Классификация паровых котлов. Устройство водогрейных котлов КВ

Устройство паровых котлов

К атегория:

Общие сведения о кранах и котлах

Устройство паровых котлов

На краны устанавливают паровые котлы исключительно вертикального типа с дымогарными или кипятильными трубами. По производительности эти котлы могут быть отнесены к группе котлов малой мощности. На рис. 6 изображен паровой вертикальный с дымогарными трубами котел, устанавливаемый на кране ПК-ЦУМЗ-15.

Рис. 6. Котел с дымогарными трубами крана ПК-ЦУМЗ-15:
А -топка; В -водяное пространство; В -паровое пространство; Г-расширенные проходы между трубами; Д -шуровочнос отверстие; Е - дымовая коробка; 1 - лист топки; г -огневая решетка; 3 -грязевое кольцо; 4 -наружная обечайка; 5 -дымовая решетка; 6 - дымогарные трубы; 7 - шуровочная дверца; S - отражательный лист; 9 - колосники; 10 - промывочный люк; 11 - люк-лаз; 12 - обмуровка котла; 13 - зольник; 14 - искроуловительная сетка; 15 - обечайка шуровочного отверстия; 16 - дутьевое устройство; 17 - контрольная пробка; 18 - рычаг управления колосниками; 19 - лапа котла

Аналогичного типа котлы, имеющие лишь другие данные и размеры, установлены на кранах ПК-6.

Основными частями этого котла являются: топка, в которой происходит сгорание топлива; цилиндрическая часть котла, образующая водяное и паровое пространства, где испаряется вода, превращаясь в пар; дымовая камера, куда направляются газы из дымогарных труб и из которой через дымовую трубу они выходят в атмосферу.

Топка котла образуется из топочного листа, свальцованного в цилиндрический барабан, и огневой решетки. Топочный лист и огневая решетка сделаны из листовой топочной стали марки 15К.

Огневая решетка изготовлена штамповкой и представляет собой диск с отогнутыми вниз краями, соединенными с топочным листом.

Цилиндрическую часть котла образует свальцованный в барабан котельный лист из стали марки 20К. Кромки цилиндрических барабанов, решеток и элементов котла соединены между собой в стык при сварном соединении.

Рис. 7. Промывочный люк

Барабан цилиндрической части котла имеет несколько больший диаметр, чем топка, благодаря чему топка, входя в барабан, образует нижнюю часть водяного пространства.

Внизу, между цилиндрическим барабаном котла и топкой, расположено грязевое кольцо, изготовленное из стали марки Ст. 3 прямоугольного сечения; концы кольца свариваются в стык. Посредством этого кольца цилиндрическая часть котла соединена стопкой; котел установлен на поворотной раме крана и укреплен лапами.

Топливо забрасывается в топку на колосниковую решетку через отверстие в наружном листе нижней части котла и в листе самой топки. Кромки этих отверстий отгибаются и в месте стыка свариваются, образуя шуровочное отверстие. Снаружи оно закрыто массивной чугунной литой дверкой.

Отражательный лист, прикрепленный на стойках к внутренней стороне шуровочной дверки, служит для предохранения ее от чрезмерного нагревания.
Для промывки и очистки котла в наружном листе образованы два ряда промывочных люков, устройство которых показано на рис. 7.

Первый ряд люков расположен над грязевым кольцом и служит для очистки водяного пространства от грязи и шлама, оседающих на кольцо, второй ряд размещен на уровне огневой решетки и служит для промывки и очистки ее поверхности.

Чтобы облегчить очистку котла, ремонт и осмотр его внутренней части с противоположной шуровочному отверстию стороны топки несколько выше уровня огневой решетки расположен люк-лаз (рис. 8) размером 300 X 400 мм.

Рис. 8. Люк-лаз:
1 -наружный лист котла; 2 - усиливающее кольцо окна лаза; 3 - прокладка; 4 - крышка лаза; 5-шпилька; 6 - скоба люка

В отверстиях огневой и дымовой решеток закрепляются концы дымогарных труб (рис. 9); в одну из труб ставится контрольная пробка, сплав которой при снижении уровня воды ниже допустимого выплавляется. Дымогарные трубы увеличивают поверхность нагрева. Чем больше труб, тем больше общая поверхность нагрева и тем больше пара будет давать котел. В рассматриваемом котле крана ПК-ЦУМЗ-15 имеются 122 дымогарные трубы.

Для облегчения доступа к дымогарным трубам, расположенным в центральной части котла, их размещают в виде четырех пучков, отделенных между собой двумя взаимно-перпендикулярными расширенными проходами.

Расстояние между центрами двух соседних труб называется шагом расположения труб, а тело решетки между двумя отверстиями под трубы - перемычкой, или мостиком.

Мостики, в особенности в огневой решетке, вследствие больших температурных воздействий являются наиболее уязвимым местом, в котором чаще всего появляются трещины. Поэтому за состоянием мостиков необходимо внимательно следить при эксплуатации котла, а при ремонтах не уменьшать их величину.
Верхний конец труб развальцовывается на больший диаметр, а нижний, наоборот, подкатывается на меньший диаметр, благодаря чему при смене или ремонте они достаточно легко вынимаются кверху даже в том случае, если на их поверхности имеется небольшой слой накипи. Уменьшенного диаметра нижние концы труб, кроме того, можно закрепить в огневой решетке при помощи прокладных колец из мягкой отожженной [красной меди. Такие кольца не только уплотняют соединения, но и предохраняют кромки отверстии решетки от повреждений.

Нижний конец дымогарных труб ставят в отверстие огневой решетки с таким расчетом, чтобы он выступал в сторону огня на 8 мм; после постановки трубы выступающий конец ее отбуртовывают и в обязательном порядке обваривают.

Верхние концы дымогарных труб также выступают за пределы решетки на величину 10-15 мм; их уплотняют развальцовкой изнутри. В верхней части котла установлена дымовая коробка, выполненная из листовой стали толщиной 4-5 мм. Чтобы облегчить доступ к решетке и дымогарным трубам (для очистки), цилиндрическая часть дымовой коробки имеет лючки или отъемный верх.

В нижней части топки установлена колосниковая решетка, на которой лежит слой горящего топлива.

Рис. 9. Дымогарная труба: 1 - труба; 2 - медное прокладное кольцо; 3 - контрольная пробка

Колосниковая решетка состоит из отдельных колосниковых плит, в теле которых сделаны щели для прохода воздуха. Она устанавливается так, чтобы слой горящего топлива располагался несколько выше уровня грязевого кольца. Это позволяет избежать чрезмерного перегрева листа топки в случае скопления на грязевом кольце слоя шлама. От величины живого сечения (сумма всех щелей в колосниках) колосниковой решетки зависит скорость потока воздуха и интенсивность сгорания топлива. Обычно в колосниковых решетках крановых котлов жи-полной площади решетки.

Отдельные плиты колосниковой решетки выполнены подвижными, они поворачиваются на горизонтальных цапфах. Это облегчает очистку решетки от шлака. При помощи рычагов такие плиты занимают наклонное положение, в результате слой шлака разрыхляется, взламывается и сбрасывается в зольник.

Чтобы усилить тягу в дымовой коробке котла, установлен сифон - кольцеобразная трубка с отверстиями, в которые при необходимости подается пар. Кроме того, применяется дутьевое устройство, имеющее вид фасонного рожка с тремя соплами, направленными кверху. Отработавший в паровой машине пар направляется в это устройство и, выходя через сопла, образует вдоль дымовой трубы веерообразный поток, создавая в ней дополнительное разрежение, в результате чего приток воздуха, проходящего через колосниковую решетку, усиливается.

Для уменьшения тепловых потерь цилиндрическая поверхность котла снаружи покрыта (обмурована) слоем (в 30-40 мм) асбестогли-няной массы.

Обмуровочная масса на поверхность котла может быть нанесена горячим способом следующим образом. В котле поднимают давление пара до 3-4 кГ/см2, а затем на поверхность котла наносят слой жидкого асбеста и по мере высыхания - слой асбестоглиняной массы. Обмуровка котла может быть выполнена и холодным способом, в этом случае котел после обмуровки немедленно обшивают кровельным железом и выдерживают его неподвижно в течение не менее суток.

Равномерная толщина слоя обмуровки и укрепление обшивки достигаются тем, что на котел ставится несколько так называемых маячных колец, отстоящих от цилиндрической части котла на величину толщины обмуровочного слоя. К этим маячным кольцам специальными поясами прижимается наружная обшивка котла.

На ряде кранов, в том числе на кранах грузоподъемностью 7,5 т завода им. Январского восстания, установлены котлы с кипятильными трубами.

Котел с кипятильными трубами (рис. 10) состоит из наружного вертикального барабана, закрытого сверху штампованной крышкой. Внутри барабана расположена жаровая труба, верхняя часть которой постепенно суживается и переходит в дымогарную трубу. Для предохранения барабана от быстрого прогорания с внутренней стороны вставлена предохранительная труба, образующая кольцевое газовое пространство. Внутри предохранительной трубы помещен пароперегреватель в виде трубчатого двухрядного змеевика.

Для увеличения поверхности нагрева в жаровую трубу вварены две пары кипятильных труб, расположенных параллельно друг другу. В нижней части жаровая труба соединена с наружным барабаном грязевым кольцом.

Вваренная в наружный барабан и жаровую трубу круглая обечайка образует шуровочное отверстие, закрываемое чугунной литой дверцей с отражательным листом.

Котел посредством опорного грязевого кольца устанавливается и крепится к раме крана, в которой смонтирован литой противовес, являющийся одновременно зольником котла; на этот противовес уложены колосники, образующие колосниковую решетку.

Для устранения перегревов стенок в зоне грязевого кольца на колосники уложена футеровка, выполненная из шамота.

Для осмотра и ремонта котла сделан специальный лаз, а против каждой из кипятильных труб установлены смотровые люки. Около грязевого кольца имеются три малых промывочных люка для очистки и удаления шлама из нижней части котла.

Нижняя часть жаровой трубы и колосниковая решетка образуют топку котла.

Пространство между жаровой трубой и наружным барабаном, а также внутренняя часть кипятильных труб составляют водяной объем, а пространство между наружным барабаном и дымогарной трубой - паровой.

Рис. 10. Вертикальный паровой котел с кипятильными трубами:
1 -наружный барабан; 2 -жаровая труба; 3 -грязевое кольцо; 4 - кипятильная труба; 5 -змеевик пароперегревателя; 6 - пароотборная труба; 7 - дымогарная труба; 8 -дымовая труба; 9 - предохранительная труба; 10 -туровочная дверца; 11 - футеровка; 12- колосники; 13 - прогивовес-зольник; 14 - опорное кольцо

В горловине жаровой трубы установлены две контрольные пробки, подающие сигнал в случае понижения уровня воды ниже допустимого предела.
Внутри парового пространства помещена труба, по которой пар поступает в верхнюю часть змеевика пароперегревателя и, пройдя по нему, выходит в пароподающую магистраль.

Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

В отопительной системе — пар является энергоносителем.
В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

Устройство парового котла

Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.

Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают .

Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).

Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

газовые;
угольные;
мазутные;
электрические.

По предназначению:

бытовые;
промышленные;
энергетические;
утилизационные.

По конструктивным особенностям:

газотрубные;
водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.

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

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

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

Одноконтурные и двухконтурные отопительные приборы

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Основные и вспомогательные элементы конструкции котла

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

Обязательно включает в себя такие элементы:

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

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

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

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

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

Котел – одна из составных частей любой системы отопления. Он предназначен для превращения энергии сгорания топлива (в случае газового котла таким топливом является газ) в теплоту для нагрева жидкости, которая подается затем в батареи отопления. Внутреннее устройство современных газовых котлов подчинено решению главной задачи – обеспечить максимальные удобства и безопасность использования при минимизации обязательного контроля со стороны человека.

Прежде чем приступить к детальному описанию основных комплектующих газовых котлов, необходимо уделить некоторое внимание их классификации. Несмотря на то, что все котлы устроены примерно одинаково, каждая разновидность имеет свои специфические особенности, для поддержки которых нужны определенные модификации используемых деталей. Итак, котлы бывают:

Настенные и напольные . Настенный вариант более компактен и удобен и применяется обычно в частных домах. Преимуществом напольного котла является возможность обогрева значительных площадей за счет гораздо большей мощности. Поэтому такие агрегаты чаще всего устанавливаются в производственных помещениях.
Атмосферные и турбированные . Принцип работы атмосферного котла такой же, как и у обычной печки: воздух забирается из помещения и отводится в специально построенный дымоход за счет естественной тяги. В турбированных моделях тягу создает встроенный вентилятор, камера сгорания полностью закрыта, а забор воздуха производится с улицы.
Одноконтурные и двухконтурные . Аппарат с одним контуром предназначен только для обогрева помещений, задача двухконтурного котла – еще и обеспечить жильцов горячей водой.
С обычной или модулируемой горелкой . Устройство котлов с модулированной горелкой предполагает автоматическую регулировку мощности, за счет чего достигается значительная экономия расхода газа.
С электронным или пьезокерамическим поджигом. Электронный поджиг более удобен – воспламенение газовых паров в камере сгорания происходит без участия человека, в то время как в системах с пьезорозжигом требуется каждый раз нажимать соответствующую кнопку.

Основные элементы газового котла

Как мы уже отмечали выше, устройство газового котла примерно одинаково для всех вариантов его исполнения. Это означает, что основные узлы, из которых собираются котлы, одни и те же:

Газовая горелка . Представляет собой перфорированную конструкцию прямоугольной формы. Внутри нее находятся форсунки, через которые в камеру сгорания подается газ. Форсунки обеспечивают равномерное распределение пламени по всей горелке, создавая таким образом условия для наиболее эффективного нагрева теплоносителя внутри газового котла.
Теплообменник - металлический короб со встроенным радиатором, внутри которого находятся трубы с теплоносителем. За счет энергии сгорающего газа теплообменник нагревается и передает тепло жидкости. Одноконтурный котел всегда имеет один теплообменник, у двухконтурного котла их может быть два – первичный и вторичный.
Циркуляционный насос . Обеспечивает давление в магистрали газового отопления с принудительной циркуляцией. Присутствует не во всех моделях газовых котлов.
Расширительный бачок . Служит для временного отвода теплоносителя при его интенсивном нагреве и расширении. Имеет емкость, достаточную для среднестатистических условий . Для отопления больших площадей в систему часто устанавливают дополнительный бак.
Устройство отвода продуктов горения . У атмосферных котлов выходной патрубок должен подключаться к отдельному дымоходу с естественной тягой, турбированные модели имеют в комплекте двойную коаксиальную трубу для вывода газовых отходов, тягу в которой создает встроенный вентилятор.
Система автоматики . Это блок управления работой котла, который включает в себя электронную схему, задающую режим функционирования системы в зависимости от показания подключенных и встроенных датчиков.

Конкретная модификация газового котла может привносить в его устройство некоторые особенности. Так, например, для одноконтурного агрегата может применяться внешний бойлер для подогрева сантехнической воды, а устройство двухконтурного газового котла может включать совмещенный теплообменник, в котором приготавливается теплоноситель для обоих контуров.

Теперь рассмотрим основные компоненты газовых котлов более подробно.

Газовая горелка

В зависимости от типа котла горелка может быть атмосферной или наддувной. Котлы с атмосферными горелками дешевле, меньше шумят, но имеют небольшую производительность. Наддувные горелки, в особенности в составе напольного газового котла, могут обеспечить мощность до нескольких тысяч киловатт.

Кроме этого, горелки подразделяются на:

одноступенчатые;
двухступенчатые;
модулированные.

Самыми эффективными являются модулированные горелки. Они позволяют плавно регулировать высоту пламени и степень нагрева теплоносителя в зависимости от температуры в помещении и обеспечивают значительную экономию газового топлива.

Теплообменник

Главным показателем качества теплообменника является материал, из которого он изготовлен.

Самым надежным и долговечным является чугун. Чугунные теплообменники могут работать несколько десятков лет, определяя тем самым большой срок службы всего газового котла. Этот материал хорошо держит тепло, поэтому он отлично подходит для двухконтурного варианта системы отопления. К недостаткам чугуна можно отнести его хрупкость и большой вес.

Стальные теплообменники не трескаются и не ломаются от неожиданных ударов или резких перепадов температур. Но они гораздо быстрее прогорают и подвержены коррозии. В дорогих моделях газовых котлов применяются теплообменники из специальных сортов стали, которые по своей долговечности сравнимы с чугунными. Часто для продления срока службы стальные теплообменники изнутри покрывают слоем меди, а снаружи – специальной термостойкой краской.

Циркуляционный насос и гидравлическая группа

Параметры насоса обычно подбираются производителем, исходя из мощности котла. Поэтому большого влияния на качество изделия в целом насос не оказывается. Стоит обратить внимание на материал труб, по которым внутри газового котла проходит теплоноситель и вода (в случае двухконтурного агрегата). Лучше всего, если они сделаны из меди или качественного пластика. Можно также поинтересоваться производителем насоса – хорошо, если это известная фирма, такая как Grundfos, Джилекс, Vortex и другие.

Расширительный бачок

Это важная составная часть газовых котлов. Система отопления должна иметь расширительную емкость, куда отводится излишек теплоносителя при его нагревании. Размер этой емкости рассчитывается по специальным методикам, грубо его можно оценить, как 10% от объема всей жидкости в системе. Поэтому при выборе котла желательно знать протяженность магистрали отопления и требуемый объем бачка.

Важно отметить, что объем расширительного бака рассчитывается только по количеству теплоносителя для системы отопления. Поэтому как для одноконтурного, так и для двухконтурного котла требуется одинаковый объем расширительного бачка.

Системы автоматики

Встроенная автоматика управляет работой котла во всех его режимах и включает в себя:

Знание принципов устройства газового котла сделает процесс его выбора более простым и понятным и поможет сэкономить средства как при покупке теплового агрегата, так и при его эксплуатации.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Классификация котельных установок

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

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

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

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

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

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

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

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

Рис 6.

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

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

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

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

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

Рис. 7.

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

Рис. 9.

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

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

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

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

3. Классификация котельных агрегатов

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

Котлы с естественной циркуляцией;

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

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

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

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

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

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

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

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

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

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

Рис. 13.

Рис. 14.

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

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

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