Отопительные котлы служат для выработки теплоносителя — горячей воды с расчетной максимальной температурой 95—115 °С, а перегретой воды с расчетной максимальной температурой 150 или 130 °С. Температура обратной воды, поступающей из систем теплоснабжения, составляет 70 °С.
Площадь поверхности нагрева котлов измеряют в условных квадратных метрах (укм) или в квадратных метрах условной поверхности нагрева.
Условный квадратный метр — площадь поверхности нагрева чугунного секционного котла, которая при работе с ручными топками на грохоченом антраците и тепловом напряжении зеркала горения 580 кВт дает 11,6 кВт теплоты при КПД 70 %. Этот измеритель введен для того, чтобы у планирующих организаций и заводов-изготовителей главным показателем эффективности был не общий валовой выпуск котлов в квадратных метрах, а выпуск в качественно новых единицах. В то же время укм необходим для оценки конструкции, так как учитывает эффективность использования металла. Тепловые расчеты котлов производят по фактической площади поверхности нагрева в физических квадратных метрах.
Для технологических нужд предприятий и теплоснабжения отопительно-вентиляционных устройств устанавливают паровые котлы, вырабатывающие насыщенный пар (давление до 1,3 МПа) или перегретый (до 350 °С).
Отопительные котельные по характеру обслуживания систем разделяют на местные (домовые или групповые), квартальные и районные. В местных котельных производительностью до 5,8 мВт (5 Гкал/ч) применяют чугунные котлы, в квартальных и районных котельных используют теплофикационные водогрейные котлы типа ТВГМ производительностью до 34,8 мВт (30 Гкал/ч) и пиковые водогрейные котлы типа ПТВМ производительностью до 58 мВт (50 Гкал/ч).
Чугунные котлы устанавливают для систем отопления с естественной и принудительной циркуляцией. Выпускаемые в настоящее время чугунные секционные котлы приспособлены для сжигания твердого топлива и предназначены для нагрева воды температурой не выше 115 °С и выработки пара давлением не более 0,07 МПа. Для сжигания твердого топлива котлы оборудуют горизонтальной колосниковой решеткой с ручным обслуживанием, при сжигании газа или мазута топку дооборудуют соответственно газовой горелкой или форсункой.
Чугунные секционные котлы шатрового типа по конструкции являются универсальными. Котлы можно приспособить для сжигания твердого, газообразного и жидкого топлива. При переоборудовании котла для сжигания газообразного топлива из него удаляют колосниковую решетку и фронтальную плиту с загрузочной и зольниковой дверцами. Вместо них с фронта котла или под котлом устанавливают газовые горелки с автоматикой и соответствующим оборудованием. При переоборудовании котлов для сжигания жидкого топлива вместо газовой горелки устанавливают форсунку.
Для защиты от прямого действия факела задние секции котла в камере горения частично изолируют огнеупорным кирпичом. Камеру горения оборудуют взрывным клапаном для предохранения котла от разрушения при случайном взрыве топливных паров и газов.
Расчетный теплосъем с 1 м2 поверхности нагрева водогрейных чугунных секционных котлов принимают в зависимости от вида сжигаемого топлива: для антрацита АК — до 16,2 кВт (14 000 ккал/ч), для рядового антрацита АРШ — до 13 кВт (11 000 ккал/ч), для газа —до 14 кВт (12 000 ккал/ч), для жидкого топлива — до 13 кВт. Для паровых котлов расчетный теплосъем на 1,16 кВт (1000 ккал/ч) меньше.
Чугунные автоматизированные водогрейные отопительные котлоагрегаты ГАЗ-900 работают на газообразном топливе и предназначены для теплоснабжения зданий при температуре воды до 115 °С и рабочем давлении 0,6 МПа. КПД котлов 90—93 %. Производительность котлоагрегата значительно выше, чем у чугунных котлов.
Котлоагрегат ГАЗ-900 поставляется комплектом. В комплект поставки входят пакет котельных секций в сборе, горелки ИГК-60м, автоматика типа АМКО, арматура, гарнитура, предназначенная для обслуживания котлоагрегата и защиты его обмуровки от разрушения при взрыве, контрольно-измерительные приборы, дымосос, газовые коллекторы в пределах котла. Система автоматики АМКО обеспечивает продувку, пуск, защиту, регулирование теплопроизводительности, рабочую и аварийную сигнализацию, запоминание причины аварии, а также сообщение на диспетчерский пункт о нарушении работы котлоагрегата.
Автоматизированный котлоагрегат «Факел» для работы на жидком и газообразном топливе, изготовленный на ОАО «Минский завод отопительного оборудования» (Республика Беларусь), предназначен для теплоснабжения зданий при температуре воды до 115 °С, рабочем давлении до 0,6 МПа и КПД 87 %.
Котлоагрегат поставляется комплектом, в который входят собранный пакет котельных секций ФМ-27 для жидкого топлива или горелки ФМ-34 для газообразного топлива, форсунка топлива, автоматика АМКО-К-Ш для жидкого и АМКО-К-I для газообразного топлива, дымосос ДМ-10 и запорно-регулирующая арматура.
Отопительный водогрейный прямоточный котел «Братск», работающий на твердом топливе, с ручной загрузкой топлива и полумеханической очисткой конвективной поверхности нагрева путем обдувки сжатым воздухом выпускает Братский завод отопительного оборудования. Максимально допустимое давление воды в котле 0,6 МПа, температура до 115 °С, КПД котла 77 %. Котел состоит из двух пакетов чугунных секций и топочного экрана из прокатно-сварных стальных секций. Снаружи котел покрыт стальным кожухом с теплоизоляцией.
Котлоагрегат «Братск-1» отличается от котла «Братск» наличием механической топки с шурующей планкой для подачи твердого топлива и бункера на колосниковую решетку. Шуровка и перемещение слоя горящего топлива, а также сброс шлака с колосниковой решетки производятся механизированно. КПД котла 77 %. Рабочее давление воды в котлоагрегате до 0,6 МПа, температура до 115 °С.
В состав котлоагрегата «Универсал-6М», работа которого основана на использовании бурых и каменных углей, входит механическая топка и котел «Универсал-6М». Механическая топка состоит из электродвигателя с червячным редуктором, беспровальной трубной решетки, вентилятора с электродвигателем, шурующей планки (охлаждаемой проточной водой), коллектора вторичного дутья, топливного бункера с секторным питателем и автоматики, представленной в виде пульта управления, исполнительных органов и датчиков. Электрическая система автоматики способствует управлению шурующей планки, как в ручном, так и в автоматическом режиме, обеспечивает защиту котлоагрегата при изменении контролируемых параметров, аварийную и рабочую сигнализацию.
Котлы «Универсал-6М» пользуются повышенным спросом. Широкое распространение обусловлено возможностью использования газового топлива в условиях существенного снижения напряжения поверхности нагрева. Котел данного типа предусматривает работу с максимальной температурой нагрева воды 115 °С и со статическим давлением, не превышающим 0.6 МПа. Газовые котельные предусматривают возможность установки котлов «Универсал», тепловое напряжение его поверхности нагрева не должно превышать показателей, указанных в таблице.
Тепловые напряжения котлов
| Котел | Допускаемое тепловое напряжение поверхности нагрева, кВт-ч | |
| на 1 укм | на 1 м2 | |
| «Энергия-6» | 7,0 | 14 |
| «Универсал» | 7,7 | 14 |
Перед началом сборки котла необходимо устроить на заранее изготовленной бетонной подготовке основание под котел, представленное обыкновенным глиняным кирпичом на растворе из глины. После установки основания укладываются стены зольника до колосниковых балок. Топка выкладывается из огнеупорных кирпичей. Спустя 2 – 3 дня по окончании кладки сверху на стенки топки нужно установить секции котла.
Секции соединяются с помощью безрезьбовых ниппелей в строгой последовательности. В ниппельные отверстия головок секций вставляются заранее подогнанные, смазанные суриком с олифой ниппели. Ниппели вставляются легкими ударами деревянного молотка. Асбестовый шнур нужно смочить в сурике с олифой, обернуть его вокруг свободного конца ниппеля и надеть следующую секцию. С помощью монтажных болтов нужно стянуть секции одновременно как по верхним, так и по нижним головкам так, чтобы межсекционный зазор после натяга не превышал 2 мм.
В такой последовательности нужно собрать сначала правый, а затем левый пакеты. По окончанию сборки вместо монтажных болтов нужно установить постоянные стяжные болты. Собранный котел должен пройти испытание гидравлическим давлением, который равен полуторакратному рабочему давлению (не меньше 0.4 МПа). Под давлением котел оставляют на 5 минут и за это время не должно возникнуть течи в соединениях и потения стенок секций котла. Если такие признаки все же появляются, котел считается бракованным. Если невозможно устранить течь в соединениях, котел необходимо разобрать и собрать еще раз.
Предназначение стальных водогрейных котлов состоит в осуществлении централизованного теплоснабжения, как отдельных районов, так и городов.
Водогрейным котлам ТВГ свойственен вид прямоточных секционных теплогенераторов с принудительной циркуляцией воды. Они оборудованы вентилятором и отдельным дымососом.
Модифицированные котлы ТВГ, в которых происходит сжигание мазута, в отличие от газовых обладают меньшим количеством экранов топки.
Котлы типа ПТВМ большой и средней производительности, применяемые в больших районных котельных, способны работать на мазуте и газообразном топливе. Их топки представлены в виде прямоугольных шахт. Пол и стены топки закрываются экранами с небольшим шагом расположения труб, благодаря чему они позволяют использование легкой обмуровки, вместо тяжелой кирпичной. Работа котла происходит по прямоточной схеме. Котлы, предполагающие работу с естественной тягой, оснащаются дымовой трубой, высота которой составляет 40 метров. Кроме того, они комплектуются запально-защитными устройствами, арматурой, электроприводами и исполнительными механизмами. Топочная камера оснащается газомазутными горелками, причем с каждой стороны устанавливается по шесть горелок. Данные котлы, из-за большого нагромождения горелок, усложняющих схему газооборудования и автоматику котла, предполагают установку турбинных газовых горелок, обеспечивающих оптимальное соотношение воздуха и газа без автоматической регулировки. Такие котлы могут устанавливаться в котельных с полуоткрытой компоновкой.
Водогрейные теплофикационные котлы ПТВМ-100 при температуре воды на выходе 150 °С, расчетном давлении воды 2.5 МПа (минимальное давление 0.8 МПа), обладают теплопроизводительностью 116 мВт (100 Гкал/ч).
Прямоточные котлы КВ-ГМ, работающие на газомазутном топливе, и котлы КВ-ТС, действующие на твердом топливе устанавливаются, как правило, на крупных отопительных котельных. Теплопроизводительность данных котлов составляет 4.65 – 35 мВт (от 4 до 30 Гкал/ч). Используются они с целью нагрева воды до температуры 150-200 °С, при этом разность температур на выходе составляет 80 °С.
Собираются данные котлы из однотипных элементов. В их состав входят два транспортабельных блока – горизонтально-топочный блок и конвективный вертикальный блок, состоящий из трубчатых змеевиков, диаметр которых составляет 28x3 мм.
При высоте котлов 2080-2660 мм и ширине 1860-2400 мм их длина составляет 3966-6000 мм.
Стены топочных камер экранируются с помощью стальных труб диаметром 64x3 мм.
С целью теплоснабжения сельскохозяйственных помещений и зданий используются стальные паровые котлы, у которых рабочее давление пара составляет 0.07 МПа, котлы КВ-300М (массой 1490 кг и площадью поверхности нагрева 14 м2) и котлы КВ-300 (массой 1200 кг и площадью нагрева поверхности 12 м2).
Теплоснабжение коттеджей и частных домов происходит, как правило, с помощью индивидуальной котельной. Котлы для индивидуальных котельных могут быть двух видов: одноконтурные (отапливаемые помещения) и двухконтурные (кроме отапливания еще выполняют функцию нагрева водопроводной воды).
Одноконтурный котел оснащен одной спиралью с теплоносителем, которая предназначена исключительно для отопления помещения. Заполняется данная спираль водой или антифризом. Одноконтурная система предполагает нагрев теплоносителя в котле, затем он проходит по радиаторам и трубам, снова возвращаясь в котел. Одноконтурные котлы отличаются удобством и надежностью.
Двухконтурный котел оснащается двумя спиралями, благодаря которым происходит отапливание помещения и нагревание воды. Данная система может действовать не только от двухконтурного, но и от одноконтурного котла. В водонакопителе для водопровода, подключенного к котлу, происходит нагрев спирали с теплоносителем.
Нагревательные котлы бывают следующих типов:
Напольные газовые котлы разделяются на две главные группы – с надувными горелками и атмосферными. Котлам с надувными горелками свойственен более высокий показатель КПД и высокая стоимость, ведь стоимость надувной горелки не входит в общую стоимость котла. Газовым котлам с атмосферной горелкой свойственны: более широкий диапазон работы при возникновении колебаний газа в трубопроводах, низкий уровень шума во время работы и низкая стоимость, ведь горелка обязательно входит в комплектацию котла.
«Buderus Logano G124WS» (атмосферный газовый котел производства Германии) - представлен низкотемпературным отопительным котлом, который используется для работы на сжиженном и природном газе. Ему свойственно плавное регулирование температуры котловой воды. Данный котел отличается наличием четырех сертифицированных типоразмеров, номинальная производительность которых составляет 20 – 32 кВт.
Настенный газовый котел – это небольшая мини-котельная. Они бывают двух типов: с открытой камерой сгорания (с естественной тягой) и с закрытой камерой сгорания (предполагающей принудительный отвод продуктов сгорания). В корпусе котла расположены теплообменник, горелка, устройство управления, манометр, расширительный бак, термометр, циркуляционный насос и другие элементы, которые обеспечивают полноценную работу котельной.
Одноконтурный настенный газовый котел используется с целью индивидуального отопления зданий и помещений, в то время как двухконтурный предназначен для отопления и ГВС (горячего водоснабжения).
Принцип действия двухтопливных и дизельных котлов основан на использовании газообразного и жидкого топлива. Зависимо от того, какой вид топлива применяется, котлы оснащаются газовыми или жидкотопливными горелками.
Атмосферный газовый котел марки «Kiturami TGB» (производства Южной Кореи) являет собой напольный двухконтурный газовый котел серии TGB. Используются они для отопления производственных и жилых помещений, площадь которых не превышает 350 м2 и для горячего водоснабжения (при максимальном расходе горячей воды 20.0 л/мин.). Специфика конструкции данного котла практически идентична дизельному котлу, благодаря чему возникает возможность перехода на другое топливо с заменой блока управления и горелки.
Настенные газовые котлы марки «Dakon DUA Kompakt 24CT»(производства Чехии) используются для подготовки горячего водоснабжения и отопления помещений.
«Buderus Logano G115WS» (котел работает на жидком и газообразном топливе, производства Германии) – это низкотемпературный чугунный отопительный котел, которому свойственна плавная регулировка температуры котловой воды. Выпускается данный котел в трех сертифицированных типоразмерах, номинальная теплопроизводительность которых составляет от 17 до 40 кВт.
«Dakon DOR» (твердотопливные котлы, производства Чехии) – это современный водогрейный котел новой конструкции, работающий на твердом топливе. Стальным котлам DOR свойственно оснащение регуляторами тяги и термоманометрами. В качестве главного топлива преимущественно используется уголь, а в качестве резервного – сжигание дров. Моделям котлов с индексом «D» свойственно наличие топки довольно большого размера, при этом для них в качестве основного топлива используются дрова, а в качестве резервного – уголь.
Главное преимущество твердотопливных котлов состоит в невысокой стоимости и доступности твердого топлива. При этом в связи с необходимостью регулярной загрузки топлива твердотопливные котлы не способны работать в автоматическом режиме, что создает определенные неудобства в использовании.
Сегодня компании-производители производят не только классические твердотопливные котлы, но и котлы, позволяющие оснащение навесными горелками для жидкого топлива и газа. Некоторые компании предлагают также котлы, оснащенные двумя камерами сгорания – для жидкого и твердого топлива, которые разделены между собой, они также могут быть оборудованы встроенными ТЭНами, благодаря чему, возникает возможность работы котлов на всех основных видах топлива.
Электрическим котлам свойственны доступность в цене, минимальные расходы на монтаж, безопасность, удобство и простота эксплуатации, экологичность, бесшумность работы и отсутствие необходимости использования котельной. Среди факторов, ограничивающих применение электрических котлов, стоит отметить высокую стоимость электроэнергии и ограничение использования, ведь не каждый участок обладает достаточной электрической мощностью.
Различают два вида электрических котлов невысокой мощности: трехфазные (380 В) и однофазные (220 В). Электрические котлы, мощность которых превышает 12 кВт, бывают только трехфазными.
Электрические котлы марки «Dakon PTE» (производства Чехии) представлены прямоотопительнымы водогрейными электрокотлами, которые используются с целью нагрева воды в отопительных системах. Мощность электрических котлов модели РТЕ составляет 6 – 60 кВт.
Модели PTE-M, мощность которых составляет 6 – 12 кВт могут подключаться не только к сети 220 В, но и к 380 В, при этом все остальные модели могут работать исключительно от сети 380 В.
Все модели оснащены циркуляционными встроенными насосами, а модели PTE9 - PTE30 дополнительно оснащаются предохранительным клапаном и встроенным расширительным баком объемом 12 литров.
Источник: С. В. Фокин, О. Н. Шпортько, «Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха», Учебное пособие.
.svg)
