Котельные установки. Установка газового котла в частном доме – требования, правила монтажа и использования. Вентиляция и дымоотведение

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.

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.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

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. : 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.

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.

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

Рис. 9.

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.

Рис. 11.

Рис. 12.

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.

Рис. 14.

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.

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Основные понятия

Котельная установка состоит из котлоагрегата и вспомогательного оборудования. Она предназначена для получения пара или горячей воды (рабочего тела котла). Нагрев рабочего тела производится за счет теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива, протекании технологического процесса утилизации теплоты отходящих газов или электрической энергии.

По назначению котельные установки делятся па энергетические, производственно-отопительные и отопительные.

Энергетические котельные установки служат для выработки пара высоких параметров, необходимого для работы паровых турбин (тепловых электростанций, главных судовых двигателей и т.п.).

Производственно-отопительные - для выработки тепловой энергии, направляемой как на технологические нужды, так и на отопление производственных, служебных и жилых помещений.

Отопительные котельные установки вырабатывают тепловую энергию для отопления и обеспечения санитарно-бытовых нужд потребителей.

На судах энергетические котлы называются главными , а производственно-отопительные и отопительные - вспомогательными.

По месту установки (монтажа) котлоагрегатов различают котельные установки стационарные и мобильные. К первому типу на водном транспорте относятся котельные промышленных предприятий и портов, ко второму - судовые котельные установки.

Котельные промышленных предприятий и портов оборудованы паровыми и водогрейными котлами различных типов, работающих на твердом, жидком и газообразном топливах. Заводские и портовые котельные оборудованы в основном паровыми, а отопительные котельные жилищного фонда промышленных предприятий - водогрейными котлами. В заводских котельных обычно устанавливают паровые котлы типов ДКВР, Е (КЕ, ДЕ, Е-1/9 и др.) иароироизводительностью 2,5-10 т/ч, а также котлы Шухова, ВВД и др. Широко используются в стационарных котельных судовые паровые водотрубные котлы и газотрубные котлы типов КВ-5 и КВ-3, КАВ. Нашли применение и современные паровые и водогрейные котлы небольшой паропроизводительности типа КВ, НР-18, «Кивиыли», «Искитим», «Универсал» и др., которые размещаются в отопительных котельных и могут давать пар давлением 0,07 МПа или горячую воду температурой до 115°С.

Схема судовой паротурбинной установки. Судовые котлы применяются как в качестве источника энергии для движения судна, так и с целью обеспечения подачи тепловой энергии в системы теплоснабжения судна: на обогрев топливных и масляных цистерн, в системы отопления, на санитарно-бытовые нужды и тли Принципиальная схема реальной судовой паротурбинной установки представлена на рис. 15.1. Подобная схема может быть использована и в береговых котельных.

Рис. 15.1.

В топке парового котла химическая энергия топлива превращается в теплоту, носителем которой являются газообразные продукты сгорания. Эта теплота передается в котле рабочему телу, т.е. идет на образование и перегревание пара. Перегретый пар из котла 1 поступает в турбину, разделенную на две части: высокого 2 и низкого 3 давления. В турбине пар расширяется, и часть теплоты, подведенной к нему в котле, превращается в работу. Затем пар поступает в конденсатор 5, где конденсируется, отдавая остальную, не превращенную в работу, часть теплоты охлаждающей воде. В судовых условиях охлаждающая вода берется из-за борта специальным циркуляционным насосом 6 и прогоняется через трубы конденсатора. Па внешней поверхности труб происходит конденсация пара. Вода, получающаяся при конденсации пара, - конденсат забирается конденсатным насосом 7 и подается к первому подогревателю питательной воды 8 и затем в деаэратор 9, предназначенный для удаления воздуха, растворенного в воде. Кроме того, деаэратор является второй ступенью подогрева питательной воды. Из него вода забирается питательным насосом 10 и нагнетается в котел, пройдя предварительно через второй подогреватель 11 питательной воды. Во втором подогревателе питательной воды осуществляется третья ступень подогрева.

Питательную воду подогревают паром, отбираемым из турбины. В рассматриваемой установке предусмотрено три отбора:

• отбор I - из промежуточной ступени турбины высокого давления 2 для подогрева воды во втором подогревателе 11 ;
• отбор 11 - из патрубка между турбинами для подогрева в деаэраторе 9. При этом конденсат греющего пара смешивается с питательной водой. В деаэратор 9 подается также конденсат отбора I из подогревателя 11 , иод собственным давлением, равным давлению отбора 1;
• отбор III - из промежуточной ступени турбины низкого давления 3 для подогрева в первом подогревателе 8 , откуда образующийся конденсат отводится в конденсатор 5, где давление меньше.

Перегретый пар в судовых пароэнергетических установках обычно имеет давление 1,5-4,0 МПа, иногда выше, и температуру 300-400°С. В конденсаторе поддерживается глубокий вакуум при абсолютном давлении 0,005-0,006 МПа. Этому давлению соответствует температура кипения (или конденсации) 33-36°С. В процессе конденсации указанные параметры не меняются, следовательно, при такой же температуре конденсат покидает конденсатор. В зависимости от котельного давления питательная вода подогревается до 120-200°С.

Во время работы установки по различным причинам происходит естественная потеря воды и пара в системе. Она составляет 3-4% от паронроизво- дительности котлов. Для восполнения потерь в систему подается добавочная вода. В приведенной на рис. 15.1 схеме добавочная вода (ДВ) засасывается конденсатным насосом.

Природная вода в большей или меньшей степени всегда содержит различные примеси. Особенно нежелательными являются соли, находящиеся в состоянии истинного раствора. Чтобы исключить возможность образования накипи на поверхностях нагрева парового котла, природная вода должна подвергаться предварительной (докотловой) обработке и обработке внутри котла.

При работе установки в конденсатор поступает некоторое количество воздуха. Он попадает в конденсатор по двум каналам в соизмеримых количествах: через неплотности фланцевых соединений и с питательной водой. Растворенный в питательной воде воздух заносится в котел, проходит с паром через турбину и поступает вместе с ним в конденсатор, где пар превращается в конденсат, последний отводится, а воздух накапливается. Присутствие воздуха в конденсаторе ухудшает теплообмен и приводит к снижению вакуума. Для нормальной работы из конденсатора необходимо непрерывно удалять воздух струйными насосами (эжекторами) 4.

Как показано на рис. 15.1, перегретый пар подается не только к главным двигателям, но и к вспомогательным турбогенераторам ВТ, представляющим собой судовую электростанцию. Вырабатываемая ею электрическая энергия используется для привода электрифицированных вспомогательных механизмов, для освещения, обеспечивает работу элементов автоматики и общесудовые нужды.

Источником теплоты высокой температуры (теплоотдатчиком) в цикле такого теплового двигателя, как паросиловая установка, являются газообразные продукты сгорания топлива, движущиеся по газоходам котла, а источником теплоты низкой температуры (теплоприемником) - охлаждающая вода, циркулирующая по трубкам конденсатора и уносящая больше половины теплоты, подведенной к пару в котле. Отвод такого большого количества теплоты в окружающую среду (забортную воду в судовых условиях) в соответствии со вторым законом термодинамики, обеспечивает превращение остальной части теплоты в работу. Поэтому при данных параметрах пара в котле и в конденсаторе и отсутствии необратимых потерь уменьшение количества отводимой теплоты невозможно.

Схема судовой котельной установки. В котельную установку (рис. 15.2) входят котел и вспомогательное оборудование, необходимое для его работы.

Рис. 15.2.

Устройство котла. Собственно котел состоит из двух пучков водогрейных труб 2 и 12, закрепленных в корпусе пароводяного 1 и водяного 11 коллекторов, труб топочного экрана 4, присоединенных к пароводяному коллектору 1 вверху и к экранному коллектору 7 внизу. Топка 9 служит для сжигания топлива.

Топочный экран 4 представляет собой сплошной ряд соприкасающихся труб, воспринимающих теплоту, передаваемую излучением. Пучки 2 и 12 состоят из труб, расположенных одна за другой с определенным интервалом. В интервалах между трубами в поперечном к ним направлении движутся газы (рис. 15.2 показано стрелками). Вода и пароводяная смесь в трубах совершают циркуляцию: в пучке 2 и в рядах пучка 12, находящихся в зоне высоких температур, пароводяная смесь поднимается (подъемные трубы), а в трубах пучка 12, расположенных в зоне более низких температур, вода опускается (опускные трубы); в трубах топочного экрана нагреваемая среда (пароводяная смесь) движется вверх - в пароводяной коллектор, а опускается по трубам, расположенным за экраном.

В пароперегревателе 3 происходят подсушка и перегревание пара. В парообразующей части котла пар находится в равновесии с жидкостью и поэтому не может иметь температуру выше температуры кипения, соответствующей давлению пара в котле. Так, например, при абсолютном давлении 1,6 МПа эта температура равна 201,4°С. В целях повышения термического КПД цикла пар перегревают до 300-400°С.

К так называемым хвостовым поверхностям нагрева относят водяной экономайзер 13 и газовый воздухоподогреватель 15. В водяном экономайзере 13 происходит подогрев питательной воды. Для подогрева воздуха в газовом воздухоподогревателе 15 используется часть теплоты, уносимой газообразными продуктами сгорания топлива. Здесь подогревается воздух, необходимый для сгорания топлива.

Питательная система включает в себя систему трубопроводов, механизмов и устройств, предназначенных для подготовки подачи питательной воды в котел. В оборудование питательной системы входят питательные насосы, фильтры, установка для дообработки (обессоливание или умягчение добавочной воды) и подогреватели питательной воды, находящиеся вне котла.

Устройства для хранения, подачи и сжигания топлива включают следующие элементы: при использовании жидкого топлива это емкости для хранения топлива (расходные цистерны и танки), топливные насосы 6 (см. рис. 15.2), перекачивающие насосы, фильтры, форсунки 8 ; при использовании твердого топлива - механизмы, обслуживающие механические топки, или инструменты для ручного обслуживания топки, а также водяной эжектор для удаления из котельного отделения шлаков и бункеры топлива.

В состав котлоагрегата входят: непосредственно котел, аппаратура и устройства для автоматического регулирования и защиты парового котла; арматура - клапаны и краны, установленные непосредственно на котле, и измерительные приборы, необходимые для наблюдения за его работой; тепловая изоляция 5 и 14 котла, опоры 10 и фундамент.

Для подачи воздуха в топку обычно применяется дутьевой вентилятор У 7, а для удаления продуктов сгорания - вытяжной вентилятор (дымосос) 16 , устанавливаемый в начале дымовой трубы. В некоторых случаях дутье и интенсификация тяги осуществляются струйными аппаратами.

В простейшем случае ограничиваются естественной тягой (самотягой). Движущим напором естественной тяги (самотяги) Я является разность весов столба холодного воздуха р Xi gh и столба газов в дымовой трубе р r gh:

rjeg - ускорение свободного падения; h - высота дымовой трубы, измеряемая для котлов на твердом топливе от пода топки, а для котлов, работающих на жидком или газообразном топливе, - от оси нижней форсунки до верхнего среза дымовой трубы, м; р в и р г - плотности соответственно наружного воздуха и газов в дымовой трубе, кг/м 3 .

При этом сила тяги, приходящаяся на единицу площади, выражается в паскалях. Из формулы (15.1) следует, что сила естественной тяги прямо пропорциональна высоте дымовой трубы.

Рабочий процесс котла можно рассматривать как несколько отдельных процессов превращения энергии, которые происходят в воздушно-газовом и пароводяном трактах. Носителями энергии являются материальные потоки (воды, пара, топлива, воздуха), взаимодействие которых в элементах котла образует три подпроцесса, неразрывно связанных между собой и составляющих рабочий процесс. Основным из них являются:

• сгорание топлива в топке, для реализации которого необходимы непрерывный подвод топлива и воздуха, распыление топлива и образование смеси «топливо - воздух»;
• собственно горение;
• отвод продуктов сгорания (дымовых газов).

Факторы, влияющие на полноту сгорания топлива, рассматривались ранее (см. гл. 14).

Процессы сгорания топлива и отвода дымовых газов сопровождаются процессами теплообмена, т.е. передачей теплоты от продуктов сгорания к нагреваемой среде: воде, пару, воздуху.

Котел представляет собой сложный теплообменный аппарат, в котором имеют место все способы передачи теплоты: излучение, конвекция, теплопроводность.

Наиболее сложным является теплообмен в топке. Происходящие в ней явления представляют собой комплекс взаимосвязанных физико-химических процессов смесеобразования и горения, теплообмена и аэродинамики, которые затрудняют изучение процессов теплообмена. Основная часть теплоты в топке передается излучением, поэтому поверхности теплообмена топки (экранные трубы и трубы притопочного пучка) называются радиационными или лучевоспринимающими.

Экранная поверхность, расположенная в топке, играет существенную роль в тепловом балансе котла: она воспринимает около 40% всей теплоты, передаваемой котельным поверхностям нагрева.

По мере движения по газоходу продукты сгорания отдают теплоту поверхностям нагрева, и их температура понижается, а конвективная составляющая в суммарном теплообмене растет. Если средняя температура потока газов не превышает 350°С, то их излучением можно пренебречь.

К конвективным поверхностям относятся пучки труб, расположенные в газоходах, через которые проходят газы. Это парообразующие пучки, пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель.

Парообразующие трубы, расположенные в выходном сечении топки (трубы притопочного пучка), вместе с лучистой энергией воспринимают также теплоту, передаваемую конвекцией при проходе через них газов, покидающих топку. Поэтому поверхность этих труб учитывают при расчете теплообмена в топке как лучевоспринимающую и при расчете конвективных поверхностей нагрева как конвективную.

Все поверхности нагрева утилизационных котлов рассчитывают как конвективные.

Одновременно с процессами сгорания и теплопередачи протекают процессы генерации пара в парообразующих элементах, перегрева пара в пароперегревателе и нагрева воды и воздуха в экономайзере и воздухоподогревателе, т.е. те процессы, которые формируют полезный эффект котла - требуемое количество пара с заданными параметрами.

В результате того, что экранные трубы п трубы притопочного и конвективного пучков находятся в зоне высоких температур и воспринимают значительное количество тепловой энергии, в них происходит процесс парообразования. Образовавшиеся пузырьки пара вместе с водой поднимаются вверх. Такие трубы называются подъемными. Необогреваемые трубы, расположенные за сплошным топочным экранным рядом труб, называются опускными : они заполнены водой, движущейся вниз, поскольку она имеет большую плотность, чем плотность образующейся в подъемных трубах пароводяной смеси.

При выходе из подъемных труб паровые пузырьки проходят через слой воды и зеркало испарения в пароводяном коллекторе и попадают в пароводяное пространство. Неиспарившаяся вода смешивается с питательной водой и снова участвует в процессе циркуляции. От пара при прохождении через внутриколлекторные сепарирующие устройства отделяются капельки влаги, и он поступает в пароперегреватель и к судовым потребителям насыщенного пара со степенью сухости х = 0,98-^0,995.

Использование хвостовых поверхностей нагрева (экономайзеров и газовых воздухоподогревателей) позволяет значительно повысить экономичность работы котла за счет увеличения его КПД в результате уменьшения потерь теплоты с уходящими газами.

Пароперегреватель, воздухоподогреватель и водяной экономайзер называются дополнительными поверхностями нагрева , в отличие от основной парообразующей поверхности нагрева котла. Дополнительные поверхности нагрева не являются неотъемлемыми элементами котла: часть из них или все они могут отсутствовать.

Различие в компоновке и конструктивном оформлении поверхности нагрева собственно котла и составных его элементов привело к появлению различных типов котельных агрегатов.

• Перегретый нар называют также «свежим», «острым», «энергетическим».
• На современных электростанциях, где применяются установки большой мощности, используется пар давлением до 30 МПа и температурой до 600X.
• В утилизационных котлах с многократной принудительной циркуляцией сепаратор является отдельным элементом котла.

Требуется только в том случае, если его мощность превышает определённые показатели. Если в котельной размещено несколько ТТ теплогенераторов общей мощностью свыше 200 кВт, на неё потребуется оформлять пакет документов. Для одиночного котла, установленного в отдельном помещении нет необходимости получать разрешительные документы, если его производительность не превышает 100 кВт.

Таким образом, владельцам частных домов, дач или небольших загородных построек можно смело устанавливать котёл на твёрдом топливе. При этом не потребуется проходить процедуру регистрации оборудования или помещения топочной в специальных органах, и согласовывать всю проектную документацию.

Единственное ограничение, которое существует и требует соблюдения - это место расположения котла. Если производительность теплогенератора превышает 30 кВт, его обязательно нужно размещать в отдельном помещении. Такое помещение называется топочной и для его правильной организации были составлены специальные нормативные документы. В них регламентируются расстояния, габариты и другие показатели различных элементов топочной.

Требования к топочной для твердотопливного котла

Чтобы обеспечить пожарную безопасность и эффективную работу котла при максимальной производительности, нужно соблюдать определённые нормы. В первую очередь следует рассчитать габариты котельной для обеспечения возможности выполнения этих требований. Согласно существующим нормам, объём помещения топочной с котлом мощностью ниже 30 кВт должен быть не меньше 7,5 м³.

Рекомендованное количество свободного пространства для котла до 60 кВт составляет 13,5 м³, а при установке более мощного устройства топочная должна быть не меньше 15 м³. Эти цифры рассчитывались исходя из того, что для эффективного функционирования мощному теплогенератору требуется большой объём воздуха. То же касается и возможности полноценного обслуживания котла: у человека должен быть доступ ко всем частям устройства в любой момент времени.

Основание чернового пола, а также финишное напольное покрытие под котлом делается из негорючих материалов. Теплогенератор следует располагать либо на бетонном фундаменте, либо на другом ровном прочном основании. Вся поверхность пола на расстоянии до 60 см вокруг котла должна быть покрыта металлическим листовым материалом толщиной от 0,7 мм или больше.

Днём в помещение должно поступать достаточное количество света. Минимальная площадь остекления для топочной рекомендованного объёма 13,5 м³ составляет 0,4 м². Расстояние между лицевой стороной котла и противоположной стеной не может быть меньше 1 м, а минимальная дистанция от корпуса устройства до стен в остальных направлениях составляет 60 см. Между потолком и верхней гранью котла должно быть не меньше 1,5 м, однако этот показатель не является критичным - многое зависит от конструкции конкретного теплогенератора.

Важно также следить за поступлением свежего воздуха в топочную для обеспечения полноценного процесса горения. Котлы до 30 кВт требуют входного воздушного отверстия сечением не меньше 14х14 см и вытяжного отверстия или воздуховода такой же площади. Если в топочной размещается более мощный теплогенератор, для него сечение вытяжки следует увеличить до 20х20 см. Этот канал должен иметь площадь сечения минимуму вполовину от площади сечения дымохода.

Расположение самой топочной, относительно отапливаемых помещений также имеет значение. Это не критично, но заметно влияет на расход энергоносителей. Самым экономным решением будет установка топочной на равном отдалении от помещений, в которых будет работать система отопления. По высоте котёл размещается либо на уровне с потребителями, либо ниже - например, в подвале.

Оформление отдельно стоящей котельной

Если на вашем участке располагается , теоретически её можно зарегистрировать по всем правилам и получить необходимые разрешения в соответствующих инстанциях. На практике, за отсутствие регистрации котельной, производительность которой не превышает 200 кВт, и в которой нет котлов мощностью выше 100 кВт, наказание не предусмотрено.

Если же вам необходимо разместить топочную для обогрева производственных или торговых помещений, может потребоваться оформление определённых разрешений на установку. Также обязательно подлежит регистрации котельная с производительность выше 200 кВт. Примерная последовательность оформления котельной мощностью до 200 кВт выглядит следующим образом.

Сначала определяется место отдельно стоящей котельной на участке или внутри существующей постройки. Также возможно выполнить котельную или топочную в виде пристройки. Заказчик обращается в проектную организацию. Вместе они получают разрешительные документы на строительство. Имея требуемые разрешения, организация готовит проект. Далее следует этап согласования с архитектурно-строительным контролем и получение декларации от ГАСК.

После получения декларации можно приступать к строительству. По окончании строительных работ следует получить паспорт в БТИ и подать декларацию о завершении строительства в ГАСК. После получения в Госреестре права собственности, выполняется ввод в эксплуатацию котельной. Более мощные котельные от 200 кВт дополнительно проходят согласование в котлонадзоре, что значительно сказывается на длительности процедуры и её общей стоимости.

Регистрировать твердотопливный котёл для использования при создании системы отопления в частном доме не нужно. Хотя никто и не запрещает при установке котельной провести её регистрацию, следуя описанной выше процедуре, этого никто не делает. Стоимость получения полного пакета документов может достигать 100 тысяч гривен. Проходить всю процедуру имеет смысл только при установке котельной для обогрева коммерческих предприятий или организаций.

Тем не менее, не стоит пренебрегать рекомендациями, которые предлагают специалисты для создания небольших топочных. Соблюдение всех расстояний, требований к вентиляции и пожарной безопасности гарантирует, что ваша топочная никогда не станет источником возникновения пожароопасных ситуаций.

Для превращения химической энергии топлива в тепловую служит комплекс устройств, называемых Котельной установкой.

При сжигании топлива, представляющего собой углеродистые и углеводородистые соединения преимущественно растительного происхож­дения, элементы, входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и нагревают продукты сгорания. От продук­тов сгорания тепловая энергия передается рабочему телу, которым обыч­но служит вода, сжатая до давления выше атмосферного.

Таким образом, в котельной установке необходимо подать некото­рое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить сжигание топлива и отдачу теплоты от продуктов сгорания топлива рабочему телу и удаление продуктов сгорания топлива; подать рабочее тело - воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой тем­пературы или превратить ее в пар, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки.

Устройство, имеющее топку для сжигания топлива, обогреваемое продуктами горения топлива, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного и исполь. зуемого вне самого устройст­ва, называют Паровым котлом.

Такое же устройство, служащее для (получения горячей воды при давлении, большем атмосферного, называют Водогрейным котлом. Теплообменные устройства, служащие для:

Подогрева воды продуктами сгорания топлива или другими газами перед поступлением воды в котел, называют Водяным экономай­зером;

Нагрева пара, выходящего из котлоагрегата, до температуры, пре­вышающей температуру насыщения при давлении в котле, называют Пароперегревателем;

Подогрева »воздуха, подаваемого в топку котла, продуктами сгора­ния топлива, уходящими из котла (или из водяного экономайзера), на­зывают Воздухоподогревателем.

Комплекс всех этих теплообменных устройств называют Котель­ным агрегатом (парогенератором).

Для осуществления перечисленных процессов котельная установка включает:

Собственно Коте л или котельный агрегат; Устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию - Топли - воподачу и топливоприготовление;

Установку для нагнетания необходимого для горения воздуха - Дутьевой вентилятор;

Оборудование для удаления очаговых остатков топлива - ш л а к о - и Золоудаление;*

Установку для отсоса продуктов сгорания топлива из установки - Дымосос, перед которым иногда устанавливают приспособления, от­деляющие золу из дымовых газов;

Сооружения для отвода дымовых газов -дымовую трубу; Устройства для подготовки воды путем освобождения ее от вредных примесей - Оборудование для химической очистки и деаэрации;

Насосы для увеличения давления воды до большего, чем давление в котле, и подачи ее в котлоагрегат - Питательные насосы.

Все эти устройства размещаются в специальном здании, называе­мом Котельной, включающем в себя помещения для различных вспо­могательных производственных служб, мастерских и бытовых по­мещений.

Котельная обычно представляет собой промышленное здание, в ко­тором имеются-*

Устройства для хранения некоторого запаса топлива, механизмы для его подготовки к сжиганию и подачи в топку;

Оборудование для очистки, хранения, подогрева и перекачки воды для питания котлоагрегата - теплообменников, водоочистки, деаэрато­ров, баков, питательных, сетевых и других насосов - при установке па­ровых и водогрейных котлоагрегатов;

Различные вспомогательные машины и устройства, предназначенные для обеспечения длительной и надежной работы котельных агрегатов и в том числе приборов, позволяющих контролировать ход процессов в котлоагрегате и вспомогательном оборудовании.

Кроме указанного, вне здания котельной обычно располагаются: устройства для разгрузки и перемещения твердого топлива по скла­ду, а также его сортировки, дробления и подачи в емкости котельной;

Устройства для приемки, разгрузки и подачи жидкого топлива по емкостям, аппаратам для подогрева, фильтрации и транспорта в ко­тельную;

Рис. В-1. Схема устройства производственной котельной, работающей на твердом топливе,

/ - подогреватель сырой воды; 2 и 3-г фильтры химической очистки воды; 4 - деаэратор; 5 - бак для конденсата; 6 - насос для перекачки конденсата; 7 - конвейер для подачи топлива; в -бункер для топлива; 9 - насос питательной воды; /0 -питатель топлива; // - цепная механическая колосниковая решетка; 12 - экраны в топочной камере; 13 ~ обмуровка; 14 - барабан котлоаГрегата; 15 - коллектор перегретого пара; 16 - главный запорный вентиль; 17 -*■ регу­лятор температуры перегретого пара; 18 - пароперегреватель; 19 - водяной экономайзер; 20 - воздухоподогреватель; 21 <- бункер для шлака; 22 - дутьевой вентилятор; 23 ~ батарейный золоуловитель; 24 - дымосос; 25 - дымовая труба; 26 - затворы на течках провала и золы; 27 - каналы для удаления шлака и золы водой; 28 щ главный паропровод и коллектор; 29 - редукционно-охладительная установка; 30 - арматура; Л г-? газоходы от котлоагрегате к дымовой

Трубопроводы, подводящие газ к котельной, и газорегулировочные пункты (ГРП) для приема, очистки и снижения давления газа перед котлами;

Сооружения для удаления шлака и золы из котельной и с ее терри­тории;

Склады для хранения материалов (в том числе горючих и смазоч­ных) и запасных частей, необходимых при эксплуатации и ремонтах оборудования котельной установки;

Устройства для приемки и преобразования электрической энергии, потребляемой котельной установкой. Иногда на территории устанавли­вают баки-аккумуляторы с горячей водой.

На территории котельной регламентировано устройство проездов и площадок разного назначения, зеленой зоны для защиты окружающего пространства от шума и загрязнений.

На рис. В-1 изображена схема устройства производственной котель­ной, работающей на твердом топливе и снабжающей паром производст­венное предприятие’ Рассматривая процессы с рабочим телом-водой, поступающей из какого-то источника водоснабжения, например водо­провода, можно видеть, что до того, как вода поступит в котлоагрегат, она будет подогрета в теплообменнике освобождена от части загряз­няющих ее примесей и солей в аппаратах химической очистки и в деа­эраторе из нее будут удалены растворенные газы. После такой подго­товки вода питательным насосом направляется в котельный агрегат.

Котельный агрегат состоит из поверхностей нагрева, испаряющих воду 12 и перегревающих пар - пароперегревателя 18, нагревающих во­ду- водяного экономайзера 19, подогревающих воздух - воздухоподо­гревателя 20. Котлоагрегат имеет обмуровку 13, топочное устройство 11, Газоходы 31, запорную и регулирующую арматуру 30 и др.

Котлоагрегат состоит из элементов, представляющих собой цилинд­ры (трубы и сосуды) разного Диаметра, соединяемые между собой с по­мощью сварки или вальцовки..

Основными деталями котлоагрегата являются барабан 14, коллек­торы 15 и трубы.

Для возможности осмотра и очистки барабанов и коллекторов вы­полняют отверстия, называемые Лазами или люками.

Внутренний объем парового котла, занятый водой, называют во­ Дяным пространством, занятый паром - Паровым прост­ранством; поверхность, отделяющая паровое пространство от водя­ного,- Зеркалом испарения. В паровом пространстве устанав­ливают устройства для сепарации влаги и пара, а иногда ставят допол­нительный барабан, называемый Сухопарником.

При работе парового котла уровень воды в барабане колеблется между низшим и высшим положением.

Низший допускаемый уровень воды в барабанах паро­вых котлов устанавливается (определяется) для исключения возмож­ности перегрева металла стенок элементов котлоагрегата и обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы контуров циркуляции. Обычно низший уровень располагается выше на 100 мм над верхней точкой соприкосновения горячих дымовых газов с неизолированной стенкой элемента котла.

Положение в ы с ш е г о Допускаемого уровня воды в ба­рабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения по­падания воды в паропровод или пароперегреватель.

Объем воды, содержащейся в барабане между высшим и »низшим уровнем, определяет «запас питания», т. е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды.

Производительность котлоагрегата определяют по количеству теп­лоты или массовому количеству пара, получаемого из агрегата. Иногда размеры или производительность котлоагрегата характеризуются вели­чиной поверхностей нагрева. Бели теплота передается рабочему Телу от Продуктов сгорания топлива излучением, поверхности нагрева называют радиационными - при передаче тепла излучением (18) и конвективны­ Ми-при передаче теплоты соприкосновением (19, 20). Радиационные поверхности при размещении в топочной камере называются экранами 12, и они защищают стены от прямого воздействия излучающей среды.

Топочное устройство 11 служит для сжигания топлива. В топочном устройстве может быть осуществлено Слоевое сжигание топлива, когда твердое топливо подается для сжигания на колосниковую решет­ку того или иного типа, или Камерное сжигание, когда топливо сжигается в факеле при подаче его через горелки или форсунки.

Для. подачи твердого топлива на цепную колосниковую решетку, механически перемещающуюся вдоль топочной камеры, служит Пита­тель топлива10. К питателю топливо поступает из бункера 5. Для загрузки бункера используется Конвейер 7, представляющий собой чаще всего ленточный транспортер.

На пути От склада до бункеров котельной из топлива извлекаются металлические предметы, куски древесины, а само топливо дробится.

Воздух, необходимый для горения топлива при слоевом сжигании, подается Вентилятором22 под колосниковую решетку. В ряде слу­чаев предварительно подогревают его в воздухоподогревателе 20. Иног­да часть воздуха подается непосредственно в топочную камеру в виде «острого» дутья.

Для удаления шлака и провалившихся через решетки частиц твер­дого топлива в нижней части слоевых топок выполняют специальные ем­кости- Бункера, затворы и течки26, располагаемые под и в конце колосниковой решетки.

В камерных топках для твердого пылевидного топлива в их нижней части для сбора шлака из стен, покрытых экранами, выполняют так на­зываемые «холодные» (шлаковые) Воронки, под которыми раз­мещаются бункера для шлака.

Пар, полученный в испарительных поверхностях нагрева, после осушки и освобождения от части солей направляется в Пароперегре­ватель18. В нем происходят испарение вынесенной из барабана воды и нагрев пара до заданной температуры.

Пароперегреватель состоит из стальных труб, выполняемых в виде змеевиков и объединяемых коллекторами 15, которые обычно размеща­ются вне газоходов.’ Иногда часть змеевиков помещают в топочной ка­мере. В первом случае перегреватель называется конвективным 18, во втором - радиационным. Так как перегреватель стремятся расположить в области сравнительно высоких температур, необходимо обеспечивать его надежную работу при всех режимах работы правильным выбором скорости движения пара, распределением его по змеевикам, подбором и изготовлением труб из металла, обладающего надлежащими свойст­вами. Из соображений надежности работы трубы пароперегревателя часто делают из специальных легированных сталей. С целью исключе­ния возможности повышения температуры перегретого пара устанавли­вают специальные регуляторы 17.

Вводимом экономайзере19 нагревается питательная вода, а иногда вода тепловых сетей. Водяные экономайзеры котлоагрегатов среднего и высокого давления изготовляют из стальных труб, для низ­кого давления - из чугунных или стальных труб.

При частичном испарении воды в трубах экономайзер называют ки­ Пящим. Чугунные водяные экономайзеры выполняют только некипя­щими. Вода подогревается лишь до температуры, на 20-40°С меньшей температуры насыщенного пара в барабане 14 котла.

В водяйой экономайзер вода подается питательным насосом 9, за счет напора которого и осуществляется ее принудительное движение в трубах экономайзера.

Воздухоподогреватель20 в небольших котлоагрегатах рас­полагают обычно после водяного экономайзера. В воздухоподогревателе подогревается воздух, идущий в топочную камеру, под решетку и в сис­тему для подсушки и размола топлива. В случае сжигания топлив с вы­соким содержанием влаги или твердого топлива в камерной топке по­догрев воздуха является обязательным. При сжигании твердого топли­ва в слое или жидких и газообразных топлив в камере в большинстве случаев для котельных агрегатов малой производительности можно ограничиться установкой только водяного экономайзера.

Воздух в воздухоподогреватель нагнетается дутьевым вентилято­ром 22 через входные короб а-воздуховоды и отводится к топочной ка­мере (или в систему приготовления топлива) коробами горячего воз­духа.

При сжигании в камере газообразного топлива весь воздух вводит­ся через горелку, в которой газ и воздух перемешиваются: при сжига­нии жидкого топлива также весь воздух вводится через горелку, но топ­ливо с помощью форсунок сначала превращается в мелкие капли, кото­рые затем перемешиваются с воздухом.

Если в камерной топке сжигается твердое топливо, то последнее предварительно измельчается в пылеприготовительных установках до размера частиц в несколько микрометров. В этом случае одна часть воз­духа вводится через горелку в смеси с топливом (первичный воздух) и другая-через специальные устройства в той же горелке или рядом с ней (вторичный воздух). Иногда часть вторичного воздуха отделяется и вводится через специальные устройства в нижней части или на задней стене топочной камеры.

При сжигании твердого топлива, кроме дымовых газов, образуются шлак и зола, которые необходимо удалить из котлоагрегата и с терри­тории котельной. Из бункеров шлак через течку попадает в устройства для удаления 27, пройдя в некоторых случаях специальную дробилку.

Системы шлакоудаления могут быть механическими, пнев­матическими и гидравлическими; при небольших количествах шлака до 0,06 кг/с (до 200 кг/ч) применяют удаление шлака при помощи ва­гонеток с простой механизацией.

Вместе со шлаком удаляется зола, уловленная из дымовых газов с помощью Золоулавливающих установок23, размещаемых перед Дымососами24. Золоулавливающие установки и бункера шлака отделяются от устройств для аолошлакоудаления специальными затворами 26.

Охлажденные и очищенные от золы дымовые газы удаляются через Дымовые трубы25, высота которых определяется таким образом, чтобы предупредить недопустимое загрязнение воздушного бассейна в районе котельной.

Дымовые трубы выполняются стальными, кирпичными или железо­бетонными (с защитной обмуровкой внутри).

При работе котлоагрегатов с давлением в топочной камере выше давления атмосферного воздуха или при небольшой производительности котельной, когда оказывается достаточной тяга, развиваемая дымовой трубой, дымососы не устанавливаются. В очень мелких котельных уста­новках иногда можно обойтись и без дутьевых вентиляторов.

Дымовые газы, пройдя газоходы котлоагрегата, направляются в зо­лоуловители 23, затем в борова 31, дымососы 24 и дымовую трубу 25.

Дымовые газы с высокой температурой, полученные при сгорании топлива в топочной камере, имеют давление, отличающиееся от атмос­ферного.

Для изоляции дымовых газов от внешней среды применяют Обму­ровку13, которая выполняется из кирпича или огнеупорного материа­ла, из металлических щитов с ошеупорами. Обмуровка может опирать­ся непосредственно на фундамент, на металлические конструкции - кар­кас или крепиться на трубах экранов топочной камеры и газоходов.

Обмуровку в разных частях котлоагрегата выполняют различной, так как, например, в топочной камере обмуровка должна быть особо высокоогаеупорной, стойкой против химического воздействия шлаков, малотеплопроводной, дешевой, простой по конструкции, достаточно плотной. Обычно обмуровку изготовляют из недефицитных материалов.

Каркас служит для крепления и поддержания всех элементов ко­тельного агрегата - барабанов, поверхностей нагрева, трубопроводов, обмуровки, лестниц и площадок и представляет собой металлические конструкции обычно рамного типа, соединенные с помощью сварки или болтами. Каркас закрепляют на фундаменте, а иногда выполняют сов­мещенным с каркасом здания, в котором устанавливается котельный агрегат.

Г ар ни Турой называются устройства, позволяющие обслуживать топочную камеру, колосниковые решетки и газоходы «отельного агре­гата- лазы, гляделки и люки с крышками и дверками для осмотра и другие устройства для очистки деталей топки и поверхностей нагрева в газохода«, шиберы и заслонки для регулирования тяги и дутья и люч­ки для обдувки.

Арматура30 котельного агрегата состоит из устройств, обеспе­чивающих безопасное его обслуживание,-предохранительных клапа­нов, манометров, ведоуказательных приборов, водопробных клапанов, регулирующих и запорных устройств для подачи, продувки и спуска воды, для отключения агрегата от трубопроводов топлива, воды и па­ра. Количество арматуры и ее обязательные типы регламентированы Правилами Госгортехнадзора СССР [Л. 1].

. К Вспомогательным устройствам .котельной установки принято относить оборудование на ее территории для разгрузки, хране­ния и подачи топлива. Снабжение котельной топливом может осуществ­ляться различными путями - по железной дороге, автотранспортом и по трубопроводам. При сжигании твердого и жидкого топлива топливное хозяйство "состоит из устройств и сооружений для разгрузки, приема, окладирования и подачи топлива в бункера котельной или трубопрово­ды котельной. *

При использовании жидкого топлива, подаваемого в железно­дорожных или автомобильных цистернах, на территории котельной вы­полняются устройства для разгрузки топлива - его слива и хранения. Жидкое топливо из хранилищ перекачивается насосами, подогре­вается для снижения (вязкости и фильтруется для освобождения 01 Частиц, могущих нарушить работу форсунок, подготавливающих топ­ливо к сжиганию.

Газообразное топливо, подведенное к. котельной по газопроводу, поступает в газорегулировочный пункт-ГРП или газорегулировочное устройство - ГРУ, где его давление снижается до требуемой величины. Далее топливо поступает - в газопровод 35 котельной к агрегатам с ка­мерной тапкой (рис. В-2) и к горелкам 36.

Устройства для снижения давления газа перед котельной, магист­рали для его отвода и разводка трубопроводов в «отельной должны быть выполнены. в соответствии с указаниями «Правил безопасности в газовом хозяйстве» Госгортехнадзора СССР [Л. 1].

Вода, предназначенная для подачи в паровые котлы или в тепло­вые сети и водогрейные. котлы, должна удовлетворять ряду техниче­ских, санитарных и экономических требований. В случае поступления воды в «отельную из городского (водопровода обработка сводится к ее умягчению и снижению щелочности в специальных фильтрах 2 и 3 (см. рис. В-1); при использовании воды из открытых водоемов воду необходимо очистить от взвешенных веществ.

До поступления в устройства для химической очистки вода должна быть нагрета в теплообменниках 1. Загрязненный конденсат, возвращаемый от технологических потребителей, также подвергается очистке.

Подготовленные тем или иным способом вода и конденсат направ­ляются в устройства для удаления из них растворенных газов - деа­эраторы 4. После деаэраторов с помощью питательных насосов 9 вода

Направляется в «отельный агрегат или подпиточвыми насосами в теп­ловые сети.

|В небольших котельных Иногда для подачи «питательной воды В Паровой котел Используются Поршневые паровые насосы или инжек­торы. В Котельных С Крупными паровыми котлами, как правило, используются Центробежные Насосы с электрическим приводом и с при­водом от паровой Турбины. Для подпитки водой тепловых сетей, когда в качестве источника теплоснабжения установлены стальные водогрей­ные котлы, /применяются Центробежные насосы обычно с электрическим приводом. Чугунные Водогрейные котлы разрешается при определен­ных условиях подпитывать водой прямо из водопровода.

Размещение оборудования Котельной установки на открытой пло­щадке Или В Здании принято Называть Компоновкой. Если все обо­рудование Расположено внутри Здания, как это показано на рис. В-2, Компоновку Называют закрытой; При размещении части оборудова­ния вне Здания компоновка будет открытой.

Из общего, Описания «отельной установки и ее вспомогательных устройств следует, Что она Представляет собой промышленное предприя­тие с хозяйственным расчетом, для которого принято вести отдельный учет и определять себестоимость вырабатываемой тепловой энергии.

Все котельные установки с давлением выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и температурой выше 11б°С подлежат регистрации в государственной организации, контролирующей правильность конструкции котлоагрега - та, соответствие установленным правилам и законам оборудования и здания котельной И Соблюдение обслуживающим персоналом Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Госгортехнадзора СССР, обязательных для всех министерств и ве­домств [Л. 1]. Размеры, материалы, из которых выполняют здания котельных, величины проходов между стенами и оборудованием, а так­же расстояния до ферм И Перекрытий определяются Правилами и нор­мами Госгортехнадзора И Госстроя СССР [Л. 2], которые обязательны для всех министерств И Ведомств.

Трубопроводы, с Помощью Которых транспортируют теплоноси­тель к потребителям, Возвращают Конденсат или воду с меньшей тем­пературой, Называют тепловыми сетями. Их устройство, конст­рукции, выбор, способы регулирования работы и другие вопросы изуча­ются в специальной дисциплине - «Тепловые сети».

Котельные установки - это устройства, предназначенные для получения водяного пара или нагревания воды. В зависимости от вида вырабатываемого рабочего тела котельные установки подразделяют на паровые и водогрейные. Паровая котельная установка служит для получения водяного пара заданных параметров, водогрейная - для нагревания воды до определенной температуры.

По назначению котельные установки делят на энергетические, производственные (промышленные) отопительно - производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар высокого (р ≥ 9 МПа) и среднего (р ≥ 3,5 МПа) давлений, который в основном используют для привода паровых турбин. Производственные котельные установки предназначены для получения водяного пара или горячей воды, которые используют для различных технологических нужд. В отопительных котельных установках вырабатывают водяной пар низкого давления или нагревают воду только для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий и сооружений.

Все крупные современные заводы и фабрики, в том числе и предприятия, изготовляющие строительные материалы и изделия, оборудуют, как правило, отопительно - производственными котельными установками для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, осуществления технологических процессов производства. В частности, в промышленности строительных материалов водяной пар необходим для тепло влажностной обработки бетонных, железобетонных, тепло - изоляционных и других изделий в автоклавах и пропарочных камерах, для подогрева заполнителей бетона в пароувлажнительных установках и т. п. (см. гл. 20).

Котельные установки состоят из котельного агрегата и вспомогательного оборудования. Котельный агрегат является основным элементом котельной установки и включает комплекс элементов, предназначенных для сжигания топлива и передачи теплоты от продуктов сгорания к рабочему телу (воде и пару). Котельный агрегат состоит из собственно котла (испарителя), пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя, топочного устройства, газоходов и воздуховодов, каркаса, обмуровки, регулирующих устройств (арматуры), устройств для осмотра и очистки труб (гарнитуры).

В водогрейном котельном агрегате испарительной части, пароперегревателя и экономайзера нет. В настоящее время широко используется термин "водогрейный котел", хотя более правильно применять термин "водогрейный котлоагрегат". Вспомогательное оборудование предназначено для подготовки и подачи топлива и воды в котельный агрегат, удаления золы, шлака и дымовых газов и подачи воздуха для горения топлива (тягодутьевая установка), а также для контроля и автоматического регулирования режима работы агрегата. Источником тепловой энергии в котлоагрегате служит органическое топливо.

Рабочим телом котельных агрегатов является вода, иногда используются высококипящие органические жидкости: даутерм, дифенил, дифенилоксид и др. Применение высококипящих органических жидкостей обусловлено их теплофизическими свойствами, и в первую очередь высокой температурой кипения и конденсации при низких давлениях (по сравнению с водой). Это позволяет повысить КПД бинарного цикла, в котором водяной пар обеспечивает возможность использования нижнего температурного предела, а органические жидкости - верхнего.

Рабочий процесс в паровом котельном агрегате состоит из следующих основных стадий: 1) горение топлива; 2) теплопередача от горячих дымовых газов к воде или к пару; 3) парообразование (нагрев воды до кипения и ее испарение) и перегрев насыщенного пара.

В водогрейном котельном агрегате рабочий процесс включает лишь две первые стадии. Принципиальная схема паровой котельной установки показана на рис. 18.1. Топливо подается в топку 17 через, горелки 13. Из топки горячие продукты сгорания направляются в газоход, где расположен пароперегреватель 4, и далее поступают в конвективную шахту, в которой помещены экономайзер 5 и воздухоподогреватель 11. Дымососом 7 дымовые газы отсасываются из котельного агрегата и через дымовую трубу 6 выбрасываются в атмосферу.

Воздух на горение подается вентилятором 10. Предварительный подогрев воздуха (до топки) осуществляется в рекуперативном воздухоподогревателе и за счет теплоты дымовых газов.
Вода, прошедшая предварительно химическую и термическую обработку (она называется питательной), питательным насосом 8 нагнетается через экономайзер 5, где происходит ее подогрев, в барабан котла 18. В барабане питательная вода смешивается с водой, находящейся в контуре котла (котловая вода). По опускным трубам 14 котловая вода поступает в нижние камеры (коллекторы 12) и направляется в экранные испарительные трубы 15, где за счет теплоты горения топлива подогревается до температуры кипения и превращается в пар. Образующийся пар вместе с кипящей водой (пароводяная смесь) направляется в барабан котла 18, где происходит сепарация (отделение воды от пара).

Движение воды в опускных и экранных трубах происходит вследствие разности плотностей воды (в необогреваемых трубах 14) и пароводяной смеси (в обогреваемых трубах 15). Пар по пароотводящим трубам 2 направляется в пароперегреватель 4 и из коллектора 3 поступает к потребителю. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду, герметизации конструкций и создания безопасных условий работы и обслуживания топку и газоходы котельного агрегата изолируют огнеупорными и теплоизоляционными материалами, которые называются обмуровкой.

Рис. 18.1. Схема паровой котельной установки
1 - паровой котел; 2 - пароотводящие трубы; 3 - коллекторы пароперегревателя; 4 - пароперегреватель; 5 - экономайзер; 6 - дымовая труба; 7 - дымосос; 8 - питательный насос; 9 - канал для продуктов сгорания; 10 - вентилятор; 11 - воздухоподогреватель; 12 - коллекторы экранов; 13 - горелки; 14 - опускные трубы; 15 - экраны; 16 - обмуровка; 17 - топка; 18 - барабан.

На рис. 18.1 не показаны установки для химической очистки воды от содержащихся в ней солей и термической очистки от растворенных газов (С0 2 , N 2 , 0 2), здание, в котором располагается котельная установка, и т. д.

При сжигании твердого топлива перед дымососом устанавливают золоотделители для очистки дымовых газов от золовой пыли, а перед горелками - систему приготовления топлива.
К числу общих требований, предъявляемых к котельным установкам, относятся надежность и долговечность работы при заданных параметрах, безопасность, легкость регулирования, низкая стоимость вырабатываемого пара (или теплоты).

В настоящее время при тепловой обработке строительных материалов и изделий основное количество расходуемой теплоты (более 90 %) получают от сжигания различных видов топлива непосредственно в топках печей, сушилок и других технологических установок, при этом некоторые из них в отличие от топочных устройств котельных установок работают с переменной тепловой нагрузкой в различные периоды обжига строительных изделий.