Загальні відомості про котельні установки, типи котлів для теплопостачання. Експлуатація систем теплопостачання та котелень Норми безпеки при експлуатації

Газова котельна установка найпопулярніша у своєму класі. Оскільки, підключившись до магістралі газопостачання, не потрібно турбуватися про доставку та зберігання палива. Слід сказати, що газ - це клас палива, яке є вибухонебезпечним та пожежонебезпечним, а також при неправильній експлуатації можуть бути його викиди до приміщення. Саме тому потрібно ретельно виконувати всі норми проектування газової котельні (розрахунки, норми газопостачання та газоходів тощо), які вказані в БНіП, щоб уникнути небезпеки.

Газові установки з ліцензією цього класу забезпечують опалення та гарячу воду для промислових об'єктів, житлових будинків, котеджів та селищ, а також об'єктів сільськогосподарського призначення.

Переваги та недоліки обладнання на газі

До основних переваг обладнання газової котельні можна віднести:

• Економічність.Газова котельня з ліцензією витрачає паливо економно, і при цьому виробляючи достатню кількість теплової енергії (автоматика робить всі розрахунки). При правильному проектуванні схеми ця установка є дуже вигідною в експлуатації;
• Екологічність палива.Сьогодні це дуже важливий фактор. Виробники намагаються випускати обладнання із максимальним рівнем очищення викидів. Також слід зазначити, що викиди СО2 при роботі пристрою з ліцензією такого класу мінімальні;
• Високий показник ККД.Обладнання газу видає найвищий коефіцієнт, норма якого сягає до 95%. Відповідно при експлуатації виходить якісне опалення приміщень;
• Обладнання газової котельні має менші габарити, ніж у установках іншого класу;
• Мобільність.Це стосується тільки модульних установок газу. Їхнє проектування відбувається на заводі, і випускаються вони з ліцензією;
• Для зручності в експлуатації можна встановлювати GSM керування котлами (в такий спосіб можна здійснювати всі розрахунки та вводити параметри, стежити за викидами).

Проектування газових котелень із автоматизованою схемою дозволяє скоротити контроль оператора.

Недоліками експлуатації газових установок такого класу є:

• Потрібно проводити ліцензоване сервісне обслуговування котельні перед початком опалювального сезону, оскільки це обладнання є джерелом небезпеки та можливим викидом газу при експлуатації;
• Підключення до центральної газової магістралі (отримання ліцензії) дорого варте і є довгим процесом (якщо його немає);
• Функціонування агрегатів газу безпосередньо залежить від розрахунку тиску в магістралі;
• Це обладнання енергозалежне, але ця проблема можна виправити, якщо передбачити безперебійне харчування у схемі;
• Щоб отримати ліцензію на установку газу (природному або зрідженому) слід виконати суворі ліцензовані норми перевіряючих інспекцій відповідно до БНіП.

Проектування газової установки під ключ

Проектування газових котелень з ліцензією полягає у складанні та розрахунку схеми опалення, газопостачання та газоходів. Для цього обов'язково потрібно ознайомитися з нормами БНіП «Газові котельні» та враховувати характеристики при встановленні опалювальних агрегатів та газоходів.

Проектування котельні на газу має відбуватися у певній послідовності та відповідно до таких пунктів (норм):

• Виконуються архітектурно-будівельні схеми та креслення, відповідно до норм СНіП. Також на цьому етапі враховуються побажання замовника (у розрахунках).
• Розраховується газова котельня, тобто розраховується кількість необхідної теплової енергії для опалення та подачі гарячої води. Тобто потужність котлів, які будуть встановлені для експлуатації, а також їх викиди.
• Розташування приміщення котельні. Це важливий пункт проектування газових котелень, тому що всі робочі вузли розташовуються за нормами в одному приміщенні з розрахунком. Це приміщення може бути у вигляді прибудови або окремої будови, може бути всередині об'єкта, що опалюється, або на даху. Все залежить від призначення об'єкта та його проектування.
• Розробка схем та планів, які допомагають функціонувати газовому котельному обладнанню. Слід враховувати клас автоматизації та систему теплопостачання. Усі схеми газопостачання котельні мають бути облаштовані згідно з нормами СНиП. Не слід забувати, що ці установки досить небезпечні та правильна розробка дуже важлива. Розробку повинні здійснювати кваліфіковані спеціалісти під ключ, які мають ліцензію.
• Потрібно перевірити об'єкт на безпеку шляхом проведення спеціальної експертизи.

При неправильному не ліцензованому проектуванні газових котелень можна понести великі фінансові витрати (штрафи), а також наражатися на небезпеку під час експлуатації. Найкраще довірити монтаж обладнання такого класу компаніям, які виконують монтаж газових котелень під ключ. Компанії мають ліцензію на виконання цих робіт, а це гарантує тривалу експлуатацію газової установки та виконання всіх норм БНіП.

Принцип (схема) роботи газової установки

Експлуатація обладнання такого класу не включає складних процесів і схем (розрахунків). Газоходи котельні виконують газопостачання, тобто подають паливо (природний або скраплений газ) до пальника в котлі або котлах (якщо в установці є кілька газових агрегатів згідно з ліцензією). Далі паливо згоряє в камері згоряння, внаслідок чого нагрівається теплоносій. Теплоносій циркулює у теплообміннику.

У котельних установках із газопостачанням є розподільний колектор. Цей елемент конструкції здійснює розрахунок та розподіляє теплоносій за встановленими контурами (залежно від схеми газової котельні). Наприклад, це можуть бути опалювальні радіатори, бойлери, тепла підлога тощо. Теплоносій віддає свою теплову енергію та повертається в котел по зворотному ходу. Таким чином відбувається циркуляція. Розподільний колектор складається із системи обладнання, завдяки якому циркулює теплоносій, а також контролюється його температура.

Викид продуктів горіння палива (природний або скраплений газ) здійснюється через димар, який повинен проектуватися за всіма характеристиками СНіП, щоб не допустити небезпечної ситуації.

Установки з газопостачанням керуються автоматикою, що мінімізує втручання оператора в експлуатацію. Автоматика у газовому обладнанні має багаторівневий захист. Тобто зупиняє котли за небезпечних аварійних ситуацій, здійснює розрахунок всіх параметрів і викидів тощо. Сучасні автоматизовані системи можуть оповіщати оператора навіть із допомогою СМС.

Рис. 1

Види

Можна виділити таку класифікацію ліцензованих газових котелень, за способом встановлення:

• Встановлення на даху.На виробничих об'єктах найчастіше опалювальне обладнання монтують на даху;
• Транспортабельне встановлення.Котельні такого виду є аварійними, випускаються із заводу повністю укомплектованими. Їх можна перевозити, попередньо встановивши на причіп, шасі тощо. Ці установки є повністю безпечними;
• Блочно-модульна котельня на газі.Цей клас установок монтується разом із приміщенням за допомогою спеціальних модулів. Транспортується будь-яким видом транспорту. І збирається компанією виробником під ключ. Виробник також займається дозвільною документацією (ліцензія);
• Вбудована котельня.Агрегати газу встановлюються у приміщенні всередині будівлі.

Рис. 2

Для вбудованих котелень з ліцензією є певні норми БНіП, яких потрібно дотримуватися для забезпечення безпеки та запобігання викидам газу. Такого класу котельня повинна мати прямий вихід на вулицю.

Проектування таких котелень із газопостачанням заборонено:

• у багатоквартирних будинках, лікарнях, дитячих садках, школах, санаторіях тощо.
• над та під приміщеннями, де знаходяться понад 50 осіб, складами та виробництвами з небезпекою А, Б категорій (пожежонебезпечність, вибухонебезпечність).

Установки на зрідженому газі

Котельні на зрідженому газі мають свої переваги, наприклад, немає проблем із тиском у газових магістралях, немає потреби турбуватися зі збільшенням вартості опалення, а також можна самостійно встановлювати норми та ліміти. Цей клас обладнання також автономний.

Але при проектуванні та монтажі котельні на зрідженому газі додаткові фінансові вкладення слід витратити на конструкцію (схему). Оскільки конструкція потребує встановлення спеціального резервуару для палива. Це так званий газгольдер, який може мати об'єм 5-50 м2. Тут встановлені додаткові газоходи котельні, тобто ті, за якими зріджений газ надходить у котельну установку. Такий клас газопостачання виглядає як окремий трубопровід (газохід). Частота заповнення резервуару зрідженим газом залежить від того який його обсяг, це може відбуватися від 1 до 4 разів на рік.

Заправка такого обладнання зрідженим газом провадиться компаніями, які мають ліцензію на проведення робіт такого класу під ключ. Їхнє ліцензування також дозволяє проводити техогляд газоходів та газгольдера. Обов'язково потрібно наймати майстрів, які мають дозволи та ліцензію, оскільки це роботи з високим рівнем небезпеки.

Конструкція на зрідженому газі більше ні чим не відрізняється від працюючої на природному газі. Цей клас обладнання також має у комплектації радіатори, запірну арматуру, насоси, клапани, автоматику тощо.

Газгольдер зі зрідженим паливом може бути встановлений у 2 варіантах (схемах):

• Над землею;
• Під землею.

Проектування обох варіантів має здійснюватися, дотримуючись певних умов і розрахунків, які в тому числі позначені в БНіП. Резервуар для зрідженого палива, розташованого над землею, повинен обов'язково бути огородженим парканом (від 1,6 м). Паркан повинен бути встановлений на відстані 1 метр від резервуара по всьому периметру. Це потрібно для кращої циркуляції повітря під час експлуатації.

Також є й інші норми проектування та розташування наземного газгольдера (щоб уникнути небезпеки) – це розрахунок відстані від різних об'єктів:

• Не менш ніж за 20 метрів від житлових будівель;
• Не менш ніж за 10 метрів від доріг;
• Не менш ніж за 5 метрів від різного роду споруд та комунікацій.

Рис. 3

Що ж до проектування резервуару під землею, всі вищезгадані норми скорочуються вдвічі. Але є розрахунок глибини занурення резервуару зі зрідженим газом та газоходом. Ці норми проектування повинні розраховуватися індивідуально відповідно до обсягу ємності та його конструкції.

Рис. 4

Але обладнання цього класу також має свої недоліки при експлуатації, оскільки якщо якість газу погана, то котельня не функціонуватиме в заданому режимі. Заправка резервуара повинна здійснюватися компанією з усіма дозволами та ліцензією.

Норми безпеки під час експлуатації

Експлуатація газових котелень має безліч плюсів, але не варто забувати і про суттєвий мінус – небезпека цього обладнання. Це пояснюється використанням легкозаймистих речовин і горючих речовин, які й становлять усю небезпеку.

Так що можна сказати, що такі установки це

ПЕРЕДМОВА

«Газ безпечний лише за технічно грамотної експлуатації

газового обладнання котельні».

У навчальному посібнику оператора наведено основні відомості про водогрійну котельню, що працює на газоподібному (рідкому) паливі, розглянуто принципові схеми котелень та систем теплопостачання промислових об'єктів. У посібнику також:

• • представлені основні відомості із теплотехніки, гідравліки, аеродинаміки;

• • наведено відомості про енергетичне паливо та організацію їх спалювання;

• • висвітлено питання підготовки води для водогрійних котлів та теплових мереж;

• • розглянуто влаштування водогрійних котлів та допоміжного обладнання газифікованих котелень;

• • представлені схеми газопостачання котелень;

• • дано опис низки контрольно-вимірювальних приладів та схем автоматичного регулювання та автоматики безпеки;

• • приділено велику увагу питанням експлуатації котельних агрегатів та допоміжного обладнання;

• • розглянуто питання щодо запобігання аваріям котлів та допоміжного обладнання, з надання першої допомоги постраждалим внаслідок нещасного випадку;

• наведено основні відомості щодо організації ефективного використання теплоенергетичних ресурсів.

Даний навчальний посібник оператора призначений для перепідготовки, навчання суміжної професії та підвищення кваліфікації операторів газових котелень, а також може бути корисним для студентів та учнів за спеціальністю «Теплогазопостачання» та оперативно – диспетчерського персоналу при організації диспетчерської служби з експлуатації автоматизованих котелень. Більшою мірою матеріал представлений для водогрійних котелень потужністю до 5 Гкал із газотрубними котлами типу “Турботерм”.

Передмова	2
Вступ	5
ГЛАВА 1. Принципові схеми котелень та систем теплопостачання	8
1.3. Способи підключення споживачів до теплової мережі 1.4. Температурний графік якісного регулювання опалювального навантаження 1.5. П'єзометричний графік
ГЛАВА 2.Основні відомості з теплотехніки, гідравліки та аеродинаміки	18
2.1. Поняття про теплоносій та його параметри 2.2. Вода, водяна пара та їх властивості 2.3. Основні засоби передачі тепла: випромінювання, теплопровідність, конвекція. Коефіцієнт теплопередачі, фактори, що впливають на нього
РОЗДІЛ 3. Властивості енергетичного палива та його горіння	24
3.1. Загальна характеристика енергетичного палива 3.2. Горіння газоподібного та рідкого (дизельного) палива 3.3. Газопальникові пристрої 3.4. Умови сталої роботи пальників 3.5. Вимоги «Правил пристрою та безпечної експлуатації парових та водогрійних котлів» до пальникових пристроїв
ГЛАВА 4. Водопідготовка та водно-хімічні режими котельного агрегату та теплових мереж	39
4.1. Норми якості живильної, підживлювальної та мережевої води 4.2. Фізико-хімічні характеристики природної води 4.3. Корозія поверхонь нагрівання котла 4.4. Методи та схеми обробки води 4.5. Деаерація пом'якшеної води 4.6. Комплексно-метричний (трилонометричний) метод визначення жорсткості води 4.7. Несправності в роботі водопідготовчого обладнання та методи їх усунення 4.8. Графічна інтерпретація процесу натрій-катіонування
РОЗДІЛ 5. Влаштування парових та водогрійних котлів. Допоміжне обладнання котельні	49
5.1. Пристрій та принцип роботи парових та водогрійних котлів 5.2. Сталеві водогрійні жаротрубно-димогарні котли для спалювання газоподібного палива 5.3. Схеми подачі повітря та видалення продуктів горіння 5.4. Арматура котлів (запірна, регулююча, запобіжна) 5.5. Допоміжне обладнання парових та водогрійних котлів 5.6. Гарнітура парових та водогрійних котлів 5.7. Внутрішнє та зовнішнє очищення поверхонь нагріву парових та водогрійних котлів, водяних економайзерів. 5.8. Контрольно-вимірювальні прилади та автоматика безпеки котлів
ГЛАВА 6. Газопроводи та газове обладнання котелень	69
6.1. Класифікація газопроводів за призначенням та тиском 6.2. Схеми газопостачання котелень 6.3. Газорегуляторні пункти ГРП (ГРУ), призначення та основні елементи 6.4. Експлуатація газорегуляторних пунктів ГРП (ГРУ) котелень 6.5. Вимоги «Правил безпеки у газовому господарстві»
РОЗДІЛ 7. Автоматизація котелень	85
7.1. Автоматичні вимірювання та контроль 7.2. Автоматична (технологічна) сигналізація 7.3. Автоматичне керування 7.4. Автоматичне регулювання водогрійних котлів 7.5. Автоматичний захист 7.6. Комплект засобів управління КСУ-1-Г
РОЗДІЛ 8. Експлуатація котельних установок	103
8.1. Організація роботи оператора 8.2. Оперативна схема трубопроводів транспортабельної котельні 8.3. Режимна карта роботи водогрійного казана типу «Турботерм» обладнаного пальником типу Weishaupt 8.4. Інструкція з експлуатації транспортабельної котельні (ТК) з котлами типу «Турботерм» 8.5. Вимога «Правил з влаштування та безпечної експлуатації парових та водогрійних котлів»
РОЗДІЛ 9. Аварії у котельнях. Дія персоналу із запобігання аваріям котлів	124
9.1. Загальні положення. Причини аварій у котельнях 9.2. Дія оператора у позаштатних ситуаціях 9.3. Газонебезпечні роботи. Роботи з наряду-допуску та за затвердженими інструкціями 9.4. Вимога пожежної безпеки 9.5. Засоби індивідуального захисту 9.6.Надання першої допомоги постраждалим внаслідок нещасного випадку
РОЗДІЛ 10. Організація ефективного використання теплоенергетичних ресурсів	140
10.1. Тепловий баланс та ККД котла. Режимна картка котла 10.2. Нормування витрати пального 10.3. Визначення собівартості виробленої (відпущеної) теплоти
Список літератури	144

Підписавшись на Комплект Навчально-методичних матеріалів для Оператора котельні, Ви безкоштовно отримаєте книгу “Визначення знань. Тест для оператора котельні”. А надалі отримуватимете від мене як безкоштовні, так і платні інформаційні матеріали.

ВСТУП

Сучасна котельна техніка малої та середньої продуктивності розвивається в наступних напрямках:

• підвищення енергетичної ефективності шляхом усілякого зниження теплових втрат та найбільш повного використання енергетичного потенціалу палива;
• зменшення габаритів котельного агрегату за рахунок інтенсифікації процесу спалювання палива та теплообміну в топці та поверхнях нагрівання;
• зниження шкідливих токсичних викидів (СО, NO x, SO v);
• підвищення надійності роботи котельного агрегату

Нова технологія спалювання реалізується, наприклад, у котлах з пульсуючим горінням. Топкова камера такого котла є акустичною системою з високим ступенем турбулізації димових газів. У камері топки котлів з пульсуючим горінням відсутні пальники, а отже, і факел. Подача газу та повітря здійснюється уривчасто з частотою приблизно 50 разів на секунду через спеціальні пульсуючі клапани, і процес горіння відбувається у всьому топковому обсязі. При спалюванні палива в топці підвищується тиск, збільшується швидкість продуктів горіння, що призводить до суттєвої інтенсифікації процесу теплообміну, можливості зменшення габаритів та маси котла, відсутності потреби громіздких та дорогих димових труб. Робота таких котлів відрізняється низькими викидами СО та N0 x . Коефіцієнт корисної дії таких котлів досягає 96 %.

Вакуумний водогрійний котел японської фірми Takuma – це герметична ємність, наповнена певною кількістю добре очищеної води. Топка котла є жарової труби, що знаходиться нижче рівня рідини. Вище рівня води в паровому просторі встановлено два теплообмінники, один з яких включається до опалювального контуру, а інший - працює в системі гарячого водопостачання. Завдяки невеликому вакууму, що автоматично підтримується всередині котла, вода закипає в ньому при температурі нижче 100 про С. Випарившись, вона конденсується на теплообмінниках і потім надходить назад. Очищена вода нікуди не виводиться з агрегату, і забезпечити необхідну кількість нескладно. Таким чином, було знято проблему хімічної підготовки котлової води, якість якої є неодмінною умовою надійної та довгої роботи котельного агрегату.

Опалювальні котли американської фірми Teledyne Laars – це водотрубні установки з горизонтальним теплообмінником з ореброваних мідних труб. Особливістю таких котлів, що отримали назву гідронні, є можливість їх використання на непідготовленій мережній воді. У цих казанах передбачається забезпечення високої швидкості протікання води через теплообмінник (більше 2 м/с). Таким чином, якщо вода викликає корозію обладнання, частинки, що утворюються, будуть відкладатися де завгодно, тільки не в теплообміннику котла. У разі використання жорсткої води швидкий потік знизить або запобігає утворенню накипу. Необхідність високої швидкості призвела розробників до вирішення максимально зменшити об'єм водяної частини казана. Інакше потрібен дуже потужний циркуляційний насос, який споживає велику кількість електроенергії. Останнім часом на російському ринку з'явилася продукція великої кількості зарубіжних фірм та спільних іноземних та російських підприємств, що розробляють найрізноманітнішу котельну техніку.

Рис.1. Водогрійний казан марки Unitat міжнародної компанії LOOS

1 – пальник; 2 – дверцята; 3 - смотрелка; 4 – теплова ізоляція; 5 – газотрубна поверхня нагріву; 6 – лючок у водяний простір казана; 7 - жарова труба (топка); 8 - патрубок підведення води в казан; 9 - патрубок для відведення гарячої води; 10 - газохід газів, що відходять; 11 - оглядове вікно; 12 – дренажний трубопровід; 13 – опорна рама

Сучасні водогрійні та парові котли малої та середньої потужності часто виконуються жаротрубними або жарогазотрубними. Ці котли відрізняються високим ККД, низькими викидами токсичних газів, компактністю, високим ступенем автоматизації, простотою експлуатації та надійністю. На рис. 1 наведено комбінований жарогазотрубний водогрійний казан марки Unimat міжнародної компанії LOOS. Котел має топку, виконану у вигляді жарової труби 7, що омивається з боків водою. У передньому торці жарової труби є дверцята 2, що відкидаються, з двошаровою тепловою ізоляцією 4. У дверцятах встановлений пальник 1. Продукти горіння з жарової труби надходять у конвективну газотрубну поверхню 5, в якій здійснюють двоходовий рух, а потім по газоходу 10 покидають котел. Підведення води в котел здійснюється по патрубку 8, а відведення гарячої води - по патрубку 9. Зовнішні поверхні котла мають теплову ізоляцію 4. Для спостереження за смолоскипом у дверцятах встановлено смотрелка 3. Огляд стану зовнішньої частини газотрубної поверхні може бути виконаний через лючок 6, а торцевої частини корпусу - через оглядове вікно 11. Для зливу води з котла передбачено дренажний трубопровід 12. Котел встановлюється на опорну раму 13.

З метою оцінки ефективного використання енергетичних ресурсів та зниження витрат споживачів на паливо- та енергозабезпечення Законом “Про енергозбереження” передбачається проведення енергетичних обстежень. За результатами цих обстежень розробляються заходи щодо покращення теплосилового господарства підприємства. Ці заходи такі:

• • заміна теплоенергетичного обладнання (котлів) більш сучасні;

• • гідравлічний розрахунок теплової мережі;

• • налагодження гідравлічних режимів об'єктів теплоспоживання;

• • нормування теплоспоживання;

• • усунення дефектів огороджувальних конструкцій та впровадження енергоефективних конструкцій;

• перепідготовка, підвищення кваліфікації та матеріальне стимулювання персоналу за ефективне використання ПЕР.

Для підприємств, які мають власні джерела тепла, потрібна підготовка кваліфікованих операторів котельні. До обслуговування котлів можуть бути допущені особи, навчені, атестовані та мають посвідчення на право обслуговування котлів. Даний навчальний посібник оператора якраз і служить для вирішення цих завдань.

ГЛАВА 1. ПРИНЦИПІАЛЬНІ СХЕМИ КОТЕЛЬНИХ І СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

1.1. Принципова теплова схема водогрійної котельні, що працює на газовому паливі.

На рис. 1.1 представлена ​​принципова теплова схема водогрійної котельні, що працює на закриту систему гарячого водопостачання. Основна перевага такої схеми – відносно невисока продуктивність водопідготовчої установки та підживлювальних насосів, недолік – подорожчання обладнання абонентських вузлів гарячого водопостачання (необхідність встановлення теплообмінних апаратів, у яких теплота передається від води до води, що йде на потреби гарячого водопостачання). Водогрійні котли надійно працюють лише при підтримці в заданих межах постійної витрати води, що проходить через них, незалежно від коливань теплового навантаження споживача. Тож у теплових схемах водогрійних котельних передбачають регулювання відпуску теплової енергії у мережу за якісним графіком, тобто. зміни температури води на виході з котла.

Для забезпечення розрахункової температури води на вході в теплову мережу у схемі передбачається можливість підмішування до води, що виходить з котлів, через перепускну лінію необхідної кількості зворотної мережної води (G пер). Для усунення низькотемпературної корозії хвостових поверхонь нагрівання котла до зворотної мережної води при її температурі менше 60 ° С при роботі на природному газі і менше 70-90 ° С при роботі на мало і високосірчистому мазуті за допомогою рециркуляційного насоса здійснюється підмішування гарячої води, що виходить з котла до зворотної мережної води.

Рис. 1.1. Принципова теплова схема котельні. Одноконтурна, залежна із насосами рециркуляції

1 – казан водогрійний; 2-5 - насоси мережевий, рециркуляційний, сирої та підживлювальної води; 6-бак підживлювальної води; 7, 8 – підігрівачі сирої та хімічно очищеної води; 9, 11 - охолоджувачі підживлювальної води та випару; 10 – деаератор; 12 – встановлення хімічної очистки води.

Рис.1.2. Принципова теплова схема котельні. Двоконтурна, залежна з гідроперехідником

1 – казан водогрійний; 2-насос циркуляційного котла; 3 - насос опалення мережевий; 4 - насос вентиляції мережевий; 5-насос ГВП внутрішнього контуру; 6- насос ГВП циркуляційний; 7-водоводний підігрівач ГВП; 8-фільтр-грязевик; 9-водопідготовка реагентна; 10-гідроперехідник; 11-мембранний бак.

1.2. Принципові схеми теплових мереж. Відкриті та закриті теплові мережі

Водяні системи теплопостачання діляться на закриті та відкриті. У закритих системах вода, що циркулює у тепловій мережі, використовується лише як теплоносій, але з мережі не відбирається. У відкритих системах вода, що циркулює в тепловій мережі, використовується як теплоносій і частково або повністю відбирається з мережі для гарячого водопостачання та технологічних цілей.

Основні переваги та недоліки закритих водяних систем теплопостачання:

• • стабільна якість гарячої води, що надходить в абонентські установки, не відрізняється від якості водопровідної води;

• простота санітарного контролю місцевих установок гарячого водопостачання та контролю щільності теплофікаційної системи;

• • складність обладнання та експлуатації абонентських вводів гарячого водопостачання;

• • корозія місцевих установок гарячого водопостачання через надходження до них недеаерованої водопровідної води;

• • випадання накипу у водо-водяних підігрівачах та трубопроводах місцевих установок гарячого водопостачання при водопровідній воді з підвищеною карбонатною (тимчасовою) жорсткістю (Ж ≥ 5 мг-екв/кг);

• при певній якості водопровідної води доводиться при закритих системах теплопостачання вживати заходів для підвищення антикорозійної стійкості місцевих установок гарячого водопостачання або встановлювати на абонентських вводах спеціальні пристрої для знекиснення або стабілізації водопровідної води та для захисту від шламу.

Основні переваги та недоліки відкритих водяних систем теплопостачання:

• • можливість використання для гарячого водопостачання низькопотенційних (при температурі нижче 30-40 о С) теплових ресурсів промисловості;

• • спрощення та здешевлення абонентських вводів та підвищення довговічності місцевих установок гарячого водопостачання;

• можливість використання транзитного тепла однотрубних ліній;

• • ускладнення та подорожчання станційного обладнання через необхідність спорудження водопідготовчих установок та підживлювальних пристроїв, розрахованих на компенсацію витрат води на гаряче водопостачання;

• • водопідготовка повинна забезпечити освітлення, пом'якшення, деаерацію та бактеріологічну обробку води;

• • нестабільність води, що надходить у водорозбір, за санітарними показниками;

• • ускладнення санітарного контролю за системою теплопостачання;

• ускладнення контролю за герметичністю системи теплопостачання.

1.3. Температурний графік якісного регулювання опалювального навантаження

Існує чотири методи регулювання опалювального навантаження: якісне, кількісне, якісно-кількісне та уривчасте (перепустками). Якісне регулювання полягає в регулюванні відпустки тепла зміною температури гарячої води за збереження постійної кількості (витрати) води; кількісне – у регулюванні відпустки тепла зміною витрати води за постійної його температури на вході в регульовану установку; якісно-кількісне – у регулюванні відпустки тепла одночасною зміною витрати та температури води; уривчасте, або, як його прийнято називати, регулювання перепустками – у регулюванні подачі тепла періодичним відключенням опалювальних установок від теплової мережі. Температурний графік при якісному регулюванні відпустки тепла для систем опалення, обладнаних нагрівальними приладами конвективно-випромінюючої дії та підключених до теплової мережі за елеваторною схемою, розраховується на підставі формул:

Т 3 = t вн.р + 0,5 (Т 3р - Т 2р) * (T Вн. 2р -2 * t вн.р) * [(t вн.р – t н)/ (t вн.р – t н.р)] 0,8 Т 2 = Т 3 - (Т 3р - Т 2р) * (t вн.р - t н) / (t вн.р - t н.р). Т 1 = (1+ u) * Т 3 - u * Т 2

де Т 1 - температура мережевої води в подає магістралі (гарячої води), С; Т 2 - температура води, що надходить у теплову мережу з опалювальної системи (зворотної води), С; Т 3 - температура води, що надходить в опалювальну систему, про С; t н – температура зовнішнього повітря, С; t вн - температура внутрішнього повітря, С; u – коефіцієнт змішування; ті ж позначення з індексом "р" відносяться до розрахункових умов. Для систем опалення, обладнаних нагрівальними приладами конвективно-випромінюючої дії та підключених до теплової мережі безпосередньо, без елеватора, слід приймати u = 0 та Т 3 = Т 1 . Температурний графік якісного регулювання теплового навантаження для м.Томська наведено на рис.1.3.

Незалежно від прийнятого методу центрального регулювання, температура води в трубопроводі теплової мережі, що подає, повинна бути не нижче рівня, що визначається умовами гарячого водопостачання: для закритих систем теплопостачання – не нижче 70 о С, для відкритих систем теплопостачання – не нижче 60 про С. Температура води в трубопроводі, що подає, на графіку має вигляд ламаної лінії. При низьких температурах t н< t н.и (где t н.и – наружная температура, соответствующая излому температурного графика) Т 1 определяется по законам принятого метода центрального регулирования. При t н >t н.і температура води в трубопроводі постійна (Т 1 = Т 1і = const), і регулювання опалювальних установок може здійснюватися як кількісним, так і переривчастим (місцевими пропусками) методом. Кількість годин щодобової роботи опалювальних установок (систем) при цьому діапазоні температури зовнішнього повітря визначається за формулою:

n = 24 * (t вн.р - t н) / (t вн.р - t н.і)

Приклад: Визначення температур Т1 та Т2 для побудови температурного графіка

Т 1 = Т 3 = 20 + 0,5 (95-70) * (20 - (-11) / (20 - (-40) + 0,5 (95 + 70 -2 * 20)) * [(20 - (-11) / (20 - (-40)] 0,8 = 63,1 про С. Т 2 = 63,1 - (95-70) * (95-70) * (20 - (-11) = 49,7 про З

Приклад: Визначення кількості годин на добу опалювальних установок (систем) при діапазоні температур зовнішнього повітря t н > t н.і. Температура зовнішнього повітря дорівнює t н = -5 про С. У цьому випадку на добу опалювальна установка повинна працювати

n = 24 * (20 - (-5) / (20 - (-11)) = 19,4 год / добу.

1.4. П'єзометричний графік теплової мережі

Напори у різних точках системи теплопостачання визначаються за допомогою графіків напорів води (п'єзометричних графіків), які враховують взаємний вплив різних факторів:

• • геодезичного профілю теплотраси;

• • втрат напору у мережі;

• висоти системи теплоспоживання тощо.

Гідравлічні режими роботи теплової мережі поділяються на динамічний (при циркуляції теплоносія) та статичний (при стані спокою теплоносія). При статичному режимі напір у системі встановлюється на 5 м вище за відмітку найвищого положення води в ній і зображається горизонтальною лінією. Лінія статичного напору для подавального та зворотного трубопроводів одна. Напіри в обох трубопроводах вирівняні, оскільки трубопроводи повідомляються за допомогою систем теплоспоживання та перемичок підмішування в елеваторних вузлах. Лінії напорів при динамічному режимі для трубопроводу, що подає і зворотного, різні. Ухили ліній напорів завжди спрямовані по ходу теплоносія і характеризують втрати напору в трубопроводах, що визначаються для кожної ділянки гідравлічного розрахунку трубопроводів теплової мережі. Вибір положення п'єзометричного графіка проводиться на основі таких умов:

• • тиск у будь-якій точці зворотної магістралі не повинен бути вищим за допустимий робочий тиск у місцевих системах. (Не більше 6 кгс/см 2);

• • тиск у зворотному трубопроводі повинен забезпечити затоку верхніх приладів місцевих систем опалення;

• • напір у зворотній магістралі, щоб уникнути утворення вакууму, не повинен бути нижче 5-10 м.вод.ст.;

• • напір на всмоктувальній стороні мережевого насоса не повинен бути нижчим за 5 м.вод.ст.;

• • тиск у будь-якій точці трубопроводу, що подає, повинен бути вище тиску закипання при максимальній (розрахунковій) температурі теплоносія;

• напір, що розташовується в кінцевій точці мережі, повинен бути дорівнює або більше розрахункової втрати напору на абонентському введенні при розрахунковому пропуску теплоносія.

У більшості випадків при переміщенні п'езометра вгору або вниз неможливо встановити такий гідравлічний режим, при якому всі місцеві системи опалення, що підключаються, могли б бути приєднані за найпростішою залежною схемою. У цьому випадку слід орієнтуватися на установку на вводах у споживачів в першу чергу регуляторів підпору, насосів на перемичці, на зворотній або лінії введення, що подає, або вибрати приєднання за незалежною схемою з установкою у споживачів опалювальних водоводяних підігрівачів (бойлерів). П'єзометричний графік роботи теплової мережі наведено на рис.1.4

Перелічіть основні елементи системи теплопостачання. Дайте визначення відкритої та закритої теплової мережі, назвіть переваги та недоліки даних мереж.

1. 1. Напишіть на окремому аркуші основне обладнання вашої котельні та його характеристики.

1. 1. Які пристрої ви знаєте теплові мережі. За яким температурним графіком працює ваша теплова мережа?

1. 1. Для якої мети є температурний графік? Чим визначається температура зламу температурного графіка?

1. 1. Для якої мети є п'єзометричний графік? Яку роль виконують елеватори, якщо вони є у теплових вузлах?

1. На окремому аркуші перерахуйте особливості роботи кожного елемента системи теплопостачання (котла, теплової мережі, споживача тепла). Завжди враховуйте ці особливості у своїй роботі! Навчальний посібник оператора, разом із комплектом тестових завдань, має стати настільною книгою для оператора, який поважає свою працю.

Комплект Навчально-методичних матеріалів для Оператора котельної стоїть 760 руб.Він випробуваний у навчальних центрах при підготовці операторів котельні, відгуки найкращі як слухачів, так і викладачів Спецтехнології. КУПИТИ

Котельна установка являє собою тепловий генератор, в якому хімічна енергія палива перетворюється на теплову енергію робочого тіла, в якості якого використовуються вода і водяна пара. Робоче тіло, зване в даному випадку теплоносієм, транспортується до теплоприймачів споживачів і після використання теплового потенціалу знову повертається в котельну установку для повторення циклу.

По виду вироблюваного теплоносія котельні установки бувають паровими і водогрійними. За призначенням вони поділяються на три основні типи:

- енергетичні - установки, що виробляють теплову енергію для подальшого перетворення її в електричну енергію і тому входять в комплекс енергетичних споруд електричних станцій.

У них виробляється перегріта водяна пара середніх, високих та надкритичних параметрів;

- Виробничі - установки, що виробляють теплову енергію для технологічних потреб різних виробництв. Вони, як правило, є паровими, що виробляють суху насичену або перегріту пару низьких і середніх параметрів;

– опалювальні - установки, що виробляють теплову енергію для теплопостачання міст. Як правило, вони є водогрійними

та призначені для отримання перегрітої води з температурою

Часто зустрічаються поєднання виробничих і опалювальних котельних установок, що виробляють одночасно пар для виробничо-технологічних потреб і гарячу воду для опалювально-побутових цілей.

Робочі процеси парової котельної установки схематично можна представити як два організованих потоки - газів і рідини, що рухаються по одній і тій же теплообмінній системі і обмінюються між собою енергією через розділяючі їх металеві стінки, що називаються поверхнями нагрівання (рис. 5.1) .

Організація потоків в котельних установках відрізняється великою різноманітністю і залежить від багатьох факторів: призначення котельної та її продуктивності, виду використовуваного палива та способу спалювання, роду теплоносія та методів його циркуляції, а також визначається завданнями забезпечення максимального ефекту перетворення енергії палива в теплову. енергію води.

Відповідно до наведеної схеми власне котлоагрегат включає в себе:

топковий пристрій, в якому спалюється паливо та утворюються топкові гази - високонагріті продукти згоряння;

котел (металеву ємність), усередині якого циркулює теплоносій і через поверхню якого передається теплота від газів до теплоносія;

систему газоходів, що служать для видалення топкових газів в атмосферу;

пристрої для подачі палива та повітря в топку, видалення залишків паливспалювання та продуктів згоряння, циркуляції теплоносія;

системи трубопроводів води, пари, повітря, конструктивно виконаних як єдине ціле з котлоагрегатом.

Котельна установка(рис. 5.2) -сукупність одного або кількох котлоагрегатів, встановлених в одному приміщенні та обладнаних загальними допоміжними пристроями паливопідготовки, шлакозоло-видалення, водопідготовки та живлення котлів, очищення та видалення газів.

Подача подрібненого палива

	безперервна	продування

2

Перегріта пара			Повітря
					Пар		ВПУ
						Живильник-
				ня вода
		Повітря			ПН
							ті, що йдуть
						гази

Рис. 5.2. Технологічна схема котельної установки для водяної пари: 1 - паливний бункер; 2 - млин для помелу палива; 3 - пальник; 4 – котлоагрегат; 5 - топкова камера; 6 - пристрій золошлаковидалення; 7 - екранні труби; 8 - пароперегрівач; 9 – барабан котла; 10 – нижні колектори екранів; 11 – економайзер; 12 - повітропідігрівач; 13 - повітрозабірний короб; 14 – вентилятор; 15 - золоуловлювач; 16 - пристрій гідрозоловидалення; 17 - димосос; 18 – димова труба; 19 - деаератор; ВПУ – водопідготовча установка; ПН - живильний насос

Однією з основних завдань безпечної експлуатації котельних установок є організація раціонального водного режиму, при якому не утворюється накип на стінках випарних поверхонь нагріву, відсутня їх корозія і забезпечується висока якість виробленої пари. Пара, що виробляється в котельній установці, повертається від споживача в конденсованому стані; при цьому кількість конденсату, що повертається, зазвичай буває менше, ніж кількість виробленої пари.

Втрати конденсату і води під час продування заповнюються за рахунок додавання води з будь-якого джерела. Ця вода повинна бути відповідним чином підготовлена ​​до вступу в котельний агрегат. Вода, що пройшла попередню підготовку, називається додатковою, суміш конденсату, що повертається, і додаткової води - поживною, а вода, котра циркулює в контурі котла, котловий.

Паровий котел-це пристрій, що має систему поверхонь нагрівання для отримання пари з безперервно надходить в нього поживної води шляхом використання теплоти, що виділяється при згорянні органічного палива. У сучасних парових котлах організується факельне спалювання палива в камерній топці, що являє собою призматичну вертикальну шахту. Смолоскипний спосіб спалювання характеризується безперервним рухом палива разом з повітрям і продуктами згоряння в топковій камері.

Паливо та необхідне для його спалювання повітря вводяться в топку котла через спеціальні пристрої – пальники.

Топка у верхній частині з'єднується горизонтальним газоходом з однією або двома призматичними вертикальними шахтами, званими по основному виду теплообміну конвективними шахтами.

У топці, горизонтальному газоході та конвективній шахті знаходяться поверхні нагріву, що виконуються у вигляді системи труб, в яких рухається робоче середовище.

Залежно від переважного способу передачі теплоти поверхнями нагрівання їх можна поділити на такі види: радіаційні - теплота передається в основному випромінюванням; радіаційно-конвективні – теплота передається випромінюванням та конвекцією приблизно в рівних кількостях; конвективні - теплота передається в основному конвекцією.

У топковій камері по всьому периметру і по всій висоті розташовуються трубні плоскі системи - топкові екрани, що є радіаційними поверхнями нагріву.

Поверхня нагріву, у якій вода підігрівається до температури насичення, називається економайзером; утворення пари відбувається в пароутворюючій (випарювальній) поверхні нагріву, а його перегрів - у пароперегрівачі. Система трубних елементів котла, у яких рухаються

поживна вода, пароводяна суміш і перегріта пара, утворюють його пароводяний тракт.

Водяні економайзери призначені для охолодження продуктів згоряння та підігріву поживної води до надходження її до випарної частини котельного агрегату. Попередній підігрів води за рахунок теплоти димових газів суттєво збільшує ККД котельного агрегату. Залежно від застосовуваного матеріалу економайзери діляться на чавунні та сталеві, на кшталт поверхні - на ребристі і гладкотрубні, за рівнем підігріву води - на некиплячі і киплячі.

Пароперегрівач являє собою змійникову поверхню теплообміну, призначену для перегріву пари, отриманого в випарної частини котельного агрегату. Пара рухається всередині трубок, що омиваються зовні димовими газами.

Для безперервного відведення теплоти та забезпечення необхідного температурного режиму металу поверхонь нагріву організується безперервний рух робочого середовища. При цьому вода в економайзері та пара в пароперегрівачі можуть проходити одноразово або багаторазово.

У першому випадку котел називається прямоточним, тоді як у другому - кот-лом з багаторазової циркуляцією.

Пароводяна система прямоточного котла є гідравлічною системою, у всіх елементах якої робоче середовище рухається під напором, створюваним поживним насосом. У прямоточних котлах немає чіткої фіксації економайзерної, пароутворюючої та пароперегрівної зон.

У котлах з багаторазовою циркуляцією (рис. 5.2) існує замкнутий контур, утворений системою труб, що обігріваються і не обігріваються, об'єднаних вгорі барабаном, а внизу - колектором. Колектор - це заглушена з торців труба, в яку по довжині вварюються екранні труби. Барабан є циліндричною горизонтальною посудиною, що має водяний і паровий обсяги, які поділяються поверхнею, званою дзеркалом випаровування. У барабані пар, що утворився, відділяється і надходить у пароперегрівач.

Волога насичена пара, що отримується в барабані котлоагрегатів низького і середнього тиску, може нести з собою краплі котлової води, що містить розчинені в ній солі. У котлоагрегатах високого та надвисокого тисків забруднення пари обумовлюється ще й додатковим винесенням солей кремнієвої кислоти та сполук натрію, які роз-64

творяться в парі. Домішки, що несуть з парою, відкладаються в пароперегрівачі, що вкрай небажано, оскільки може призвести до перепалу труб пароперегрівача. Тому пара перед виходом з барабана котла піддається сепарації, у процесі якої краплі котлової води відокремлюються і залишаються в барабані. Сепарація пари здійснюється в спеціальних сепаруючих пристроях, в яких створюються умови для природного або механічного поділу води і пари.

Природна сепарація відбувається внаслідок великої різниці густин води та пари. Механічний інерційний принцип сепарації заснований на відмінності інерційних властивостей водяних крапель і пари при різкому збільшенні швидкості та одночасному зміні напрямку або закручування потоку вологої пари.

У котлах з природною циркуляцією поживна вода, що подається насосом, підігрівається в економайзері та надходить у барабан. З барабана по опускних труб, що не обігріваються, вода надходить в нижні колектори екранів, звідки розподіляється в обігріваються екранні труби, в яких закипає. Циркуляція відбувається за рахунок різниці щільностей пароводяної суміші в екранних трубах і води у водоопускних трубах.

У котлах з багаторазовою примусовою циркуляцією для поліпшення циркуляції додатково встановлюється циркуляційний насос, що дозволяє здійснювати рух пароводяної суміші по похилим і горизонтальним трубам.

Температура в топці у зоні горіння факела досягає 1400-1600 °С. Стіни топкової камери виконуються з вогнетривкого матеріалу, їх зовнішня частина покривається теплоізоляцією. Частково охолодилися в топ-ці продукти згоряння з температурою 900-1200 ° С надходять в горизонтальний газохід котла, де омивають пароперегрівач, а потім направляються в конвективну шахту, в якій розміщуються проміжний пароперегрівач, водяний економайзер і остання -верхня нагрівання - повітропідігрівач, в якому повітря підігрівається перед подачею в топку котла. Гаряче повітря, що спрямовується в топку котла, покращує умови згоряння палива, зменшує втрати теплоти від хімічної та механічної неповноти згоряння палива, підвищує температуру його горіння, інтенсифікує теплообмін, що в результаті підвищує ККД установки. У середньому зниження температури газів, що відходять, на кожні 20-25 °С підвищує ККД приблизно на 1 %.

Продукти згоряння за повітропідігрівачем називають газами, що йдуть; вони мають температуру 110–160 °С. Оскільки подальша утилізація теплоти нерентабельна, гази, що йдуть, за допомогою димососа через золоуловлювач видаляються в димову трубу.

Велике значення для надійної роботи котла має якість живильної води. Незважаючи на знесолювання та деаерацію води (видалення з води корозійно-активних газів) Про 2 та СО 2) на водопідготовчій установці, в котел безперервно з живильною водою надходить деяка кількість розчинених солей і зважених частинок. Дуже невелика частина солей відноситься парою, що виробляється. У котлах з багаторазовою циркуляцією основна кількість солей і твердих частинок затримується в котлі, через що їх вміст у котловій воді поступово збільшується. При кипінні води в котлі солі випадають з розчину, а на внутрішній поверхні екранних труб утворюється накип, що погано проводить теплоту. В результаті екрани недостатньо охолоджуються середовищем, що рухається в них, і можуть зруйнуватися під дією внутрішнього тиску. Тому частина води з підвищеною концентрацією солей необхідно видаляти з котла. На поповнення віддаленої кількості води подається поживна вода з меншою концентрацією домішок. Такий процес заміни води у замкнутому контурі називається безперервним продуванням. Безперервна продувка здійснюється з барабана котла.

У прямоточних котлах через відсутність барабана безперервна продувка утруднена, тому до якості живильної води цих котлів пред'являються підвищені вимоги.

Призначення котелень.

Опалювальнікотельні призначені для вироблення теплоти, що використовується для опалення та ГВП житлових, громадських та промислових споруд та будівель.

Продуктивність установок визначається як сума максимальних годинних витрат теплоти на цілі при розрахунковій температурі зовнішнього повітря і витрати теплоти на власні потреби.

Опалювально-виробничікотельні призначені для вироблення теплоти, що використовується для опалення та ГВП житлових, громадських та промислових будівель та споруд, а також для постачання підприємства парою, що використовується для технологічних потреб.

Виробничікотельні призначені для вироблення теплоенергії технологічного призначення. Мають продуктивність, яку визначають по максимуму добового графіка з урахуванням втрат та потреб.

Найбільшого поширення набули опалювальні та опалювально-виробничі котельні.

Котли, встановлені у системах виробничого теплопостачання, випускають продуктивністю 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100 та 180 Гкал/год.

Марки котлів:

· Газомазутні

ПТВМ – прямоточний теплофікаційний водотрубний казан баштового типу модернізований;

КВГМ – котел водотрубний газомазутний.

· Твердопаливні

КВТК – котел водотрубний на твердому паливі з камерним спалюванням палива;

КВТС – котел водотрубний на твердому паливі із шаровим спалюванням палива.

У водогрійних котлах не допустимо пароутворення, щоб уникнути утворення накипу, гідроудару. І тому необхідно підтримувати постійну швидкість води у системі, тобто. водогрійні котли працюють за постійної витрати. Щоб уникнути низькотемпературної корозії на хвостових поверхнях котла, підтримують температуру води вище температури точки роси. Температура точки роси при спалюванні газу 54-57°С, при спалюванні низькосірчистого мазуту 60°С, при спалюванні високосірчистого – 90°С.

Вибір типу котельні проводиться на основі техніко-економічних розрахунків. Кількість та одинична потужність обладнання визначається за результатами теплових схем втрат, при виборі обладнання слід прагнути до укрупнення одиничної продуктивності.

У котельнях опалювального призначення резервних котлів не встановлюють, у котельних промислових та промислово-опалювальних питаннях про резервування парових котлів визначається вимогами зовнішніх споживачів, якщо споживач не допускає перерв подачі пари, то в котельні встановлюють резервні парові котли.

Заповнення втрат води в мережі проводиться хімічною водою, тому в котельні передбачається хімічна водоочищення 9 і деаератор 6. Деаератор вакуумного типу, тиск в ньому може бути від 0,07 до 0,6 кг/см 2 . Зазвичай деаератор регулюється тиск 0,6 кг/см 2 . Деаератори можуть працювати з обігрівом та без нього. При роботі без обігріву температура води на вході в деаератор повинна бути на 5-10 ° С вище температури насичення тиску в деаераторі. При роботі з обігрівом температура води на вході в деаератор на 5-7°С нижче температури насичення тиску в деаераторі.

При цьому нагрівання хімічної очищеної води проводиться мережевою водою з котла, для нагрівання води до необхідної температури перед деаератором 6 встановлюється підігрівач хімічної води 4. Для нормальної роботи водоочищення 9 температура перед нею повинна бути 25-40°С, тому перед 9 вода повинна бути нагріта гарячою мережевою водою з котла 2 у водо-водяних підігрівачах сирої води 5. Після водоочищення температура води становить 5°С нижче температури перед нею.

Рис. Теплова схема водогрійної котельні. 1 – мережевий насос; 2 – водогрійні котли; 3 – насос рециркуляції; 4 - підігрівач хімічної очищеної води; 5 – підігрівач сирої води; 6 – деаератор підживлення тепломережі вакуумного типу; 7 – насос підживлення тепломережі; 8 – насос сирої води; 9 – хімічна водопідготовка; 10 - охолоджувач випару; 11 - ежектор водоструминний; 12 - видатковий бак ежектора; 13 – ежекторний насос.

Сира вода подається з магістрального водоводу за допомогою насоса сирої води 8. Після деаератора 6 деаерована вода за допомогою насоса підживлення тепломережі 7 подається в зворотну теп.

Для утилізації тепла з випаром деаератора 6 встановлюється охолоджувач випару 10, де пароводяна суміш віддає своє тепло хімічної.

Для підтримки заданої температури та витрати перед котлом робиться вузол рециркуляції з виходом котла на вхід за допомогою рециркуляції насоса 3.

Для підтримки постійної витрати води у котлі та температури на вході з котла передбачається вузол перепуску, тобто. частина води проходить повз казан.

Котельна установка (котельна) – це споруда, в якій здійснюється нагрівання робочої рідини (теплоносія) (як правило – води) для системи опалення або паропостачання, розташоване в одному технічному приміщенні. Котельні з'єднуються із споживачами за допомогою теплотраси та/або паропроводів. Основним пристроєм котельні є паровий, жаротрубний та/або водогрійний котли. Котельні використовуються при централізованому тепло- та паропостачанні або при місцевому теплопостачанні будівель.

Котельна установка є комплексом пристроїв, розміщених у спеціальних приміщеннях і службовців для перетворення хімічної енергії палива в теплову енергію пари або гарячої води. Її основні елементи - котел, топковий пристрій (топка), живильні та тягодуттьові пристрої. У випадку котельна установка є сукупність котла (котлів) і устаткування, що включає такі пристрої: подачі і спалювання палива; очищення, хімічної підготовки та деаерації води; теплообмінні апарати різного призначення; насоси вихідної (сирої) води, мережеві або циркуляційні – для циркуляції води в системі теплопостачання, підживлювальні – для відшкодування води, що витрачається у споживача та витоків у мережах, живильні для подачі води в парові котли, рециркуляційні (підмішувальні); баки живильні, конденсаційні, баки-акумулятори гарячої води; дутьові вентилятори та повітряний тракт; димососи, газовий тракт та димову трубу; пристрої вентиляції; системи автоматичного регулювання та безпеки спалювання палива; тепловий щит або пульт керування.

Котел - це теплообмінний пристрій, в якому теплота гарячих продуктів горіння палива передається воді. В результаті цього в парових котлах вода перетворюється на пару, а у водогрійних котлах нагрівається до необхідної температури.

Топковий пристрій служить для спалювання палива та перетворення його хімічної енергії на тепло нагрітих газів.

Поживні пристрої (насоси, інжектори), призначені для подачі води в котел.

Тягодітьовий пристрій складається з дутьових вентиляторів, системи газовоздуховодів, димососів та димової труби, за допомогою яких забезпечуються подача необхідної кількості повітря в топку та рух продуктів згоряння газоходами котла, а також видалення їх в атмосферу. Продукти згоряння, переміщаючись газоходами і стикаючись з поверхнею нагріву, передають теплоту воді.

Для забезпечення більш економічної роботи сучасні котельні установки мають допоміжні елементи: водяний економайзер та повітропідігрівач, що служать відповідно для підігріву води та повітря; пристрої для подачі палива та видалення золи, для очищення димових газів та поживної води; прилади теплового контролю та засоби автоматизації, що забезпечують нормальну та безперебійну роботу всіх ланок котельні.

Залежно від використання їх теплоти котельні поділяються на енергетичні, опалювально-виробничі та опалювальні.

Енергетичні котельні забезпечують парою паросилові установки, що виробляють електроенергію, і зазвичай входять до комплексу електричної станції. Опалювально-виробничі котельні бувають на промислових підприємствах та забезпечують теплотою системи опалення та вентиляції, гарячого водопостачання будівель та технологічні процеси виробництва. Опалювальні котельні вирішують ті самі завдання, але обслуговують житлові та громадські будинки. Вони поділяються на окремі, блоковані, тобто. що примикають до інших будівель і вбудовані в будівлі. Останнім часом все частіше будують окремо укрупнені котельні з розрахунком на обслуговування групи будівель, житлового кварталу, мікрорайону.

Влаштування вбудованих у житлові та громадські будівлі котелень в даний час допускається тільки при відповідному обґрунтуванні та узгодженні з органами санітарного нагляду.

Котельні малої потужності (індивідуальні та невеликі групові) зазвичай складаються з котлів, циркуляційних та підживлювальних насосів та тягодутьевих пристроїв. Залежно від цього обладнання переважно визначаються розміри приміщень котельні.

2. Класифікація котельних установок

Котельні установки в залежності від характеру споживачів поділяються на енергетичні, виробничо-опалювальні та опалювальні. По виду одержуваного теплоносія їх ділять на парові (для вироблення пари) і водогрійні (для вироблення гарячої води).

Енергетичні котельні установки виробляють пари для парових турбін на теплових електростанціях. Такі котельні обладнують, як правило, котлоагрегатами великої та середньої потужності, які виробляють пару підвищених параметрів.

Виробничо-опалювальні котельні установки (зазвичай парові) виробляють пар не тільки для виробничих потреб, але й для цілей опалення, вентиляції та гарячого водопостачання.

Опалювальні котельні установки (в основному водогрійні, але вони можуть бути паровими) призначені для обслуговування систем опалення виробничих і житлових приміщень.

Залежно від масштабу теплопостачання опалювальні котельні бувають місцеві (індивідуальні), групові та районні.

Місцеві котельні зазвичай обладнують водогрійними казанами з нагріванням води до температури не більше 115 °С або паровими казанами з робочим тиском до 70 кПа. Такі котельні призначені для постачання теплоти однієї або декількох будівель.

Групові котельні установки забезпечують теплою групи будівель, житлові квартали чи невеликі мікрорайони. Їх обладнують як паровими, і водогрійними котлами більшої теплопродуктивності, ніж котли місцевих котельних. Ці котельні зазвичай розміщують у спеціально споруджених окремих будинках.

Районні опалювальні котельні служать для теплопостачання великих житлових масивів: їх обладнають порівняно потужними водогрійними або паровими котлами.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Окремі елементи важливої ​​схеми котельної установки прийнято умовно показати як прямокутників, гуртків тощо. і з'єднувати їх між собою лініями (суцільними, пунктирними), що позначають трубопровід, паропроводи і т. п. У принципових схемах парових та водогрійних котельних установок є суттєві відмінності. Парова котельна установка (рис. 4, а) з двох парових котлів 1, обладнаних індивідуальними водяними 4 і повітряними 5 економайзерами, включає груповий золоуловлювач 11, до якого димові гази підходять по збірному борову 12. Для відсмоктування димових газів на ділянці між золоу димовою трубою 9 встановлені димососи 7 з електродвигунами 8. Для роботи котельні без димососів встановлені шибери (заслінки) 10.

Пар від котлів по окремих паропроводах 19 надходить в загальний паропровід 18 і по ньому до споживача 17. Віддавши теплоту, пара конденсується і по конденсатопроводу 16 повертається в котельню в збірний конденсаційний бак 14. Через трубопровід 15 в конденсаційний бак (Для компенсації обсягу, що не повернувся від споживачів).

У випадку, коли частина конденсату губиться у споживача, з конденсаційного бака суміш конденсату і додаткової води подається насосами 13 по живильному трубопроводу 2 спочатку в економайзер 4, а потім в котел 1. Повітря, необхідне для горіння, засмоктується відцентровими дутьовими вентиляторами 6 частково з приміщення котельної, частково зовні та по повітроводах 3 подається спочатку до повітропідігрівачів 5, а потім до топок котлів.

Водогрійна котельна установка (рис. 4 б) складається з двох водогрійних котлів 1, одного групового водяного економайзера 5, що обслуговує обидва котли. Димові гази по виході з економайзера по загальному збірному борову 3 надходять безпосередньо в димову трубу 4. Вода, нагріта в котлах, надходить у загальний трубопровід 8, звідки подається до споживача 7. Віддавши теплоту, охолоджена вода зворотним трубопроводом 2 спрямовується спочатку в економайзер 5 , а потім знову в казани. Вода замкнутого контуру (котел, споживач, економайзер, котел) переміщується циркуляційними насосами 6.

Рис. 5. : 1 – циркуляційний насос; 2 – топка; 3 - пароперегрівач; 4 – верхній барабан; 5 – водопідігрівач; 6 - повітропідігрівач; 7 – димова труба; 8 - відцентровий вентилятор (димосос); 9 - вентилятор для подачі повітря в повітропідігрівач

На рис. 6 представлена ​​схема котельного агрегату з паровим котлом, що має верхній барабан 12. У нижній частині котла розташована топка 3. Для спалювання рідкого або газоподібного палива використовують форсунки або пальники 4, через які паливо разом з повітрям подається в топку. Котел обмежений цегляними стінами -обмуровкою 7.

При спалюванні палива теплота, що виділяється, нагріває воду до кипіння в трубних екранах 2, встановлених на внутрішній поверхні топки 3, і забезпечує її перетворення у водяну пару.

Рис. 6.

Димові гази з топки надходять у газоходи котла, що утворюються обмурівкою та спеціальними перегородками, встановленими в пучках труб. При русі гази омивають пучки труб котла і пароперегрівача 11, проходять через економайзер 5 і повітропідігрівач 6 де вони також охолоджуються внаслідок передачі теплоти воді, що надходить в котел, і повітрі, що подається в топку. Потім значно охолоджені димові гази за допомогою димососа 17 видаляються через димову трубу 19 атмосферу. Димові гази від котла можуть відводитися без димососа під дією природної тяги, створюваної димовою трубою.

Вода з джерела водопостачання по живильному трубопроводу подається насосом 16 у водяний економайзер 5, звідки після підігріву надходить у верхній барабан котла 12. Заповнення барабана котла водою контролюється водовказівним склом, встановленому на барабані. При цьому вода випаровується, а пар, що утворюється, збирається у верхній частині верхнього барабана 12. Потім пара надходить в пароперегрівач 11, де за рахунок теплоти димових газів він повністю підсушується, і температура його підвищується.

З пароперегрівача 11 пара надходить у головний паропровід 13 і звідти до споживача, а після використання конденсується та у вигляді гарячої води (конденсату) повертається назад у котельню.

Втрати конденсату споживача заповнюються водою з водопроводу чи інших джерел водопостачання. Перед подачею в казан воду піддають відповідній обробці.

Повітря, необхідне для горіння палива, забирається, як правило, зверху приміщення котельні і подається вентилятором 18 повітряподогреватель 6, де він підігрівається і потім прямує в топку. У котелень невеликої потужності повітропідігрівачі зазвичай відсутні, і холодне повітря в топку подається або вентилятором, або за рахунок розрідження в топці, що створює димова труба. Котельні установки обладнують водопідготовчими пристроями (на схемі не показані), контрольно-вимірювальними приладами та відповідними засобами автоматизації, що забезпечує їхню безперебійну та надійну експлуатацію.

Рис. 7.

Для правильного монтажу всіх елементів котельні використовують монтажну схему, приклад якої показано на рис. 9.

Рис. 9.

Водогрійні котельні установки призначені для отримання гарячої води, що використовується для опалення, гарячого водопостачання та інших цілей.

Для забезпечення нормальної експлуатації котельні з водогрійними котлами обладнають необхідною арматурою, контрольно-вимірювальними приладами та засобами автоматизації.

Водогрійна котельня має один теплоносій - воду на відміну від парової котельні, у якої два теплоносія - вода та пара. У зв'язку з цим у паровій котельні необхідно мати окремі трубопроводи для пари та води, а також баки для збору конденсату. Однак це не означає, що схеми водогрійних котелень простіші за парові. Водогрійна і парова котельні за складністю пристрою бувають різними залежно від виду палива, конструкції котлів, топок тощо. . Усі вони зв'язуються між собою загальними комунікаціями – трубопроводами, газопроводами та ін.

Пристрій котлів меншої потужності показано нижче у пункті 4 цієї теми. Щоб краще зрозуміти пристрій і принципи дії котлів різної потужності, бажано порівняти пристрій менш потужних котлів з пристроєм описаних вище котлів більшої потужності, і знайти в них основні елементи, що виконують такі ж функції, а також зрозуміти основні причини відмінностей в конструкціях.

3. Класифікація котельних агрегатів

Котли як технічні пристрої для пари або гарячої води відрізняються різноманіттям конструктивних форм, принципів дії, використовуваних видів палива та виробничих показників. Але за способом організації руху води та пароводяної суміші всі котли можуть бути розділені на дві групи:

Котли із природною циркуляцією;

Котли з примусовим рухом теплоносія (води, пароводяної суміші).

У сучасних опалювальних і опалювально-виробничих котельнях для пари використовуються в основному котли з природною циркуляцією, а для виробництва гарячої води - котли з примусовим рухом теплоносія, що працюють за прямоточним принципом.

Сучасні парові котли з природною циркуляцією роблять із вертикальних труб, розташованих між двома колекторами (верхнім та нижнім барабанами). Їх пристрій показано на кресленні на рис. 10, фотографія верхнього і нижнього барабана з трубами, що їх з'єднують, - на рис. 11, а розміщення у котельні - на рис. 12. Одна частина труб, званих підйомними трубами, що обігріваються, нагрівається факелом і продуктами згоряння палива, а інша, зазвичай не обігрівається частина труб, знаходиться поза котельним агрегатом і носить назву «опускні труби». У підйомних трубах, що обігріваються, вода нагрівається до кипіння, частково випаровується і у вигляді пароводяної суміші надходить в барабан котла, де відбувається її поділ на пару і воду. По опускних трубах, що не обігріваються, вода з верхнього барабана надходить в нижній колектор (барабан).

Рух теплоносія в котлах з природною циркуляцією здійснюється за рахунок рушійного напору, що створюється різницею ваг стовпа води в опускних та стовпа пароводяної суміші в підйомних трубах.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

У парових котлах з багаторазовою примусовою циркуляцією поверхні нагрівання виконуються як змійовиків, утворюють циркуляційні контури. Рух води та пароводяної суміші у таких контурах здійснюється за допомогою циркуляційного насоса.

У прямоточних парових казанах кратність циркуляції становить одиницю, тобто. поживна вода, нагріваючись, послідовно перетворюється на пароводяну суміш, насичену і перегріту пару.

У водогрійних котлах вода під час руху по контуру циркуляції нагрівається за один оберт від початкової до кінцевої температури.

По виду теплоносія котли поділяються на водогрійні та парові. Основними показниками водогрійного котла є теплова потужність, тобто теплопродуктивність та температура води; основними показниками парового котла - паропродуктивність, тиск та температура.

Водогрійні котли, призначенням яких є отримання гарячої води заданих параметрів, застосовують для теплопостачання систем опалення та вентиляції, побутових та технологічних споживачів. Водогрійні котли, що працюють зазвичай за прямоточним принципом з постійною витратою води, встановлюють не тільки на ТЕЦ, але і в районних опалювальних, а також опалювально-виробничих котельнях як основне джерело теплопостачання.

Рис. 13.

Рис. 14.

По відносному руху теплообмінних середовищ (димових газів, води та пари) парові котли (парогенератори) можуть бути поділені на дві групи: водотрубні котли та жаротрубні котли. У водотрубних парогенераторах усередині труб рухається вода та пароводяна суміш, а димові гази омивають труби зовні. У Росії у XX столітті переважно використовувалися водотрубні казани Шухова. У жаротрубних, навпаки, всередині труб рухаються димові гази, а вода омиває труби зовні.

За принципом руху води та пароводяної суміші парогенератори поділяються на агрегати з природною циркуляцією та з примусовою циркуляцією. Останні поділяються на прямоточні та з багаторазово-примусовою циркуляцією.

Приклади розміщення котельних котлів різної потужності та призначення, а також іншого обладнання, показані на рис. 14-16.

Рис. 15.

Рис. 16. Приклади розміщення побутових котлів та іншого обладнання