2.4 Водогрійні котли: створення та модернізація
Розвиток і модернізація пристроїв для здійснення нагріву води тісно пов’язані з сучасними досягненнями всього людства щодо науки і техніки, сучасний водогрійний котел являє собою пристрій, що містить топку, яка обігрівається продуктами згоряння за рахунок спалювання в ній палива та призначений для утворення гарячої води зі значенням більше атмосферного для можливості використання її поза котельні системи. Класифікацію котлів можна зробити щодо: теплової потужності, взаємного розташування гріючого і нагрітого середовища, типу циркуляції, тяги всередині газоповітряного тракту, виду палива.
Водогрійні котли щодо теплової потужності поділяються на агрегати:
малої потужності;
середньої потужності;
великої потужності.
Створення і вдосконалення моделей водогрійних котлів відбувалося згідно з пред’явленими до них на той час вимог щодо економічності, ступеня надійності, забезпечення екологічної безпеки, легкості керування агрегатом, видів використовуваного палива. Такі фактори кожен раз зумовлювали функціональні можливості і модифікації моделей і реалізацію інженерних рішень, які закладалися в їх конструкції. Вихідний простий циліндричний котел був переобладнаний батарейний котел. Наступними етапами модифікації сталі з жаровими, димогарними трубами, і, врешті-решт, перетворили в водотрубні.
Рис. 2.4 Водотрубний котел
Розвиток циліндричного котла, який представляв собою клепаний сталевий барабан, розвивався щодо збільшення поверхні нагріву при одночасному зменшенні кількості водяного об’єму. Слід зазначити, що збільшення поверхні нагріву більшою мірою здійснювалося за рахунок розробки як внутрішніх, так і зовнішніх теплообмінних розробок. У першому випадку розробили конструкції котлів з жаровими і димогарними трубами, а в другому – батарейні і водотрубні. Відмітною особливість між першим і другим випадком є спосіб омивання труб. Тільки на початку ХХ століття В. Р. Шухов став автором оригінального водотрубного секційного котла, кількість елементів якого з’єднані в окремі елементи і поєднуються в заданих комбінаціях між собою і барабаном. У конструкції Шухова передбачалася можливість реалізувати комбінування котлів різних потужностей обмежених тільки числом типів окремих деталей. На той час це були найбільш поширені водогрійні котли, які були великим внеском у розвиток світової теплотехніки.[3]
Рис. 2.5 Паровий котел В. Р. Шухова
2.5 Класифікація потужностей
Малопотужні водогрійні котли розроблені для забезпечення індивідуального опалення та постачання гарячої води в невеликі житлові приміщення (квартири, котеджі). Вдосконалення і розвиток водогрійних котлів малої потужності здійснюється як для водотрубних, так і газотрубних агрегатів за рахунок впровадження більш ефективних і досконалих теплообмінних поверхонь, різних пальникових пристроїв, повної автоматизації процесів регулювання і управління.
Агрегати середньої потужності в основному використовуються для реалізації опалення на об’єктах комунального господарства. Встановлення великих потужностей використовуються для організації забезпечення централізованого теплопостачання не тільки на невеликих селищах, але і цілих міст, мегаполісів.
ВИСНОВОК
Головними перевагами водогрійних котлів є відсутність барабанів, водоопускних і парових труб. Крім цього теплопередача від процесу згоряння палива до теплоносія є значно більше, що забезпечує більшу ефективність використання нагрівальних поверхонь котла.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Швець І. Т. , Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. — К.: Вища школа, 1977. — 269 с.
2. Теплотехніка: Підручник / О. Ф. Буляндра, Б. Х. Драганов, В. Г. Федорів і ін. — К.: Вища школа, 1998. — 334 с. — ISBN 5-11-004753-7
3. Теплотехніка: Підручник для студ. вищих техн. навч. закл. / Б. Х. Драганов [та ін.]; За ред. Б. Х. Драганова. — К. : ІНКОС, 2005. — 504 с. — ISBN 966-8347-23-4.
4. Корець, М. С. Машинознавство: Основи гідравліки та теплотехніки. Гідравл. машини та теплові двигуни: Навч. посіб. для студ. / М. С. Корець. — К: Знання України, 2001. — 448 с. — ISBN 966-618-153-3.
Щодо взаємного розташування гріючої і нагрівається середовищ водогрійні котли поділяються на: газотрубные, водотрубні та контактні.
Класифікація за місцем розташування
Відмінною особливістю газотрубних котлів є місцерозташування продуктів згоряння самого палива, яке проходить всередині труб, а вода зовні. На сьогоднішній день існують жаротрубні, димогарні та комбіновані газотрубные котли. Слід зауважити, що робота жаротрубного котла полягає в спалюванні палива. Під час цього процесу основний теплообмін відбувається за рахунок самого випромінювання в жаровій трубі, а в димогарних теплопередача відбувається за рахунок конвективного теплообміну.
Особливістю водотрубних котлів є рух води всередині труб, а продуктів згоряння – зовні. На сьогодні існує 3 види розташування труб у котлах: горизонтальні, вертикальні і похилі.
Контактні котли відрізняються від інших наявністю безпосереднього контакту між продуктами згоряння палива і водою.
Класифікація за типом циркуляції
Щодо типу циркуляції водогрійні котли розрізняються на агрегати з природною, примусовою і комбінованої циркуляцією.
Робота котлів з природною циркуляцією характеризується за рахунок руху різниці щільності рідини. Для забезпечення примусової циркуляції в системі встановлюються циркуляційні насоси. Робота котлів з комбінованою циркуляцією базується на комбінуванні контурів з природним і примусовим рухом рідини. Такі агрегати являють собою комбінацію їх жаротрубного і дымогарного агрегатів або котла з димогарними трубами з використанням 2 кип’ятильників. В результаті масштабності, вартості і невеликої продуктивності виготовлення такого роду котлів призупинено.
Котел з комбінованою циркуляцією
У сучасному світі з усього асортименту газотрубних котлів використовуються тільки автоматизовані жаротрубно-газотрубные, які, як правило, складаються з:
горизонтального триходового жаротрубно-газотрубного котла;
газопальникового пристрою з резервної рідкопаливним форсункою;
дуттєвого вентилятора;
водяний і паливної арматури;
системи автоматичного керування, сигналізації і забезпечення безпеки роботи.
Класифікація за типом тяги
Природна тяга опору газового тракту долається за рахунок різниці щільності атмосферного повітря і газів в димовій трубі. Котли з урівноваженою тягою руху продуктів згоряння здійснюють роботу за рахунок димососа та дуттєвого вентилятора.
Класифікація за видом
Щодо використовуваного палива в агрегатах можуть використовуватися: тверде, рідке, газоподібне паливо, побутові відходи, дрова, біомаса.
Водогрійні котли малої потужності
Сучасні водогрійні котли малої потужності для забезпечення теплом квартири та заміські котеджі реалізуються водотрубними модифікаціями, робота яких заснована за принципом проточних або ємкісних водонагрівачів.
Такі види котлів виробляються з герметичною камерою згоряння природної або примусової циркуляції. Найчастіше такі агрегати оснащені вбудованими насосами для гідного забезпечення примусової циркуляції теплоносія, а також вбудованими в агрегат теплообмінниками, які забезпечують покриття потреб гарячого водопостачання.
Більшість сучасних агрегатів повністю автоматизовані, мають невеликі обсяги, виконуються для підлогової або навісний установки. Основними видами палива для таких котлів є природний газ або рідке паливо. Варто зауважити, що в останні кілька років споживача стали використовувати в якості палива і сільськогосподарські відходи, і дрова.
Центральним елементом таких котлів є нагрівальна поверхня, яка з одного боку обігрівається продуктами згоряння палива, а з іншого охолоджується водою.
За останні кілька років особливу популярність отримали сталеві водогрійні котли, завдяки надійності роботи, проведення нечастих ремонтних робіт єдиним недоліком такої системи є схильність до появи корозії в системі.
На сьогоднішній день найбільше поширення серед населення отримали автоматизовані навісні газові котли, виготовлення яких здійснюється з потужністю від 9 до 120 кВт, а необхідна теплова потужність забезпечується за рахунок встановлення певної кількості модулів.
Сучасні навісні газові котли повністю автоматизовані, мають високий ККД і всіма необхідними видами захисту.
Водогрійні котли для комунальної енергетики
Опалювальні агрегати, що використовуються в комунальній енергетиці для забезпечення гідного опалення і гарячого водопостачання житлових приміщень різних розмірів, мають потужність від 0,4 — 0,5 до 10 МВт. Такі установки можуть працювати в різних теплових графіках локальних мереж, для забезпечення температури мережної рідини на виході з котла 90-150 °С при тиску до 2,2 МПа.
Водогрійні установки для комунального споживання конструктивно можуть бути виконані як водо-, так і газотрубних рішеннями. Такі котли часто оснащені насосами для правильної організації примусової циркуляції, працюючи як під наддувом, так і на врівноваженою тязі.
Топкова камера такого типу агрегатів може бути реалізована для роботи на будь-якому підручному вигляді палива, починаючи від природного газу і закінчуючи побутовими відходами.
Найбільшого поширення в комунальній енергетиці отримав агрегат НІІСТУ-5, випуск якого почався ще з 1988 року.
Водогрійна установка НІІСТУ-5 для комунального споживання
Конструктивною особливістю даних агрегатів є наявність крайніх і середніх секцій. Відмінною особливістю середніх секцій є еталонне будова і загального верхнього колектора діаметром 100 мм, 2 нижніх колекторів такого ж розміру, трьох правих і лівих Г-образних екранних труб розмірами 76х3 мм.
Остання секція складається з 2 частин: верхніх колекторів вваренных у верхню частину котла і двох нижніх, обладнаних для поліпшення циркуляції сполучених перепускними трубами. Слід зазначити, що верхні і нижні колектори обох частин передньої секції з’єднані між собою екранними трубами діаметром 76х3 мм.
Збірка заднього колектора такого агрегату здійснюється аналогічно. Надходження води в котел здійснюється за допомогою патрубка, розташованого на нижньому або верхньому колектор заднього екрана, який проходить уздовж усього котла і виходить через передній патрубок верхнього колектора слід в центральну тепломережу.
Водогрійні котли для реалізації централізованого теплопостачання
Котли такого діапазону виробляються в робочому діапазоні потужностей від 35 до 209 МВт. Такі агрегати забезпечують температуру мережної води на виході із котла згідно з температурним графіком теплових мереж і тиском до 3 МПа.
Котел для централізованого теплопостачання
Організація роботи таких агрегатів для забезпечення централізованого теплопостачання може бути виконана як газотрубних таки водотрубними системами. Робота таких котлів забезпечується за рахунок мережевих насосів, які забезпечують примусову циркуляцію, здійснюють роботу як на врівноваженою тязі, так і під наддувом.
В якості пального палива в таких котлах можуть використовуватися: природний газ, мазут, тверде паливо.
Установка таких котлів, що застосовуються в системах величезного теплопостачання, здійснюється в окремо розташованих промислово-опалювальних котелень або в пікових водогрійних котелень при ТЕЦ.
Переваги котлів
Головним достоїнством водогрійних котлів є відсутність барабанів, паросепарирующих пристроїв, водоопускных і парових труб. Крім цього теплопередача від процесу згоряння палива до теплоносія є значно більше, що забезпечує велику ефективність використання нагрівальних поверхонь котла.
В даний час головними напрямками в еволюції і розвитку конструкцій водогрійних котлів середньої та великої потужностей є удосконалення самих конструкцій, яке спрямоване на підвищення ефективності використовуваного палива, зменшення обсягів викидів, забезпечення більшої маневреності, підвищити рівень автоматизації, розширити асортимент використовуваного палива.
Сучасний ринок опалювальної техніки багатий широким асортиментом продукції, в якій можна й розгубитися навіть професіоналові. Саме з цієї причини, перед безпосереднім придбанням обладнання слід звернути увагу на: споживану потужність обладнання, що впливає на ККД котла, які повинні перевищувати власні потреби; продуктивність; функціональність.