Теплоснабжение от автономных и крышных котельных установок. Поквартирное теплоснабжение

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

Котельная установка представляет собой тепловой генератор, в кото-ром химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабо-чего тела, в качестве которого используются вода и водяной пар. Рабочее тело, называемое в данном случае теплоносителем, транспортируется к те-плоприемникам потребителей и после использования теплового потенциа-ла вновь возвращается в котельную установку для повторения цикла.

По виду вырабатываемого теплоносителя котельные установки быва-ют паровыми и водогрейными. По назначению они подразделяются на три основных типа:

– энергетические - установки, производящие тепловую энергию для последующего преобразования ее в электрическую энергию и входящие поэтому в комплекс энергетических сооружений электрических станций.

В них вырабатывается перегретый водяной пар средних, высоких и сверх-критических параметров;

– производственные - установки, производящие тепловую энергию для технологических нужд различных производств. Они, как правило, яв-ляются паровыми, вырабатывающими сухой насыщенный или перегретый пар низких и средних параметров;

– отопительные - установки, производящие тепловую энергию для целей теплоснабжения городов. Как правило, они являются водогрейными

и предназначены для получения перегретой воды с температурой

Часто встречаются сочетания производственных и отопительных ко-тельных установок, вырабатывающих одновременно пар для производст-венно-технологических нужд и горячую воду для отопительно-бытовых целей.

Рабочие процессы паровой котельной установки схематически можно представить как два организованных потока - газов и жидкости, движу-щихся по одной и той же теплообменной системе и обменивающихся меж-ду собой энергией через разделяющие их металлические стенки, называе-мые поверхностями нагрева (рис. 5.1).

Организация потоков в котельных установках отличается большим разнообразием и зависит от многих факторов: назначения котельной и ее производительности, вида используемого топлива и способа сжигания, ро-да теплоносителя и методов его циркуляции, а также определяется задача-ми обеспечения максимального эффекта преобразования энергии топлива в тепловую энергию воды.

В соответствии с приведенной схемой собственно котлоагрегат вклю-чает в себя:

топочное устройство, в котором сжигается топливо и образуются топочные газы - высоконагретые продукты сгорания;

котел (металлическую емкость), внутри которого циркулирует теп-лоноситель и через поверхность которого передается теплота от га-зов к теплоносителю;

систему газоходов, служащих для удаления топочных газов в атмо-сферу;

устройства для подачи топлива и воздуха в топку, удаления остат-ков топливосжигания и продуктов сгорания, циркуляции теплоно-сителя;

системы трубопроводов воды, пара, воздуха, конструктивно выпол-ненных как единое целое с котлоагрегатом.

Котельная установка (рис. 5.2) -совокупность одного или несколь-ких котлоагрегатов, установленных в одном помещении и оборудованных общими вспомогательными устройствами топливоподготовки, шлакозоло-удаления, водоподготовки и питания котлов, очистки и удаления газов.

Подача дробленого топлива

	епрерывнаяН	продувка

2

Перегретый пар			Воздух
					Пар		ВПУ
						Питатель-
				ная вода
		Воздух			ПН
							Уходящие
						газы

Рис. 5.2. Технологическая схема котельной установки для производства водяного пара: 1 - топливный бункер; 2 - мельница для помола топлива; 3 - горелка; 4 - котлоагрегат; 5 - топочная камера; 6 - устройство золошлакоудаления; 7 - эк-ранные трубы; 8 - пароперегреватель; 9 - барабан котла; 10 - нижние коллектора экранов; 11 - экономайзер; 12 - воздухоподогреватель; 13 - воздухозаборный ко-роб; 14 - вентилятор; 15 - золоуловитель; 16 - устройство гидрозолоудаления; 17 - дымосос; 18 - дымовая труба; 19 - деаэратор; ВПУ - водоподготовительная установка; ПН - питательный насос

Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных уста-новок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, от-сутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемо-го пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от по-требителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвра-щаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанно-го пара.

Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добав-ки воды из какого-либо источника. Эта вода должна быть соответствую-щим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной , смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды - питательной , а вода, ко-торая циркулирует в контуре котла, котловой .

Паровой котел -это устройство,имеющее систему поверхностей на-грева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органи-ческого топлива. В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке, представляющей собой призматиче-скую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгора-ния в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства - горелки.

Топка в верхней части соединяется горизонтальным газоходом с од-ной или двумя призматическими вертикальными шахтами, называемыми по основному виду происходящего в них теплообмена конвективными шахтами.

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых дви-жется рабочая среда.

В зависимости от преимущественного способа передачи теплоты по-верхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиаци-онные - теплота передается в основном излучением; радиационно-конвективные - теплота передается излучением и конвекцией примерно в равных количествах; конвективные - теплота передается в основном кон-векцией.

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте располага-ются трубные плоские системы - топочные экраны, являющиеся радиа-ционными поверхностями нагрева.

Поверхность нагрева, в которой вода подогревается до температуры насыщения, называется экономайзером; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев - в пароперегревателе. Система трубных элементов котла, в которых движутся

питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образуют его па-роводяной тракт.

Водяные экономайзеры предназначены для охлаждения продуктов сгорания и подогрева питательной воды до поступления ее в испаритель-ную часть котельного агрегата. Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрега-та. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности - на ребристые и гладкотруб-ные, по степени подогрева воды - на некипящие и кипящие.

Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность те-плообмена, предназначенную для перегрева пара, полученного в испари-тельной части котельного агрегата. Пар движется внутри трубок, омывае-мых снаружи дымовыми газами.

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения необходимого тем-пературного режима металла поверхностей нагрева организуется непре-рывное движение рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе могут проходить однократно или многократно.

В первом случае котел называется прямоточным, а во втором - кот-лом с многократной циркуляцией.

Пароводяная система прямоточного котла представляет собой гидрав-лическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом. В прямоточных котлах нет четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегреватель-ной зон.

В котлах с многократной циркуляцией (рис. 5.2) существует замкну-тый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном, а внизу - коллектором. Коллектор - это заглушенная с торцов труба, в которую по длине ввариваются экран-ные трубы. Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверх-ностью, называемой зеркалом испарения . В барабане образовавшийся пар отделяется и поступает в пароперегреватель.

Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверх-высокого давлений загрязнение пара обуславливается еще и дополнитель-ным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые рас-64

творяются в паре. Примеси, уносимые с паром, откладываются в паропере-гревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделя-ются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специаль-ных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естест-венного или механического разделения воды и пара.

Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Механический инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при рез-ком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара.

В котлах с естественной циркуляцией питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижние коллектора экранов, откуда распределяется в обогреваемые экранные трубы, в кото-рых закипает. Циркуляция происходит за счет разности плотностей паро-водяной смеси в экранных трубах и воды в водоопускных трубах.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией для улучше-ния циркуляции дополнительно устанавливается циркуляционный насос, что позволяет осуществлять движение пароводяной смеси по наклонным и горизонтальным трубам.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600 °С. Стены топочной камеры выполняются из огнеупорного материала, их на-ружная часть покрывается теплоизоляцией. Частично охладившиеся в топ-ке продукты сгорания с температурой 900-1200 °С поступают в горизон-тальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направ-ляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов по-верхность нагрева - воздухоподогреватель, в котором воздух подогрева-ется перед подачей в топку котла. Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает тем-пературу его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20-25 °С повышает КПД примерно на 1 %.

Продукты сгорания за воздухоподогревателем называют уходящими газами; они имеют температуру 110-160 °С. Поскольку дальнейшая утили-зация теплоты нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа через золоуловитель удаляются в дымовую трубу.

Большое значение для надежной работы котла имеет качество пита-тельной воды. Несмотря на обессоливание и деаэрацию воды (удаление из воды коррозионно-активных газов О 2 и СО 2) на водоподготовительной ус-тановке, в котел непрерывно с питательной водой поступает некоторое ко-личество растворенных солей и взвешенных частиц. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и твердых частиц задерживается в котле, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличива-ется. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора, а на внутрен-ней поверхности экранных труб образуется накипь, плохо проводящая те-плоту. В результате экраны недостаточно охлаждаются движущейся в них средой и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэто-му часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой . Непрерывная про-дувка осуществляется из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана непрерывная про-дувка затруднена, поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются повышенные требования.

Назначение котельных.

Отопительные котельные предназначены для выработки теплоты, используемой для отопления и ГВС жилых, общественных и промышленных сооружений и зданий.

Производительность установок определяется как сумма максимальных часовых расходов теплоты на указанные цели при расчётной температуре наружного воздуха и расхода теплоты на собственные нужды.

Отопительно-производственные котельные предназначены для выработки теплоты, используемую для отопления и ГВС жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, а также для снабжения предприятия паром, используемого для технологических нужд.

Производственные котельные предназначены для выработки теплоэнергии технологического назначения. Имеют производительность, которую определяют по максимуму суточного графика с учётом потерь и собственных нужд.

Наибольшее распространение получили отопительные и отопительно-производственные котельные.

Котлы, установленные в системах производственного теплоснабжения, выпускают производительностью 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100 и 180 Гкал/ч.

Марки котлов:

· Газомазутные

ПТВМ – прямоточный теплофикационный водотрубный котёл башенного типа модернизированный;

КВГМ – котёл водотрубный газомазутный.

· Твердотопливные

КВТК – котёл водотрубный на твердом топливе с камерным сжиганием топлива;

КВТС – котёл водотрубный на твердом топливе со слоевым сжиганием топлива.

В водогрейных котлах не допустимо парообразование во избежание образования накипи, гидроудара. Для этого необходимо поддерживать постоянную скорость воды в системе, т.е. водогрейные котлы работают при постоянном расходе. Во избежание низкотемпературной коррозии на хвостовых поверхностях котла поддерживают температуру воды выше температуры точки росы. Температура точки росы при сжигании газа 54-57°С, при сжигании низкосернистого мазута 60°С, при сжигании высокосернистого – 90°С.

Выбор типа котельной проводится на основе технико-экономических расчётов. Количество и единичная мощность оборудования определяется по результатам тепловых схем потерь, при выборе оборудования следует стремиться к укрупнению единичной производительности.

В котельных отопительного назначения резервных котлов не устанавливают, в котельных промышленных и промышленно-отопительных вопрос о резервировании паровых котлов определяется требованиями внешних потребителей, если потребитель не допускает перерывов подачи пара, то в котельной устанавливают резервные паровые котлы.

Восполнение потерь воды в сети производится хим.очищенной водой, поэтому в котельной предусматривается хим.водоочистка 9 и деаэратор 6. Деаэратор вакуумного типа, давление в нём может быть от 0,07 до 0,6 кг/см 2 . Обычно деаэратор регулируется на давление 0,6 кг/см 2 . Деаэраторы могут работать с обогревом и без него. При работе без обогрева температура воды на входе в деаэратор должна быть на 5-10°С выше температуры насыщения по давлению в деаэраторе. При работе с обогревом температура воды на входе в деаэратор на 5-7°С ниже температуры насыщения по давлению в деаэраторе.

При этом нагрев хим.очищенной воды производится сетевой водой из котла, для нагрева воды до необходимой температуры перед деаэратором 6 устанавливается подогреватель хим.очищенной воды 4. Для нормальной работы водоочистки 9 температура перед ней должна быть 25-40°С, поэтому перед 9 вода должна быть нагрета горячей сетевой водой из котла 2 в водо-водяных подогревателях сырой воды 5. После водоочистки температура воды становиться на 5°С ниже температуры перед ней.

Рис. Тепловая схема водогрейной котельной. 1 – сетевой насос; 2 – водогрейные котлы; 3 – насос рециркуляции; 4 – подогреватель хим.очищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – деаэратор подпитки теплосети вакуумного типа; 7 – насос подпитки теплосети; 8 – насос сырой воды; 9 – хим.водоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – эжектор водоструйный; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос.

Сырая вода подаётся из магистрального водовода с помощью насоса сырой воды 8. После деаэратора 6 деаэрированная вода с помощью насоса подпитки теплосети 7 подаётся в обратную теп.сеть на всас сетевых насосов 1 на восполнение утечек воды в сети и поддержания давления в обратной магистрали.

Для утилизации тепла с выпаром деаэратора 6 устанавливается охладитель выпара 10, где пароводяная смесь отдаёт своё тепло хим.очищенной воде, которая поступает в деаэратор 6. Конденсат из охладителя выпара 10 откачивается с помощью водоструйного эжектора 11.

Для поддержания заданной температуры и расхода перед котлом делается узел рециркуляции с выходом котла на вход с помощью насоса рециркуляции 3.

Для поддержания постоянного расхода воды в котле и температуры на входе из котла предусматривается узел перепуска, т.е. часть воды проходит мимо котла.

Автономные котлы и котельные установки. К санитарнотехническим устройствам зданий условно можно отнести котельные и теплогенераторы тепловой мощностью от 3-20 кВт до 3000 кВт, которые в последнее время называют автономными (включая крышные и блочные - мобильные), и индивидуальные квартирные теплогенераторы. Они, как правило, предназначаются для теплоснабжения отдельного объекта (иногда небольшой группы рядом расположенных объектов) или индивидуальной квартиры, коттеджа.

Особенности проектирования и сооружения автономных котельных для различных типов гражданских объектов различны. Они регламентированы сводом правил СП 41-104-2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения».

Автономные котельные по размещению их в пространстве подразделяют на: отдельно стоящие, пристроенные к зданиям другого назначения, встроенные в здания другого назначения независимо от этажа размещения, крышные. Тепловая мощность встроенной, пристроенной и крышной котельной не должна превышать потребности в теплоте того здания, для теплоснабжения которого она предназначена.

В отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается возможность использования встроенной, пристроенной или крышной автономной котельной для теплоснабжения нескольких зданий, если тепловая нагрузка дополнительных потребителей не превысит 100 % тепловой нагрузки основного здания. Но при этом общая тепловая мощность автономной котельной не должна превышать следующих величин: 3,0 МВт - для крышной и встроенной котельной с котлами на жидком и газообразном топливе; 1,5 МВт - для встроенной котельной с котлами на твердом топливе. Общая тепловая мощность пристроенных котельных не ограничивается.

Для производственных зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий допускается проектирование и строительство пристроенных, встроенных и крышных котельных. Для котельных, пристроенных к зданиям указанного назначения, общая тепловая мощность устанавливаемых котлов, единичная производительность каждого котла и параметры теплоносителя не нормируются.

Для котельных, встроенных в производственные здания промышленных предприятий при применении котлов с давлением пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и температурой воды до 115 °С, тепловая мощность котлов не нормируется.

Крышные котельные для производственных зданий промышленных предприятий допускается проектировать с применением котлов с давлением пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и температурой воды до 115 °С.

Для жилых зданий допускается устройство пристроенных и крышных котельных с применением водогрейных котлов с температурой воды до 115 °С, при этом тепловая мощность котельной не должна быть более 3,0 МВт. Не разрешается встраивать котельные в жилые многоквартирные здания.

Для общественных, административных и бытовых зданий допускается проектирование встроенных, пристроенных и крышных котельных при применении:

• - водогрейных котлов с температурой нагрева воды до 115 °С;
• - паровых котлов с давлением насыщенного пара до 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2), удовлетворяющих условию (/- 100) Кt - температура насыщенного пара при рабочем давлении, °С; V - водяной объем котла, м 3 .

Не допускается проектирование крышных, встроенных и пристроенных котельных к зданиям детских дошкольных и школьных учреждений, к лечебным корпусам больниц и поликлиник с круглосуточным пребыванием больных, к спальным корпусам санаториев и учреждений отдыха.

Возможность установки крышной котельной на зданиях любого назначения выше отметки 26,5 м должна согласовываться с местными органами Государственной противопожарной службы.

Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех режимов:

максимального - при расчетной температуре наружного воздуха (в наиболее холодную пятидневку);

среднего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц;

Указанные расчетные температуры наружного воздуха принимаются в соответствии со СНиП 23-01-99* и СНиП 41-01-2003.

Расчетная производительность котельной определяется суммой расходов теплоты на отопление и вентиляцию при макси-

малъном режиме (максимальные тепловые нагрузки) и тепловых нагрузок на горячее водоснабжение при среднем режиме и расчетных нагрузок на технологические цели при среднем режиме. При определении расчетной производительности котельной должны учитываться также расходы теплоты на собственные нужды котельной, включая отопление в котельной.

Максимальные тепловые нагрузки на отопление (? 0П1ах, вентиляцию (?„ тах и средние тепловые нагрузки на горячее водоснабжение ?) Ит жилых, общественных и производственных зданий следует принимать по соответствующим проектам.

Технологические схемы и компоновка оборудования котельной должны обеспечивать: оптимальную механизацию и автоматизацию технологических процессов, безопасное и удобное обслуживание оборудования; наименьшую протяженность коммуникаций; оптимальные условия для механизации ремонтных работ; безопасную эксплуатацию без постоянного обслуживающего персонала путем автоматизации технологических процессов индивидуальных котельных.

На рис. 1.19 представлена примерная технологическая схема автономных источников теплоснабжения.

Нагретая в котле вода (первичный контур) поступает в подогреватели, где нагревает воду вторичного контура, поступающую в системы отопления, вентиляции, кондиционирования и ГВС, и возвращается в котел. В этой схеме контур циркуляции воды в котлах гидравлически изолирован от контуров циркуляции абонентских систем, что позволяет защитить котлы от подпитки их некачественной водой при наличии утечек, а в ряде случае вообще отказаться от водоподготовки и обеспечить надежный безнакипный режим котлов.

В автономных и крышных котельных ремонтные участки не предусматриваются. Ремонт оборудования, арматуры, приборов контроля и регулирования должен производиться специализированными организациями, имеющими соответствующие лицензии, с использованием их грузоподъемных устройств и баз.

Оборудование автономных котельных должно располагаться в отдельном помещении, недоступном для несанкционированного проникновения посторонних людей.

Для встроенных и пристроенных автономных котельных предусматривают закрытые склады хранения твердого или жидкого топлива, расположенные вне помещения котельной и здания, для теплоснабжения которого она предназначена.

• -с^сь

расширительный бак

теплообменник

регулирующий клапан

водоподготовка у станции

Рис. 1.19. Теплогидравлическая схема автономной (крышной) котельной

Оборудование автономных источников теплоснабжения. В настоящее время отечественная промышленность выпускает чугунные и стальные котлы, предназначенные как для сжигания газа, жидкого котельно-печного топлива, так и для слоевого сжигания сортированного твердого топлива на колосниковых решетках и во взвешенном (вихревом, псевдосжиженном) состоянии.

При необходимости твердотопливные котлы могут быть переоборудованы для сжигания газообразного и жидкого топлива путем установки на фронтальной плите соответствующих газогорел очных устройств или форсунок и автоматики к ним.

Из малометражных чугунных секционных котлов следует назвать котлы наиболее распространенной марки КЧМ различных модификаций. Малометражные стальные котлы выпускаются многими машиностроительными предприятиями различных ведомств в основном в качестве товаров народного потребления. По сравнению с чугунными котлами они менее долговечны (срок службы чугунных котлов до 20 лет, стальных - 8-10 лет), но они менее металлоемки и не столь трудоемки в изготовлении, и несколько дешевле на рынке котлов и оборудования.

Цельносварные стальные котлы более газоплотны, чем чугунные. Гладкая поверхность стальных котлов снижает их загрязнение с газовой стороны в процессе эксплуатации, они проще в ремонте и обслуживании. Экономичность (КПД) стальных котлов близка к показателям чугунных.

Кроме отечественных котлов на рынке котлов и котельновспомогательного оборудования в последние годы появилось много котлов зарубежных фирм, в том числе французских, немецких, английских, корейских, финских и др. Все они отличаются высоким качеством исполнения, хорошей автоматикой и приборами управления, отличным дизайном. Но розничные цены их при тех же теплотехнических характеристиках в 3-5 раз выше уровня цен на российское оборудование, поэтому они менее доступны для массового покупателя.

В автономных автоматизированных котельных рекомендуется применять высокоэффективные котлы полной заводской готовности с автоматизированными горелочными блоками (рис. 1.20). Как правило, КПД котлов должен быть не менее 92 %. Целесообразна поставка укрупненных блоков оборудования и трубопроводов, стыкующихся на месте монтажа. Число котлов в котельной должно быть не менее 2.

Рис. 1.20.

в г. Звенигороде

В табл. 1.7, 1.8 представлены технические характеристики отопительных котлов коммунального назначения компании «ЗИОСАБ».

Для крышных и встроенных котельных рекомендуется применять малогабаритные модульные котлы. Конструктивное исполнение котлов должно обеспечить удобство технологического обслуживания, быстрого ремонта отдельных узлов и агрегатов.

В котельных следует применять водяные горизонтальные секционные кожухотрубные и пластинчатые водоподогреватели, включаемые по противоточным схемам потоков теплоносителей.

В паровых котельных должны применяться пароводяные и емкостные подогреватели, оборудованные предохранительными клапанами со стороны нагреваемой среды, а также воздушными и спускными устройствами.

Каждый пароводяной подогреватель должен быть оборудован конденсатоотводчиком или регулятором перелива для отвода конденсата, штуцерами с запорной арматурой для выпуска воздуха и спуска воды и предохранительным клапаном, предусматриваемым в соответствии с требованиями ПБ 10-115-96 Госгортехнадзора России.

Таблица 1.7

Основные технические характеристики отопительных котлов ЗИОСАБ коммунального назначения

Наименование котла	Теплопро- тельность,		Масса, кг	Габариты дхшхв, мм	давление	температура воды на выходе, °С	Сопротивление по воде, кПа	тивление
ЗИОСАБ-2000
ЗИОСАБ-1000
ЗИОСАБ-500
Ставан-250
Ставай-125

Таблица 1.8

Параметры выбросов (природный газ/ЛЖТ) котлов ЗИОСАБ

Производительность водоподогревательных установок определяется по максимальным часовым расходам теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирование и расчетным расходом теплоты на ГВС. Число водоподогревателей должно быть не менее двух для каждого вида нагрузки, при этом в случае выхода из строя одного из них оставшиеся должны обеспечивать отпуск теплоты в режиме самого холодного месяца (для ГВС - максимального часового расхода).

В котельных рекомендуется применять бесфундаментные насосы, подачу и напор которых определяют теплогидравлическим расчетом. Число насосов первичного контура котельной следует принимать не менее двух, один из которых является резервным. Допускается применение сдвоенных насосов. Бесфундаментные насосы в системах теплопотребления допускается устанавливать без резерва (резервные насосы хранятся на складе).

Учитывая малогабаритность автономных источников теплоснабжения, число запорной арматуры на трубопроводах должно быть минимально необходимым, обеспечивающим надежную и безаварийную работу. Места установки запорной и регулирующей арматуры должны иметь искусственное освещение.

Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами, а на подающем трубопроводе при вводе (непосредственно после первой задвижки) и на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами, насосами, приборами учета расхода воды и теплоты установлено не более одного грязевика (или ферромагнитного фильтра).

Импортные котлоагрегаты и котельные должны иметь сопроводительную документацию на русском языке, включающую техническим паспорт, руководство по пуску и наладке и техническому обслуживанию, гарантийные обязательства, адреса производителей, поставщика и сервисной службы, аккредитованной в Российской Федерации.

В автономных котельных, работающих на жидком и газообразном топливе, следует предусматривать легкосбрасываемые (при взрыве) ограждающие конструкции из расчета 0,03 м 2 на 1 м 3 объема помещения, в котором находятся котлы.

Водно-химический режим работы автономной котельной должен обеспечить работу котлов, теплоиспользующего оборудования и трубопроводов без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутренних поверхностях. Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требований к качеству питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, качества исходной воды и количества и качества отводимых сточных вод.

Для встроенных и пристроенных автономных котельных на твердом или жидком топливе следует предусматривать склад топлива, расположенный вне помещения котельной и отапливаемых зданий, вместимостью, рассчитанной по суточному расходу топлива, исходя из условий хранения, не менее: твердого топлива - 7 суток; жидкого топлива - 5 суток.

Число резервуаров жидкого топлива при этом не нормируется. Для хранения твердого топлива следует предусматривать закрытый неотапливаемый склад.

Поквартирные системы теплоснабжения. Развитие рыночных отношений в нашей стране вызвало к жизни поквартирные системы теплоснабжения. Такие системы получили применение и в многоквартирных жилых домах, в том числе имеющих встроенные помещения общественного назначения. Так в ФРГ при новом строительстве и реконструкции старого жилого фонда поквартирные системы теплоснабжения получают преимущественное применение, позволяя жильцам вести индивидуальные использование теплогенераторов, учет энергетических ресурсов и их оплату поставщикам. В США такие системы развивались еще с довоенного времени, с оплатой теплоснабжения через автоматические монетоприемники.

Поквартирное теплоснабжение - обеспечение теплотой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения квартир в жилом здании. Система состоит из индивидуального источника теплоты - теплогенератора, трубопроводов горячего водоснабжения с водоразборной арматурой, трубопроводов отопления с

отопительными приборами и теплообменников систем вентиляции.

В качестве источников теплоты систем поквартирного теплоснабжения рекомендуется применять индивидуальные теплогенераторы - автоматизированные котлы полной заводской готовности на различных видах топлива, в том числе на природном газе, работающие без постоянного обслуживающего персонала.

Для многоквартирных жилых домов и встроенных помещений общественного назначения следует применять теплогенераторы с закрытой (герметичной) камерой сгорания, с автоматикой безопасности, обеспечивающей прекращение подачи топлива при прекращении подачи электроэнергии, при неисправности цепей защиты, при погасании пламени горелки, при падении давления теплоносителя ниже предельно допустимого значения, при достижении предельно допустимой температуры теплоносителя, при нарушении дымоудаления (рис. 1.21); с температурой теплоносителя до 95 °С; с давлением теплоносителя до 1,0 МПа.

В квартирах жилых домов высотой до 5 этажей допускается применение теплогенераторов с открытой камерой сгорания для систем горячего водоснабжения (скоростных проточных водонагревателей - АГВ, рис. 4.4, см. главу 4).

Атмосферная газовая горелка

Проточный теплообменник

Панель управления с контроллером самодиагностики

Рис. 1.21. Внутреннее устройство котла с атмосферной

газовой горелкой

В квартирах теплогенераторы общей теплопроизводительно-стью до 35 кВт можно устанавливать в кухнях, коридорах, в нежилых помещениях, а во встроенных помещениях общественного назначения - в помещениях без постоянного пребывания людей.

Теплогенераторы общей теплопроизводительностью свыше 35 кВт следует размещать в одном, специально отведенном помещении. Общая теплопроизводительность установленных в этом помещении теплогенераторов не должна превышать 100 кВт. Схемы параллельного включения нескольких однотипных котлов получили название каскадных.

Забор воздуха, необходимого для горения топлива, должен осуществляться:

• - для теплогенераторов с закрытыми камерами сгорания воздуховодами непосредственно снаружи здания;
• - для теплогенераторов с открытыми камерами сгорания - непосредственно из помещений, в которых они установлены.

Понятно, что при поквартирном теплоснабжении в многоэтажных зданиях к строительным конструкциям возникают дополнительные требования по устройству дымоходов для индивидуальных теплогенераторов. Дымоходы также могут быть индивидуальными и коллективными. Дымоход должен иметь вертикальное направление и не иметь сужений, запрещается прокладка их через жилые помещения.

К коллективному дымоходу могут присоединяться теплогенераторы одного типа (например, с закрытой камерой сгорания с принудительным дымоудалением), теплопроизводительность которых отличается не более чем на 30 % в меньшую сторону от теплогенератора с наибольшей теплопроизводительностью. К одному коллективному дымоходу следует присоединять не более 8 теплогенераторов и не более одного теплогенератора на этаж.

Выбросы продуктов сгорания следует, как правило, выполнять выше кровли здания. Допускается при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России осуществлять выброс дыма через стену здания, при этом дымоотвод следует выводить за пределы габаритов лоджий, балконов, террас, веранд и т.п.

Система вентиляции в помещениях с теплогенераторами должна обеспечивать нормативную кратность воздухообмена, но не менее 1 обмена в час.

При размещении теплогенератора в помещениях общественного назначения необходимо предусмотреть установку системы контроля загазованности с автоматическим отключением подачи газа для теплогенератора при достижении опасной концентрации газа в воздухе - свыше 10 % нижнего концентрационного предела распространения пламени природного газа.

Техническое обслуживание и ремонт теплогенераторов, газопровода, дымохода и воздуховода для забора наружного воздуха должны осуществляться специализированными организациями, имеющими свою аварийно-диспетчерскую службу.

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Газ безопасен только при технически грамотной эксплуатации

газового оборудования котельной».

В учебном пособии оператора приведены основные сведения о водогрейной котельной работающей на газообразном (жидком) топливе, рассмотрены принципиальные схемы котельных и систем теплоснабжения промышленных объектов. В пособии также:

• • представлены основные сведения из теплотехники, гидравлики, аэродинамики;

• • приведены сведения об энергетическом топливе и организации их сжигания;

• • освещены вопросы подготовки воды для водогрейных котлов и тепловых сетей;

• • рассмотрено устройство водогрейных котлов и вспомогательного оборудования газифицированных котельных;

• • представлены схемы газоснабжения котельных;

• • дано описание ряда контрольно-измерительных приборов и схем автоматического регулирования и автоматики безопасности;

• • уделено большое внимание вопросам эксплуатации котельных агрегатов и вспомогательного оборудования;

• • рассмотрены вопросы по предотвращению аварий котлов и вспомогательного оборудования, по оказанию первой помощи пострадавшим в результате несчастного случая;

• приведены основные сведения по организации эффективного использования теплоэнергетических ресурсов.

Данное учебное пособие оператора предназначено для переподготовки, обучения смежной профессии и повышения квалификации операторов газовых котельных, а также может быть полезно: для студентов и учащихся по специальности «Теплогазоснабжение» и оперативно – диспетчерского персонала при организации диспетчерской службы по эксплуатации автоматизированных котельных. В большей степени материал представлен для водогрейных котельных мощностью до 5 Гкал с газотрубными котлами типа “Турботерм”.

Предисловие	2
Введение	5
ГЛАВА 1. Принципиальные схемы котельных и систем теплоснабжения	8
1.3. Способы подключения потребителей к тепловой сети 1.4. Температурный график качественного регулирования отопительной нагрузки 1.5. Пьезометрический график
ГЛАВА 2.Основные сведения из теплотехники, гидравлики и аэродинамики	18
2.1. Понятие о теплоносителе и его параметрах 2.2. Вода, водяной пар и их свойства 2.3. Основные способы передачи тепла: излучение, теплопроводность, конвекция. Коэффициент теплопередачи, факторы влияющие на него
ГЛАВА 3. Свойства энергетического топлива и его горение	24
3.1. Общая характеристика энергетического топлива 3.2. Горение газообразного и жидкого (дизельного) топлива 3.3. Газогорелочные устройства 3.4. Условия устойчивой работы горелок 3.5. Требования «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» к горелочным устройствам
ГЛАВА 4. Водоподготовка и водно-химические режимы котельного агрегата и тепловых сетей	39
4.1. Нормы качества питательной, подпиточной и сетевой воды 4.2. Физико-химические характеристики природной воды 4.3. Коррозия поверхностей нагрева котла 4.4. Методы и схемы обработки воды 4.5. Деаэрация умягченной воды 4.6. Комплексно-метрический (трилонометрический) метод определения жесткости воды 4.7. Неисправности в работе водоподготовительного оборудования и методы их устранения 4.8. Графическая интерпретация процесса натрий-катионирования
ГЛАВА 5. Устройство паровых и водогрейных котлов. Вспомогательное оборудование котельной	49
5.1. Устройство и принцип работы паровых и водогрейных котлов 5.2. Стальные водогрейные жаротрубно-дымогарные котлы для сжигания газообразного топлива 5.3. Cхемы подачи воздуха и удаления продуктов горения 5.4. Арматура котлов (запорная, регулирующая, предохранительная) 5.5. Вспомогательное оборудование паровых и водогрейных котлов 5.6. Гарнитура паровых и водогрейных котлов 5.7. Внутренняя и наружная очистка поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов, водяных экономайзеров 5.8. Контрольно-измерительные приборы и автоматика безопасности котлов
ГЛАВА 6. Газопроводы и газовое оборудование котельных	69
6.1. Классификация газопроводов по назначению и давлению 6.2. Схемы газоснабжения котельных 6.3. Газорегуляторные пункты ГРП (ГРУ), назначение и основные элементы 6.4. Эксплуатация газорегуляторных пунктов ГРП (ГРУ) котельных 6.5. Требования «Правил безопасности в газовом хозяйстве»
ГЛАВА 7. Автоматизация котельных	85
7.1. Автоматические измерения и контроль 7.2. Автоматическая (технологическая) сигнализация 7.3. Автоматическое управление 7.4. Автоматическое регулирование водогрейных котлов 7.5. Автоматическая защита 7.6. Комплект средств управления КСУ-1-Г
ГЛАВА 8. Эксплуатация котельных установок	103
8.1. Организация работы оператора 8.2. Оперативнвя схема трубопроводов транспортабельной котельной 8.3. Режимная карта работы водогрейного котла типа «Турботерм» оборудованного горелкой типа Weishaupt 8.4. Инструкция по эксплуатации транспортабельной котельной (ТК) с котлами типа «Турботерм» 8.5. Требование «Правил по устройству и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов»
ГЛАВА 9. Аварии в котельных. Действие персонала по предотвращению аварий котлов	124
9.1. Общие положения. Причины аварий в котельных 9.2. Действие оператора в нештатных ситуациях 9.3. Газоопасные работы. Работы по наряду-допуску и по утвержденным инструкциям 9.4. Требование пожарной безопасности 9.5. Средства индивидуальной защиты 9.6.Оказание первой помощи пострадавшим в результате несчастного случая
ГЛАВА 10. Организация эффективного использования теплоэнергетических ресурсов	140
10.1. Тепловой баланс и КПД котла. Режимная карта котла 10.2. Нормирование расхода топлива 10.3. Определение себестоимости выработанной (отпущенной) теплоты
Список литературы	144

Подписавшись на Комплект Учебно-методических материалов для Оператора котельной, Вы бесплатно получите книгу “Определение знаний. Тест для оператора котельной”. А в дальнейшем будете получать от меня как бесплатные, так и платные информационные материалы.

ВВЕДЕНИЕ

Современная котельная техника малой и средней производи­тельности развивается в следующих направлениях:

• повышение энергетической эффективности путем всемерного снижения тепловых потерь и наиболее полного использования энергетического потенциала топлива;
• уменьшение габаритов котельного агрегата за счет интенси­фикации процесса сжигания топлива и теплообмена в топке и по­верхностях нагрева;
• снижение вредных токсичных выбросов (СО, NO x , SO v);
• повышение надежности работы котельного агрегата.

Новая технология сжигания реализуется, например, в котлах с пульсирующим горением. Топочная камера такого котла представ­ляет собой акустическую систему с высокой степенью турбулизации дымовых газов. В топочной камере котлов с пульсирующим горением отсутствуют горелки, а следовательно, и факел. Подача газа и воздуха осуществляется прерывисто с частотой примерно 50 раз в секунду через специальные пульсирующие клапаны, и процесс горения происходит во всем топочном объеме. При сжи­гании топлива в топке повышается давление, увеличивается ско­рость продуктов горения, что приводит к существенной интенси­фикации процесса теплообмена, возможности уменьшения габа­ритов и массы котла, отсутствию необходимости громоздких и дорогих дымовых труб. Работа таких котлов отличается низкими выбросами СО и N0 x . Коэффициент полезного действия таких котлов достигает 96 %.

Вакуумный водогрейный котел японской фирмы Takuma - это герметичная емкость, наполненная определенным количеством хорошо очищенной воды. Топка котла представляет собой жаро­вую трубу, находящуюся ниже уровня жидкости. Выше уровня воды в паровом пространстве установлены два теплообменника, один из которых включается в отопительный кон­тур, а другой - работает в системе горячего водоснабжения. Благодаря небольшому вакууму, автоматически поддерживае­мому внутри котла, вода закипает в нем при температуре ниже 100 о С. Испарившись, она конденсируется на теплообменниках и затем поступает обратно. Очищенная вода никуда не выводится из агрегата, и обеспечить необходимое ее количество несложно. Та­ким образом, была снята проблема химической подготовки котло­вой воды, качество которой является непременным условием на­дежной и долгой работы котельного агрегата.

Отопительные котлы американской фирмы Teledyne Laars - это водотрубные установки с горизонтальным теплообменником из оребренных медных труб. Особенностью таких котлов, получив­ших название гидронные, является возможность использова­ния их на неподготовленной сетевой воде. В этих котлах предусмат­ривается обеспечение высокой скорости протекания воды через теплообменник (более 2 м/с). Таким образом, если вода вызывает коррозию оборудования, образующиеся частицы будут отклады­ваться где угодно, только не в теплообменнике котла. В случае ис­пользования жесткой воды быстрый поток снизит или предотвра­тит образование накипи. Необходимость высокой скорости приве­ла разработчиков к решению максимально уменьшить объем водя­ной части котла. В противном случае нужен слишком мощный цир­куляционный насос, потребляющий большое количество элект­роэнергии. В последнее время на российском рынке появилась продукция большого числа зарубежных фирм и совместных иностранных и российских предприятий, разрабатывающих самую разнообразную котельную технику.

Рис.1. Водогрейный котел марки Unitat международной компании LOOS

1 – горелка; 2 – дверца; 3 – гляделка; 4 – тепловая изоляция; 5 – газотрубная поверхность нагрева; 6 – лючок в водяное пространство котла; 7- жаровая труба (топка); 8 – патрубок подвода воды в котел; 9 – патрубок для отвода горячей воды; 10 – газоход отходящих газов; 11 – смотровое окно; 12 – дренажный трубопровод; 13 – опорная рама

Современные водогрейные и паровые котлы малой и средней мощности часто выполняются жаротрубными или жарогазотрубными. Эти котлы отличаются высоким КПД, низки­ми выбросами токсичных газов, компактностью, высокой степе­нью автоматизации, простотой эксплуатации и надежностью. На рис. 1 приведен комбинированный жарогазотрубный во­догрейный котел марки Unimat международной компании LOOS. Котел имеет топку, выполненную в виде жаровой трубы 7, омы­ваемую с боковых сторон водой. В переднем торце жаровой трубы имеется откидывающаяся дверца 2 с двухслойной тепловой изоля­цией 4. В дверце установлена горелка 1. Продукты горения из жаро­вой трубы поступают в конвективную газотрубную поверхность 5, в которой совершают двухходовое движение, а затем по газоходу 10 покидают котел. Подвод воды в котел осуществляется по патрубку 8, а отвод горячей воды - по патрубку 9. Наружные поверхности котла име­ют тепловую изоляцию 4. Для наблюдения за факелом в дверце установлена гляделка 3. Осмотр состояния наружной части газо­трубной поверхности может быть выполнен через лючок 6, а тор­цевой части корпуса - через смотровое окно 11. Для слива воды из котла предусмотрен дренажный трубопровод 12. Котел устанавли­вается на опорную раму 13.

В целях оценки эффективного использования энергетических ресурсов и снижения затрат потребителей на топливо- и энергообеспечение Законом “Об энергосбережении” предусматривается проведение энергетических обследований. По результатам этих обследований разрабатываются мероприятия по улучшению теплосилового хозяйства предприятия. Эти мероприятия следующие:

• • замена теплоэнергетического оборудования (котлов) на более современные;

• • гидравлический расчет тепловой сети;

• • наладка гидравлических режимов объектов теплопотребления;

• • нормирование теплопотребления;

• • устранение дефектов ограждающих конструкций и внедрение энергоэффективных конструкций;

• переподготовка, повышение квалификации и материальное стимулирование персонала за эффективное использование ТЭР.

Для предприятий, имеющих собственные источники тепла, необходима подготовка квалифицированных операторов котельной. К обслуживанию котлов могут быть допущены лица, обученные, аттестованные и имеющие удостоверение на право обслуживания котлов. Данное учебное пособие оператора как раз и служит для решения данных задач.

ГЛАВА 1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОТЕЛЬНЫХ И СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной работающей на газовом топливе

На рис. 1.1 представлена принципиальная тепловая схема во­догрейной котельной, работающей на закрытую систему горяче­го водоснабжения. Основное преимущество такой схемы – относительно невысокая производительность водоподготовительной установки и подпиточных насосов, недостаток – удоро­жание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения (необходимость установки теплообменных аппаратов, в которых теплота передается от сетевой воды к воде, идущей на нужды горячего водоснабжения). Водогрейные котлы надежно работа­ют только при поддержании в заданных пределах постоянного расхода воды, проходящей через них, независимо от колебаний тепловой нагрузки потребителя. Поэтому в тепловых схемах во­догрейных котельных предусматривают регулирование отпуска тепловой энергии в сеть по качественному графику, т.е. по из­менению температуры воды на выходе из котла.

Для обеспече­ния расчетной температуры воды на входе в тепловую сеть в схеме предусматривается возможность подмешивания к выходящей из котлов воде через перепускную линию необходимого ко­личества обратной сетевой воды (G пер). Для устранения низко­температурной коррозии хвостовых поверхностей нагрева котла к обратной сетевой воде при ее температуре менее 60 °С при ра­боте на природном газе и менее 70-90 °С при работе на мало и высокосернистом мазуте при помощи рециркуляционного на­соса осуществляется подмешивание горячей воды, выходящей из котла к обратной сетевой воде.

Рис 1.1. Принципиальная тепловая схема котельной. Одноконтурная, зависимая с насосами рециркуляции

1 – котел водогрейный; 2-5- насосы сетевой, рециркуляционный, сырой и подпиточной воды; 6- бак подпиточной воды; 7, 8 – подогреватели сырой и химически очищенной воды; 9, 11 – охладители подпиточной воды и выпара; 10 – деаэратор; 12 – установка химической очистки воды.

Рис.1.2. Принципиальная тепловая схема котельной. Двухконтурная, зависимая с гидропереходником

1 – котел водогрейный; 2-насос циркуляционный котла; 3- насос отопления сетевой; 4- насос вентиляции сетевой; 5-насос ГВС внутреннего контура; 6- насос ГВС циркуляционный; 7-водоводяной подогреватель ГВС; 8-фильтр-грязевик; 9-водоподготовка реагентная; 10-гидропереходник; 11-мембранный бак.

1.2. Принципиальные схемы тепловых сетей. Открытые и закрытые тепловые сети

Водяные системы теплоснабжения делятся на закрытые и открытые. В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается. В открытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется как теплоноситель и частично или полностью отбирается из сети для горячего водоснабжения и технологических целей.

Основные преимущества и недостатки закрытых водяных систем теплоснабжения:

• • cтабильное качество поступающей в абонентские установки горячей воды, не отличающееся от качества водопроводной воды;

• простота санитарного контроля местных установок горячего водоснабжения и контроля плотности теплофикационной системы;

• • сложность оборудования и эксплуатации абонентских вводов горячего водоснабжения;

• • коррозия местных установок горячего водоснабжения из-за поступления в них недеаэрированной водопроводной воды;

• • выпадение накипи в водо-водяных подогревателях и трубопроводах местных установок горячего водоснабжения при водопроводной воде с повышенной карбонатной (временной) жесткостью (Ж к ≥ 5 мг-экв/кг);

• при определенном качестве водопроводной воды приходится при закрытых системах теплоснабжения принимать меры для повышения антикоррозионной стойкости местных установок горячего водоснабжения или устанавливать на абонентских вводах специальные устройства для обескислороживания или стабилизации водопроводной воды и для защиты от зашламления.

Основные преимущества и недостатки открытых водяных систем теплоснабжения:

• • возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциальных (при температуре ниже 30-40 о С) тепловых ресурсов промышленности;

• • упрощение и удешевление абонентских вводов и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;

• возможность использования для транзитного тепла однотрубных линий;

• • усложнение и удорожание станционного оборудования из-за необходимости сооружения водоподготовительных установок и подпиточных устройств, рассчитанных на компенсацию расходов воды на горячее водоснабжение;

• • водоподготовка должна обеспечить осветление, умягчение, деаэрацию и бактериологическую обработку воды;

• • нестабильность воды, поступающей в водоразбор, по санитарным показателям;

• • усложнение санитарного контроля за системой теплоснабжения;

• усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения.

1.3. Температурный график качественного регулирования отопительной нагрузки

Существует четыре метода регулирования отопительной нагрузки: качественное, количественное, качественно-количественное и прерывистое (пропусками). Качественное регулирование заключается в регулировании отпуска тепла изменением температуры горячей воды при сохранении постоянного количества (расхода) воды; количественное – в регулировании отпуска тепла изменением расхода воды при постоянной его температуре на входе в регулируемую установку; качественно-количественное – в регулировании отпуска тепла одновременным изменением расхода и температуры воды; прерывистое, или, как его принято называть, регулирование пропусками – в регулировании подачи тепла периодическим отключением отопительных установок от тепловой сети. Температурный график при качественном регулировании отпуска тепла для систем отопления, оборудованных нагревательными приборами конвективно- излучающего действия и подключенных к тепловой сети по элеваторной схеме, рассчитывается на основании формул:

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

где Т 1 – температура сетевой воды в подающей магистрали (горячей воды), о С; Т 2 – температура воды, поступающей в тепловую сеть из отопительной системы (обратной воды), о С; Т 3 – температура воды поступающей в отопительную систему, о С; t н – температура наружного воздуха, о С; t вн – температура внутреннего воздуха, о С; u – коэффициент смешения; те же обозначения с индексом «р» относятся к расчетным условиям. Для систем отопления, оборудованных нагревательными приборами конвективно- излучающего действия и подключенных к тепловой сети непосредственно, без элеватора, следует принимать u = 0 и Т 3 = Т 1 . Температурный график качественного регулирования тепловой нагрузки для г.Томска приведен на рис.1.3.

Независимо от принятого метода центрального регулирования, температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети должна быть не ниже уровня, определяемого условиями горячего водоснабжения: для закрытых систем теплоснабжения – не ниже 70 о С, для открытых систем теплоснабжения – не ниже 60 о С. Температура воды в подающем трубопроводе на графике имеет вид ломаной линии. При низких температурах t н < t н.и (где t н.и – наружная температура, соответствующая излому температурного графика) Т 1 определяется по законам принятого метода центрального регулирования. При t н > t н.и температура воды в подающем трубопроводе постоянна (Т 1 = Т 1и = const), и регулирование отопительных установок может производиться как количественным, так и прерывистым (местными пропусками) методом. Количество часов ежесуточной работы отопительных установок (систем) при этом диапазоне температур наружного воздуха определяется по формуле:

n = 24 * (t вн.р – t н) / (t вн.р – t н.и)

Пример: Определения температур Т 1 и Т 2 для построения температурного графика

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

Пример: Определения количества часов ежесуточной работы отопительных установок (систем) при диапазоне температур наружного воздуха t н > t н.и. Температура наружного воздуха равна t н = -5 о С. В этом случае в сутки отопительная установка должна работать

n = 24 * (20 – (-5) / (20 – (-11) = 19,4 час/сутки.

1.4. Пьезометрический график тепловой сети

Напоры в различных точках системы теплоснабжения определяются с помощью графиков напоров воды (пьезометрических графиков), которые учитывают взаимное влияние различных факторов:

• • геодезического профиля теплотрассы;

• • потерь напора в сети;

• высоты системы теплопотребления и т.д.

Гидравлические режимы работы тепловой сети подразделяются на динамический (при циркуляции теплоносителя) и статический (при состоянии покоя теплоносителя). При статическом режиме напор в системе устанавливается на 5 м выше отметки наивысшего положения воды в ней и изображается горизонтальной линией. Линия статического напора для подающего и обратного трубопроводов одна. Напоры в обоих трубопроводах выравнены, так как трубопроводы сообщаются с помощью систем теплопотребления и перемычек подмешивания в элеваторных узлах. Линии напоров при динамическом режиме для подающего и обратного трубопроводов различны. Уклоны линий напоров всегда направлены по ходу теплоносителя и характеризуют потери напора в трубопроводах, определяемые для каждого участка по гидравлическому расчету трубопроводов тепловой сети. Выбор положения пьезометрического графика производится исходя из следующих условий:

• • давление в любой точке обратной магистрали не должно быть выше допускаемого рабочего давления в местных системах. (не более 6 кгс/см 2);

• • давление в обратном трубопроводе должно обеспечить залив верхних приборов местных систем отопления;

• • напор в обратной магистрали во избежание образования вакуума не должен быть ниже 5-10 м.вод.ст.;

• • напор на всасывающей стороне сетевого насоса не должен быть ниже 5 м.вод.ст.;

• • давление в любой точке подающего трубопровода должно быть выше давления вскипания при максимальной (расчетной) температуре теплоносителя;

• располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора на абонентском вводе при расчетном пропуске теплоносителя.

В большинстве случаев при перемещении пьезометра вверх или вниз не представляется возможным установить такой гидравлический режим, при котором все подключаемые местные системы отопления могли бы быть присоединены по самой простой зависимой схеме. В этом случае следует ориентироваться на установку на вводах у потребителей в первую очередь регуляторов подпора, насосов на перемычке, на обратной или подающей линиях ввода или выбрать присоединение по независимой схеме с установкой у потребителей отопительных водоводяных подогревателей (бойлеров). Пьезометрический график работы тепловой сети приведен на рис.1.4

Перечислите основные элементы системы теплоснабжения. Дайте определение открытой и закрытой тепловой сети, назовите достоинства и недостатки данных сетей.

1. 1. Напишите на отдельном листе основное оборудование вашей котельной и его характеристики.

1. 1. Какие по устройству вы знаете тепловые сети. По какому температурному графику работает ваша тепловая сеть?

1. 1. Для какой цели служит температурный график? Чем определяется температура излома температурного графика?

1. 1. Для какой цели служит пьезометрический график? Какую роль выполняют элеваторы, если они у вас есть, в тепловых узлах?

1. На отдельном листе перечислите особенности работы каждого элемента cистемы теплоснабжения (котла, тепловой сети, потребителя тепла).Всегда учитывайте данные особенности в своей работе! Учебное пособие оператора, вместе с комплектом тестовых заданий, должно стать настольной книгой для уважающего свой труд оператора.

Комплект Учебно методических материалов для Оператора котельной стоит 760 руб .Он опробирован в учебных центрах при подготовке операторов котельной, отзывы самые хорошие, как слушателей, так и преподавателей Спецтехнологии. КУПИТЬ