Паровые системы отопления

Одна из важнейших систем жизнеобеспечения в нашем довольно неласковом климате — отопление. Есть несколько различных способов сделать систему подогрева. И одни из них — паровое отопление. Система эффективная, но применяется очень редко — слишком много у нее минусов.

Что это такое и чем отличается от привычных водяных систем

Многие люди считают что паровое и водяное отопление — это одно и то же. Это ошибочное мнение. При паровом отоплении тоже есть батареи и трубы, есть котел. Но по трубам движется не вода, а водяной пар. Котел требуется совсем другой. Его задача испарить воду, а не просто нагреть ее до определенной температуры, соответственно, мощность его намного выше, так же как и требования к надежности.

Несколько паровых котлов

Элементы системы

При паровом отоплении по трубопроводу перемещается водяной пар. Его температура — от 130°C до 200°C. Такие температуры налагают особые требования на элементы системы. Во-первых, трубы. Это только металлические трубы — стальные или медные. Причем они должны быть бесшовными, с толстой стенкой.

Упрощенная схема парового отопления

Во-вторых, радиаторы. Подходят только чугунные, регистры или труба с оребрением. Чугунные при таких условиях менее надежные — в нагретом состоянии от контакта с холодной жидкостью они могут лопнуть. Более надежны в этом плане регистры из труб, змеевики или труба с прикрепленными к ней ребрами — отопительный прибор конвекторного типа. Сталь более терпима к попаданию холодной воды на ее разогретую поверхность.

Срок службы и область применения

Но не стоит думать, что стальная система парового отопления будет служить очень долго. В ней циркулирует очень горячий и влажный пар, а это идеальные условия для коррозии стали. Элементы системы быстро выходят и строя. Обычно они лопаются в самых изъеденных ржавчиной местах. При том что внутри под давлением находится пар с температурой выше сотри градусов, опасность очевидна.

Структурная схема котла для парового отопления

Потому паровое отопление признано опасным и запрещено для обогрева общественных мест и многоквартирных домов. Оно еще используется в некоторых частных домах или для обогрева производственных помещений. На производстве оно очень экономно, если пар — производная технологического процесса. В частных домах паровое отопление применяется в основном в домах сезонного проживания — на дачах. Все из-за того, что оно нормально переносит заморозку — воды в системе мало и она не может навредить, а также из-за его экономичности на стадии устройства (по сравнению с водяными системами) и высокой скоростью прогрева помещений.

Достоинства и недостатки

Паровое отопление — не самое популярное, но оно имеет как положительные, так и отрицательные моменты. Причем плюсы довольно значительны:

• Высокая эффективность обогрева. Дело в том, что пар в системе не просто нагревает до какой-то температуры радиаторы и трубы. Из-за большой разницы температур он конденсируется. А при конденсации 1 литр пара отдает 2300 кДж тепла. Тогда как при остывании того же количества воды на 50°C отдается только 100 кДж. Потому для обогрева помещения требуется очень небольшое количество радиаторов. В некоторых случаях достаточно некоторого количества труб.
• Так как паровое отопление — система небольшая, она имеет малую инерционность. Нагреваться помещение начинает буквально через несколько минут после пуска котла.

Пар в радиаторах конденсируется, Стекает вниз, затем отводится через специальный трубопровод

Недостатки паровых систем отопления еще более впечатляющие:

• Высокая температура пара приводит к нагреву всех элементов системы до 100°C и выше. Это приводит к следующим последствиям:
  • очень активной циркуляции воздуха в помещении, что некомфортно, а, порой, и вредно (при аллергии на пыль);
  • воздух в помещении пересыхает;
  • горячие элементы системы травмоопасны и их надо закрывать, причем и трубы тоже;
  • не все строительные материалы нормально переносят длительный нагрев до таких температур, потому выбор отделочных материалов весьма ограничен (по сути, это только цементная штукатурка с последующей окраской термостойкими красками).
• Простое паровое отопление имеет очень ограниченные возможности по регулировке теплоотдачи. Есть только один способ изменять температуру — сделать несколько параллельных веток и включать их по мере необходимости. Второй способ — отключать котел при перегреве и включать после того, как помещение остынет. Этим процессом управляет автоматика, но такой способ далеко не самый комфортный, так как наблюдаются постоянные колебания температуры.
• Система шумная. При движении пар довольно сильно шумит. В производственных цехах это не очень мешает, а в частном доме может быть проблемой.

Как видите, паровое отопление — не лучший выбор, хотя и довольно недорогой в обустройстве.

Виды систем парового отопления

По способу устройства различают паровое отопление двух типов: с замкнутой и разомкнутой системой. В замкнутой системе конденсат стекает в специальную приемную трубу, которая заведена на соответствующий вход кота. Она уложена с небольшим уклоном, так что конденсат движется по системе самотеком.

Схемы открытой и закрытой системы парового отопления

В разомкнутой системе конденсат собирается в специальную емкость. При ее заполнении он подается в котел при помощи насоса. Кроме различного построения системы используется еще и разные паровые котлы — не все они могут работать в замкнутых системах.

Вообще, существуют системы парового отопления с давлением, близким к атмосферному или даже с более низким. Такие системы называются вакуумно-паровыми. Чем привлекательная такая установка? Тем что при низком давлении температура кипения воды снижается и система имеет более приемлемую температуру. Но сложность в обеспечении герметичности — воздух все время подсасывается через соединения — привели к тому, что данные схемы практически не встречаются.

Более распространено паровое отопление с небольшим давлением. Имеющиеся паровые котлы бытового назначения могут создавать давление не выше 6 атм (при давлении более 7 атм использование оборудование требует разрешения).

Типы разводки

По типу разводки паровое отопление бывает:

С верхней разводкой (паропровод находится под потолком, от него вниз идут трубы к радиаторам, внизу прокладывается конденсатопровод). Такая схема реализуется проще всего, так как горячий пар движется по одним трубам, остывший конденсат — по другим, система стабильна.

Схема парового отопления с верхней разводкой

С нижней разводкой. Паропровод располагается на уровне пола. Эта схема — не лучший выбор, так как по одним трубам вверх движется горячий пар, вниз — конденсат, что часто приводит к гидроударам и разгерметизации системы.

С промежуточной разводкой. Паропровод укладывается чуть выше радиаторов — примерно на уровне подоконников. Система обладает всеми преимуществами верхней разводки, за исключением того что горячие трубы находятся в пределах досягаемости и велика вероятность ожога.

При укладке паропровод делают с небольшим уклоном (в 1-2%) в сторону движения пара, а конденсатопровод — в сторону движения конденсата.

Подбор котла

Паровые котлы могут работать на всех типах топлива — газе, жидком и твердом топливе. Кроме выбора топлива необходимо правильно подобрать мощность парового котла. Она определяется в зависимости от площади, которую потребуется отапливать:

• до 200 м2 — 25 кВт;
• от 200 м2 до 300 м2 — 30 кВт;
• от 300 м2 до 600 м2 — 35-60 кВт.

В общем и целом способ расчета стандартный — на 10 квадратных метров берут 1 кВт мощности. Это правило справедливо для домов с высотой потолка 2,5-2,7 м. Далее следует выбор конкретной модели. При покупке обращайте на наличие сертификата качества — оборудование опасное и должно быть протестировано.

Какие использовать трубы

Температуры при паровом отоплении нормально переносить могут только металлы. Наиболее дешевый вариант — стальные. Но для их соединения требуется сварка. Возможно также использование резьбовых соединений. Данный вариант бюджетный, но недолговечный: сталь во влажной среде быстро корродирует.

Медные трубы хотя бы не корродируют

Более долговечны оцинкованные и нержавеющие трубы, но их цена совсем не скромная. Зато соединение — резьбовое. Еще вариант — медные трубы. Их можно только паять, стоят они дорого, но не ржавеют. Из-за более высокой теплопроводности они еще более эффективно передают тепло. Так что такая система отопления будет суперэффективной, но и очень горячей.

Откуда берется горячая вода?

Пожалуй, всем известно, что огромные котлы-градирни и испускающие дым полосатые трубы, что видны с любой точки города, принадлежат ТЭЦ. Более того, многие знают, что эти махины обеспечивают наши дома светом, отоплением и горячим водоснабжением. Но что именно представляет собой процесс образования тепла и как в нем задействованы колонны градирен – вопрос довольно запутанный.

Расходные материалы

Весь процесс работы ТЭЦ начинается с подготовки воды. Поскольку она используется здесь в качестве основного теплоносителя, то перед попаданием в паровой котел, где с ней будут происходить основные метаморфозы, требует предварительной очистки. Чтобы предупредить накипь на стенках котлов, воду сначала смягчают – ее жесткость порой необходимо уменьшить в 4000 раз, также ее нужно избавить от различных примесей и взвесей.

В качестве топлива для подогрева котлов с водой на различных электростанциях используют, как правило, газ, уголь или торф. Сгорание этих материалов выделяет тепловую энергию, которую на станции и используют для работы всего энергоблока. Уголь перед использованием перемалывают, а поступающий газ очищают от механических примесей, сероводорода и углекислого газа.

Производство пара

Огромный паровой котел в машинном зале – высота с 9-этажный дом не предел – можно назвать сердцем ТЭЦ. Его питает подготовленное топливо, выделяя при этом огромное количество энергии. Под ее силой вода в котле превращается в пар с температурой на выходе почти в 600 градусов. Под давлением этого пара вращаются лопасти генератора, в результате чего создается электричество.

ТЭЦ вырабатывает также тепловую энергию, предназначенную для отопления и горячего водоснабжения района и города. Для этого на турбине существуют отборы, которые выводят часть нагретого пара, пока тот еще не дошел до конденсатора. Выведенный пар передается в сетевой подогреватель, выступающий в качестве теплообменника.

Тепловые сети

Попав в трубки сетевых подогревателей, вода нагревается и передается по подземным трубопроводам дальше в тепловую сеть за счет насосов, гоняющих воду по трубам. Теплосети, как правило, несут воду 70-150 градусов – все зависит от температуры снаружи: чем ниже градус на улице, тем горячее теплоноситель.

Перевалочным пунктом для теплоносителя становится центральный тепловой пункт ( ЦТП). Он обслуживает сразу целую систему зданий, предприятие или микрорайон. Это своеобразный посредник между объектом, создающим тепло и непосредственным потребителем. Если в котельной вода нагревается благодаря сгоранию топлива, то ЦТП работает с уже нагретым теплоносителем.

Рецепт горячей воды

Поставка теплоносителя заканчивается на входе в ЦТП или ИТП ( индивидуальный ТП) – так, теплоноситель передается для дальнейших действий в руки ТСЖ или другой управляющей компании. Именно в тепловом пункте создается та горячая вода, с которой мы привыкли иметь дело – поступающая сюда с ТЭЦ вода греет в теплообменнике чистую холодную воду из водозаборников и превращает ее в ту самую горячую, что течет в наших кранах.

Обогрев здания и комнаты, эта вода постепенно остывает, ее температура падает до 40-70 градусов. Часть такой воды идет на смешение с теплоносителем и подается в наши краны с горячей водой. Дорога же другой части – снова на станцию, здесь остывшую воду согреют сетевые теплообменники.

Для чего же нужны градирни?

Величественные и массивные башни, называемые градирнями, не являются реакторами и центрами событий на ТЭЦ и на самом деле играют вспомогательную роль. Как это ни удивительно, но они применяются на теплостанции для охлаждения воды. Но зачем давать остывать той воде, которую постоянно нагревают?

В градирнях используется вторая часть « обратки», прошедшей цикл нагревания-охлаждения. Но ее температура еще довольно велика: 50 градусов для дальнейшего применения – слишком высокий показатель. Используют же побывавшую в градирнях воду для охлаждения конденсаторов паровых турбин. Это необходимо для того, чтобы пар, прошедший через паровую турбину, смог попасть в конденсатор и на холодных трубах внутри него сконденсироваться. Эти трубы как раз и охлаждаются водой, прошедшей градирни, температура которой теперь около 20 градусов. Если их не остудить, то не будет и потока пара через турбину, тогда и работать она не сможет. Конденсатор же снова превратит пар в воду, которая будет вновь пущена по циклу.

Так, круг за кругом вода будет нагреваться и остывать, превращаться в пар и снова в воду. За счет того, что трубы, котёл и радиаторы образуют замкнутую систему, вода будет двигаться по кругу цикл за циклом, постоянно и непрерывно.

Возможно, Вас заинтересуют:

тепло в доме, теория тепла, полезно знать

Выработка пара и горячей воды в котельных установках

В качестве теплоносителя в теплотехнологическом производстве могут использоваться различные газообразные и жидкие вещества, твердые тела. Наиболее широкое применение находят: водяной пар, горячая вода, продукты горения топлива, масла, различные растворы солей, жидкие расплавленные металлы и взвешенные в газовом потоке твердые частицы. Каждый теплоноситель обладает достоинствами и недостатками, определяющими области и границы их применения.

Водяной пар, являющийся одним из основных и наиболее часто применяемых теплоносителей, обладает следующими достоинствами:

· возможность транспортировки теплоносителя на большие расстояния;

· высокий коэффициент теплоотдачи при конденсации теплоносителя;

· выделение при конденсации скрытой теплоты парообразования, позволяющей уменьшить расход теплоносителя;

· конденсация при постоянной температуре, что позволяет осуществлять стационарный (по температуре) технологический режим.

К недостаткам водяного пара как теплоносителя следует отнести необходимость поддержания постоянного давления.

Горячая вода как теплоноситель имеет относительно высокий коэффициент теплоотдачи и применяется в основном для низкотемпературных процессов (например, для целей отопления). По сравнению с водяным паром горячая вода имеет более низкую температуру, максимальная величина которой лимитируется давлением воды (ограничивается температурой кипения, зависящей от давления).

Продукты горения топлива позволяют осуществлять нагрев технологического материала до любой температуры при малом давлении газов. К недостаткам продуктов горения топлива относится низкий коэффициент теплоотдачи, определяющий большие поверхности теплообмена (громоздкость аппарата), а также невозможность транспортировки газов на большие расстояния.

В качестве основного теплоносителя в теплоиспользующих установках используется пар и горячая вода. Источниками тепла в виде пара и горячей воды являются котельные агрегаты, в которых происходит преобразование химически связанной энергии топлива в тепловую энергию воды и пара [4]. Эти котлы устанавливаются на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), промышленных и районных котельных.

Котельные агрегаты разделяются на 2 основных класса:

а) паровые котлы (парогенераторы) – для получения перегретого пара;

б) водогрейные котлы (теплогенераторы) – для получения горячей воды.

Паровой котел представляет собой систему трубчатых теплообменников, установленных в одном аппарате (рис. 3). Пар заданных параметров образуется из воды, поступающей в трубные поверхности нагрева котла. Нагрев воды и получение пара осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в первой части парогенератора, называемой топочной камерой или топкой.

Процесс получения перегретого пара состоит из трех этапов. Сначала вода нагревается до температуры насыщения (кипения) в теплообменнике змеевикового типа, называемом водяным экономайзером. Затем в специальных испарительных поверхностях нагрева эта вода испаряется с образованием насыщенного пара, имеющего температуру кипения (насыщения) воды. Перегрев пара выше температуры насыщения осуществляется в пароперегревателе.

Таким образом, поверхностями нагрева парогенератора являются водяной экономайзер, испарительные поверхности и пароперегреватель, которые компонуются внутри корпуса котла. Ограждающие поверхности котла выполняются из огнеупорных материалов. В зоне высоких температур, т.е. в топочной камере обмуровка экранируется испарительными трубками для предотвращения их термического разрушения. Эти поверхности получили название топочных экранов.

НП

ПЕ

ИП

ВЭ

ВЭ – водяной экономайзер, ИП – испарительные поверхности,

1 – питательная вода, 2 – кипящая вода, 3 – насыщенный пар, 4 – перегретый пар

Рисунок 3. Схема генерации пара в прямоточном котле

По принципу организации движения рабочего тела (воды и пара) в поверхностях нагрева паровые котлы разделяются на:

а) прямоточные котлы;

б) циркуляционные котлы.

В прямоточных котлах рабочее тело последовательно проходит поверхности нагрева (рис.3), испаряется и перегревается за одно движение. Движение рабочего тела обусловлено работой питательного насоса НП. Испарительные поверхности такого котла выполняются ленточными из труб, проходящих по всему периметру топочной камеры.

Особенностью котлов с естественной циркуляцией является многократное прохождение рабочего тела через испарительные поверхности, которые включены в состав замкнутого испарительного контура «Б-ОТ-НК-ИП (ТЭ)» (рис.4).

В котлах с естественной циркуляцией движение рабочего тела внутри контура обусловлено различием плотности рабочего тела в трубах ОТ и ИП.

Из барабана котла вода, имеющая температуру кипения (насыщения), по нескольким необогреваемым опускным трубам ОТ (размещенных с внешней стороны топочной камеры) поступает в нижний коллектор (НК). Далее вода распределяется по трубам испарительных поверхностей нагрева (ИП), где происходит ее испарение и образуется пароводяная смесь. За одно движение рабочего тела внутри контура испаряется от 15 до 20 % воды.

ВП

ВЭ

Б

ПЕ

Топка

ТЭ (ИП)

ОТ

НК

Г

ВЭ – водяной экономайзер, ПЕ – пароперегреватель, Б – барабан котла,

НК – нижний коллектор, ТЭ – топочные экраны, ОТ – опускные трубы,

ВП – воздухоподогреватель, Г – горелочное устройство

1 – питательная вода, 2 – перегретый пар, 3 – холодный воздух, 4 – горячий воздух,

5 – топливо, 6 – уходящие газы, 7 – шлак, 8 – пылеунос

Рисунок 4. Барабанный котел с естественной циркуляцией

Испарительные поверхности нагрева выполнены в виде вертикальных труб, выходящих из нижнего коллектора НК, и размещены внутри топочной камеры на стенах котла, образуя экраны. В испарительных поверхностях образуется пароводяная смесь, которая в барабане котла разделяется на воду и водяной пар. Вода по опускным трубам снова поступает в испарительные поверхности. Пар, имеющий температуру кипения (насыщения) из барабана котла поступает в пароперегреватель, где нагревается до температуры 400-500 о С.

Топливо (5) вместе с горячим воздухом (4) подается в топочную камеру (топку) через горелочное устройство (Г). Воздух (3) подогревается в воздухоподогревателе (ВП), установленном в хвостовой части котла. Воздухоподогреватель понижает температуру уходящих газов и уменьшает потери тепла в атмосферу (повышает к.п.д. котла). Одновременно подогрев воздуха до 200-400 о С позволяет повысить температуру горения топлива в топочной камере.

Высокотемпературные продукты горения топлива (1700-1800 о С) отдают тепло испарительным поверхностям топочной камеры путем теплового излучения. Поэтому топки имеют большие размеры (большой объем), а испарительные трубы размещаются по периметру камеры. Эта часть котла называется радиационной.

По мере продвижения продуктов горения топлива вверх они охлаждаются до температуры 700-900 о С и поступают в зону пароперегревателя. В связи с более низкой температуры газов теплообмен в зоне пароперегревателя в основном передается конвекцией. Поэтому эта часть котла и последующие поверхности нагрева (водяной экономайзер и воздухоподогреватель) называется конвективной частью котла. Поверхности нагрева конвективной части котла выполняются змеевикового типа и размещаются внутри газоходов котла. В результате трубы пережимают сечение газохода, уменьшают проходное сечение для продуктов сгорания и движение газов ускоряется. Это ведет к усилению интенсивности конвективного теплообмена. На выходе из котла продукты сгорания топлива (6) имеют температуру 180-240 о С.

При сжигании твердого топлива минеральная его часть образует шлак (7), который удаляется из топочной камеры. Наименее мелкие частицы золы в виде пылеуноса (8) выбрасываются в атмосферу с уходящими газами.

Поверхности нагрева котла компонуются в виде букв П, Т, Г (П-образная компоновка котла, Т-образная, Г-образная)

Водогрейные котлы для получения горячей воды выполняются прямоточными и работают на жидком или газообразном топливе. Топочная камера экранирована трубами, в которых вода нагревается до температуры 150-200°С. Конвективные поверхности нагрева водогрейных котлов выполняются змеевикового типа. Для целей подготовки горячей воды на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) используются пароводяные теплообменники, называемые сетевыми подогревателями.

Котельные установки, вырабатывающие пар и горячую воду устанавливаются на районных котельных (РК) и являются источниками тепла систем теплоснабжения. Одновременно паровые котлы устанавливаются и на тепловых электрических станциях, вырабатывающих электроэнергию и тепло.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет