Диагностирование работы жаротрубных котлов. Котлы жаротрубные

Отопительные котлы средней и большой мощностей по типу конструкции разделяются на две большие группы - водотрубные и газотрубные (жаротрубные).

Газотрубные - паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива. Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (воды), который находится снаружи трубок.

Согласно ГОСТ 23172-78, различают жаротрубные , дымогарные и жаротрубно-дымогарные котлы : в жаровых трубах происходит горение, в дымогарных только движутся продукты сгорания. Обычно жаровые трубы толще и их количество меньше.

По направлению движения дымовых газов жаротрубные котлы можно разделить на пролётные, где проходящие огневую камеру и жаровые трубы горячие газы не меняют своего направления, и на оборотные, где газы совершают поворот в огневой камере.

Наиболее распространенная конструкция газотрубных котлов — цилиндрический корпус, расположенный горизонтально. Внутри корпуса у водогрейных котлов находится горячая вода, у паровых водяной и паровые объемы. В качестве топки используется жаровая труба, расположенная либо по центру котла, либо ниже. В переднем торце жаровой трубы устанавливается надувная горелка, рассчитанная на сжигание газообразного или жидкого топлива. Выше топки располагаются пучки дымогарных труб, по которым происходит дальнейшее движение горячих газов с последующим выходом в дымовую трубу.

Котлы такой конструкции бывают двухходовыми и трехходовыми. В двухходовых котлах используется реверсивная топка. В реверсивной топке дымовые газы, отражаясь от задней стенки топки разворачиваются на 180°С и идут к передней стенке котла. Далее горячие газы снова меняют направление движения, отражаясь от передней стенки, и проходя через дымогарные трубы удаляются из котла.

В трехходовом котле дымовые газы возвращаются к передней стенке котла через вторую жаровую трубу, либо через второй пакет дымогарных труб. Далее горячие газы снова меняют направление движения, отражаясь от передней стенки, и проходя через дымогарные трубы удаляются из котла.

К плюсам газотрубного котла можно отнести следующее:

• простота изготовления;
• возможность применения низкокачественной стали, что снижает себестоимость;
• компактность;
• простота обслуживания.

Газотрубные котлы обладают рядом эксплуатационных "минусов" , перечеркивающих все их "плюсы". А именно:

• Высокие требования (по сравнению с котлами водотрубной конструкции) к качеству котловой воды. Более жесткие требования к качеству питательной воды объясняются очень малыми скоростями (на порядок меньше по сравнению с водотрубными котлами) теплоносителя в жаротрубных котлах. У жаротрубного котла скорость воды настолько мала, что он практически является фильтром-осадителем. Такие котлы нельзя включать по одноконтурной схеме в работу со старой тепловой сетью, имеющей многолетнее накопление шлама в нижней части радиаторов, сетевых трубопроводах. В результате осаждения взвешенных веществ и покрытия ими части дымогарных труб, температура этих труб становится выше, давление перегретых труб на трубную доску и напряжения в сварных швах резко возрастают. Что приводит к деформации теплообменника и разрыву швов.
• Жаротрубный котел взрывоопасен. При большом объеме нагретой воды при внезапном снижении давления внутри котла до атмосферного (раскрытие шва) мгновенно выделяется огромное количество пара и происходит взрыв.
• У жаротрубных отопительных котлов аэродинамическое сопротивление выше, чем у водотрубных.
• Необходимо отметить еще одну, хотя далеко и не основную проблему жаротрубных котлов. Наличие большого объема воды делает котел «вяло» реагирующим на потребность в тепле. Характерное для таких котлов длительное время нагрева приводит на практике к необходимости поддерживать высокую температуру большой массы воды в течение какого-то периода времени в ожидании потребности в тепле. А стоимость топлива, идущего на поддержание этого «горячего резерва» может достигать значительной величины.

По конструкции газотрубный котел является противоположностью водотрубному котлу.

Водотрубные котлы - паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из труб (кипятильных трубок), внутри которых движется теплоноситель (вода). Теплообмен происходит посредством нагрева труб горячими продуктами сгорающего топлива.

Простейший водотрубный теплообменник представляет собой конструкцию из двух параллельно расположенных труб, соединенных между собой большим количеством поперечных труб. Данная конструкция располагается в топке котла и дымовые газы проходя между трубами нагревают теплоноситель. Для увеличения площади нагрева применяют оребренные трубы.

Для примера можно привести радиатор системы охлаждения автомобиля. По сути он является вторичным водотрубным теплообменником.

Отличительными особенностями водотрубных котлов от газотрубных является меньший объем воды и большая скорость протекания теплоносителя. Из этого вытекают следующие преимущества:

• низкая взрывоопасность;
• быстрый нагрев воды;
• меньший вес котла;
• улучшенный теплосъем;
• большая долговечность конструкции;
• более низкие требования к качеству воды.

К недостаткам таких котлов можно отнести:

• высокие требования к качеству соединений;
• сложность конструкции;
• сложность в обслуживании.

Большинство котлов, представленных на Российском рынке являются жаротрубными. Это связано как с более простой технологией производства, так и с простотой обслуживания данных котлов. Несмотря на свои преимущества водотрубные котлы средней и большой мощностей менее популярны у потребителей, но всё же занимают свою часть рынка отопительного оборудования.

Значительные объемы нового строительства в России, привлечение к строительству малых предприятий и частных инвесторов и соответствующее формирование инвестиционной политики обусловили на большинстве строящихся объектов применение автономных отопительных котельных – от квартирных и коттеджных до РТС, а также источников теплоты на реконструируемых объектах, преимущественно с водогрейными котельными агрегатами малой мощности (до 20 МВт). В статье рассмотрены особенности основных типов котлов, представленных на российском рынке, – водотрубных и жаротрубных.

Важнейшей особенностью котлов малой мощности являются тепловые режимы топок и связанные с ними физико-химические процессы горения, обус-ловленные масштабным переходом к малым геометрическим размерам топок с уменьшением мощности котла. Это изменяет соотношение площади поверхности топки к ее объему обратно пропорционально ее характерному размеру. Следствием этого является тот факт, что в малых котлах видимые тепловые напряжения топочного объема в несколько раз превышают характерные для мощных котельных агрегатов, достигая значений qv = 2 МВт/м3 и выше (на газе и жидком топливе), при этом тепловые напряжения поверхностей нагрева в топке (qн = ~200 кВт/м2) примерно соответствуют видимым тепловым напряжениям поверхностей нагрева мощных котлов.

Водогрейная котельная техника представлена на российском рынке двумя основными типами котлов: водотрубными и жаротрубными.

Водотрубные котлы определенное время были основным типом отечественной водогрейной техники. В области малых мощностей такое положение дел себя не оправдало: с производства были сняты устаревшие котлы ТВГ, ТГ, НР 18, ЗиО 60 и др. Однако ряд конструкций котлов малой мощности серии КВ ГМ продолжает выпускаться. Отечественные разработки водогрейных котлов преимущественно представлены водотрубными котлами, выпуск которых осваивают как крупные заводы («Дорогобужкотломаш», Бийский котельный завод, «Вольф Энерджи Солюшен» и др.), так и небольшие котлостроительные фирмы.

Независимо от типа котла необходимо отметить, что тепловой режим металла стенки котла определяется состоянием внутренней поверхности (со стороны охлаждающего теплоносителя), наличием отложений, их толщиной и свойствами. Внешние шлаковые, сажевые и битумиозные отложения (как и внутренние) преимущественно влияют на эффективность теплопередачи от газового потока к теплоносителю и, следовательно, повышают температуру уходящих газов, снижают мощность и КПД котла.

Однако наибольшие неприятности часто связаны с увеличением аэродинамического сопротивления газового тракта котла, изменением и искажением характеристик горения, ухудшением экологических показателей работы.

Водотрубные водогрейные котлы

Основные преимущества водотрубных водогрейных котлов обусловлены организованным гидравлическим режимом в трубных водяных контурах, что позволяет, используя насосные схемы принудительной высокоскоростной циркуляции (в том числе с рециркуляцией), обеспечить допустимые тепловые (температурные) режимы, уменьшить негативные процессы загрязнения теплопередающих поверхностей со стороны теплоносителя, снизить требования по общей жесткости циркуляционной воды. В то же время в водотрубных котлах необходимо строгое соблюдение гидравлического режима движения теплоносителя, исключающего его вскипание на поверхностях нагрева, что, как отмечалось, для котлов малой мощности особенно важно на теплонапряженных участках топочных поверхностей нагрева. При обосновании скоростного режима необходимо ориентироваться на трубы с отпускным движением теплоносителя, в которых при указанных условиях теплообмена (qн = ~200 кВт/м2) скорость движения теплоносителя должна быть по известным зависимостям не менее 1,25–1,35 м/с.

Такой гидравлический режим обуславливает достаточно высокое гидравлическое сопротивление водотрубного водогрейного котла (обычно в пределах 0,5–1,5 бар). Причем не только в расчетном режиме, но и при всех промежуточных режимах работы с частичной или даже минимальной мощностью. Постоянный гидравлический режим, пожалуй, наиболее важный фактор, обеспечивающий надежную работу всей трубной системы водогрейного водотрубного котла.

Ряд конструкций водогрейных водотрубных котлов поставляются производителем в виде нескольких укрупненных блоков, что требует дополнительных затрат при доставке котла, его сборке и монтаже на строительной площадке.

Последнего недостатка лишены жаротрубные водогрейные котлы, полностью изготавливаемые в заводских условиях и поставляемые в виде компактной моноблочной конструкции, часто с уже смонтированной тепловой изоляцией, внешней оболочкой, опорной рамой и пр. Это делает конструкцию привлекательной для потребителя, существенно упрощает монтаж оборудования в котельной.

Жаротрубные водогрейные котлы

Использование жаротрубных котлов с наддувной газоплотной топкой, принцип действия которой основан на применении автоматизированных горелочных устройств, оснащенных встроенными (или комплектными) дутьевыми вентиляторами, позволяет работать без дымососов с регулированием параметров горения при переменных нагрузках, сохраняя высокую эффективность с КПД 92–95 %.

Заводы-изготовители переходят на большие объемы выпуска жаротрубных котлов, активно осваивают зарубежные технологии, покупают и перерабатывают под российские нормативы техническую документацию известных фирм, продукция которых пользуется спросом и хорошо себя зарекомендовала на рынке. Например, трехходовые котлы ФР–10, ФР–16, выпускаемые по технологии компании «Финрейла» (Финляндия), котлы GKS Dynaterm, Eurotwin производства «Волф Энерджи Солюшен» по технологии компании WOLF (Германия).

Конструктивные схемы практически всех жаротрубных водогрейных котлов предполагают размещение в водяном объеме внутри внешней прочной оболочки котла цилиндрической топки и дымогарных труб конвективных поверхностей. Компоновку котлов принято классифицировать как двухходовую и трехходовую. В обоих случаях развитие факела и движение продуктов сгорания по топочному объему считается первым ходом как для топок с осевым пролетным (без разворота факела) движением газов, так и для тупиковых реверсивных топок (с разворотом факела на 180° в задней части внутри топки к фронту котла) (рис. 2). Таким образом, 2 ходовые схемы предполагают один ход продуктов сгорания по конвективным жаровым трубам, а 3 ходовые – два хода с разворотом продуктов сгорания между пучками дымогарных труб на 180°

Важнейшие недостатки жаротрубных конструкций обусловлены малой скоростью движения теплоносителя во внутреннем водяном объеме котла, имеющем значительный объем (удельный объем воды от ~0,5 до ~1,5 м3/МВт) и большое расчетное живое сечение для движения котловой воды. Это приводит к неорганизованным гидравлическим режимам внутренней циркуляции со скоростями, соответствующими естественной конвекции порядка 0,01–0,02 м/с, а в ряде зон водяного объема и ниже. По этой причине значение тепловых напряжений поверхностей нагрева котла по условиям недопущения пристенного вскипания воды гораздо ниже, чем у водотрубных котлов, и является основным фактором, определяющим надежную и безаварийную работу котла (наряду с загрязнением поверхностей со стороны воды накипью и шламовыми отложениями и др.).

Конструктивные особенности жаротрубных котлов

Конструкция трехходового котла по сравнению с двухходовым у большинства производителей имеет большую конвективную поверхность нагрева (дымогарных труб) и за счет этого позволяет увеличить глубину охлаждения дымовых газов и повысить на 1–3 % КПД котла. Большего значения КПД удается достичь установкой за водогрейным котлом агрегатного или блочного экономайзера (в том числе и конденсационного типа).

Оценивая качество жаротрубного котла необходимо учитывать как конструктивные решения, так и совершенство технологии изготовления.

Так, наличие жесткого корпуса и безкомпенсационных по термическому удлинению торцевых поверхностей (трубные доски) с жесткой сваркой прямых жаровых труб и жестким креплением топки, близкое расположение жаровых труб к внешней необогреваемой оболочке котла приводят к повышенным напряжениям из-за некомпенсированной тепловой деформации как при холодных пусках, так и при переменных режимах эксплуатации. В этой связи весьма важно иметь информацию о расчетном значении на малоцикловую усталость металла, которая определяет количество циклов запуска из холодного состояния, измеряемое от нескольких сотен до десятков тысяч циклов. Помимо конструкции котла на эту величину влияет качество металла жаровых труб и трубных досок, технология и качество сварки, применение термоотпуска для снятия внутренних напряжений в сварной конструкции при изготовлении котла.

Менее надежными оказываются и котлы с низким расположением жаровых труб, которые наиболее интенсивно заносятся шламом, из-за чего теплообмен ухудшается, температура стенки трубы увеличивается, что приводит к дополнительному локальному перегреву, увеличению нагрузок на сварочные швы и трубную доску. Для выравнивания и интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях часто используют различного рода турбулизаторы потока, вставляемые в жаровые трубы третьего хода или в концевые участки второго хода 2 ходового котла.

Здесь важно отметить, что жаровые котлы с реверсивной топкой, в силу отмеченных особенностей тепловых процессов, при развороте факела обеспечивают интенсификацию конвективного теплообмена в топке (этим достигается выравнивание тепловых потоков на поверхностях нагрева в топке). Также они позволяют за счет активной рециркуляции части продуктов сгорания в корне факела горелки снизить эмиссию оксидов азота. Однако при этом в значительной мере происходит интенсификация теплообмена на трубной доске и начальных участках дымогарных труб в зоне разворота факела у переднего шамотного блока с учетом его вторичного излучения. Из-за этих факторов трубная доска оказывается в чрезвычайно форсированном тепловом режиме, зачастую приводящем к ее перегреву.

Учитывая указанные особенности тепловых режимов фронтовой трубной доски, подавляющее большинство зарубежных производителей водогрейных жаротрубных котлов ограничивают область применения реверсивных топок котлами мощностью до 2,5 МВт.

Для любых топок жаротрубных котлов, особенно для реверсивных, необходим правильный подбор горелки не только по мощности, но и по соответствию конфигурации и размеров факела горелки топке котла. Должен быть исключен даже локальный «наброс» факела на холодную стенку топки во всех режимах ее работы, с учетом необходимого напора для преодоления аэродинамического сопротивления газового тракта котла и метода регулирования нагрузки.

Низкие скорости движения теплоносителя, большие объемы воды приводят к интенсивному выпадению взвешенных частиц шлама как в нижней части котла (формируя зоны интенсивной подшламовой коррозии), так и на верхней образующей жаровых труб. Даже на «чистой» трубе при работе котла на расчетные параметры воды с температурой +95 °C максимальные значения локальной температуры воды могут составлять ~130 °C, а при +105 °C – ~145 °C. Под пористыми шламовыми отложениями (и накипью) температуры металла стенки трубы и воды еще выше, что ведет к локальному вскипанию, интенсификации процесса накипеобразования, перегреву стенки трубы. Дополнительно необходимо отметить, что вскипание воды не только не смывает шламовые отложения на верхней образующей жаровых труб, но и интенсифицирует формирование локальных отложений накипи и фактически увеличивает размер и уплотняет эти отложения. По этой причине желательно не снижать гидростатическое давление в котле ниже 4,5–5 бар, что, однако, не может в полной мере подавить эти процессы. «Вялая» гидродинамика жаротрубных котлов объясняет необходимость глубокого умягчения воды до остаточной общей жесткости не более 0,01–0,02 (мг-экв)/л.

Максимальное уменьшение шламоотложения обеспечивается при использовании независимого подключения котлового контура в схеме теплоснабжения, исключающего попадание шлама из тепловых сетей и систем отопления потребителей. Следует ограничить использование магнитной и комплексонной обработки даже при наличии шламоотделителей в схеме и использовать периодическую продувку, периодичность и время осуществления которой из нижних точек котла определяется водно-химическим режимом работы котла.

Необходимо обязательно поддерживать гидравлический режим работы котла с расчетным расходом теплоносителя, определяемым при расчетной нагрузке по допустимому перепаду температур на входе и выходе из котла. Обеспечить требуемую рециркуляцию теплоносителя с проверкой во всех режимах работы для исключения низкотемпературной коррозии в хвостовых поверхностях нагрева котла, которая рассчитывается по условию превышения температуры воды на входе в котел температуры точки росы дымовых газов на 5 °C.

Рассматриваемые вопросы не только касаются проектирования и организации работы жаротрубных котлов, но напрямую связаны с режимами эксплуатации с позиции обеспечения технологических процессов. Так, позиционное регулирование отпускаемой потребителям мощности при режиме эксплуатации горелки «включено-выключено» объективно существенно сокращает ресурс работы котла, учитывая цикловую усталость металла. Однако иногда и использование модулируемых горелок, особенно в реверсивных топках, может на пониженных нагрузках вызывать преждевременный разворот факела вблизи горелки, а следовательно, перегрев отдельных участков топки и фронтовой трубной доски. Аналогичный процесс развивается при значительных разрежениях в газоотводящем борове за котлом. В некоторых случаях, при малом аэродинамическом сопротивлении котла, этот эффект проявляется при разрежении ~25 Па.

Недопустимы нарушения режимов эксплуатации котлов:
— с несоответствующей или отключенной химводоподготовкой (даже при кратковременном ее отключении);
— с внесением конструктивных изменений в котел – при удалении турбулизаторов, изменении схемы подключения вход-выход по теплоносителю и др.;
— с отключенными рециркуляционными насосами;
— без контроля температуры уходящих газов, аэродинамического сопротивления и гидравлических потерь давления в котле;
— без контроля утечек в тепловых сетях и без очистки сетевой воды от шлама, без периодической продувки.

а-основной режим; б-пиковый режим; 1-подводящие и отводящие коллекторы; 2-соединительные трубы; 3-фронтальный экран; 4-конвективный пучок труб; 5, 6-левый и правый боковые экраны; 7-задний экран; 8-коллекторы контуров; - движение воды.

Вода в котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний - двухходовая по пиковому режиму.

При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и опуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.

При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70 °С).

Жаротрубные котлы

По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.Котёл газотрубный - паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок. Согласно ГОСТ 23172-78, различают жаротрубные , дымогарные и жаротрубно-дымогарные котлы: в жаровых трубах происходит горение, в дымогарных только движутся продукты сгорания. Обычно жаровые трубы толще и их количество меньше. Наиболее распространенная конструкция жаротрубных котлов - цилиндрический корпус, расположенный горизонтально.

Внутри корпуса у водогрейных котлов находится горячая вода, у паровых водяной и паровые объемы. В переднем торце каждой жаровой трубы устанавливается наддувная горелка, рассчитанная на сжигании газообразного или жидкого топлива. Таким образом, жаровая труба является топочной камерой, в которой сгорает почти все топливо. Агрегат состоит из металлического барабана цилиндрической формы с жаровой трубой, в которой устроена топка. Нагретый внутри газ выходит из трубы и обогревает боковые поверхности барабана котла, далее направляется в экономайзер или непосредственно в дымовую трубу. Существуют модели с двумя трубами, крайне редко - с тремя и более. Современные одножаротрубные котлы изготавливаются с поверхностями нагрева от 30 до 50 метров квадратных, нагреваемая плоскость двухжаротрубных котлов составляет от 80 до 100 метров квадратных. Отопительные агрегаты такого типа просты в изготовлении, потому и цена на них минимальна. Устройство жаротрубных котлов позволяет применять их в отопительных и водоснабжающих системах жилых объектов и промышленных предприятий. Максимальный КПД, высокую надежность функционирования и хорошие теплотехнические показатели такое оборудование демонстрирует при использовании газового топлива. Однако имеются и недостатки: значительный нагрев насадок у горелок, также может наблюдаться пульсирующее горение, которому сопутствуют выброс пламени и хлопки. Как правило, в большинстве случаев возможно устранение этих недостатков. Важным для сохранения работоспособности агрегата является соответствие диаметра форсунок конструкционным особенностям инжекционных горелок среднего давления, в противном случае полное сжигание газа не может быть достигнуто. Конструктивное устройство жаротрубного котла требует наличия узла редуцирования давления, поскольку агрегат снабжается газом от сетей среднего или высокого давления.

К минусам конструкции жаротрубных котлов относятся:

§ большие габариты;

§ значительная металлоемкость;

§ высокие требования внутренних топок к качеству топлива;

§ взрывоопасность.

Однако точное соблюдение инструкций производителя по эксплуатации котлов и правил техники безопасности полностью исключает возможность возникновения нештатных ситуаций.

Паровые жаротрубные котлы. Обмуровка одножаротрубных и двухжаротрубных котлов выполняется однообразно, видоизменяясь только в своей верхней части, в зависимости от того, работает ли котел как паровой или водогрейный. Этот тип обмуровки признается наилучшим; газоходы доступны для чистки и достаточно вместительны, в них может отлагаться летучая зола, не загромождая собой путь для газов. Топочные газы, пройдя жаровые трубы, попадают в поворотную камеру, размеры которой по ширине не следует обуживать, так как в этой камере собирается большая часть летучей золы. Минуя поворотную камеру, газы проходят по второму газоходу, не доходя до фронта котла, поворачиваются и идут по третьему-последнему газоходу, направляясь к общему сборному борову. В пределах поворотной камеры газы проходят особым каналом, разобщающим третий газоход от пространства поворотной камеры. Стены обмуровки выкладывают в 2 кирпича. Верхняя часть газохода не доходит 100 мм до наинизшего уровня воды в котле; это - требование Котлонадзора.

Жаротрубный котёл вместе с дымогарным котлом являются представителями древних бойлерных конструкций. Такие тепловые сооружения пользовались огромной популярностью в период XVIII века. Тогда основное применение универсальных жаротрубных-дымогарных котлов отмечалось на паровозах. Сегодня популярность несколько снизилась, но в частном секторе этот вид теплового оборудования продолжает пользоваться спросом. Причины очевидны – простая конструкция жаротрубного котла или дымогарного бойлера позволяет экономить на строительстве. А эффективность действия обеих систем вполне устраивает конечного пользователя.

Основу конструкций двух тепловых систем составляют:

• печь для топлива,
• бойлерный модуль,
• газоотводящий канал.

Бойлерный модуль встраивается в систему газоотводящего канала и представляет собой сочетание водно-парового сосуда, внутри которого расположена многорядная трубная система.

Это своего рода трубчатый теплообменный блок, сквозь который проходят продукты сгорания топлива в печи.

Именно способом построения трубной системы теплообменного блока различаются в первую очередь жаротрубные и дымогарные котлы. Потому как технически это почти идентичные конструкции, за исключением одной детали.

Жаротрубные котлы оснащаются трубной схемой теплообменника, при помощи которой дополнительно обеспечивается перегрев пара. Дымогарные котлы наделены трубной схемой нагрева воды для естественного парообразования (без перегрева).

Ещё из конструктивных особенностей обеих следует отметить их разновидности, исходя из направления движения продуктов сгорания. Применяются два вида исполнения каналов отвода жара:

1. Пролётный.
2. Оборотный.

Очевидно, что в первом случае поток жара прямиком (напролёт) следует сквозь внутреннюю область трубчатого теплообменника.

Во втором случае путь прохождения горячих газов изменяется с прямого на оборотный ход, за счёт изменения конфигурации газоотводящего канала. При этом схема построения канала может предусматривать несколько ходов.

Как действует система жаротрубного котла?

Принцип действия котлов жаротрубного типа так же прост, как схема сооружения. Когда внутри печи сжигается топливо, продукты горения устремляются через газовый канал на выход.

На пути нагретых газов находятся металлические трубы теплообменника. Жар проходит сквозь внутреннюю область труб и нагревает металл.

Нагретые трубы большого диаметра снаружи погружены в воду, соответственно, отдают тепло воде. Вода нагревается до температуры кипения и начинает превращаться в пар.

Образовавшийся пар собирается под крышей сосуда, откуда подаётся во вторичную трубную систему, состоящую из трубок малого диаметра пропущенных сквозь первые жаровые трубы большего диаметра.

Таким образом, проходящий сквозь трубы жар делает двойную работу – нагревает воду и перегревает пар. Перегрев осуществляется проходом через вторичную и уже в перегретом состоянии пар выводится на потребительские нужды.

По сути, жаротрубные котлы следует относить к паровым котлам, причём вырабатывающим перегретый (сухой) пар.

Как действует система дымогарного котла?

Принцип действия дымогарного котла фактически повторяет отмеченный выше. Однако трубная система в этом варианте выполнена обычным способом – трубной решёткой без ввода малых внутренних трубок под перегрев пара.

Поэтому используются трубы дымогарного котла, меньшие по диаметру и с меньшей толщиной стенки. Вместе с тем, количество труб, как правило, увеличено по сравнению с жаротрубной конструкцией.

За счёт наращивания объёма трубной решётки достигаются более высокие дымогарного котла. Однако здесь есть технологические ограничения, которые зачастую не позволяют нарастить решётку до максимума:

• увеличиваются габаритные размеры котла;
• снижается прочность торцевых панелей трубной решётки;
• уменьшается пропускная область для пузырьков пара.

Какой бы тип дымогарного котла не использовался, пар всегда отделяется от воды, скапливается в паровом пространстве. Скопившийся над поверхностью воды пар остаётся в состоянии насыщения жидкостью, так как постоянно контактирует с поверхностью воды.

Конструкция дымогарного котла содержит сосуд, где вода, находящаяся под давлением, нагревается до более высокой температуры, чем та, при которой вода закипает при атмосферном давлении (100ºС).

В процессе нормальной работы вода занимает нижнюю область сосуда котла за счёт собственной силы тяжести. Пузырьки пара, образующиеся при контакте со стенками труб, поднимаются сквозь толщу воды и собираются вверху — под крышкой сосуда.

По мере увеличения количества пара в закрытом сосуде, давление внутри увеличивается, что приводит к увеличению температуры кипения воды. Этот фактор напрямую оказывает влияние на скорость производства пара, которая снижается.

Таким образом, дымогарный котел «сам по себе» контролирует и регулирует давление внутри сосуда. Иными словами, дымогарный котел является тепловым оборудованием, работающим под давлением и управляемый давлением.

Особенности конструктивного исполнения

Вода подается в бойлерную систему дымогарного (жаротрубного) котла традиционным способом — через входной трубопровод от центрального водоснабжения.

Поскольку пар и вода присутствуют в одном и том же сосуде, достаточно сложно получить пар высокого давления.

Обычно максимальное давление пара такого типа котлов достижимо на уровне не более 15-17 кг/см 2 . Производительность составляет не выше 10 м 3 /час.

Бойлерная система в процессе работы всегда находится под давлением. Поэтому котельного оборудования такой конструкции достаточно высока.

Тепловое оборудование может отличаться по расположению печной системы – наружная печь либо внутренняя. Также различается исполнение по размещению рабочего сосуда.

Существуют модели с горизонтальным либо вертикальным расположением. Исполнение с горизонтальным расположением сосуда находит более широкое применение в хозяйственной сфере.

Сооружение котлов заставляет обратить внимание на важную деталь — экранирование. Существуют два варианта теплового экранирования:

1. Сухое.
2. Мокрое.

Сухое экранирование предусматривается на оборудовании, где стенка реверсивного канала отвода жара непосредственно контактирует с наружной средой. В этом случае выполняется облицовка стены канала огнеупорным материалом.

Однако более эффективным экранированием видится «мокрый» вариант, когда реверсивный канал не выводится наружу. Здесь пространство от стенки канала до наружной стенки котла занимает водяная «рубашка». Образуется эффективный экранный буфер, который позволяет отказаться от создания огнеупорной защиты.

Всё о дымоходах для котельного оборудования

В современном динамично развивающемся мире экономия топливных ресурсов становится одной из важнейших задач в жизнедеятельности человека, в том числе в коммунально-бытовой сфере. Централизованная система отопления не всегда справляется с поставленными задачами и обладает различными недостатками: потери энергии, низкий КПД, большие затраты ресурсов. Жаротрубные котлы идеально подходят для создания отопительной котельной небольшой мощности и являются основной альтернативой устаревшим моделям теплоснабжения.

Конструкция и устройство

Модельный ряд жаротрубных котлов обширен, включает разные формы и мощности агрегатов. Но по принципу модели значительно отличаются. Жаротрубные котлы бывают двух видов:

• нагревают теплоноситель паром;
• во внутренней камере котла циркулирует теплоноситель и полностью заполняет пространство агрегата.

Конструкция парового котла состоит из горизонтально расположенного корпуса, горелки, камеры сгорания и трехходных жаровых труб . Принцип работы следующий: в горелку поступает топливо и сгорает, горючие газы двигаются по трем извилинам жаровых труб, вокруг которых находится вода. Тепло от труб приводит к закипанию воды и образованию пара, в дальнейшем часть пара конденсируется в котле, а часть уходит на отопление.

Водогрейный жаротрубный котел имеет корпус, трубу отвода газов, камеру сгорания, жаровую трубу . Вода нагревается от контакта с горячей жаровой трубой и передается в отопительную систему.

Монтажом жаротрубных установок и диагностированием работы занимаются специалисты, необходимо соблюдение требований СНиП. За работой котла и соблюдением технических норм не нужен постоянный надзор, многие процессы происходят в автоматическом режиме (контроль температуры на выходе, давление в системе).

Проведение технических расчетов жаротрубных агрегатов

Перед установкой жаротрубного котла специалистами проводится множество технических расчетов, исходя из целевого назначения, модели оборудования, используемого топлива, климатических и иных условий эксплуатации и других параметров.

Читайте также: Принцип работы конденсационного котла

Основным видами технических расчетов считаются:

• расчет срока службы при конкретных условиях использования (качество воды, продолжительность отопительного сезона и так далее);
• расчет потребления топлива и объема продуктов сгорания . По каждому типу топлива имеются свои коэффициенты горения, и в зависимости от мощности установки показатели потребления и потерь тепла могут быть разными;
• тепловой баланс котла – установление равенства между полученным теплом при сгорании и суммой использованного и потерянного тепла;
• расчет топочной камеры, геометрических параметров, диаметра, длины и объема топки;
• другое.

Проведение диагностики установок

Эксплуатация жаротрубной установки в котельной требует определенного диагностирования. Основным требованием, обеспечивающим бесперебойную работу котельного оборудования, является водный режим. Данный режим включает в себя главные принципы – высокое качество питательной воды , так как жаротрубные установки обладают мощными тепловыми потоками (около 1 300 кВт/м куб), и свободное движение воды – поэтому размеры и вес конструкции относительно невелики.

Тепловые расчеты показывают, что при несоблюдении водного режима на поверхности жаровых труб и на стенках котла быстро образуется накипь (кальциевые отложения). Это происходит за счет процесса закипания воды на поверхности стальных труб. Наличие отложений снижает термические показатели проводимости тепла. Техническое диагностирование жаротрубной котельной должно обязательно включать исследование воды на жесткость, наличие примесей, солей. Методика основывается на химических анализах и заборе образцов.

Анализ негативных факторов при техническом диагностировании и тепловые расчеты современных жаротрубных котлов имеют следующие выводы:

• при снижении давления в системе процесс кипения происходит намного активнее и накипь образуется быстрее, следовательно, для таких установок необходимо соблюдать жесткие требования к мягкости воды;
• при повышении давления в системе кипение воды может не происходить , температура стенок труб может быть значительно меньшей, что приводит к меньшему образованию накипи и снижению расхода топлива, при этом качество воды может быть средним по жесткости.