Двухконтурный котел требует установки накопительного бака для системы водоснабжения. Роль накопительного бака играет бойлер. При установке бойлера в не отапливаемом помещении конструкцию нужно оснастить теплоизоляционным кожухом.
  6. Установка расширительного бака. Расширительный бак котла отопления ставиться в обратный контур системы отопления с искусственной циркуляцией теплоносителя.
  7. Клапан безопасности. Если производители котла не предусмотрели встроенный аварийный теплообменник, то в обвязку котла нужно подключить клапан безопасности твердотопливного котла.

Рейтинг лучших угольных котлов длительного горения для отопления частного дома 2022: какой лучше

Лемакс Форвард-12,5

  • Мощность, кВт: 13
  • Кол-во контуров: 1
  • Тип: напольный
  • Рейтинг: 5.0

Достоинства:

  • энергозависимость
  • бесшумный
  • мощный
  • цена
  • не греется снаружи

Недостатки:

  • неудобно чистить
  • вертикальная загрузка
  • маленькая топка
  • невозможно отрегулировать тление

Твердотопливные котлы отопления – достойная альтернатива газовым теплогенераторам, особенно в случае, когда дом не газифицирован. В частности, речь идет об угольных моделях, так как уголь остается одним из самых доступных видов топлива.

Следует отметить, что у современных угольных котлов для отопления частного дома как функционал, так и характеристики в общем намного превосходят классические печи, что делает установку первых действительно выгодным решением.

Особенности отопления углем

Угольные котлы имеют ряд преимуществ среди других типов теплогенераторов, использующихся для организации домашнего отопления. Прежде всего это относительно невысокая стоимость и простота конструкции. По сравнению с пеллетными вариантами, угольные модели дешевле на 15-30%, но немного дороже дровяных котлов.

Еще одно преимущество угольного котла кроется в продолжительности горения топлива. Уголь сгорает намного дольше дров, так что некоторые модели могут поддерживать работу на одной загрузке топки до 24 часов и более, что в среднем дольше в 3 раза. КПД, кстати, также выше, составляет 75-90%, в зависимости от конструктивных особенностей котла.

Важно! В качестве топлива угольные теплогенераторы могут использовать также брикеты и дрова, правда в этом случае наблюдается снижение их эффективности в среднем на 20%.

Что касается угля, для твердотопливного котла в основном используются следующие марки:

  • Длиннопламенные газовые (ДПГ).
  • Антрацит.
  • Бурый уголь.

Уголь последней марки неустойчив, а срок его хранения составляет максимум 6 месяцев. Также это топливо сортируется по диаметру фракций, где мелкие сорта хорошо подходят для автоматического оборудования.

Чтобы определить, какой уголь лучше использовать, следует отталкиваться от рекомендаций производителя теплогенератора, а также особенностей того или иного сорта топлива.

К основным характеристикам угля, на которые необходимо обращать внимание, относятся:

  • Теплота сгорания (калорийность). Наибольшую температуру выдает антрацит (8600 Ккал/кг) и коксующийся уголь (8700 Ккал/кг). Последний не рекомендуется использовать для котлов бытового назначения, так как он опасен.
  • Зольность – процент содержания в угле золы, которая не сгорит. Чем он выше, тем хуже топливо, чаще придется проводить чистку котла. По этому показателю лидирует антрацит.
  • Внутренняя влажность – в отличие от поверхностной, от которой избавляются просушиванием, она удаляется только при горении. Кроме того, с повышением именно внутренней влажности, топливо отдает на отопление дома меньше энергии, расходуя ее часть на испарение этой самой влаги.

Среди основных особенностей угольных котлов, использующихся для организации автономного бытового отопления дома, выделяются следующие:

  • Широкий спектр мощностей, что позволяет обогревать площади в 50 – 1000 кв.м.
  • Даже лучший угольный котел требует периодического обслуживания: закладки топлива и чистки.
  • Высвобождение в помещение пыли и копоти при загрузке камеры сгорания. Это одна из причин необходимости отдельной котельной, площадь которой составит не менее 6 кв.м.
  • Зависимость количества отходов от зольности топлива.
  • Необходимость выделять место под хранение топлива.

Для полноты сжигания угля в топочной камере рекомендуется выкладывать прослойки из дров, если это не противопоказано для конкретной марки котла, чего обычно не бывает. Такой нехитрый ход позволяет повысить общую производительность агрегата.

Разновидности угольных котлов для отопления частного дома

Отталкиваясь от способа горения топлива, угольные котлы можно разделить на следующие виды:

  • Классический – с прямым горением, то есть снизу-вверх. У такого котла воздух поступает снизу. Горение также начинается в нижней части порции загруженного топлива, распространяется по направлению к верху. Эта конструкция остается самой дешевой и доступной, часто вовсе не имеет автоматики. КПД обычно не превышает 70%.
  • Котел длительного горения – процесс сгорания начинается с верхней части порции топлива, распространяется по направлению вниз. Загрузка производится реже, а воздух подается посредством специальной системы также сверху. Дозаправить такой котел нельзя, пока полностью не прогорит предыдущая порция топлива. Такой агрегат требователен к качеству энергоносителя.
  • Пиролизные агрегаты – в отдельных случаях могут греть без человеческого вмешательства до 6 дней. К особенностям можно отнести сложный процесс сжигания топлива, принудительную подачу воздуха и управление автоматикой. Конструкцией предусмотрены 2 топки. Не являются автономными котлами, так как зависят от электричества. Такие модели бывают полуавтоматическими и автоматическими, КПД достигает 90%.

В зависимости от материала изготовления, угольный котел бывает:

  • Из чугуна – обладает длительным эксплуатационным сроком, устойчив к коррозии, но не подлежит ремонту и может лопнуть при резком перепаде температуры теплоносителя, либо же чрезмерной ударной нагрузки. Из-за большой массы зачастую под установку требует индивидуального фундамента.
  • Из котловой стали – подвергается ремонту, слабо устойчив к коррозионному воздействию, прогорает быстрее предыдущего варианта.

По способу подачи топлива угольный котел бывает:

  • С верхней загрузочной камерой – обычно это стальные котлы. Недостаток такой системы в том, что вся копоть при дозаправке выходит в помещение.
  • С боковой загрузочной камерой – все чугунные котлы, иногда стальные.

Важно! На потребительские свойства оборудования материал, из которого изготовлены котлы на угле для отопления дома, не влияет. Следует отметить, что некоторые модели могут загружаться топливом не только вручную, но и автоматически посредством специального бункера и шнека.

Одно- и двухконтурные котлы

По количеству нагревательных контуров, как и практически любой отопительный котел, угольные модели бывают:

  • Одноконтурные – рассчитаны на прогрев только теплоносителя системы отопления, могут обеспечивать ГВС при подключении внешнего бойлера.
  • Двухконтурные – вместе с отоплением одновременно нагревают воду в системе горячего водоснабжения. Бывают со встроенным змеевиком или бойлером.

Котлы с открытой или закрытой камерой сгорания

По типу камеры сгорания твердотопливные котлы бывают:

  • С камерой открытого типа – необходимый для горения топлива воздух забирается прямо из помещения котельной. Встречаются чаще всего.
  • С дополнительной тягой (закрытой камерой) – нагнетание воздуха происходит принудительно за счет вентилятора, по этой причине являются энергозависимыми. Забор происходит за пределами помещения.

Выбор между котлами с указанными типами камеры сгорания происходит на основе возможностей по их установке. Модели с открытой камерой требуют соблюдения строгих требований к котельной, в том числе и к организации системы вентиляции, способной обеспечить достаточный приток кислорода.

Расчет мощности угольного котла

Если неправильно рассчитать необходимую для обогрева группы конкретных помещений мощность котла, даже лучшие модели теплогенераторов на угле становятся бесполезными.

Обычно мощность считается по известному принципу, когда каждый 1 кв.м. площади необходимо обеспечить тепловой энергией в количестве 100 Вт. Однако следует учитывать, что для этого понадобится топить котел на максимум, постоянно поддерживая высокую температуру теплоносителя.

Важно! Если отойти в сторону от теории, в реальной жизни получается так, что загруженный в топку уголь первое время разгорается, затем горит, а следом начинает угасать. Если подобрать котел строго под тепловые потери дома, владелец будет вынужден постоянно подбрасывать топливо мелкими порциями. Гораздо удобнее подобрать модель большей мощности (в 1,5 и даже 2 раза) и обеспечить ему режим неинтенсивного горения, на что современная техника способна.

Выгодно ли отапливать дом угольным котлом

Использование угольного котла выгодно в качестве основного и дополнительного источника тепловой энергии. Особенно это касается не обеспеченных газом мест, либо же регионов, где уголь остается самым доступным топливом. В последнем случае речь идет, например, о расположенных недалеко от угледобывающих шахт населенных пунктах, где существенная экономия достигается за счет низкой стоимости на доставку этого энергоносителя.

Следует отметить, что некоторые современные угольные котлы можно топить и сухими дровами, что позволяет выбирать наиболее доступный вид топлива. Однако тут следует помнить, что угольные теплогенераторы запрещается топить всем, что горит, то есть мусором и так далее, о чем обычно четко указывается в инструкции к оборудованию.

Так же по теме:

Оценка статьи:

Загрузка…

Поделиться с друзьями:

Отопление угольным котлом, характеристики углей

Угольные котлы автоматизировались, стали удобней в применении. С ними поддержание горения  не слишком отягощающее, как раньше.

  • Если сравнить установку газового и угольного котлов, то с последним все будет в разы дешевле, быстрее и проще, так как не нужно подключаться к источнику газа, составлять проект.

 

Уголь разный, нужно определить какое качество приемлемо

Уголь залегает в пластах, каждый из которых по характеристикам уникален. Мало того, в разных точках пласта уголь будет разным по характеристикам.

  • В основном уголь состоит из углеродных образований, но разной степени метаморфизации. Также в составе угля множество различных включений – главные из которых зола, т.е. негорючие минералы, порода. Также там присутствует сера, вода и многое другое…

Состав угля не переделаешь, это природная данность. Внутрипластовую зольность изменить нельзя, можно лишь получить  то, что добыто в конкретной точке Земли.

Но разброс характеристик углей втиснут в определенные рамки и стандартизирован. Рассмотрим, какие угли подобрать для покупки, для отопления дома.

 

Марки угля, какой уголь для дома выбрать

Угли подразделяются на следующие условные классы.

  • Бурый уголь – низкая степень метаморфизации, много примесей и низка калорийность – от 4500 кВт/кг, чаще 6500 — 7000 кВт/кг. Но в средней полосе его немало, и есть специальные котлы для работы с ним…
  • Коксующийся – абсолютно не подходит для сгорания в домашних котлах и печах. Сюда же включается и большая группа жирных и спекающихся углей. Но эти угли особо ценны для металлургии.
  • «Просто уголь» — много разнообразных углей среднего матаморфизма, с большим выходом летучих, длиннопламенные, газовые с теплотой сгорания порядка 7200 – 8000 кВт/кг, они обычно с большой золой, также сильно спекающиеся, с выделением сажистых частиц… Также могут называться как  «плохой уголь».
  • Антрациты – в понятие включаются и собственно антрациты 8000 – 9500 кВт/кг, и полуантрациты, и тощие угли высокого качества – от 7500 кВт/кг – основная группа для топки в автоматизированных котлах, имеют минимум внтурипластовой зольности и других включений. Выделение энергии наибольшее.

Антрацит с мировым рекордом по теплотворности, — 9800 кВт/кг, был добыт в 70-е годы с пласта «Фоминской» в центральной части Донбасса.

Фракции и обогащение угля

Добытый уголь на шахте представляет из себя горную массу, в которой много кусков породы, и там также 20 – 30 штыба — слишком мелкого угля. Уголь обогащается на специальной фабрике, где порода направляется на породный отвал, штыб, семечко – на тепловые электростанции, химические производства и т.п., кусковой же уголь годится и как бытовое топливо.

После отделения породы, чаще методом флотации,  уголь подразделяют на определенные фракции по размеру кусков с использованием ситов и грохотов.

  • Ходовой бытовой уголь – орех 26 – 50 мм, а также мелкий и семечко – от 7 мм и больше, могут сжигаться в автоматизированных бытовых котлах.

Нужно разобраться какую именно фракцию способен принимать ваш угольный котел и как на это смотрят поставщики…

Кулак и плитный (больше 50 мм) ценнее при ручной закладке в котлы большой мощности, но такие фракции наиболее дорогие. В мелком угле может встречаться порода тех же размеров – это или брак производства или намеренное подсыпание поставщиками-перекупщиками.

  • Не стоить верить поставщикам, так как подмес породы  их любимое занятие. Нужно проверяь уголь на наличие породы (которую можно отличить визуально), в точке выгрузки, в приехавшем грузовике. После того как он вывалит и уедет, доказать что-либо будет невозможно. Предупредите о проверке их заранее.

Котел подбирается под имеющийся  уголь, а не наоборот

Прежде чем приступить к выбору угольного котла для отопления дома, нужно рассмотреть, какое топливо возможно доставить и по какой цене. Возможно, что в регионе под себя рынок подмял какой-то поставщик и задешево снабжает определенным качеством.

Если фирма расторговывает обогащенным углем с Кузбасса, то вероятно, что это уголь определенных характеристик, поставляемый с конкретной обогатительной фабрики, которая в свою очередь принимает угли с конкретной шахты с какого-то пласта. Возможно, что на долгие годы вперед именно такого качества будет топливо оптимальным по цене в этом регионе. Поэтому есть смысл под эти поставки и приобрести котел, а не покупать его «под бурый уголь» а потом искать топливо втридорога….

 

Особенность современных угольных котлов

В современных угольных котлах появились бункера на недельный запас топлива и топливные горелки, умеющие подавать шнеками угольные окатыши в зону горения. Все этим управляет электроника, которой задают правила термостаты. Как правило, автоматизированный твердотопливный котел современного производства, умеет сжигать обогащенный уголь определенных качеств и фракций, а также пеллеты.

  •  Важнейшая характеристика углей, учитываемая в быту, — спекаемость, способность при сгорании образовывать зольные коржи. Если на горелке образуется спеченная зола, то котел потухнет. Многие модели угольных котлов, для борьбы с явлением спекаемости, оборудуются вращающимися, двигающимися горелками, которые перемешивают горящую золу, и предотвращают образование коржей.
  • Спекаемость, как правило, выверяется по опыту сжигания в определенных условиях. Есть антрациты, которые хорошо спекаются и тем самым мешают горению, есть полуантрациты, зола которых, всегда рассыпается. Как правило, спекаемость определяется наличием глинистых составляющих во внутрипластвой зольности. Проинформировать об этом может поставщик или опытный потребитель…

При выборе твердотопливного котла рекомендуется точно определиться у производителя, на какой вид углей он рассчитан, умеет ли бороться со спекаемостью, какая фракция подходит и что делать, если попался крупный кусок породы, застрявший посреди шнека….

 

Как установить угольный котел и как им отапливать

Работа угольного котла будет напрямую зависеть от дымохода. Рекомендуется применять дымоходы конструкции рекомендованной поставщиком котлов. Как правило, высота должна быт не менее 4 метров, для создания уверенной тяги в котле.  Установка котла начинается с монтажа дымохода и этим фактором определяется все остальное.

Котельная должна оборудоваться окном для подачи достаточного воздуха извне (правила) чтобы обеспечивать котел. Правила пожарной безопасности соблюдаются. Угольник – помещение, сарай для хранения угля должен предотвращать попадание влаги. Расстояния до топочной по возможности минимальное, чтобы меньше работать. Предусматривается и подъезд грузовика, и площадка для вывалки угля.

  • Проблемой остается  угольная зола и ее утилизация. Как правило, заключается договор на этот счет со сборщиками мусора, зола выносится из печи в мусорный контейнер.

Угольный котел | Адирондакские печи Тепловые системы



уголь > Чистое сжигание Автоматические котлы

    Угольный котел Keystoker

  • Угольные печи спроектированы таким образом, чтобы обеспечить простоту установки и легкий доступ для обслуживания
  • В наличии БТЕ оценок в час. от 85 000 до 528 000
  • Доступны двухтопливные котлы на угле и жидком топливе
  • Подача всей бытовой горячей воды для ванны и кухни, помимо отопления дома
  • Избыток горячей воды – 200 галлонов или более каждый час каждый день
  • Если дымоход недоступен, доступны модели с вентиляцией через стену
  • Качество, удобство обслуживания и экономичность в одном комплексном пакете
  • С термостатическим управлением

Информация о пакете экономических стимулов

   

Ручные угольные или жидкотопливные котлы

  • Экономичный нагревательный элемент, обеспечивающий превосходное качество по доступной цене
  • Простота установки и легкий доступ для обслуживания
  • Качество, удобство обслуживания и экономичность в одном комплексном пакете

Автоматический угольный котел

  • Паровой или водогрейный котел
 
 

Как это работает?

Технические характеристики
 

Мощность Mitsubishi | Многоугольный котел Optimum Control

*/ ]]>

 

Обзор


Чтобы определить первопричину аварийного останова установки, вызванного отказом или чем-то подобным, система анализа отключения может поддерживать анализ отказа путем сбора данных о событиях и последовательности во время, когда основная часть оборудования поездок по заводу.

Данная система предлагается с использованием компонентов DIASYS Netmation.

Характеристики

Обширный послужной список доставки

С момента первой поставки в 1997 году было поставлено большое количество систем оптимального управления многоугольными котлами для прямоточных котлов сверхкритического давления с переменным давлением. Части этой системы были также поставлены для котельных барабанного типа.

Изменение параметров не требуется при переключении типов угля

Параметры управления котлом устанавливаются автоматически на основании оценки состояния поверхностей нагрева котла.Следовательно, изменение параметров всякий раз, когда используется другой тип угля или группа типов угля, больше не требуется.

Многоугольный котел Optimum Control может автоматически устанавливать параметры управления для котла, даже если используется смешанный уголь.

Более короткий период корректировки при использовании нового типа угля

Даже когда необходимо использовать новый тип угля, если его можно сжигать механически, регулируя сжигание, оптимальное управление многоугольным котлом может сократить или даже исключить период корректировки APC.

Функции


Многоугольный котел Optimum Control предлагает следующие функции.

Изменение характеристик по типу угля (характеристики теплопоглощения, вырабатываемое тепло)

Оценка распределения теплопоглощения (показатель теплопоглощения)

Если оценивается тепло, поглощаемое каждой поверхностью нагрева, то параметры управления можно настроить на тепло, поглощаемое котлом. Следовательно, по сравнению со случаем, когда параметры управления переключаются на основе группы типов угля, можно вводить более точные параметры управления.

Регулировка вырабатываемого тепла

Если оценить тепло, поглощаемое каждой поверхностью нагрева, то в режиме онлайн можно рассчитать тепловклад от угля и воздуха и теплоотдачу в газ на выходе из котла. На основе подводимого и отводимого тепла можно оценить вырабатываемое тепло и точно отрегулировать параметры топлива.

Оценка содержания влаги в угле

Влажность угля можно оценить по тепловому балансу мельницы.Используя эту оценку вместе с током мельницы и подъемом валков, вы можете получить характеристики столбчатого угля и автоматически установить параметры, связанные с мельницей, такие как температура на выходе из мельницы, скорость вращения вращающегося классификатора мельницы и расход масла. давление напорного устройства мельницы.

Оценка коэффициента загрузки мельницы

С помощью модельных расчетов, основанных на модели мельницы, можно оценить индекс твердости (HGI). Используя эту оценку вместе с оценкой содержания влаги в угле, вы можете скорректировать эталонную производительность мельницы и оценить коэффициент загрузки мельницы по фактическому количеству подаваемого угля.

Изменение характеристик котла с течением времени

Оценка чистоты поверхностей нагрева

Если оценить тепло, поглощаемое каждой поверхностью нагрева, коэффициент теплопроводности можно рассчитать онлайн. По мере продолжения горения в котле теплопроводность уменьшается. Оптимальное время включения сажеуловителей должно основываться на времени, а также на теплопроводности как на хорошем показателе.

Конфигурация системы

Оптимальное управление многоугольным котлом

Расчет в реальном времени на основе нечеткой логики

Состояние поверхностей нагрева можно оценить на основе нечеткой логики.Влияние типа угля можно рассчитать с высокой точностью в режиме реального времени по поглощенному теплу.

Создан на основе программной логики

Вся система оптимального управления многоугольным котлом может быть построена с помощью логики программного обеспечения DIASYS с использованием интерпретатора DDC-ориентированного языка (IDOL).

Простое расширение существующей системы

За исключением нескольких датчиков (Примечание), все датчики, необходимые для оптимального управления многоугольным котлом, уже встроены в блок управления установкой (APC).

  • Расход оросительной воды ОВ, расход пара на входе ОВ первого контура и температура газа на входе денитрации

Технические характеристики


Технические характеристики оборудования

Спецификации оборудования, необходимого для оптимального управления многоугольным котлом, следующие.

Модели DIASYS Netmation
(дуплексный ЦП, одиночная система PIO)
Строительство P-33 (пылезащитные, водонепроницаемые характеристики)
Условия окружающей среды 0–55 ℃, относительная влажность до 90 %
Количество досок / размеры 1 плата / 800 мм (Ш) x 800 мм (Г) x 2300 мм (В)
Сопротивление изоляции 500 В постоянного тока / 5 МОм или больше
(Источник питания-FG или модули ввода/вывода-FG)
Выдерживаемое напряжение Блок питания-FG
Терминал цифрового ввода/вывода-FG
Терминал аналогового ввода/вывода-FG
Покрытие (внешнее, внутреннее, основание канала) Munsell 5Y7/1 (полуглянцевый)
Прочее Специальный инструмент для обслуживания и шлюз
  • (для взаимодействия с системами, отличными от DIASYS Netmation)

Спецификации программного обеспечения

Спецификации программного обеспечения, необходимого для оптимального управления многоугольным котлом, следующие.

  Прямоточный котел переменного давления Прямоточный котел постоянного давления Барабанный котел
Язык описания ИДОЛ
Рабочая скорость 100 мс
Количество контуров управления Зависит от оснащения и существующей системы.
Индекс количества поглощенного тепла Доступен
(требуется испытание на изменение нагрузки не менее чем с 3 видами угля)
Нет в наличии
Регулировка теплоты сгорания Нет в наличии
Загрязнение поверхности нагрева
Процентное содержание влаги в угле Обнаружено
(приблизительно для каждого завода)
Коэффициент загрузки мельницы Обнаружено
(приблизительно для каждого завода)

Как использовать угольный котел с максимальной эффективностью

Эффективность котла в основном зависит от количества потерь в системе.В пылеугольных котлах большой мощности общие потери составляют от 12 до 14%. Примерно 50% потерь определяются свойствами топлива, такими как содержание водорода в топливе, влажность топлива и состояние окружающего воздуха. Остальные 50% потерь составляют потери углерода и потери сухого газа.

Наилучший КПД котла может быть достигнут, если потери сведены к минимуму. Поскольку 50 % потерь зависят от топлива и условий окружающей среды, наилучшая эффективность может быть достигнута за счет правильной настройки остальных 50 %, т.е.е. в основном потеря углерода и потеря сухого газа.

Потери углерода

Потери углерода происходят из-за несгоревшего углерода в летучей золе и зольном остатке. Обычно несгоревшие в зольном остатке при сжигании пылевидного топлива представляют собой частицы большего размера и с более высоким удельным весом, имеющие несгоревшие мацералы, такие как фузинит, внедренные в минеральное вещество, и легкоплавкие компоненты, инкапсулирующие реактивные мацералы. Летучая зола системы сжигания пылеугольного топлива составляет от 80 до 90 процентов от общего количества удаленной золы.Обычными типами несгоревших являются инертные мацералы, ценосферы и углистые глины.

Факторы, влияющие на потерю углерода:

  • Марка и качество угля
  • Уголь Петрографические характеристики
  • Характеристики и количество углеродистого сланца
  • Наличие легкоплавких неорганических веществ в угольной золе количество горелок
  • Тип системы измельчения и система управления первичным воздухом
  • Крупность пылевидного угля — Процент более крупных частиц
  • Отношение первичного воздуха к вторичному воздуху
  • Избыток воздуха на горелке/топке и распределение воздуха в горелке/ печь
  • Наклон горелки (при наличии).

Факторами, оказывающими наибольшее влияние на потерю углерода, являются тип котла, содержание летучих веществ в угле, тепловая нагрузка топки (теплоподвод/объем топки), массовая доля пылевидного угля размером менее 75 мм и избыток воздуха.

Потери сухого газа

Потери сухого газа составляют около 40% от общих потерь. Потери сухого газа происходят за счет тепла, уносимого дымовыми газами, покидающими котел. Сегодня многие проектировщики котлов уменьшают эти потери за счет рекуперации тепла после низкотемпературного пароперегревателя с помощью экономайзера большего размера и воздухоподогревателей.По мере того, как конструкторы стремятся к все более и более низкой температуре выходящего газа, увеличиваются размеры подогревателей воздуха.

Настройка котла для оптимального использования сухого газа

  • Поддержание оптимального уровня избытка воздуха, обычно около 20% в угольном котле
  • Настройка сжигания угля на оптимальные условия.
  • Понимание сжигаемого угля
  • Надлежащее распределение воздуха для горения на первичном, вторичном и третичном уровнях
  • Поддерживать требуемую крупность угля около 75% на сите 200 меш и менее 2% на сите 50 меш
  • Поддерживать максимальную температуры на выходе из мельницы для снижения температуры воздуха, проходящего через подогреватель воздуха
  • Обдув сажей всей поверхности теплообмена с оптимальной частотой
  • Минимизация утечек воздуха в котел

Потери сухого газа также зависят от температуры питательной воды на входе в экономайзер и температура окружающего воздуха, которые изменяют схему рекуперации тепла экономайзера и воздухоподогревателя.

Незначительные потери

В котле есть несколько незначительных потерь, которые также можно отрегулировать, это потери брака мельницы и потери угарного газа. Потери брака мельницы зависят от количества пирита в угле и режима работы мельницы. Отходы завода имеют теплотворную способность, которая учитывается как потери отходов завода. Это можно свести к минимуму путем надлежащего поддержания чистоты мельницы и работы в оптимальных условиях. Потеря моноксида углерода происходит из-за неполного завершения сгорания.Какими бы малыми ни были эти потери, нынешнее состояние окружающей среды требует, чтобы и эти потери были сведены к минимуму.

Другие потери, такие как потери из-за влаги в топливе, потери влаги из воздуха, потери из-за водорода в топливе и т. д., также зависят от изменения температуры выходящего газа, но основное влияние на эти потери оказывает топливо и свойства окружающей среды. Когда потери сухого газа и потери углерода поддерживаются на оптимальном уровне, котел работает с максимальной эффективностью.

Об авторе

Доктор В. Т. Сатьянатан — консультант по котлам с 35-летним опытом работы в различных областях поиска и устранения неисправностей котлов высокого давления.Он имеет докторскую степень в области сжигания угля в котлах.

Дополнительная литература

Классификация паровых котлов. Классификация котлов может основываться на многих факторах, таких как использование, вид топлива, система сжигания топлива, тип устройства и т. д. Обычно известны такие типы, как пылеугольные котлы, котлы с псевдоожиженным слоем, супер критические котлы, жидкотопливные и газовые котлы. Все они предназначены для промышленности и производства электроэнергии.

Анализ угля для проектировщиков котлов. Углеводородное топливо является основным источником энергии для выработки электроэнергии и технологического пара, и основную долю в этом процессе занимает уголь.Конструкция топки котла в большей степени будет зависеть от характеристик топлива, а дальнейший размер поверхности теплопередачи будет зависеть от температуры на выходе из топки.

Размер печи варьируется для сжигания газа, нефти и угля. Размер печи очень важен для успешной конструкции котла. Изменение размера топки котла может резко ухудшить производительность. Блоки, работающие на жидком топливе и газе, имеют более одинаковые размеры, но блоки, работающие на угле, имеют большие различия.

Высокозольные угли – вызов для электростанций – Оптимизация сжигания в высокозольных угольных котлах представляет особый интерес из-за смешения органических и неорганических веществ и большого разнообразия органических веществ.Здесь приводится один такой опыт работы с индийским низкореакционным углем в парогенераторе с тангенциальным нагревом мощностью 670 т/ч.

Технология; Улучшения в угольных котлах

В течение почти десяти лет производители промышленных котельных систем пытались разрабатывать и продавать усовершенствованные системы отопления и производства электроэнергии, работающие на угле.

Причина проста: уголь хоть и выбрасывает больше загрязняющих веществ, чем нефть или газ, но дешевле. Чтобы соответствовать стандартам качества воздуха, производители котлов радикально изменили способ сжигания угля.В так называемой камере сгорания с псевдоожиженным слоем, используемой во многих новых системах, уголь горит при гораздо более низких температурах, чем в угольных печах других типов. Загрязнители воздуха, в основном оксид азота, зола и диоксид серы, значительно снижаются из-за относительно низких температур.

Однако пока рынок этих новых систем остается небольшим. Чтобы перейти на угольные котлы, компании обычно должны заменить все свои системы отопления и производства электроэнергии; немногие компании были готовы сделать такие инвестиции.

«Сейчас трудное время для запуска новой технологии», — сказал Ян Лутес, менеджер по промышленному оборудованию Foster Wheeler Boiler Corporation, крупного производителя нефтяных и газовых котлов, который начал продавать линейку угля с кипящим слоем. -котлы в 1980 году. По его оценкам, в этой стране, Европе и Японии эксплуатировалось 120 систем с псевдоожиженным слоем, добавив, что его компания продала 29 из них на сумму от 2 до 30 миллионов долларов.

Несмотря на затраты, многие аналитики считают, что угольные котлы станут гораздо более распространенными в течение следующего десятилетия.Роб Черч, старший сотрудник Booz, Allen & Hamilton, консалтинговой фирмы по вопросам управления, подсчитал, что угольные котлы, которые в настоящее время используются только на 20 процентах промышленных предприятий страны, к 1990 году будут использоваться на половине заводов.

Традиционно , угольные печи и котлы приводились в действие двумя типами камер сгорания. Старший, кочегар, сжигает куски угля, разложенные на перфорированной решетке. Воздух проходит через решетку, чтобы питать огонь, который горит при очень высоких температурах.

Пылеугольные горелки, используемые на многих крупных электростанциях с 1920-х годов, работают так же, как масляные горелки. Перед введением в эти системы уголь измельчается в мелкий порошок. Затем он смешивается с воздухом в камере и сжигается. Хотя эти горелки производят больше энергии при меньшем количестве угля, чем кочегарки, они также сильно загрязняют воздух.

Кипящий слой содержит решетку, напоминающую кочегарку.Но вместо кусков угля решетка покрыта слоем гранулированного материала, обычно песка или известняка. В смесь вмешивается измельченный уголь, и через смесь нагнетается воздух, вызывая появление пузырьков. Смесь, сгорающая при температуре около 1500 градусов, или примерно вдвое меньше, чем в других горелках, выглядит как кипящая жидкость — отсюда и «кипящий слой». и гораздо меньше оксида азота. А образующаяся в кипящем слое сера захватывается известняком.

Несмотря на преимущества камер с псевдоожиженным слоем, в них по-прежнему используется уголь, поэтому они требуют большего обслуживания, чем системы, работающие на жидком или газовом топливе. Почти во всех случаях, по словам г-на Лутеса, системам требуется постоянный монитор.

Еще одной проблемой многих псевдоожиженных слоев является их огромный размер. Поскольку барботирующая смесь иногда выдувается на высоту более 30 футов, многие камеры напоминают бункеры высотой от 30 до 80 футов, что усложняет установку на существующих заводах.

Один производитель, Wormser Engineering Inc., говорит, что преодолела многие проблемы, разработав систему меньшего размера. Wormser, частная компания, существующая восемь лет, начала продавать угольный котел с камерой с двойным слоем, в котором песчано-угольная смесь укладывается на нижний слой, а гранулированный известняк распределяется на решетку вверху.

Гордон Бэти, президент Wormser, сказал, что камера системы с двойной кроватью имеет высоту всего 13 футов и может использоваться рядом с существующим масляным или газовым котлом при перестройке заводской системы. По его словам, часть тепла, производимого в угольной камере, улавливается в котле, системе, в которой используется большая часть отопительного и парогенерирующего оборудования, уже имеющегося на многих заводах.

Как и другие представители отрасли, г-н Бэти сказал, что рецессия препятствует повсеместному переходу на угольные котлы. Тем не менее, по его оценке, в этой стране было 50 000 коммерческих и промышленных котлов, которые можно было бы заменить системами с псевдоожиженным слоем, и от 5 000 до 10 000 в регионах, где было много угля, что сделало бы системы более экономичными.

Котел серии 4N ⋆ Коммерческие котлы Burnham

Стандартное оборудование

Котел
Трехходовой котел, изготовленный и штампованный в соответствии с разделом IV ASME Кодекса по котлам и сосудам под давлением для пара 15 фунтов на кв. дюйм и воды 30 фунтов на кв. передняя дверца для очистки дымохода, заднее смотровое окно от 63A до 345A, задняя дверца со смотровым окном 397A и больше, подъемные проушины 127A и больше.

Кожух
Охватывающего типа с установленной изоляцией из стекловолокна.

 

Дополнительное оборудование

Котлы, работающие на жидком топливе и газе
Отверстие горелки в передней части корпуса (нижний огнеупор или оборудование для сжигания не поставляются Burnham Commercial).

Топочные котлы
Противопожарные дверцы в передней части; распашная дверца дымохода всех размеров; дверца зольника в основании (Stoker не поставляется компанией Burnham Commercial).

Котлы с ручным отоплением
То же, что и с кочегаром (Комплекты колосников не поставляются Burnham Commercial).

Стандартное оборудование

Котел: Трехходовой котел, изготовленный и штампованный в соответствии с разделом IV Кодекса ASME для пара 15 фунтов на кв. дюйм, воды 30 или SO фунтов на кв. , задний выход для дыма (верхний выход доступен, если указано), газонепроницаемая передняя дверца для очистки дымохода, заднее смотровое окно от S3A до 345A, задняя дверца со смотровым окном от 397A и больше, подъемные проушины 127A и больше, дымовая щетка и ручка.

Оболочка: Кругового типа, с установленной изоляцией из стекловолокна.

Паровая затвор: манометр пара (3Y, • от S3A до 662A; s-627 и больше), набор мерных стекол для установки на котле с S3A до 345A, чугунная водяная колонка с комплектом мерных стекол и трикранов от 397A и больше, а также ASME предохранительный клапан (клапаны). Обрезка не установлена.

Водяная обвязка: термометр (3 Y,·) от S3A до SS2A, манометр/высотомер (6″) и термометр, (6″) 627 и больше, предохранительный клапан (клапаны) ASME.Обрезка не установлена.

Дополнительное оборудование

Котлы, работающие на жидком топливе и газе
Отверстие горелки в передней части корпуса (нижний огнеупор или камера сгорания не поставляются Burnham Commercial).

Топочные котлы
Противопожарные дверцы в передней части ; распашная дверца дымохода всех размеров; асфальтовая дверь в базе.

Ручные котлы
То же, что и кочегар. Комплекты решеток не поставляются компанией Burnham Commercial.

Комбинированная модель теплообмена для характеристик горения и пара в угольных котлах

1.Введение

На долю угольных электростанций в 2018 году приходилось около 38 % мирового производства электроэнергии ( BP Statistical Review of World Energy , www.bp.com/statisticalreview, 2019). Это стимулировало разработку моделей котлов с вычислительной гидродинамикой (CFD) в качестве инструментов прогнозирования для оценки различных вариантов конструкции котлов и оптимизации работы для повышения теплового КПД и сокращения выбросов загрязняющих веществ угольными котлами. CFD для котлов использовался для изучения широкого круга проблем с котлами, таких как оптимизация горения при низком уровне выбросов NO (Adamczyk et al., 2014; Бэкриди и др., 2005; Диез и др., 2008 г.; Тан и др., 2017; Zhang et al., 2015), эрозия поверхности трубы (Gandhi et al., 2012), высокотемпературная коррозия (Yang et al., 2017), переход на уголь (Spitz et al., 2008), отклонение температуры газа (Tan et al. al., 2018; Yin et al., 2002), зашлаковывание и загрязнение (Lee & Lockwood, 1999; Weber et al., 2013), а также разработка передовых теплообменников (Abadi et al., 2020; Ramezanizadeh et al. , 2019). Тем не менее, модели котлов CFD по-прежнему крайне несовершенны для прогнозирования параметров пара котлов в зависимости от конструкции котла и условий его эксплуатации.

Котел — это прежде всего парогенератор. Параметры пара, такие как температура перегрева (SH) и промежуточного (RH) пара, всегда играют центральную роль в работе котлов. Потенциальное воздействие на температуру пара вызывает серьезную озабоченность во многих приложениях по проектированию и оптимизации работы котлов. Например, в последние годы многие угольные электростанции в США перешли с восточных битуминозных углей на угли бассейна Паудер-Ривер (PRB), чтобы сократить выбросы SO 2 и NO x .Однако, поскольку восточные битуминозные угли обычно имеют гораздо более высокую теплотворную способность (∼30 МДж/кг), чем у углей PRB (∼20 МДж/кг), распределение теплопередачи в котлах резко изменилось. Это привело к значительным изменениям температуры пара, и многие котлы, таким образом, страдали от перегрева пара или даже от снижения мощности, если только не были реализованы дорогостоящие модификации поверхностей нагрева котла. Кроме того, в большинстве современных котлов установлены системы избыточного сжигания воздуха (OFA), позволяющие осуществлять ступенчатое сжигание для снижения выбросов NO x .Однако ступенчатое сжигание задерживает сгорание топлива и, таким образом, может существенно повлиять на распределение теплопередачи в котле и температуру пара. Все эти проблемы, возникающие при применении котлов, требуют разработки моделей котлов CFD, способных предсказывать температуру пара при различных конструкциях котлов и условиях эксплуатации.

CFD-модели, в которых уравнения сохранения газовой фазы решаются в области топки котла, как правило, не включают паровой цикл котла.Недавно в нескольких исследованиях были объединены трехмерные (3D) модели CFD с одномерными (1D) моделями процессов, которые описывают паровые циклы котла. В частности, Лаубшер и Руссо (Laubscher & Rousseau, 2019a, 2020; Rousseau & Laubscher, 2020) интегрировали CFD-модель, разработанную в ANSYS® Fluent® (программное обеспечение для гидродинамического моделирования — https://www.ansys.com/products/fluids/ansys). -fluent) с помощью 1D-модели процесса Flownex® (среда моделирования — https://flownex.com/). Интерфейс сопряжения между двумя моделями представляет собой внешнюю поверхность теплообменника.Flownex получает решения по тепловым потокам от Fluent и рассчитывает внутренние коэффициенты теплопередачи и температуры пара в трубах, которые затем отправляются обратно в Fluent в качестве тепловых граничных условий. Обе модели работают периодически, пока не будут получены конвергентные решения. Эта совмещенная модель была использована для исследования теплообмена котла подкритического давления, сжигающего высокозольный уголь при различных нагрузках, и были получены удовлетворительные результаты. Точно так же Эдж и соавт. (2011, 2012, 2013) разработали связанную модель путем интеграции ANSYS Fluent с симулятором процессов gRPOMS (программное обеспечение для проектирования процессов — https://www.psenterprise.com/products/gproms). Обмен данными между двумя моделями проводился аналогично тому, как это делали Лаубшер и Руссо (Laubscher & Rousseau, 2019a, 2020; Rousseau & Laubscher, 2020). Лю и др. (2019, 2020) объединили ANSYS Fluent с собственным кодом. Распределения теплового потока от Fluent были использованы для получения кривой термического отклонения по высоте печи. Затем эта кривая использовалась внутренним кодом для расчета температуры пара и стенок. Шухбауэр и др.(2014) представили детальную связанную модель, в которой ANSYS Fluent был интегрирован с коммерческим программным обеспечением APROS (расширенное программное обеспечение для моделирования технологических процессов — https://www.fortum.com/products-and-services). В этой модели Fluent экспортирует данные о тепловом потоке топки котла в текстовые файлы. Эти текстовые файлы обрабатываются MATLAB® (The MathWorks — https://www.mathworks.com/products/matlab.html), а затем экспортируются в APROS. APROS использует эти данные о тепловом потоке для расчета температуры внутренних труб поверхностей нагрева котла, которые затем будут использоваться Fluent в качестве тепловых граничных условий стенки.Чен и др. (2019) интегрировали ANSYS Fluent с COMSOL-Multiphysics (программное обеспечение для многофазного моделирования — www.comsol.com) и смоделировали сопряженный теплообмен подвесного пароперегревателя сверхкритического котла мощностью 1000 МВт. Текстовые файлы использовались для обмена данными о тепловом потоке и температуре между двумя программами. Вместо использования текстовых файлов для передачи данных Park et al. (2010) объединили ANSYS CFX (программные решения CFD — https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-cfx) с 1D-моделью процесса, PROATES Off-Line и данными о тепловом потоке котла и температуре пара. обмен данными между двумя моделями осуществлялся через графический интерфейс пользователя (GUI).

Видно, что эти интегрированные модели CFD-процесса (Chen et al., 2019; Edge et al., 2011, 2012, 2013; Laubscher & Rousseau, 2019a, 2020; Liu et al., 2019, 2020; Park et al., 2019, 2020; al., 2010; Rousseau & Laubscher, 2020; Schuhbauer et al., 2014) объединили решения для топки котла и паровой стороны и, таким образом, смогли обеспечить свойства пара на нагревательных поверхностях котла. Однако, поскольку пожарная и паровая стороны котлов моделировались двумя разными пакетами программного обеспечения, результаты двух моделей должны были быть приняты в качестве граничных условий друг для друга, и необходимо было разработать интерфейс для обмена данными между 3D CFD. и 1D модели процессов.Это резко увеличило сложность проблемы и помешало легкому применению моделей к инженерным задачам котлов. В результате эти интегрированные модели ограничивались только изучением свойств пара в части парового цикла котла и не могли прогнозировать температуры пара на протяжении всего парового цикла при различных конструкциях котлов и условиях их эксплуатации. Для многих котлов, которые претерпевают серьезные модификации конструкции или эксплуатации, такие как замена угля и модернизация системы сжигания, одна из основных проблем, как правило, заключается в том, могут ли котлы по-прежнему поддерживать заданную температуру пара, поскольку это напрямую влияет на тепловые характеристики котла.Для этих применений котлов общая теплопередача к каждой части поверхностей нагрева котла достаточна для прогнозирования изменения температуры пара, и, как правило, не требуются подробные характеристики пара в течение парового цикла. По этой причине в настоящем исследовании предлагается альтернативный метод, в котором решение CFD на стороне горения котла и температуры пара связаны в рамках трехмерной модели CFD без обращения к модели процесса для парового цикла котла. Поскольку теплопередача к любой части поверхностей нагрева котла влияет на температуру пара на всех нижних поверхностях нагрева парового цикла, которые могут располагаться выше по потоку от пути потока газа, температуры пара котла определяются совместным поведением теплообмена между всеми топка и паровой цикл котла.По этой причине в объединенной модели, представленной в этом исследовании, подмодели теплообмена для водяной стены печи и всех конвективных теплообменников интегрируются путем итеративного обмена температурами пара. Эта связанная модель теплообмена дополняет интегрированные модели процессов CFD (Chen et al., 2019; Edge et al., 2011, 2012, 2013; Laubscher & Rousseau, 2019a, 2020; Liu et al., 2019, 2020; Park et al., 2010; Rousseau & Laubscher, 2020; Schuhbauer et al., 2014). Модели CFD-процесса предоставляют более подробную информацию о свойствах пара на одной поверхности нагрева котла, но в решениях 3D CFD обычно делаются приближения, чтобы адаптировать 3D-результаты к 1D-модели, в то время как в настоящей модели результаты 3D CFD остаются неизменными и аппроксимации со стороны пара сделаны в том смысле, что каждая поверхность нагрева котла представлена ​​усредненной температурой пара.Чен и др. (2019) сравнили различные схемы сопряжения и обнаружили, что общие результаты теплопередачи с использованием усредненных температур пара очень близко согласуются с полностью сопряженным методом, который учитывает подробные свойства пара вдоль потока пара. Laubscher и Rousseau (2020) также использовали усредненную температуру пара в совместном моделировании, и результаты теплопередачи очень хорошо согласуются с экспериментальными данными. Это обоснование связанной модели, представленной в этой статье. Таким образом, процедура сопряженного расчета значительно упрощается и, в частности, может быть реализована в одном программном обеспечении CFD без значительного ущерба для точности прогнозирования.Более того, в результате упрощенной процедуры данная модель способна объединить решение CFD со всем паровым циклом, включая водяную стенку топки, пароперегреватели, подогреватели и экономайзеры. Это позволяет с помощью настоящей модели проводить эффективные инженерные оценки потенциального воздействия различных вариантов эксплуатации котла и модернизации (таких как переход на уголь, установка системы OFA и модификация поверхности нагрева) на температуру пара.

Ниже сначала описывается подкритический котел с тангенциальным (Т-образным) нагревом мощностью 320 МВт, а также его подробные рабочие параметры.Затем кратко вводятся математические модели, использованные в настоящем исследовании, после чего подробно описывается связанная модель теплопередачи. Эта объединенная модель сначала проверяется рабочими параметрами котла мощностью 320  МВт, а затем используется для исследования некоторых проблем, представляющих большой практический интерес, таких как переключение угля и регулировка настроек горелки, чтобы продемонстрировать свои возможности в качестве мощного и эффективного инструмента прогнозирования для проектирования котлов. проблемы.

3. Математические модели

Модель CFD, описанная в настоящем исследовании, реализована в рамках ANSYS® Fluent® (версия 13).Для моделирования турбулентности используется реализуемая модель k– ϵ. Лагранжева стохастическая модель используется для отслеживания траекторий 129 700 частиц угля со средним диаметром 59 мкм. Метод PSIC используется для учета обмена массой, энергией и импульсом между частицами угля и потоком газовой фазы (Boyd & Kent, 1988; Lockwood et al., 1980; Truelove, 1984). Радиационный теплообмен моделируется методом дискретных ординат. Модель с одной скоростью реакции (Badzioch & Hawksley, 1970) используется для моделирования дегазации угля с параметрами скорости, определяемыми программой PC Coal Lab® в качестве препроцессора (Niksa, 1995; Park et al., 2013). Обратите внимание, что V 0 в таблице 4 представляет собой общий выход летучих в угле при высокой скорости нагрева, который выше, чем содержание летучих в данных приблизительного анализа угля в таблице 1. угольные котлыhttps://doi.org/10.1080/19942060.2021.18

Рис. 4. Схема алгоритма расчета связанного теплообмена.

Значение m˙feed затем используется подмоделями теплопередачи для всех поверхностей нагрева ниже по потоку в паровом цикле. Выходящий из барабана пар проходит через пароперегреватели в последовательности КРЫША, ПШ2–ПШ5, ДПШ, ПЛШ и СШ.В стационарном режиме расход пара, поступающего в КРЫШНЫЙ пароперегреватель, равен расходу питательной воды, m˙sh=m˙fed. Две ступени пароохладителей расположены перед ДПШ и СШ соответственно. Если для снижения температуры пара в парогенераторе SH применяется охлаждающая струя m˙spray, то поток пара за охладителями (DPSH, PLSH и SSH) соответственно увеличивается, (8) m˙sh=m˙feed+ m˙spray.(8)

Предполагается, что пар, поступающий в пароперегреватель ROOF, имеет температуру насыщения, Tsat,v (∼366°C).Поглощение тепла пароперегревателем ROOF, Qroof, из раствора CFD затем используется для расчета удельной энтальпии на его выходе, hroofout, в соответствии с (9) Qroof=m˙sh(hroofout-hsat,v).(9)

Энтальпия на выходе из пароперегревателя ROOF затем используется расположенным ниже по потоку теплообменником PSh2 в качестве энтальпии на входе для расчета удельной энтальпии на выходе на основе поглощения тепла Qpsh2. Этот процесс повторяется последовательно для теплообменников по паровому циклу до тех пор, пока не будет получена удельная энтальпия на выходе конечного пароперегревателя (SSH), hsshout.

Пар SH из SSH сбрасывается для привода турбины высокого давления. Удельная энтальпия пара на выходе из турбины ВД, hhpout, может быть получена согласно (10) удельная энтальпия на выходе из турбины высокого давления для изоэнтропического процесса. Изэнтропический КПД турбины ВД, ηл.с.≈81,6%, можно определить на основе параметров пара ПГ и ПВ из рабочих данных установки, как указано в таблице 3.Удельная энтальпия пара, выходящего из турбины высокого давления, hhpout, затем используется как энтальпия на входе в подогреватели, hwrhin. Используя скорость отбора пара, рассчитанную на основе данных о расходе пара ПГ и ПВ по заводским данным, расход пара повторного нагрева, m˙rh, можно определить как m˙rh≈0,906m˙sh. Первой ступенью подогревателей является настенный подогреватель (WRH). Тогда удельная энтальпия пара РВ, выходящего из РВ, hwrhin, может быть получена согласно (11) Qwrh=m˙rh(hwrhout−hwrhin), (11) где Qwrh – теплопоглощение WRH.Затем, следуя той же процедуре, что и для пароперегревателей, можно последовательно решить удельные энтальпии пара РВ на выходе из ЦРК и ЦРК.

Решив удельные энтальпии на входе и выходе каждой поверхности нагрева, можно легко получить температуры пара на входе и выходе, Tiin и Tiout ( i  = ECON, PSh2, CRH и т. д.). Таким образом, связанная модель является самосогласованной, поскольку гарантирует, что результаты теплообмена со стороны газа всегда совпадают с соответствующими изменениями температуры пара на каждой поверхности нагрева котла.Тогда среднюю температуру пара Ts=(Tiin+Tiout)/2 можно обновить для следующей итерации расчета. Итерация повторяется до тех пор, пока изменения конечных температур пара ПГ и РТ между двумя соседними итерациями не упадут ниже значения критерия, например |ΔTsвыход|<1°C и |ΔThrout|<1°C. Обычно при разумных принятых начальных значениях температур пара достаточно двух-трех итераций для получения сходящегося решения.

В этой объединенной модели локальное поле потока газа из решения 3D CFD используется для расчета теплопередачи, а на стороне пара делается аппроксимация, при которой каждая поверхность нагрева представлена ​​средней температурой пара.Обычно изменения температуры пара в теплообменниках, расположенных на вертикальном конвекционном проходе (например, ПШ . ), довольно малы (как видно из таблицы 7). Таким образом, использование усредненной температуры пара для представления всего теплообменника приведет к очень небольшой неточности. Изменения температуры пара в теплообменниках, расположенных перед конвекционным проходом (например, SSH и HRH), относительно больше. Однако разница температур между дымовым газом и паром, Tf-Ts, также намного больше.Таким образом, относительная погрешность, вызванная использованием средних температур пара, останется небольшой. Кроме того, поскольку основной интерес представляет общее поглощение тепла теплообменниками, большинство неточностей, вызванных использованием усредненной Ts, будут компенсированы при интегрировании результатов теплопередачи по всем ячейкам объема теплообменника. Для стенки печи и других поверхностей радиационного нагрева, поскольку излучение относительно нечувствительно к изменению температуры при более низких температурах, радиационный теплообмен между пламенем и поверхностью в значительной степени определяется гораздо более высокой температурой пламени.Таким образом, использование средней температуры пара внесет небольшую неточность в результаты расчетов. Это причина того, что результаты теплопередачи Chen et al. (2019) с использованием усредненных температур пара, близко согласующихся с теми, которые учитывают подробные свойства пара. Кроме того, следует подчеркнуть, что самые большие неопределенности в расчетах для практических котлов на самом деле возникают из-за состояния зашлакованности/засорения поверхностей нагрева котла, которое может постоянно меняться. В настоящей модели статус зашлакованности/засорения котла представлен Hext для поверхностей радиационного нагрева и коэффициентом тепловой эффективности ψ для конвективных теплообменников, а их значения подтверждены рабочими данными котла, чтобы они могли точно отражать фактическое состояние зашлакованности/засорения котла.Таким образом, общая процедура расчета может быть значительно упрощена, а влияние условий зашлаковывания/засорения котла может быть точно учтено в расчете. Поскольку целью настоящего исследования является разработка эффективной модели теплопередачи для практических задач с котлами, в которых основное внимание уделяется объемному теплообмену и изменениям температуры пара, этот подход можно считать достаточно точным в обеспечении эффективных вычислительных решений для такие проблемы.

5. Результаты и обсуждение

5.2. Случаи переключения на уголь

Затем применяется связанная модель теплопередачи для оценки потенциального влияния условий работы котла на температуру пара, таких как переключение на уголь и регулировка настроек горелки. Одна из основных проблем при переходе на уголь заключается в том, сможет ли котел поддерживать свои параметры пара без потери мощности. Температуры плавления золы обоих углей очень близки. Таким образом, можно предположить, что работа котла (т.г. продувка) может по-прежнему поддерживать состояние зашлакованности/засорения котла на аналогичном уровне. По этой причине одни и те же заданные значения Hext и ψ используются в моделях теплопередачи . Как будет видно, пониженная теплотворная способность угля приводит к повышению температуры пара SH и RH. Таким образом, в исследовании рассматриваются два дополнительных случая, пытающихся восстановить температуры пара до их исходных значений. В случае 3 для снижения температуры пара на каждый распылительный охладитель подается распыление со скоростью 3,33 кг/с.В случае 4 все горелки наклонены вниз на 15°, чтобы улучшить поглощение тепла стенками топки за счет понижения центра пламени.

На рис. 5 показано распределение температуры в печи для вариантов 1, 2 и 4. Вариант 3 имеет почти такое же распределение температуры газа, что и вариант 2, поэтому здесь он не показан. На распределение температуры в топке влияет как выделение тепла сгорания, так и поглощение тепла стенками. По сравнению со случаем 1 видно, что температуры печи в случаях 2 и 4 ниже.Это связано с тем, что уголь Б имеет более высокое содержание влаги. Скрытая теплота и явная энтальпия, поглощаемые влагой в продукте сгорания, снижают общую температуру пламени. Случай 4 показывает, что наклон горелки вниз меняет направление вдува воздуха и угольных струй, в результате чего высокотемпературное пламя распространяется вглубь топочного пространства. Поскольку излучение вносит основной вклад в поглощение тепла стенками, различия в распределении температуры, показанные на рис. 5, будут существенно различаться в распределении теплопередачи стен печи.

Связанная модель теплообмена для характеристик горения и пара в угольных котлах угловая секция.

Рис. 5. Распределение температуры печи в поперечно-угловом сечении.

На рис. 6 представлены распределения теплового потока через стенку печи для вариантов 1, 2 и 4. Показано, что из-за пониженной температуры факела тепловой поток через стенку в случаях переключения угля (варианты 2 и 4) значительно ниже, чем в случае 1.В Случае 4, поскольку при наклоне горелки вниз высокотемпературное пламя расширяется глубже в пространство топки, тепловой поток его стенки оказывается выше, чем в Случае 2. //doi.org/10.1080/19942060.2021.18

Рис. 6. Распределение теплового потока на правой стенке топки.

На Рисунке 7 показаны расчетные результаты теплопередачи для различных случаев с соответствующими данными, обобщенными в Таблице 6. Можно видеть, что общее поглощение тепла стенкой печи снижается с 347,6 МВт для Варианта 1 до 337,7 МВт для Варианта 2. Следовательно, в случае 2 увеличивается поглощение тепла расположенными ниже по потоку пароперегревателями. В случае 3 на каждый из двух аэрозольных пароохладителей подается охлаждающая струя со скоростью 3,33 кг/с. Распылительные потоки снижают температуры пара в ДПШ, ПНД и ПШ и, следовательно, увеличиваются перепады температур между газовым и паровым потоками в этих пароперегревателях.Таким образом, теплоотдача к DPSH, PLSH и SSH несколько увеличивается по сравнению со случаем 2. Поскольку DPSH, PLSH и SSH расположены ниже по потоку от выхода из печи, теплообмен в основной печи практически не изменяется. Таким образом, случаи 2 и 3 имеют очень близкое поглощение тепла стенками печи. Однако повышенная теплопередача к DPSH, PLSH и SSH снижает общую температуру газа после этих пароперегревателей в конвекционном проходе. В результате поглощение тепла теплообменниками в конвекционном проходе (т.г . PSHs и ECON) уменьшены по сравнению со Случаем 2. Как обсуждалось ранее, расчеты теплопередачи всех поверхностей нагрева котла связаны посредством взаимодействия температур газа и пара. Полученные здесь результаты ясно демонстрируют, что связанная модель теплопередачи может эффективно отражать это связанное поведение. Случай 4 — случай наклона горелки. Как видно на рисунке 7 и в таблице 6, теплопоглощение стенки в случае 4 увеличивается, и, следовательно, распределения теплопередачи в случаях 1 и 4 аналогичны.Экономайзер расположен на выходе из котла. Любые изменения, происходящие в котле, будут компенсироваться теплообменниками перед экономайзером. Таким образом, теплопоглощение экономайзера очень мало различается для разных случаев.

Связанная модель теплопередачи для характеристик горения и пара в угольных котлах .

Рисунок 7. Прогноз распределения теплопередачи для различных случаев.

Связанная модель теплообмена для характеристик горения и пара угольных котловhttps://doi.org/10.1080/19942060.2021.18

Рис. 8. Прогнозируемые изменения температуры пара в течение парового цикла.

Связанная модель теплообмена для характеристик горения и пара угольных котлов https://doi.org/10.Таблица 7. Расходы воды/пара и температуры пара на выходе из поверхностей нагрева.

Опубликовано онлайн:
08.03.2021

Таблица 4. Параметры скорости дегазации угля.

Нестабильная материя представлена ​​фиктивным видом C A H B O C S D N E с каждым из его компонентов, определенных из угля данные приведены в таблицах 1 и 4 (Boyd & Kent, 1988).Реакция горения летучих моделируется двухстадийным глобальным механизмом (Backreedy et al., 1999; Hu et al., 2014): (1) CaHbOcSdNe+(a2+b4−c2+d)O2→aCO+b2h3O+ dSO2+e2N2(1) (2) CO+12O2→CO2.(2)

Скорости турбулентных реакций горения рассчитываются по модели диссипации завихрений (Magnussen & Hjertager, 1977). Скорость гетерогенной реакции полукокса (3) Cchar+12O2→CO(3) моделируется с использованием модели Баума и Стрита (Baum & Street, 1971). Параметры скорости для модели реакции угля: A c  = 0.001 кг/(м 2  с атм) и E c  = 79,0 кДж/моль. Значение E c получено из усредненных значений измерений для высоколетучих битуминозных углей, полученных в реакторе с уносом (Mitchell et al., 1992). Значение A c получено на основе калибровочного расчета с использованием данных о несгоревшем углероде летучей золы завода. Вышеуказанные модели были представлены во многих исследовательских статьях (Laubscher & Rousseau, 2019b; Lockwood et al., 1980; Парк и др., 2013 г.; Wang et al., 2020) и здесь подробно описываться не будет.

4. Модель с парным теплообменом

4.1. Модели теплопередачи

Модели теплопередачи для стенки топки и конвективных теплообменников угольных котлов подробно описаны в Wang et al. (2020). Здесь мы даем только краткое введение в эти модели и делаем акцент на процедуре сопряженного расчета. Тепловой поток q стенки печи, покрытой слоем золы, рассчитывается по формуле (4) q=Hext(Tw−Ts), (4) где Hext – коэффициент теплопередачи стенки, Tw – температура поверхности стенки зольного слоя. , а Ts — температура воды/пара.Уравнение (4) определяет тепловые граничные условия стены с Hext и Ts, заданными в качестве входных параметров (Laubscher & Rousseau, 2019b; Wang et al., 2020). Для докритических котлов значение Ts принимает значение температуры насыщенного пара (∼366°C) при давлении в барабане. Как подробно обсуждалось в Wang et al. (2020), значение Hext зависит от фактического состояния зашлакованности стенки котла. Его можно определить на основе данных завода с помощью проверочного расчета. В процессе валидации удельные энтальпии насыщенного пара и воды на выходе из экономайзера, hsat,v и heconout, могут быть определены в соответствии с рабочими параметрами пара котла.Затем они вместе с расходом питательной воды m˙feд используются для оценки теплопоглощения стенки печи QwallDCS: (5) QwallDCS=m˙fed(hsat,v−heconout).(5)

Теплопоглощение стенки печи из решения CFD можно рассчитать путем интегрирования прогнозируемых тепловых потоков стенки по всей поверхности стенки, Qwall=∫wallqdA. Затем значение Hext можно точно настроить, пока решение CFD Qwall не совпадет со значением QwallDCS из уравнения (5). Таким образом, фактическое состояние зашлакованности стенки котла может быть точно учтено при определении Hext.

Конвективные теплообменники котла в геометрической форме представлены пористыми объемами (Diez et al., 2008; Laubscher & Rousseau, 2019b; Schuhbauer et al., 2014; Tan et al., 2017; Wang et al., 2020; Инь и др., 2002). Их теплопоглощение рассчитывается по формуле (6) qконв=SконвψHf(Tf−Ts), (6) где qконв и Sконв – количество теплоотдачи и наружная площадь трубы теплообменника на единицу объема соответственно, Hf – сторона топки коэффициент теплопередачи теплообменника, ψ — коэффициент тепловой эффективности, а Tf — температура дымовых газов (Che, 2008; Wang et al., 2020). Значения ψ зависят от фактического состояния загрязнения теплообменников и, следовательно, могут быть точно определены только проверочным расчетом с рабочими данными котла.

4.2. Модель сопряженного теплообмена

Отмечено, что теплообмен между огневой и паровой сторонами котла на любой части поверхностей нагрева котла не происходит независимо. Например, если изменить теплоотдачу ПШ2, это повлияет на температуру пара на всех последующих поверхностях нагрева по паровому циклу (т.г. DPSH, PLSH и SSH), и тем самым также повлияет на передачу тепла к этим поверхностям нагрева. Следовательно, изменяется распределение температуры топочного газа, что, в свою очередь, может повлиять на распределение теплопередачи всего котла. Таким образом, температуры пара в котле определяются сложным сопряженным поведением теплообмена между всем газовым потоком и паровым циклом котла. По этой причине в этом исследовании подмодели теплопередачи стенки печи и конвективных теплообменников интегрируются путем итеративного обмена температурами пара.Связанный алгоритм схематически показан на рис. 4. Первым этапом расчета является проведение CFD-моделирования и расчет теплопередачи к каждой части поверхностей нагрева котла с использованием предполагаемых температур пара. Поглощение тепла стенкой топочной воды Qwall испаряет питательную воду до насыщенного пара. Тогда расход питательной воды, m˙feed, может быть рассчитан согласно (7) Qwall=m˙feed(hsat,v−heconout).(7) //дои.org/10.1080/19942060.2021.18

Опубликовано в Интернете:
08 марта 2021 г.

Рис. 4. Схема алгоритма расчета сопряженного теплообмена.

Опубликовано в сети:
08.03.2021

Рис. 6. Распределение теплового потока на правой стенке топки.

Опубликовано онлайн:
08.03.2021

Таблица 6. Теплопоглощение каждой поверхности нагрева котла .

На рис. 8 показаны изменения температуры пара в течение парового цикла. В таблице 7 приведены прогнозные расходы воды/пара и температуры пара на выходе из каждой поверхности нагрева котла и турбины высокого давления для четырех случаев.Видно, что расход питательной воды в вариантах 2 и 3 ниже, чем в случае 1, из-за меньшего поглощения теплоты испарения стенкой печи. Уменьшение расхода пара при повышенном поглощении тепла ПГ приводит к значительному увеличению конечной температуры пара ПГ Варианта 2 на 17,3°С. Как видно на рисунке 8, повышение температуры пара ПГ приводит к повышению температуры пара ПГ на входе в подогреватели, что впоследствии приводит к увеличению конечной температуры ПГ на 23.0°С. Повышение конечной температуры пара ПГ и ПГ примерно на 20,0°C весьма заметно. Поддержание стабильной температуры пара на уровне, заданном для котла ∼540°С, является важнейшей частью работы котла. Более низкие температуры пара напрямую снижают тепловой КПД котла. Более высокие температуры пара, как правило, строго запрещены операторами установок, поскольку это может привести к термической усталости паровых турбин и системы трубопроводов. Если температура пара не может быть эффективно снижена за счет оперативных регулировок, котлы должны снизить мощность, чтобы защитить паровые турбины и трубопроводы.В любом случае тепловые характеристики котла сильно пострадают, что приведет к значительным экономическим потерям электростанций. Чтобы проверить, можно ли восстановить повышенную температуру пара, в случае 3 через пароохладители перед DPSH и SSH подается охлаждающая струя со скоростью 3,33 кг/с. Как показано на рисунке 8, охлаждающая струя снижает температуру пара на входе в DPSH и SSH и, следовательно, возвращает конечные температуры пара SH и RH до ~ 540°C.Поскольку скорость струи 3,33  кг/с находится в пределах максимальной производительности пароохладителей (∼16,7  кг/с), прогнозируемые результаты показывают, что котел все еще может поддерживать первоначальную температуру пара после переключения на уголь. Вариант 4 представляет собой еще одну регулировку работы котла с попыткой восстановить конечную температуру пара ПГ и ПВ путем регулировки направления впрыскивания угольного и воздушного потоков. Как видно на рисунках 7 и 8, распределение теплопередачи котла и температуры пара ПГ и ПВ по паровому циклу в Варианте 4 очень близки к таковым в Варианте 1.Поскольку максимально допустимые углы наклона горелки составляют ±30°, прогнозируемые результаты показывают, что регулировка настройки горелки является еще одним эффективным способом поддержания температуры пара в котле после переключения на уголь. Основная причина, по которой этот котел может поддерживать температуру пара после переключения на уголь, заключается в том, что в базовом случае (вариант 1) не наблюдался перегрев пара и не применялось охлаждение распылением для регулирования температуры пара. Однако это не так, если котел уже максимизировал температуру распыления.

Связанная модель теплообмена для характеристик горения и пара в угольных котлах цикл.

Что такое котел | Типы котлов

Что такое котел?

Это закрытый сосуд высокого давления, в котором вода превращается в пар за счет получения тепла из любого источника (угля, нефти, газа и т. д.).

Котел на теплоэлектростанции аккумулирует пар и создает давление, чтобы направить его в турбину и преобразовать тепловую энергию в механическую.Генератор, подключенный к турбине, преобразует механическую энергию в электрическую.

Типы котлов

1. На основе содержимого тюбика

2. База по рабочему давлению

  • Ультрасверхкритический котел: давление ≥ 27,0 МПа или номинальная температура на выходе ≥ 590 ℃ котел
  • Сверхкритический котел: 22,1 МПа ≤ давление ≤ 27,0 МПа
  • Подкритический котел: 16,7 МПа ≤ давление ≤ 22,1 МПа
  • Котел сверхвысокого давления: 13.7 МПа ≤ давление ≤ 16,7 МПа
  • Котел высокого давления: 9,8 МПа ≤ Давление ≤ 13,7 МПа
  • Котел низкого давления: 5,4 МПа ≤ Давление ≤ 9,8 МПа
  • Котел среднего давления: 3,8 МПа ≤ Давление ≤ 5,4 МПа

3. База по используемому топливу

  • Работа на твердом топливе
  • Котлы со стокером
    • Котлы на пылевидном топливе
    • Котлы для сжигания в кипящем слое (FBC)
  • Масляный обогрев
  • Газовые котлы

4.На основе системы проекта

  • Естественная тяга
  • Механическая тяга
    • Система принудительной тяги
    • Система принудительной тяги
    • Система сбалансированной тяги

На субкритических, сверхкритических и ультрасверхкритических угольных теплоэлектростанциях используются два типа котлов:

  1. Котел на пылеугольном топливе
  2. Котел для сжигания в кипящем слое (FBC)

Примечание: Оба типа котлов водотрубные

Котел на пылеугольном топливе или котел на пылевидном топливе

Котел, работающий на пылеугольном топливе, — это промышленный котел, вырабатывающий тепловую энергию за счет сжигания пылевидного угля.

Как работает паровой котел?

В пылеугольном котле уголь измельчается до мелкого порошка, так что менее 2 % составляют +300 микрон, а 70–75 % меньше 75 микрон. Пылевидный уголь вместе с частью воздуха для горения вдувается в котельную через ряд форсунок горелок. Горение происходит при температуре от 1300 до 1700 °С, в зависимости от марки угля.

Дымовые газы, образующиеся в топке, проходят пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, ЭЦН и, наконец, удаляются вытяжным вентилятором в дымовую трубу.

Зола из камеры сгорания, падающая вниз, собирается в нижних бункерах для золы. Мелкодисперсная зола, летящая с дымовыми газами, отделяется электрофильтром и собирается в бункерах электрофильтра.

Питательная вода поступает в котел через трубы экономайзера, предусмотренные на пути дымовых газов. Питательная вода нагревается в экономайзере и затем поступает в барабан котла, расположенный вне топки в верхней части котла.

Вода циркулирует в трубах и превращается в пар путем получения тепла внутри печи.Сухой и насыщенный пар из барабана котла затем проходит через секцию пароперегревателя и, наконец, поступает в выходной коллектор котла.

Преимущество пылеугольного котла

  • Способность сжигать уголь всех рангов.
  • Допускает комбинированное сжигание (т.е. может использовать уголь, мазут и газ в одной горелке)

Недостаток пылеугольного котла

  • Высокая мощность для измельчения.
  • Требуется больше обслуживания.
  • Эрозия летучей золы
  • Загрязнение осложняет работу агрегата

Котел для сжигания в кипящем слое (FBC)

Котел на пылеугольном топливе был предпочтительным методом для сжигания твердого топлива, но в последние несколько лет котлы для сжигания в кипящем слое начали нарушать это равновесие, предлагая надежные решения в областях, которые плохо обслуживаются пылевидным котлом.

Принцип работы котла для сжигания в кипящем слое

Когда газ или воздух пропускаются через инертный слой твердых частиц, таких как песок или известняк , поддерживаемый мелкой сеткой или сеткой, частицы не возмущаются при низкой скорости.По мере постепенного увеличения скорости воздуха достигается стадия, когда отдельные частицы взвешиваются в воздушном потоке. При дальнейшем увеличении скорости воздуха частицы достигают состояния высокой турбулентности. В таких условиях слой принимает вид жидкости и проявляет свойства, связанные с жидкостью, отсюда и название «горение в псевдоожиженном слое».

Если песок или известняк в псевдоожиженном состоянии нагреть до температуры воспламенения угля и непрерывно впрыскивать уголь в слой, топливо будет быстро гореть, а слой достигнет однородной температуры благодаря эффективному перемешиванию.

Сжигание в кипящем слое происходит при температуре от 840°C до 950°C. Поскольку температура ниже температуры плавления золы, можно избежать плавления золы и связанных с этим проблем.

Существует три типа котлов для сжигания в кипящем слое:

1. Система сжигания в атмосферном кипящем слое (AFBC) или сжигание в барботажном кипящем слое (BFBC)

AFBC — это сжигание в кипящем слое при атмосферном давлении, где давление в топке равно атмосферному давлению, а скорость псевдоожиженного воздуха находится в диапазоне 1.от 2 до 3,7 м/сек. Трубки в постели, несущие воду, обычно действуют как испаритель. Дымовые газы из топки проходят через секции пароперегревателя потока котла мимо экономайзера, пылеуловителя и воздухоподогревателя, прежде чем выбрасываются в атмосферу.

2. Сжигание в циркулирующем кипящем слое (CFBC)

В этой системе скорость псевдоожиженного слоя в циркулирующих слоях колеблется от 3,7 до 9 м/с, а дымовой газ рециркулирует с помощью циклона для улавливания несгоревшего углерода.Трубки для производства пара, погруженные в бад, отсутствуют. Генерация и перегрев пара происходит в конвекционной части, водяной стене и на выходе из стояка.

3. Система сжигания с псевдоожиженным слоем под давлением (PFBC)

В PFBC компрессор подает воздух с принудительной тягой (FD), а камера сгорания представляет собой сосуд высокого давления. Скорость выделения тепла в плохом состоянии пропорциональна давлению в слое, поэтому для извлечения большого количества тепла используется глубокий слой. Это повысит эффективность сгорания.Пар, генерируемый за счет тепла в псевдоожиженном слое, направляется в паровую турбину, а горячие дымовые газы приводят в действие газовую турбину, вырабатывающую электроэнергию.

Система PFBC может использоваться для работы в комбинированном цикле (газовая турбина и паровая турбина). Это повышает общую эффективность преобразования на 5–8 %.

Преимущества котлов с кипящим слоем (FBC)

  • Снижение выбросов NOx за счет более низкой температуры.
  • Уменьшить выбросы SOx за счет улавливания известняком.
  • Низкая коррозия и эрозия.
  • Более легкое удаление золы, т.е. отсутствие образования шлака
  • Простое управление и быстрый запуск.
  • Уменьшить техническое обслуживание
  • Высокая эффективность производства электроэнергии

Теплообмен в паровом котле

Паровой котел предназначен для поглощения максимального количества тепла, выделяющегося в процессе горения. Существует три способа передачи тепла в котле (излучение, конвекция и теплопроводность), и относительный процент каждой теплопередачи внутри системного котла зависит от типа парового котла, топлива и расчетной поверхности передачи.

1. Радиация

Излучение – это процесс непрерывного обмена энергией посредством электромагнитных волн без изменения температуры среды между двумя вовлеченными телами.

Поверхность нагрева в печи получает тепло в основном за счет излучения. Трубы парового котла поглощают лучистое тепло пламени и отдают небольшую часть тепла обратно в топку.

2. Конвекция

Конвекция — это процесс передачи тепла за счет энергии движения через материал.

Пример передачи тепла конвекцией в паровом котле:

  • Поверхность нагрева в паровом котле получает тепло за счет конвекции от горячих дымовых газов.
  • вода или пар в паровом котле получают тепло путем конвекции от поверхности нагрева.
  • При нагревании любой жидкости в паровом котле ее плотность уменьшается, а жидкость становится легче. Затем более тяжелая или более холодная жидкость потечет и заменит нагретую часть жидкости. В свою очередь более холодная часть нагревается, что является примером конвекции.

3. Проводимость

Теплопроводность – это передача тепла от одной части тела к другой или от одного тела к другому при физическом контакте.

Тепло, полученное поверхностью нагрева, проходит через металл за счет теплопроводности.

Крепления парового котла Крепления котла

— это устройства безопасности, которые устанавливаются на котел для его безопасной и эффективной работы. На котел обычно устанавливаются следующие крепления:

Предохранительный клапан, индикатор уровня воды, манометр, паровой запорный клапан, обратный клапан подачи, ударный кран, человек и грязевая яма.

Аксессуары для паровых котлов

Комплектующие для котлов – это компоненты, устанавливаемые для повышения эффективности паросиловой установки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *