Котельная труба как ключевой элемент оборудования тепловых систем

ЭЛЕМЕНТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Котельные установки предназначаются для выработки и от­пуска водяного пара или подогретой воды. При выработке пара они именуются паровыми котельными установками, при по­догреве воды — водогрейными котельными установками. В паровых котельных установках рабочее тело (вода) меняет свое агрегатное состояние, переходя из жидкого состояния в па­рообразное; в водогрейных котельных установках изменения аг­регатного состояния воды не происходит.

Процесс получения водяного пара или подогретой воды осу­ществляется в котельном агрегате, состоящем из основных и вспомогательных элементов.

К основным элементам котельного агрегата относятся: топочное устройство, котел, пароперегрева­тель (в паровом кртельном агрегате), водяной эконо­майзер и воздухоподогреватель (рис. 1).

В топке (топочном устройстве) происходит процесс сгора­ния топлива, сопровождающийся выделением тепла. Это тепло воспринимается поверхностями нагрева котла для парообразова­ния (в паровых котлах) или подогрева воды (в водогрейных котлах). В том случае, когда требуется перегретый пар, котел снабжают пароперегревателем, состоящим из трубча­тых змеевиков, воспринимающих теплоту продуктов сгорания топлива; по этим змеевикам пропускается насыщенный пар из котла. Для обеспечения передачи тепла дымовых газов стенкам котла в последнем устраиваются газоходы, в них располо­жены поверхности нагрева котла, омываемые с одной стороны дымовыми газами, а с другой стороны — водой, заполняющей водяное пространство котла. В водогрейных котлах водяное про­странство равно всему объему металлической части котла; в па­ровых котлах часть объема котла заполнена водей и составляет его водяное пространство, а другая часть заполнена паром и называется паровым пространством котла. Поверхность, разделяющая водяное пространство котла от паро­вого, называется зеркалом испарения.

Котлы, служащие для отопительно-производственных целей, могут быть подразделены на две категории:

А) водогрейные котлы с температурой подогретой воды не свыше 115° С и паровые котлы с давлением пара не свыше 0,7 ага;

Б) водогрейные котлы с температурой подогретой воды свыше 115° С и паровые котлы с давлением пара свыше 0,7 ати.

Котлы первой категории считаются более безопасными, и по­этому к ним предъявляются иные конструктивные и технологиче­ские требования, чем к котлам второй категории.

Дымовые газы, выходящие из топки, омывают поверхность нагрева котла, отдают ей часть заключенного в них тепла и по-

Рис. 1. Схема котельного агрегата:

У —топка; 2 — котел; 3 — пароперегреватель; 4 — дымоходы; 5 —водяной эко­номайзер; 6 — заслонка; 7 — боров; 8 — дымовая труба; 9 — питательный бак;

10 — добавочная вода; II — питательный насос; 12 — возврат конденсата; 13 — воздух; 14 — топливо; 15 — перегретый пар; 16 — насыщенный пар; 17 — го­рячая вода.

Кидают котел с более или менее высокой температурой. Для до­полнительного использования тепла, содержащегося в дымовых газах, уходящих из котла, за последним устанавливаются так называемые хвостовые поверхности нагрева: водяной эко­номайзер, в котором подогревается вода; идущая на питание котла, и воздушный подогреватель, в котором подо­гревается воздух, направляемый в топку для обеспечения его – рания топлива. В зависимости от местных условий хвостовые по­верхности нагрева в котельном агрегате иногда не устанавлива­ются или устанавливается только одно из описанных устройств.

Кроме перечисленного основного оборудования, котельный агрегат должен иметь вспомогательное оборудование, к которому относятся тяговое устройство, дутьевая уста­новка, питательные или циркуляционные на­сосы, золоулавливающие устройства, трубо­проводы, приборы контроля и автоматики.

Тяговое устройство предназначается для создания разрежения в газоходах котельной установки, необходимого для удаления в атмосферу охлажденных дымовых газов и преодоле­ния сопротивлений при их движении в газоходах установки. К тяговым устройствам принадлежат дымососы (искусствен­ные тяговые устройства) и дымовая труба, которая яв­ляется естественным тяговым устройством.

Дутьевая установка состоит из вентиляторов и воз­духоводов, служащих для подачи воздуха в топку котельного агрегата.

Питательные насосы служат для подачи воды через водяной экономайзер в паровой котел.

В котельной устанавливаются баки питательной зоды, в кото­рые поступает конденсат пара, возвращаемый от потребляющей пар аппаратуры, и подводится добавочная вода. Питательный насос забирает воду из этих питательных баков и подает ее в паровой котел.

Водогрейные котельные установки оборудуются циркуля ционными насосами. В таких установках трубопровод обратной воды отопительной системы присоединяется к циркуля­ционному насосу, который прокачивает воду через котел и затем по нагнетательному трубопроводу — в отопительную систему. Та­ким образом, котел включается в контур циркуляции воды через отопительную систему.

Зюлоулавливающие устройства размещаются в газовом тракте котельной установки для очистки дымовых газов от летучей золы в целях уменьшения загрязнения окружающей территории золой в результате ее уноса через дымовую трубу.

Котельная установка снабжается питательным тру­бопроводом, паропроводом, продувочным тру бопроводом и прочими трубопроводами служебного на­значения.

Для контроля и автоматического регулирования процессов, протекающих в котельной установке, служат приборы теплового контроля и автоматики.

Для обеспечения котельных агрегатов топливом служит обо­рудование топливоподачи, предназначенное для перемещения топлива со склада в котельную и в пределах котельной — к от – дельным котельным агрегатам.

Для уборки из котельной шлака и золы, накапливающихся в топках и газоходах котлов, применяется оборудование золоудаления.

Важное значение в схеме котельной установки имеет водопод* готовка, которая осуществляет умягчение сырой добавочной воды, идущей, для питания котлов. Отопительно-производственные котлы в большинстве случаев снабжаются устройствами для пнутрикотловой водообработки, улучшающими качество котло – иой воды, *

Для обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических усло­вий труда котельная установка оборудуется вентиляционными устройствами.

Таким образом, котельная установка представляет собой соче­тание разнообразного оборудования. Производительность этого оборудования во всех звеньях должна находиться в соответствии с теплопроизводительностью котельной. Оборудование котельной установки должно работать экономично, надежно и безаварийно, с наименьшей затратой ручного труда.

Эти требования необходимо учитывать при разработке проекта котельной установки. При этом должны быть учтены достижения и опыт научно-исследовательских организаций, заводов-изготови – телей оборудования и передовых эксплуатационных организаций.

Развитие отопительно-производственных котельных установок в СССР направлено на всемерное повышение экономичности топливоиспользования, в частности при сжигании низкосортных топлив. Важность этой задачи становится бчевидной, если учесть, что каждый процент экономии топлива, расходуемого в Совет­ском Союзе, означает сохранение нескольких сот тысяч тонн условного топлива в год.

За годы довоенных пятилеток освоены экономичные способы сжигания более 60 сортов топлива, созданы новые советские кон­струкции ручных, полумеханических и механических топок для высокоэкономичного сжигания низкосортных топлив. Если раньше коэффициент полезного действия (к. п. д.) отопительно-производ­ственной котельной установки при сжигании высокосортного топ­лива не превышал 50^-60%, то теперь такой к. п. д. считается низким, характеризующим несовершенство установки.

Развитие котельных установок направлено по пути возможно более полной механизации трудоемких процессов по доставке и разгрузке топлива, обслуживанию топок, уборке золы и шлака и т. д. Созданы советские конструкции устройств для механиза­ции этих процессов; эти устройства все более широко внедря­ются в отопительно-производственные котельные установки.

Вместе с развитием в СССР газовой промышленности нача­лось применение в отопительно-производственных котельных установках газообразного топлива; это значительно улучшает са­нитарно-технические условия местности, где расположена котель­ная установка, а также облегчает нормальные условия эксплуа­тации котлов.

Для повышения культуры и экономичности эксплуатации современные котельные установки оснащаются контрольно-изме­рительными приборами и устройствами автоматики; в отопи­тельно-производственных котельных установках эти приборы и устройства должны получить широкое применение.

Котельная труба как ключевой элемент оборудования тепловых

Внутренние и дымовые трубы для котельных являются достаточно специфические конструкции. Характерной изюминкой большинства из них есть отсутствие сварного шва, что снабжает значительное увеличение стойкости к внутренним деформациям.

Ниже мы обрисуем наиболее распространенные изюминки таких труб, и приведем советы по их применению в обустройстве котельных.

Обзор продукции

Основные виды

Котельными трубами на сегодня именуют две разновидности трубной продукции:

  1. Материалы, каковые употребляются для монтажа внутренних трубопроводов паровых установок.
  2. Изделия, предназначенные для обустройства систем дымоотведения.

Наряду с этим вне зависимости от назначения, чаще такие детали производятся по бесшовной технологии. Именно поэтому внутренняя структура материала стенок сохраняет однородность, в ней отсутствуют территории внутреннего напряжения, что разрешает трубе выдерживать сильный нагрев и большое давление.

По способу производства выделяют следующие типы:

  • Тянутые изделия. Для их изготовления берется заготовка из прочной стали, которая подвергается обработке на особом станке. Наряду с этим за один проход площадь сечения возможно уменьшена на 80-90%, что разрешает создавать трубы с минимальными трудозатратами. На последнем этапе осуществляется выравнивание торцов и окончательная калибровка.

  • Горячекатаные. Делаются из цельных цилиндрических заготовок методом прошивки на особых прессах. В следствии получается полая гильза, которая после этого обрабатывается на прокатном стане , пока внутренний диаметр и толщина стенок не будут приведены к проектным значениям.

Обратите внимание! Существуют ограничения по размеру горячекатаных изделий: наружный диаметр не меньше 20 мм, толщина стены – 2,5 мм и более. Но, для оборудования котельных значительно чаще употребляются более массивные детали.

В случае если принимать к сведенью назначение, то трубную продукцию данной группы возможно условно поделить на:

  • Котельную низкого давления – толстостенные трубы, полученные методом холодной либо тёплой деформации и применяемые при низких давлениях и температурах.
  • Плавниковую – горячекатаные либо холоднотянутые детали с боковыми усиливающими ребрами, ориентированные на работу в условиях повышенного давления. Необходимо подчернуть, что к таким изделиям выдвигаются куда более важные требования по прочности, соответственно, и цена у них будет существенно выше.

Нормативные документы и номенклатура

Внутренние трубопроводы, тепловые агрегаты а также дымовая труба котельной являются конструкции, каковые испытывают очень важные эксплуатационные нагрузки. Вот из-за чего производство деталей для их монтажа может осуществляться лишь в строгом соответствии с нормативами (читайте кроме этого статью “Винипластовая труба – изюминки и область применения”).

В качестве таких документов выступают технические условия:

  • ТУ 14-3-190-2004 – стальные бесшовные конструкции для тепловых установок и их трубопроводов.
  • ТУ 14-3-460-2009 – актуализированный вариант прошлого документа.

Обратите внимание! Кроме вышеуказанных нормативов в опытной литературе смогут упоминаться котельные трубы ТУ 14 3Р 55 2001. Их использование при монтаже парового оборудования и трубопроводов кроме этого есть допустимым, потому, что данные изделия выдерживают давление до 95-98 МПа и температуру до 500 0 С.

Инструкция жестко регламентирует размеры деталей и допустимые отклонения. Ниже мы приводим таблицу, в которой указаны основные параметры, по которым определяется соответствие труб стандартам:

Технология производстваДиаметр, ммТолщина стены, ммДопустимое отклонение
по диаметрупо толщине стены
Тёплая деформация32 – 3253,5 – 401%5 -10%
Холодная деформация10 – 762 – 120,3 – 0,8 мм10%

Обратите внимание! В большинстве случаев поставка осуществляется по наружному диаметру изделия. Во многих случаях вероятно изготовление деталей по внутреннему диаметру (при условии предварительного согласования).

Достаточно распространенной есть кроме этого цветовая маркировка деталей в зависимости от применяемой марки стали.

На торцы труб наносится краска соответствующего оттенка:

  • Зеленый – 20.
  • светло синий -20ПВ.
  • Красный -12х1мф.
  • Белый – 15Х1М1Ф.
  • светло синий – 12Х2МФСР
  • Желтый – 15ХМ и т.д.

Изучение данной маркировки облегчает подбор элементов при монтаже системы.

Применение дымовых труб

Конструктивные изюминки

Не считая внутреннего оборудования серьёзной деталью кроме этого есть дымоход, который монтируется на тепловой установке. От того, как точно был выполнен расчет дымовой трубы котельной, и как верно была установлена эта конструкция, сильно зависит эффективность работы всей системы.

Существует пара разновидностей таких труб:

  • Фермовые. Внутренний дымоход крепится к самонесущим стальным фермам, установленным на грунте и закрепленным посредством глубинных анкеров или анкерной корзины в монолитном железобетонном основании.
  • Самонесущие. Планируют из нескольких дымоходов, окруженных теплоизоляционным контуром и закрепленных в стальной самонесущей обечайки. Наружная конструкция несет статическую нагрузку и сопротивляется ветровым действиям.

  • Фасадные. Наиболее простые в монтаже, кое-какие из них смогут быть установлены кроме того своими руками. Являются сборный либо монолитный стальной дымоход, закрепленный или конкретно на стене, или на системе стеновых кронштейнов.
  • Мачтовые. В качестве дымовыводящего канала употребляется бесшовная толстостенная стальная труба, нижняя часть которой фиксируется анкерами на цокольной плите. Для сопротивления ветровым нагрузкам конструкция закрепляется растяжками из тросов.

Обратите внимание! Мачтовый дымоход кроме этого возможно оборудован теплоизоляционным защитным кожухом.

Необходимо подчернуть, что большая часть аналогичных конструкций владеют большими габаритами и массой. Вот из-за чего монтаж либо демонтаж котельной трубы делают по большей части специализированные организации. Исключение составляют только маленькие дымоходы частных домов, и упоминавшиеся выше фасадные малогабаритные системы.

Расчеты основных параметров

Для проектировки и возведения действенно работающего дымохода нужно заблаговременно вычислить его основные параметры, к каким относятся высота дымовой трубы котельной и ее внутренний диаметр. Несложнее всего это сделать посредством особых программ-калькуляторов, каковые возможно отыскать в сети, но и без них возможно определить хотя бы приблизительные цифры.

Обратите внимание! Не считая этих цифр нужно кроме этого выяснить механические характеристики конструкции и тепловые параметры (температурная деформация, степень нагрева кожуха, толщина изоляции и т.д.)

Для бытовых котельных маленькой мощности данные будут приблизительно однообразными:

  • Входящая температура газа – до 200 0 С.
  • Движение газа в трубе – 2м/с и более.
  • Высота по СНИП – не меньше пяти метров от колосника и не ниже 0,5 м от конька (для промышленных моделей – минимум на 5 м выше чем самый большой объект в радиусе 25 м).
  • Естественный напор газа – 4 Па и более.

Как пример вычислим диаметр стальной изолированной трубы (тепловой коэффициент В = 0,34), нужной для работы котельной, в которой в час сжигается 10 кг дров с влажностью 25% и температурой на выходе 150 0 С.

Количество газов, нужных для сгорания горючего – 10м 3 /кг:

  • Вычисляем количество газов на входе в трубу в секунду по формуле Vr= m*V*(1+t/273)/3600, где m –масса горючего, а V – количество газа.
  • Получаем Vr = (10*10*1,55)/3600 = 0,043 м 3 /с.
  • Применяя формулу объема цилиндра, определяем квадрат диаметра D 2 = (4•0.043)/3,14•2 = 0,027.
  • Следовательно, минимальный диаметр дымохода составит 0,165 м.

Как видите, вычисления кроме того одного параметра достаточно сложны. Это – еще один аргумент в пользу того, что проектировкой дымоходов, особенно рассчитанных на поддержание работы котельных с высокой мощностью, должны заниматься специалисты.

Молниезащита

Учет всех изюминок при составлении проекта, верный монтаж, регулярное обследование дымовых труб котельных для обнаружения недостатков и своевременного их устранения являются обязательными условиями для действенной работы. Но время от времени обстоятельством выхода системы из строя смогут стать внешние факторы.

Одним из таких факторов есть молния, и потому высокие трубы необходимо защищать от ее действия:

  • На неметаллических дымоходах монтируют стальные либо омедненные молниеулавливающие стержни. Их количество может варьировать от одного (сооружения до 50 м) до трех (от 150 м и выше). Во многих случаях стержни заменяют стальными кольцевыми накладками, каковые крепятся на торце.

  • Для цементных труб роль молниеотводов играется внутренняя арматура. Дабы повысить эффективность ее функционирования, верхние края стержней соединяют сварным методом.
  • Стальная труба сама по себе играет роль молниеотвода. Естественно, в этом случае принципиально важно обеспечить качественное заземление.

Вывод

Проектирование дымовых труб котельных, и подбор элементов для формирования теплонесущих контуров направляться осуществлять лишь по окончании фундаментальной теоретической подготовки. Для начала рекомендуем изучить алгоритмы и видео в данной статье, но без практики приступать к работе все-таки не следует: через чур велик риск ошибки, которая может значительно ухудшить функционирование системы (см.кроме этого статью “Холоднодеформированные трубы: стандарты и технология производства”).

Котельные установки. Виды, устройство котельных.

1. Общие сведения и понятия о котельных установках

Котельная установка (котельная) – это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило – воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Читайте также:  Профильная труба 40 на 40: технические характеристики и области применения

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы – котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

2. Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Рис. 1. Пример территории котельной и некоторого ее оборудования

Рис. 2. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования

Рис. 3. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования

Рис. 4. Принципиальные схемы паровой и водогрейной котельных

Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.

Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).

В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.

Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.

Рис. 5. Схема паровой котельной установки: 1 – циркуляционный насос; 2 – топка; 3 – пароперегреватель; 4 – верхний барабан; 5 – водоподогреватель; 6 – воздухоподогреватель; 7 – дымовая труба; 8 – центробежный вентилятор (дымосос); 9 – вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель

На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.

При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.

Рис 6. Схема котельного агрегата

Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.

Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.

Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.

Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

Рис. 7. Технологическая схема производственно-отопительной котельной

Для правильного монтажа всех элементов котельной используют монтажную схему, пример которой показан на рис. 9.

Рис. 9. Пример монтажной схемы автономной газовой котельной

Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель – воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя – вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями – трубопроводами, газопроводами и др.

Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.

3. Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

– котлы с естественной циркуляцией;

– котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды – котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами – на рис. 11, а размещение в котельной – на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10. Паровой котел серии КЕ, работающий на твердом топливе

Рис. 11. Верхний и нижний барабаны и трубы парового котла

Рис. 12. Паровой котел с верхним и нижним барабанами в котельной

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла – паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13. Устройство парового котла

Рис. 14. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Оборудование котельных установок и принцип их работы

Модульные котельные установки (транспортабельные и блочные котельные установки) представляют собой один или несколько блок-модулей (в зависимости от необходимой тепловой мощности) с установленным внутренним технологическим оборудованием и оборудованием для подключения к инженерным сетям. Такие котельные поставляются Заказчику в полной заводской готовности.

Схема и характеристики котельной установки зависят от нескольких факторов: необходимой тепловой мощности, используемого топлива (природный газ, сжиженные газ, попутный нефтяной газ, мазут, дизельное топливо, отработанное масло, уголь, кокс, многотопливные котельные), назначения котельной установки (отопительные или промышленные котельные). Тип топлива является самым главным критерием для дальнейшего подбора оборудования, а именно котлов и горелок. В зависимости от топлива можно выделить газовые котельные, а так же дизельные, нефтяные, мазутные, твердотопливные котельные.

Основные требования к проектированию и строительству котельных с давлением пара не более 3,9 МПа (40 кгс/см 2 ) и с температурой воды не более 200°С собраны в своде правил СП 89.13330.2012 “Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76”.

В соответствии с вышеуказанным нормативным документом все котельные установки делятся на две категории:

  • категория I – котельные установки, которые являются единственным источником тепловой энергии или которые обеспечивают тепловой энергией потребителей без индивидуальных резервных источников тепла
  • категория II – котельные установки, не относящиеся к первой категории
Читайте также:  Трубы на забор: выбор и монтаж

Работа котельных установок

Рассмотрим работу котельной на примере водогрейной котельной установки. В котлах происходит нагрев теплоносителя (в большинстве случаев, воды) для подачи ее потребителю. Установленные насосы способствуют постоянной циркуляции теплоносителя (подача ее потребителю и возврат ее обратно). Вода поступает по трубам в теплоисточник (радиатор, теплые полы, отопительные котлы). В котельной обязательно должна быть предусмотрена регулировка продолжительности работы и температуры теплоносителя. Линия подачи воды потребителя называется прямой линией (или подающей).

Поступив в радиаторы, вода остывает и возвращается обратно. Это является обратной линией котельной.

Оборудование котельной установки

Оборудование для блочно-модульной котельной подбирается и компонуется по Индивидуальному заказу на основе заполненного Опросного листа на ТКУ, в котором указываются основные требования и параметры основного оборудования. Блочно-модульная котельная состоит из:

  • Здание котельной
  • Котельное оборудование (котлы)
  • Горелки
  • Газовое оборудование
  • Насосное оборудование
  • Теплообменная система котельной
  • Системы автоматизации, связи и сигнализации, контроля и пожарной безопасности
  • Системы водоочистки и водоподготовки
  • Мембранный расширительный бак
  • Газоходы и дымовые трубы

Блок-модуль котельной

Здание транспортабельной котельной представляет собой блок-модуль (контейнерный модуль). Это одноэтажная каркасная конструкция из негорючих материалов для обеспечения пожарной безопасности и высокой огнестойкости. Необходимая мощность котельной определяет количество модулей каркасного типа, их габаритные размеры (см. ГОСТ 23838-89 “Здания предприятий. Параметры”). В случае возможности установки всего оборудования в один блок-бокс, завод-изготовитель котельной может порекомендовать предусмотреть одно или несколько алюминиевых окон или стальных дверных проемов.

Здание модульной котельной является сварной каркасной конструкцией с основанием в виде платформы, за счет которой увеличивается прочность конструкции и способность ее сопротивляться ветровым и снеговым нагрузкам. Стальные швеллеры служат основой стоек, балок и прогонов каркаса. Прокатные швеллеры или уголки используются для балок пола. В качестве ограждающих конструкций блок-модуль обшиваются сэндвич-панелями из листов рифленой стали. Крышу котельной традиционно делают одно- или двускатную.

Устройство теплоизоляции здания котельной (утеплитель, подшивка) позволяет эксплуатировать котельную при низки температурах. Также все металлоконструкции должны пройти антикоррозионную обработку.

При проектировании здания котельной следует учитывать требования к взрывопожарной безопасности и огнестойкости сооружения в соответствии с СП 12.13130.2009 “Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (с Изменением N 1)”.

Котельное оборудование

Котлы являются одним из важных элементов котельных установок. Именно в них происходит нагрев теплоносителя или получение пара.

В соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов” различают водогрейные, паровые и пароводогрейные котлы. Теплоноситель для котельных (вода или пар) образовывается за счет получаемой тепловой энергии от сжигания топлива (в случае газовых, твердотопливных и жидкотопливных котлов) или за счет преобразования электроэнергии в тепловую (в случае электрических котлов). Корпус котла изготавливается из чугуна или из стали в зависимости от используемого вида топлива. Например, в случае использования твердого топлива на стальных стенках котла происходит отложение серы, из-за чего срок службы котла сокращается. Выходом из этого может стать использование чугунных котлов, но они тоже обладают одним недостатком: являются слишком большими и громоздкими.

При выборе вида и количество котлов производятся технико-экономические расчеты, для которых учитываются следующие факторы:

  • производительность котлов и котельной в целом
  • обеспечение стабильности в работе котлов при минимальной нагрузке в теплый период года
  • количество потребителей
  • расстояние доставки теплоносителя до конечного потребителя
  • требования к КПД котла
  • вид топлива и его химические характеристики (твердое топливо, газ, электричество)
  • автоматизация работы котельной и ее степень
  • габаритные размеры котла
  • прочность котла
  • возможность очистки, промывки и ремонта котла

При выборе количества котлов следует помнить пп. 4.8. и 4.14. СП 89.13330.2012, в соответствии с которыми минимальное количество котлов определяется категорией котельной: в котельных первой категории устанавливается минимально два котла, в котельных второй категории – один котел.

Горелки

Одним из важных рабочих элементов котельной является горелка (кроме электрических котлов). Функциями любых горелок (газовых, дизельных) являются подготовка, смешение топлива и воздуха и сжигание полученной горючей смеси в камере сгорания котла, за счет чего происходит нагрев теплоносителя в котле.

Выбор конструкции и типа горелки осуществляется на основании используемого топлива (жидкого топлива или газа), а также анализа требований к мощности и производительности котла, размерам камеры сгорания котла, диапазону и типу регулирования горелки. Так, газовые горелки бывают одноступенчатыми, двуступенчатыми (с возможностью работать в двух режимах), плавно-двухступенчатые (работают в диапазоне заданных режимов) и модулируемые горелки (работают в диапазоне мощностей от 10 до 100%).

Газовое оборудование для котельных

К газовому оборудованию котельных относятся:

Требования к использованию газового оборудования достаточно строгие из-за повышенной горючести газа. Их (требования) Вы можете посмотреть в СП 89.13330.2012 “Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76”. Согласно им, установки ГРУ устанавливаются в здании котельной, а пункты ГРП на площадке котельной. Также, если каждый котел имеет тепловую мощность более 30 МВт, рекомендуется предусматривать две линии редуцирования (т.е. дублирующая нитка редуцирования включается только в случае выхода из строя основной линии редуцирования). Если тепловая мощность котлов в котельной менее 30 МВт, возможна установка одной линии редуцирования (кроме котельных I категории).

Количество трубопроводов подачи газа также регламентируется Сводами Правил СП 89.13330.2012: в котельных I категории мощностью до 30 МВт, которые работают только на газе, газ от ГРУ или ГРП может поступать от двух трубопроводов; в котельных II категории – от одного.

Регуляторы давления газа необходимы для регулирования давления поставляемого газа вне зависимости от расхода: обычно регуляторы давления понижают давление газа.

Фильтры толстой и тонкой очистки газа необходимы для фильтрации газа от примесей, твердых частиц и вкраплений, которые могут засорить трубопроводы, снизить производительность котлов и уменьшить срок службы оборудования.

Запорная и предохранительная арматура устанавливается на газовой линии котельной также для нормальной и безопасной эксплуатации газового оборудования. Основными элементами такой арматуры являются запорные и термозапорные клапаны, контрольные клапаны, обратные клапаны, предохранительные клапаны, задвижки.

Насосное оборудование котельных

Насосы необходимы для равномерной подачи теплоносителя и его отпуска, транспортировки теплоносителя по трубам к тепловому источнику и циркуляции теплоносителя. В зависимости от специфики котельной и используемого котельного оборудования выбирается тип и конструкция насоса (см. СП 89.13330.2012). Конструктивно насосы изготавливаются и поставляются с паровым или электроприводом. По типу насосы бывают сетевые (для циркуляции теплоносителя в системе), питательные (для подачи воды к котлам), циркуляционные (для обеспечения заданного напора воды у потребителя), антиконденсационные и подпиточные (для восполнения системы водой из внешних источников) насосы. Количество насосов рассчитывается исходя из производительности котельной. При этом в некоторых случаях обязательна установка резервного насоса.

Теплообменная система котельной

Система ГВС котельной состоит из теплообменников, обычно пластинчатых, и водоподогревателей (паровых, водяных, пароводяных). Теплообменное оборудование необходимо для подогрева нагреваемой воды от горячей среды.

Количество водоподогревателей рассчитывается для каждой системы котельной (системы вентиляции, системы отопления) и в зависимости от необходимых параметров отпускаемой воды/пара.

Автоматизация котельных установок, системы связи, сигнализации, контроля и пожарной безопасности

Особенностью котельных (котельных установок) является полностью автоматизированная работа котельной без постоянного присутствия персонала, но под постоянной диспетчеризацией и контролем посредством вывода информации о параметрах работы котельной на дистанционном пульте управления.

В случае аварийных ситуаций (прекращение подачи топлива к горелкам, понижение/повышение давления воды/пара/масла, повышение/понижение уровня воды, исчезновение электрического напряжения, повышение/понижение температуры воды/масла на выходе и т.п.) информация о них поступает на пульт управления котельной. Для оповещения о поломке оборудования должна быть предусмотрена система сигнализации (звукая, световая). При этом автоматически происходит отключение вышедшего из строя оборудования и ввод в работу резервного оборудования. Регулирование параметров работы котельной должно осуществляться автоматически, если эти параметры выходят за рамки заданных.

Случаи сигнализации, оповещения и регулирования приведены в СП 89.13330.2012.

Водоподготовка котельных установок, водоочистка

Система водоподготовки в котельных необходима для очистки воды перед поступлением в котлы или тепловые сети от механических примесей и растворенных загрязнителей, деминералиции и умягчения. Это предотвращает образование накипи на котельном оборудовании, образование коррозии и вспенивание котловой воды и унос солей с паром. Для подготовки воды используется несколько методов: механическая фильтрация и нанофильтрация, обратный осмос, известкование, ультрафильтрация, дехлорирование, натрий-катионирование и др.

Вода и пар, используемая в котельной, должна отвечать требованиям:

  • ГОСТа 2761-84 “Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора”
  • СанПиН 2.1.4.1074-01 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения”
  • ПБ 10-574-03 “Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов”
  • ГОСТ 20995-75 “Котлы паровые стационарные давлением до 3,9 МПа. Показатели качества питательной воды и пара”

Среди оборудования, используемого в системах водоподготовки, можно назвать: фильтры, установки обезжелезивания, установка умягчения, вихревые реакторы для реагентного умягчения и т.п.

Выбор водоподготовительных установок должен соответствовать требованиям СП 31.13330.2012 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84”.

Расширительный мембранный бак

Расширительные баки необходимы в составе котельных, так как они предотвращают повышение давления воды (при подогреве воды происходит ее расширение и, соответственно, увеличение ее объема), возможность гидроудара и компенсируют ее объем. Баки также удаляют образовавшийся воздух в результате нагрева теплоносителя. Для выполнения этих функций в котельной устанавливают расширительные баки для разных систем: расширительный бак отопления и расширительный бак горячего водоснабжения.

Конструктивно мембранные баки для отопления и водоснабжения схожи. Они представляют собой вертикальный или горизонтальный цилиндрический или прямоугольный бак, с установленной внутри эластичной мембраной. Эта мембрана разделяет расширительный бак на воздушный и жидкостный отсеки. Принцип работы мембранного бака заключается в том, что излишки воды в системе при ее нагревании попадают в бак. Эту воду можно использовать для водоснабжения и водоподготовки, подавая ее в систему под нужным давлением.

Материал расширительных баков для системы отопления должен быть более устойчивым к высоким температурам. Расширительные баки для систем водоснабжения должны быть сделаны из эластичного материала, чтобы выдерживать большие перепады давления.

Дымовые трубы и газоходы

Дымовые трубы и газоходы относятся к системе дымоудаления (газоотвода) котельных установок. В случае затрудненного естественного рассеивания отработанных газов и дыма (в случае отсутствия естественной тяги) строятся дымовые трубы разных конструкций. Газоходы же тянутся от котлов и крепятся перпендикулярно к дымовым трубам.

Дымовые трубы бывают следующих конструкций:

  • дымовая труба на ферме
  • дымовая труба на растяжках
  • дымовая труба на мачте
  • фасадная дымовая труба
  • самонесущая дымовая труба

Кроме того, в конструкцию одной дымовой трубы может входить несколько вертикальных газоходов.

Материал, высота, диаметр и метод крепления трубы определяются исходя из мощности котельной и на основании аэродинамических подсчетов газового тракта, скорости газа, требований к устойчивости конструкции (в соответствии с требованиями СП 43.13330.2012 “Сооружения промышленных предприятий. Актуализированная редакция СНиП 2.09.03-85”).

На котельных установках также устанавливается вспомогательное оборудование для надежной эксплуатации котлов и всей системы в целом. Комплект вспомогательного оборудования зависит от вида используемого топлива, от мощности и от технико-экономических требований Заказчика. Вспомогательное оборудование включает в себя:

  • деаэраторы (вакуумные, атмосферного давления, химические, термические)
  • водоподогреватель (бойлер)
  • баки-аккумуляторы и др.

Специалисты нашей компании выполняют весь комплекс услуг по проектированию, аэродинамическому расчету, изготовлению и вводу в эксплуатацию котельных установок, крышных котельных и дымовых труб. Вся поставляемая продукция имеет все необходимые Разрешения и Сертификаты соответствия.

Заказывая котельные установки у ГК Газовик, Вы можете быть уверены в бесперебойном обеспечении тепловой энергией потребителей.

© 2007–2020 «ХК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

Системы теплоснабжения. Классификация систем теплоснабжения

Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

2. районное – ТС городского района;

3. городское – ТС города;

4. межгородское – ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла:

– Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование;

– Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на:

– низкопотенциальное, с температурой до 150 0 С;

– среднепотенциальное, с температурой от 150 0 С до 400 0 С;

– высокопотенциальное, с температурой выше 400 0 С.

Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0 С (в прямом трубопроводе), минимальная – 70 0 С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.

Весь комплекс оборудования ис­точника теплоснабжения, тепловых сетей и абонентских установок на­зывается системой централи­зованного теплоснабже­ния.

Системы теплоснабжения клас­сифицируются по типу источника теплоты (или способу приготовле­ния теплоты), роду теплоносителя, способу подачи воды на горячее водоснабжение, числу трубопрово­дов тепловой сети, способу обеспе­чения потребителей, степени цент­рализации.

По типу источника теплоты раз­личают три вида теплоснабжения:

– централизованное теплоснабже­ние от ТЭЦ, называемое тепло­фикацией;

– централизованное теплоснабже­ние от районных или промышлен­ных котельных;

– децентрализованное теплоснаб­жение от местных котельных или индивидуальных отопительных аг­регатов.

По сравнению с централизован­ным теплоснабжением от котель­ных теплофикация имеет ряд пре­имуществ, которые выражаются в экономии топлива за счет комбини­рованной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ; в возможности широкого использова­ния местного низкосортного топли­ва, сжигание которого в котельных затруднительно; в улучшении сани­тарных условий и чистоты воздуш­ного бассейна городов и промыш­ленных районов благодаря концент­рации сжигания топлива в неболь­шом количестве пунктов, размещен­ных, как правило, на значительном расстоянии от жилых кварталов, и более рациональному использова­нию современных методов очистки дымовых газов от вредных при­месей.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения разделяются на водяные и паровые. Паровые системы распространены в основ­ном на промышленных предприя­тиях, а водяные системы применя­ются для теплоснабжения жилищ­но-коммунального хозяйства и не­которых производственных потреби­телей. Объясняется это рядом пре­имуществ воды как теплоносителя по сравнению с паром: возмож­ностью центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, меньшими энергетическими потеря­ми при транспортировке и большей дальностью теплоснабжения, отсут­ствием потерь конденсата греюще­го пара, большей комбинированной выработкой энергии на ТЭЦ, повы­шенной аккумулирующей способ­ностью.

По способу подачи воды на го­рячее водоснабжение водяные си­стемы делятся на закрытые и открытые.

В закрытых системах се­тевая вода используется только как теплоноситель и из системы не отбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, на­гретая в специальных водоводяных подогревателях за счет теплоты се­тевой воды.

В открытых системах се­тевая вода непосредственно посту­пает в местные установки горя­чего водоснабжения. При этом не требуются дополнительные тепло­обменники, что значительно упро­щает и удешевляет устройство або­нентского ввода. Однако потери воды в открытой системе резко возрастают (от 0,5—1 % до 20— 40 % общего расхода воды в систе­ме) и состав воды, подаваемой по­требителям, ухудшается из-за при­сутствия в ней продуктов коррозии и отсутствия биологической обра­ботки.

Достоинства закрытых систем теплоснабжения заключаются в том, что их применение обеспечи­вает стабильное качество горячей воды, поступающей в установки го­рячего водоснабжения, одинаковое с качеством водопроводной воды; гидравлическую изолированность воды, поступающей в установки го­рячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети; простоту контроля герметичности системы по величине подпитки.

Основными недостатками закры­тых систем являются усложнение и удорожание оборудования и экс­плуатации абонентских вводов из-за установки водо-водяных подо­гревателей и коррозии местных установок горячего водоснабжения вследствие использования недеаэрированной воды.

Основные достоинства открытых систем теплоснабжения заключают­ся в возможности максимального использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева большого количества подпиточной воды. Поскольку в закрытых систе­мах подпитка не превышает 1 % расхода сетевой воды, возможность утилизации теплоты сбросной и продувочной воды на ТЭЦ с закры­той системой значительно ниже, чем в открытых системах. Кроме того, в местные установки горячего водоснабжения в открытых систе­мах поступает деаэрированная во­да, поэтому они меньше подвер­жены коррозии и более долго­вечны.

Недостатками открытых систем являются: необходимость устройст­ва на ТЭЦ мощной водоподготовки для подпитки тепловой сети, что удорожает станционную водоподготовку, особенно при повышенной жесткости исходной сырой воды; усложнение и увеличение объема санитарного контроля за системой; усложнение контроля герметичности системы (поскольку величина под­питки не характеризует плотность системы); нестабильность гидравли­ческого режима сети.

По числу трубопроводов разли­чают одно-, двух- и многотрубные системы. Причем для открытой си­стемы минимальное число трубо­проводов — один, а для закры­той— два. Самой простой и перс­пективной для транспортировки теплоты на большие расстояния яв­ляется однотрубная открытая си­стема теплоснабжения. Однако об­ласть применения таких систем ог­раничена в связи с тем, что ее реа­лизация возможна лишь при усло­вии равенства расхода воды, необ­ходимого для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагруз­ки, расходу веды для горячего водоснабжения потребителей дан­ного района. Для большинства районов нашей страны расход воды на горячее водоснабжение значи­тельно меньше (в 3—4 раза) рас­хода сетевой воды на отопление и вентиляцию, поэтому в теплоснаб­жении городов преимущественное распространение получили двух­трубные системы. В двухтрубной системе тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной.

По способу обеспечения потре­бителей теплотой различают одно­
ступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одно­
ступенчатых системах потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям непосредственно. Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или местными теп­ловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе каждого здания устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, контрольно-измерительные приборы и регулирующая армату­ра для изменения параметров теп­лоносителя в местных системах по­требителей.

В многоступенчатых системах между источником теплоты и по­требителями размещаются цент­ральные тепловые пункты или под­станции (ЦТП), в которых пара­метры теплоносителя изменяются в зависимости от расходования теп­лоты местными потребителями. На ЦТП размещаются центральная по­догревательная установка горячего водоснабжения, центральная смеси­тельная установка сетевой воды, подкачивающие насосы холодной водопроводной воды, авторегулирующие и контрольно-измеритель­ные приборы. Применение много­ступенчатых систем с ЦТП позво­ляет снизить начальные затраты на сооружение подогревательной ус­тановки горячего водоснабжения, насосных установок и авторегулирующйх устройств благодаря уве­личению их единичной мощности и сокращению числа элементов обо­рудования.

Оптимальная расчетная произ­водительность ЦТП зависит от планировки района, режима работы потребителей и определяется на ос­нове технико-экономических расче­тов.

По степени централизации теп­лоснабжение можно разделить на групповое — теплоснабжение группы зданий, районные – теплоснабжение нескольких групп зданий, городское – теплоснабжение нескольких районов, межгородское – теплоснабжение нескольких городов.

Устройство и конструкции тепловых сетей.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционная конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающая при его эксплуатации.

Трубы являются ответственными элементами трубопроводов и должны отвечать следующим требованием:

– достаточная прочность и герметичность при максимальных значениях давления и температуры теплоносителя,

– низкий коэффициент температурных деформации,

– обеспечивающий небольшие термические напряжение при переменном тепловом режиме тепловой сети,

– малая шероховатость внутренней поверхности,

– высокая термическая сопротивление стенок трубы,

– способствующее сохранению теплоты и температуры теплоносителя,

– неизменность свойств материала при длительном воздействий высоких температур и давлений, простота монтажа,

– надежность соединения труб и др.

Имеющейся стальные трубы не удовлетворяют в полной мере всем предъявлемым требованиям, однако их механические свойства, простота, надежность и герметичность соединений (сваркой) обеспечили им преимущественное применение в тепловых сетях.

Трубы для тепловых сетей изготавливаются в основном из сталей марок Ст2сп, Ст3сп, 10, 20, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС.

В тепловых сетях применяются бесшовные горячекатаные и электросварные. Бесшовные горячекатаные трубы выпускаются с наружными диаметрами 32 – 426мм. Бесшовные горячекатаные электросварные трубы используется при всех способах прокладки сетей. Электросварные трубы используются при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются к использованию при канальных и надземных прокладках сетей .

Опоры. При сооружений тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в характерных точках сети и воспринимают усилия, возникающие в месте фиксации как в радиальном , так и в осевом направлениях под действием веса , температурных деформаций и внутреннего давления.

Компенсаторы. Компенсация температурных деформации в трубопроводах производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. По принципу действия они разделяются на две группы:

Компенсаторы радиальные или гибкие, воспринимающие удлинения теплопровода изгибом или кручением криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

Компенсаторы осевые, в которых удлинение воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинных вставок.

Наиболее широкое применение в практике имеют гибкие компенсаторы различной конфигурации, выполненные из самого трубопровода (П – и –S-образные, лирообразные со складками и без них и т.д.). Простота устройства, надежность, отсутствия необходимости в обслуживании, разгруженность неподвижных опор – достоинство этих компенсаторов.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, поперечное перемещение деформируемых участках, требующее увеличение ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций, бесканальных трубопроводов, а так же большие габариты, затрудняющие их применение в городах при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.

Осевые компенсаторы выполняются скользящего типа (сальниковые) и упругими (линзовые компенсаторы).

Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнение. При удлинений трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. От этого недостатка свободны линзовые компенсаторы, изготавливаемые из листовой стали. Линзовые компенсаторы сварного типа находят основное применение на трубопроводах низкого давления (до 0,4-0,5 МПа).

Конструктивное выполнение элементов трубопровода зависит так же от способа его прокладки, который выбирается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Котельная труба как ключевой элемент оборудования тепловых систем

Внутренние и дымовые трубы для котельных представляют собой достаточно специфические конструкции. Характерной особенностью большинства из них является отсутствие сварного шва, что обеспечивает существенное повышение стойкости к внутренним деформациям.

Ниже мы опишем наиболее распространенные особенности таких труб, а также приведем рекомендации по их применению в обустройстве котельных.

Без этих деталей работа отопительной системы будет невозможна!

Обзор продукции

Основные виды

Котельными трубами на сегодняшний день именуют две разновидности трубной продукции:

  • Материалы, которые используются для монтажа внутренних трубопроводов паровых установок.
  • Изделия, предназначенные для обустройства систем дымоотведения.

    При этом вне зависимости от назначения, чаще такие детали производятся по бесшовной технологии. Благодаря этому внутренняя структура материала стенок сохраняет однородность, в ней отсутствуют зоны внутреннего напряжения, что позволяет трубе выдерживать сильный нагрев и значительное давление.

    По методу производства выделяют следующие типы:

    • Тянутые изделия. Для их изготовления берется заготовка из прочной стали, которая подвергается обработке на специальном станке. При этом за один проход площадь сечения может быть уменьшена на 80-90%, что позволяет производить трубы с минимальными трудозатратами. На заключительном этапе осуществляется выравнивание торцов и окончательная калибровка.

    Схема производства горячекатаных изделий

    • Горячекатаные. Делаются из цельных цилиндрических заготовок путем прошивки на специальных прессах. В результате получается полая гильза, которая затем обрабатывается на прокатном стане до тех пор, пока внутренний диаметр и толщина стенок не будут приведены к проектным значениям.

    Обратите внимание! Существуют ограничения по размеру горячекатаных изделий: наружный диаметр не менее 20 мм, толщина стенки – 2,5 мм и более. Впрочем, для оборудования котельных чаще всего используются более массивные детали.

    Если принимать во внимание назначение, то трубную продукцию данной группы можно условно разделить на:

    • Котельную низкого давления — толстостенные трубы, полученные путем холодной или горячей деформации и используемые при низких давлениях и температурах.
    • Плавниковую – горячекатаные или холоднотянутые детали с боковыми усиливающими ребрами, ориентированные на работу в условиях повышенного давления. Нужно отметить, что к таким изделиям выдвигаются куда более серьезные требования по прочности, соответственно, и цена у них будет значительно выше.

    Распределение температур в изделиях плавникового типа

    Нормативные документы и номенклатура

    Внутренние трубопроводы, тепловые агрегаты и даже дымовая труба котельной представляют собой конструкции, которые испытывают весьма серьезные эксплуатационные нагрузки. Вот почему производство деталей для их монтажа может осуществляться только в строгом соответствии с нормативами (читайте также статью «Винипластовая труба – особенности и область применения»).

    В качестве таких документов выступают технические условия:

    • ТУ 14-3-190-2004 — стальные бесшовные конструкции для тепловых установок и их трубопроводов.
    • ТУ 14-3-460-2009 — актуализированный вариант предыдущего документа.

    Обратите внимание! Помимо указанных выше нормативов в профессиональной литературе могут упоминаться котельные трубы ТУ 14 3Р 55 2001. Их применение при монтаже парового оборудования и трубопроводов также является допустимым, поскольку данные изделия выдерживают давление до 95-98 МПа и температуру до 5000С.

    Фото холоднотянутых изделий

    Инструкция жестко регламентирует размеры деталей и допустимые отклонения. Ниже мы приводим таблицу, в которой указаны основные параметры, по которым определяется соответствие труб стандартам:

  • Программирование сайта —
    Сайтмедиа
    Технология производстваДиаметр, ммТолщина стенки, ммДопустимое отклонение
    по диаметрупо толщине стенки
    Горячая деформация32 — 3253,5 — 401%5 -10%
    Холодная деформация10 — 762 — 120,3 — 0,8 мм10%

    Обратите внимание! Обычно поставка осуществляется по наружному диаметру изделия. В ряде случаев возможно изготовление деталей по внутреннему диаметру (при условии предварительного согласования).

    Цветовая маркировка изделий

    Достаточно распространенной является также цветовая маркировка деталей в зависимости от используемой марки стали.

    На торцы труб наносится краска соответствующего оттенка:

    • Зеленый — 20.
    • Голубой -20ПВ.
    • Красный -12х1мф.
    • Белый — 15Х1М1Ф.
    • Синий — 12Х2МФСР
    • Желтый – 15ХМ и т.д.

    Изучение этой маркировки облегчает подбор элементов при монтаже системы.

    Использование дымовых труб

    Конструктивные особенности

    Кроме внутреннего оборудования важной деталью также является дымоход, который монтируется на тепловой установке. От того, насколько точно был выполнен расчет дымовой трубы котельной, и насколько правильно была установлена эта конструкция, во многом зависит эффективность работы всей системы.

    Существует несколько разновидностей таких труб:

    • Фермовые. Внутренний дымоход крепится к самонесущим стальным фермам, установленным на грунте и закрепленным с помощью глубинных анкеров либо анкерной корзины в монолитном железобетонном основании.
    • Самонесущие. Собираются из нескольких дымоходов, окруженных теплоизоляционным контуром и закрепленных внутри стальной самонесущей обечайки. Наружная конструкция несет статическую нагрузку а также сопротивляется ветровым воздействиям.

    Элементы самонесущего дымохода

    • Фасадные. Наиболее простые в монтаже, некоторые из них могут быть установлены даже своими руками. Представляют собой сборный или монолитный стальной дымоход, закрепленный либо непосредственно на стене, либо на системе стеновых кронштейнов.
    • Мачтовые. В качестве дымовыводящего канала используется бесшовная толстостенная стальная труба, нижняя часть которой фиксируется анкерами на цокольной плите. Для сопротивления ветровым нагрузкам конструкция закрепляется растяжками из тросов.

    Обратите внимание! Мачтовый дымоход также может быть оборудован теплоизоляционным защитным кожухом.

    Нужно отметить, что большинство подобных конструкций обладают значительными габаритами и массой. Вот почему монтаж или демонтаж котельной трубы выполняют в основном специализированные организации. Исключение составляют лишь небольшие дымоходы частных домов, а также упоминавшиеся выше фасадные малогабаритные системы.

    Расчеты основных параметров

    Для проектировки и возведения эффективно работающего дымохода необходимо заранее рассчитать его основные параметры, к которым относятся высота дымовой трубы котельной и ее внутренний диаметр. Проще всего это сделать с помощью специальных программ-калькуляторов, которые можно найти в сети, но и без них можно узнать хотя бы приблизительные цифры.

    Обратите внимание! Кроме этих цифр необходимо также определить механические характеристики конструкции и тепловые параметры (температурная деформация, степень нагрева кожуха, толщина изоляции и т.д.)

    Для бытовых котельных небольшой мощности исходные данные будут примерно одинаковыми:

    • Входящая температура газа — до 2000С.
    • Движение газа в трубе – 2м/с и более.
    • Высота по СНИП – не меньше 5 м от колосника и не ниже 0,5 м от конька (для промышленных моделей — минимум на 5 м выше чем самый высокий объект в радиусе 25 м).
    • Естественный напор газа – 4 Па и более.

    В качестве примера рассчитаем диаметр стальной изолированной трубы (тепловой коэффициент В = 0,34), необходимой для работы котельной, в которой в час сжигается 10 кг дров с влажностью 25% и температурой на выходе 1500С.

    Объем газов, необходимых для сгорания топлива – 10м3/кг:

    • Вычисляем объем газов на входе в трубу в секунду по формуле Vr= m*V*(1+t/273)/3600, где m –масса топлива, а V — объем газа.
    • Получаем Vr = (10*10*1,55)/3600 = 0,043 м3/с.
    • Используя формулу объема цилиндра, определяем квадрат диаметра D2 = (4∙0.043)/3,14∙2 = 0,027.
    • Следовательно, минимальный диаметр дымохода составит 0,165 м.

    Как видите, вычисления даже одного параметра достаточно сложны. Это – еще один аргумент в пользу того, что проектировкой дымоходов, особенно рассчитанных на поддержание работы котельных с высокой мощностью, должны заниматься профессионалы.

    Молниезащита

    Учет всех особенностей при составлении проекта, правильный монтаж, регулярное обследование дымовых труб котельных для выявления дефектов и своевременного их устранения являются обязательными условиями для эффективной работы. Однако иногда причиной выхода системы из строя могут стать внешние факторы.

    Одним из таких факторов является молния, и потому высокие трубы нужно защищать от ее воздействия:

    • На неметаллических дымоходах монтируют стальные или омедненные молниеулавливающие стержни. Их количество может варьировать от одного (сооружения до 50 м) до трех (от 150 м и выше). В ряде случаев стержни заменяют стальными кольцевыми накладками, которые крепятся на торце.

    Схема молниезащиты неметаллической конструкции

    • Для бетонных труб роль молниеотводов играет внутренняя арматура. Чтобы повысить эффективность ее функционирования, верхние края стержней соединяют сварным способом.
    • Стальная труба сама по себе играет роль молниеотвода. Естественно, в этом случае важно обеспечить качественное заземление.

    Вывод

    Проектирование дымовых труб котельных, а также подбор элементов для формирования теплонесущих контуров следует осуществлять только после фундаментальной теоретической подготовки. Для начала рекомендуем изучить алгоритмы и видео в этой статье, однако без должной практики приступать к работе все-таки не стоит: слишком велик риск ошибки, которая может существенно ухудшить функционирование системы (см.также статью «Холоднодеформированные трубы: стандарты и технология производства»).

    Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

    Читайте также:  Труба 12х18Н10Т: характеристики и область применения нержавеющих изделий
    Ссылка на основную публикацию