Типы промышленных отопительных котлов

Конструктивные и эксплуотационные особенности

Энергетика и энергетическое оборудование

Котел — мощный стационарный водонагреватель, предназначенный для получения горячей воды или пара. Промышленные котлы это отопительные системы, которые обладают высокими мощностями и вследствие этого — большими размерами. Обычно промышленные отопительные котлы это громоздкие системы, которые устанавливаются в специализированных помещениях, отвечающим всем требованиям техники безопасности. Установка и обслуживание таких котлов осуществляется специализированными организациями.

Разделение котлов по теплоносителю («выходному продукту»): — котлы водогрейные .
— котлы паровые.

Паровые котлы предназначены для производства пара и по своему назначению делятся на:
— энергетические котлы , вырабатывающие пар, используемый в паровых турбинах для выработки электрической энергии. Подобные котлы используются на ТЭС и ТЭЦ в связке с турбогенераторами. Такая связка называется турбоагрегатом.
— промышленные котлы — вырабатывают пар для технологических нужд. Паровые котлы часто применяются в деревообрабатывающей отрасли для сохранения необходимой влажности в камерах, где проходит сушка ценных пород дерева, в медицине для стерилизации инструментов и спецодежды, в сельском хозяйстве при изготовлении комбикормов и т.д.
Промышленные котлы вырабатывают насыщенный пар, а энергетические перегретый.

Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью, т.е пар имеет температуру кипения воды.
Насышенный пар применяют, в частности, для подогрева «темных» нефтепродуктов (мазута, смазочных масел) при транспортировки их по трубам.

Перегретый пар — пар, нагретый до температуры, превышающей температуру кипения при данном давлении. Перегретый пар используется в тепловых машинах с целью повышения их КПД.
Пример паровых котлов: котлы серии ТГМ, ТГМП, ТП, Е. Еще сохранились в эксплуатации устаревшие паровые котлы: Бабкокс-Вилькокс и Буккау.
В связи с тем, что в энергетической отрасли «технологические» котлы не рассматриваются, то в энергетической литературе «энергетические» котлы, совместо с мощными водогрейными котлами, часто называют «промышленными», в отличии от маломощных «бытовых» котлов, предназначенных для отопления квартир, дач и коттеджей.
Поскольку данный сайт имеет энергетическую тематику, здесь использована эта же терминология.

Водогрейный котёл предназначен для нагрева воды под давлением
«Под давлением» обозначает, что кипение воды в котле не допускается: её давление во всех точках выше давления насыщения при достигаемой там температуре (практически всегда оно выше и атмосферного давления).
Водогрейные котлы применяются в основном для теплоснабжения на районных котельных и ТЭЦ. В последнем случае они обычно используются как пиковое оборудование в дни максимальных тепловых нагрузок, а также для резервирования тепла от отборов турбины.
Пиковый водогрейный котел устанавливается на ТЭЦ для дополнительного нагрева прямой сетевой воды сверх нагрева в сетевых подогревателях паровой турбины в холодное время года. Обычно этот нагрев осуществляется в пределах 100-150°С. Наиболее распространены в России, мощные пиковые водогрейные котлы марок ПТВМ и КВГМ различных модификаций.

По конструктивным особенностям паровые и водогрейные котлы делятся на:
— газотрубные ,
— водотрубные .

Котёл газотрубный (жаротрубный, дымогарный и дымогарно-жаротрубный) — 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.
По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.
Газотрубные котлы вытеснены водотрубными котлами.

Котёл водотрубный — паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из кипятильных трубок, внутри которых движется теплоноситель (вода). Теплообмен происходит посредством нагрева кипятильных трубок горячими продуктами сгорающего топлива. Различают прямоточные и барабанные водотрубные котлы.
Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке и допускают значительную перегрузку.
Недостатком водотрубных котлов является то, что в их конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам таких котлов, работающих под давлением, затруднен доступ при ремонте.

Для лучшего запоминания конструктивной разницы между газотрубным и водотрубным котлами, полезно знать чКонструктивные то самый известный газотрубный котел — самовар.

Все водогрейные котлы большой мощности — водотрубные, с наддувом воздуха вентиляторами
Пример: ПТВМ, КВГМ, ТВГ

Водогрейные котлы разделяются по температурному уровню теплоносителя (температура воды на выходе):
— низкотемпературные котлы ( температура до 115 °С);
Низкотемпературный режим работы является экономичным, но выставляет высокие требования к материалу, из которого изготовлен котел. При низких температурах в котле на его поверхностях кратковременно может образовываться конденсат, который может негативно воздействовать на поверхности, находящиеся в контакте с продуктами сгорания.
— котлы на перегретой воде (температура до 150 °С и выше).
Отопительные котлы, производящие перегретую воду, характеризует высокая эксплуатационная надежность, долгий срок службы, работа с пониженным уровнем шума и низкими выбросами вредных веществ, простое и удобное управление, быстрый монтаж, удобное техническое обслуживание.
Большинство промышленных водогрейных котлов производят перегретую воду. В качестве исключения можно привести серию твердотопливных котлов КВ-Р, где температура воды на выходе из котла равна 95 °С.
Разделение котлов по типу применяемого топлива: — газовые котлы;
— жидкотопливные (дизельные) котлы;
— двухтопливные (газомазутные) котлы
— котлы на твердом топливе, для промышленных котлов это, в основном, уголь.
Газовые котлы.
Наиболее экономичные котлы на настоящее время. Имеют малый выброс вредных веществ в атмосферу и наиболее полное сгорание топлива.
Промышленные газовые котлы получили в России особое распространение. Это связано с тем стоимость газа намного меньше любого другого источника топлива. Кроме того, в нашей стране подача газа является постоянной, а это позволяет обходиться без построения отдельных хранилищ. Промышленные котлы, работающие на газе просты в обслуживании и эксплуатации, а уровень КПД у них самый высокий. Полностью автоматизированные, безопасные (уровень безопасности промышленного газового котла является сто процентным).
Таким образом газовые котлы относятся к самым безопасным и надёжным. Котлы на других видах топлива обычно применяются, в случаях когда доставка газа затруднительа или его использование является слишком дорогим.
Жидкотопливные (дизельные) котлы .
Жидкотопливные котлы очень близки (по производительности) к газовым. Разница только в том, что жидкотопливный котел работает на солярке (которая бывает «летней» и «зимней»).
Дизельное топливо широко используются по всему миру в качестве либо основного, либо резервного. В Московском энергетическом комплексе дизельное топливо используется как резервное.
Двухтопливные (газомазутные) котлы , которые работают на твердом топливе, и со сменными горелками, могут работать на газе или на дизельном топливе.
Котлы на твердом топливе .
Промышленные котлы на твёрдом топливе в ряде случаев являются единственным видом отопительного оборудования, которое может быть применено на том или ином производстве. Особенно это касается отдалённых регионов, где газ или электроэнергия являются дорогостоящими.
Уголь является наиболее дешевым и легкодоступным топливом.Тем не менее, он никогда не был оптимальным топливом для тепловых и электростанций. Удельное содержание энергии на единицу веса (т. е. теплотворная способность) у угля ниже, чем у нефти или природного газа. Его труднее транспортировать, и, кроме того, сжигание угля вызывает целый ряд нежелательных экологических последствий, в частности выпадение кислотных дождей.
Поэтому во всем мире давно сушествует тенденция заменять уголь на природный газ.
Тем не менее, учитывая дешевизну и огромные и повсеместные запасы угля, не прекращаются работы по созданию технологий, призванных уменьшить его энергетические и экологические изъяны. Одно из таких направлений описано в статье «Будущее тепловых электростанций на угольном топливе», опубликованной в журнале «В мире науки» (Scientific American) №11 1987.

Перевод паровых котлов в водогрейный режим. Промышленные паровые котлы (мощностью 1—40 МВт) можно переоборудовать в водогрейные. Это целесообразно когда у котлов уже закончился расчетный срок службы, и потребителям не нужна высокая температура теплоносителя, паровые котлы переводятся на водогрейный режим с максимальной температурой подогрева воды 115°С. Реконструкция котла гораздо дешевле строительства нового водогрейного.
При этом основная часть поверхностей нагрева котла сохраняется, но порядок их включения по воде изменяется. Котёл может быть переведён на любую из вышеназванных схем циркуляции; при этом барабан заполняется водой доверху, часто в него помещаются перегородки или какие-либо распределлительные устройства; экономайзер может быть переключён по сетевой воде параллельно или последовательно бывшей испарительной поверхности.
Преимуществом такого подхода является то, что существенно упрощается эксплуатация котельных за счет вывода из работы всего парового контура, а также упрощения эксплуатации самих котлов — экономичность котлов и расчетная тепловая мощность не снижаются (а при понижении температуры теплоносителя экономичность может и существенно возрасти).
К недостаткам можно отнести то, что при работе котла на сетевой воде низкого качества он может быстро засоряться (нужны фильтры). Котёл на переменных режимах (при различных нагрузках) ведёт себя менее стабильно, чем соответствующий водогрейный, в некоторых схемах из-за этого котёл быстро выходит из строя. мощность Котла меньше, чем у стандартного водогрейного той же площади.

Котел для производства или цеха: как выбрать

Подбор котла для какого-либо производства обязательно должен осуществляться после предварительных расчетов. Высчитываются параметры самой эксплуатации агрегата, учитываются его функциональные особенности (мощности, тип энергоресурса или теплоносителя). Важно знать размеры помещения в каждом из строений, принадлежащих предприятию (например, учитывается каждый цех), количество сезонных дней для обогрева, желаемую потребительскую температуру на выходе и т.д. Только после учета всех нюансов можно уже приступать к выбору котла.

Выбор по виду топлива

Газ является малозатратным и менее дорогостоящим продуктом, несущим полезную энергию. Но у него имеются также и свои продукты сгорания. Поэтому обязательно следует делать отдельный патрубок для вывода гари наружу (за пределы здания) из котла. Есть два варианта исполнения котельных на данном сырье:

1. С подключением к центральным магистралям;
2. С применением баллонов.

В первом случае условие достаточно простое. Есть рядом проходящий газопровод – можно без проблем подключать котел для обогрева предприятия. Нет – тогда либо используются баллоны, либо отказываются вовсе от данного вида горючего материала.

Причиной перехода на другой энергоресурс является существенный фактор – слишком дорого обойдётся компании прокладка и монтаж труб газопровода, подключенного к центральным магистралям. Да и применять в баллонах газ – не выход. Закупка сжиженного сырья, отдельное хранилище для него – всё это слишком затратно по деньгам. Вывод следующий – котел для производства следует устанавливать на газу там, где есть поблизости магистральное потребительское прохождение.

• Дизель – жидкое топливо, не всегда доступное по деньгам предприятию. Его требуется обычно в больших количествах, а конструкции агрегатов не всегда предусматривают загрузку жидкостных сред в камеру сгорания. Но если такие модели и продаются на рынке, то к ним следует присматриваться с особой тщательностью. Вывод патрубка с продуктами сгорания обязателен. Отдельно оборудовать ангар под хранение баков также обязательно. Нужно исключить максимально то самовозгорание, которое может случайно произойти.

Для твердотопливных материалов также всегда нужен отдельный склад. Среди таких разновидностей сырья обычно применяются следующие варианты.

• Дрова – тоже одно из недорогих по закупке горючих материалов. Но здесь обязательно следует смотреть, каких пород деревьев древесина должна использоваться именно для технических котлов. Обычно это варианты с высокой плотностью, менее рыхлые. Не такие как сосна, но такие как дуб. Берёзовые дрова чаще всего используются в быту, а не для котельных на производстве.
• Пеллеты (брикеты, гранулы) – относят к производным древесных видов топливных материалов. Они изготавливаются прессованием из разных видов отходов процесса деревообработки. К сожалению, среди них есть масса экземпляров, в составе которых встречаются смолы и химические вещества. Они попадают в брикеты после обработки ДСП, ОДСПА, ДВП и прочих материалов, где встречается ламинат и иное. Такой фактор говорит о том, что различные включения в составе горючего может испортить всю систему котельной, сильно и часто загрязняя её. Придётся слишком часто чистить дымовые проходы.
• Уголь – твердотопливные вид энергоресурса, используемый уже давно для различных видов котлов. У него имеются свои марки и сорта. Например, «АК» не подходит для использования для котельных, хоть это и самый дорогой уголь. Чтобы создать свою котельную с использованием такого материала в качестве источника розжига и обогрева, необходимо подготовить место, где уголь будет всю зиму храниться. Сегодня есть в продаже котлы, которые имеют автоматическое управление приемника, куда загружается в камеру сгорания уголь.

Использование различных котлов на производстве:

Теплоноситель для котла

Во многом большую роль в подборе установки играет монтаж с присоединением к самой отопительной системе. Ключевым элементом в системах является теплоноситель, который принимается котлом, подвергается нагреву, а затем, отпускается течь по трубам и радиаторам. В таких точках потребления нагретый агент отдаёт тепло непосредственно батареям и трубам, которые и обогревают помещение.

Промышленные модели могут быть универсальными в отношении приемки и обработки тепловой энергией конкретного теплоносителя. Но для применения в производстве часто встречаются котлы, способные принимать лишь один вид теплоносителя. Выбор обычно представляется между тремя основными разновидностями жидкостно-перегонной среды:

Добавляются к таким жидкостям также и ингибиторные смеси, позволяющие максимально нейтрализовать агрессивность сред, протекающих по металлическим трубам. Делается это во избежание коррозии металла. При использовании пластиковых труб такие средства необходимы для исключения накипи. В особенности это касается воды или пара.

Расчет топлива на 1000 кв.м.

Чтобы правильно подсчитать, какой мощности котёл следует поставить для обслуживания предприятия, следует учесть общие показатели теплопотерь, которые принятые за стандарт. Очень важно, чтобы само строение было отлично утеплено. Для примера можно рассмотреть помещение объемом в 5500 куб.м. и площадью 1000 кв.м. В таком пространстве потеря тепла будет состоять в следующем:

15,3 кВт будет уходить через крышу;

• 7,4 кВт – стены;
• 5,2 кВт – окна;
• 10,8 кВт – пол;
• 0,5 кВт – дверь.

Используя калькуляторы, можно добиться довольно серьезных результатов вычислений, пригодных для использования в проектировании систем отопления по конкретному объекту. Рассмотрим в специальной таблице пример, как можно посчитать на 1000 кв.м. площади расход того или иного топлива. Входные данные для калькулятора будут следующими (склад):