Характеристики

· Теплопроизводительность водогрейного котла — количество теплоты, получаемое водой в водогрейном котле в единицу времени. Измеряется в кВт, МВт, Гкал/час.

· Номинальная теплопроизводительность — наибольшая теплопроизводительность, которую водогрейный котел должен обеспечивать при длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров воды с учетом допустимых отклонений.

Водогрейные котлы бывают малой (4—65 кВт), средней (70—1750 кВт) и большой (от 1,8 МВт) мощности.^[3]

· Номинальная температура воды на входе — температура воды, которая должна обеспечиваться на входе в водогрейный котел при номинальной теплопроизводительности с учетом допустимых отклонений. Составляет для разных моделей 60—110 °C.

· Минимальная температура воды на входе — температура воды на входе, обеспечивающая допустимый уровень низкотемпературной коррозии труб поверхностей нагрева (под действием выпадающего из газов конденсата). Зависит отвлажности и сернистости топлива; обычно для газовых котлов составляет 60 °C, для редких моделей чуть ниже.

· Максимальная температура воды на выходе — температура воды на выходе из водогрейного котла, при которой обеспечивается номинальное значение недогрева воды до кипения при рабоче°Cм давлении. Основной параметр для классификации котлов как опасных объектов, в СНГ нормативы чётко различают котлы до 115 °C включительно и свыше этой величины. Номинальная температура на выходе может составлять от 70 °C до 150 °C и выше.

· Температурный градиент воды в водогрейном котле — разность температур воды на выходе из котла и на входе в котел.Чугунные котлы имеют по этому параметру более жёсткие ограничения по сравнению со стальными.

Системы с естественной циркуляцией теплоносителя В такого рода системах движение теплоносителя возникает под действием гравитационной силы, возникающей за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах. Поскольку плотность горячей воды меньше, она значительно легче холодной. Разность плотности охлажденной и горячей воды создает в отопительной системе гидростатический напор, дающий теплоносителю возможность перемещаться от источника нагревания к радиаторам (или трубам) и обратно.

То есть происходит вытеснение горячей воды холодной. Вода нагревается в котле, становится более легкой и вследствие этого поднимается по подающему трубопроводу (главному стояку) вверх. Оттуда она поступает в разводящие подающие стояки и попадает в отопительные приборы. По мере продвижения по трубам вода остывает, становится тяжелее. После этого охлажденная вода от отопительных приборов движется в обратном направлении, т. е. спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали, попадает в отопительный котел, откуда вытесняет легкую нагретую воду. Поскольку разность нагретой и охлажденной воды постоянно существует, то отопительная система функционирует беспрерывно.

В системе с естественной циркуляцией так же, как в системе с принудительной циркуляцией, имеется циркуляционный напор. Его величина зависит от двух факторов:

– разности температур нагретой и охлажденной воды. Как правило, температура горячей воды в системе равна 95° С, охлажденной – 70° С. Для защиты подающей магистрали и недопущения падения температуры воды, а значит, и уменьшения гидростатического давления в системе главный стояк закрывают теплоизоляционным материалом. Обратные магистрали монтируют без утеплителя, т. к. только в этом случае вода будет охлаждаться до нужной температуры и создавать циркуляционный напор;

– от места нахождения отопительных приборов по отношению к теплогенератору (источнику нагрева). Известно, что чем выше расположен отопительный прибор над котлом, тем больше будет значение циркуляционного давления. Значит, циркуляционное давление отопительных приборов, находящихся на втором этаже, будет значительно выше, чем то же значение приборов первого этажа. Отопительные приборы, расположенные на одном уровне с теплогенератором или стоящие ниже его, нагреваются слабо и воздух в помещениях прогревают плохо. Оптимальное расстояние между центрами теплогенератора и отопительного прибора должно равняться 3 м.

Отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя подразделяются на системы с верхней и нижней разводкой (рис. 1).

 

Рис. 1. Система с естественной циркуляцией теплоносителя: а – верхняя разводка; б – нижняя разводка; 1 – котел; 2 – воздушная линия (главный стояк); 3 – разводящая линия; 4 – горячие стояки; 5 – обратные стояки; 6 – обратная линия; 7 – расширительный бак; 8 – сигнальная линия; 9 – уклон

Действуют обе эти системы аналогично. Различаются они только расположением подающей магистрали. Система с естественной циркуляцией имеет следующие достоинства:

– равномерное распределение нагретого воздуха в жилых помещениях, что дает дополнительный комфорт. Высокие показатели комфортности зависят от саморегуляции системы отопления, т. е. от изменения температуры и плотности воды;

– простота устройства и обслуживания;

– отсутствие вибрации и шума, потому что нет циркуляционного насоса;

– долгий срок службы системы отопления.

И все же, даже при наличии множества плюсов, такие системы отопления используются все реже и реже (в основном в сельской местности). В настоящее время в загородных домах применяются отопительные системы, в которых имеются циркуляционные насосы. Такое явление вызвано тем, что у данного вида систем имеется ряд недостатков:

– большой диаметр труб, что ведет к значительному расходу стройматериалов;

– большие затраты на установку отопительной системы;

– значительные энергозатраты, т. е. большой расход топлива;

– большие затраты времени на включение системы отопления;

– отсутствие возможности регулировки температуры нагретого воздуха;

– частые случаи замерзания воды в трубопроводах, смонтированных в неотапливаемых помещениях;

– неэстетичный вид проложенного трубопровода из-за большого диаметра труб.

Исходя из перечисленных недостатков, следует признать, что система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя довольно часто оказывается малоэффективной и экономически невыгодной.

44. Тепловой баланс котельного агрегата.
Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.
В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.
Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:
Q^p_p=Q₁+ Q_п
или
Q^р_р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ (14.1)
где Q^p_p – теплота, которой располагают; Q₁ – использованная теплота; Q_п - общие потери; Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q₃ – потери теплоты от химического недожога; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ – потери теплоты в окружающую среду; Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков.
Левая приходная часть уравнения теплового баланса (14.1) является суммой следующих величин:
Q^р_р=Q^р_н+Q_в.вн+Q_пар+Q_физ.т. (14.2)
где Q_в.вн – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Q_пар - теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг потлива; Q_физ.т. - физическая теплота 1 кг или 1 м³ топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству:
Q_в.вн b= ^/V⁰с_р/(T_г.вз – Т_х.вз), _. (14.3)
bгде ^/ - отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р^/= 1,33 кДж/(м³·К), при температуре воздуха до 600К; Т_г.вз, Т_х.вз – температуры горячего о холодного воздуха, обычно Т_х.вз = 300К.
Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:
Q_пар = W_ф (i_ф – r), _. (14.4)
где W_ф – расход форсуночного пара, равный 0,3-0,4 кг/кг; i_ф – энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r – теплота парообразования, кДж/кг.
Физическая теплота 1 кг топлива:
Q_физ.т. = с_т (Т_т – 273), _. (14.5)
где с_т – теплоемкость топлива, кДж/(кг· К); Т_т – температура топлива.
Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q^р_р=Q^р_н.

 

45. В зависимости от назначения котлы подразделяются на паровые и водогрейные.

Паровые служат для превращения воды в пар определенного давления с дальнейшим использованием его кинетической энергии.

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды, которая может быть использована в системах теплоснабжения жилищно-коммунальных объектов, технологических нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства, объектов промышленного и бытового назначения. Применение паровых котлов для этих целей, как это реализовано во многих котельных, не рационально.

Классификация паровых котлов. Параметры и маркировка.
В зависимости от характеристики соответствующего тракта и его оборудования вводится соответствующая классификация паровых котлов.

По виду сжигаемого топлива различают паровые котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.

По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с уравновешенной тягой и с наддувом. Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разностей плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой.

Если сопротивление газового тракта (так же как и воздушного) преодолевается работой дутьевых вентиляторов 4, то котлы работают с наддувом.

Котлы, в которых давление в топке и начального газохода (перед поверхностью нагрева 15) поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевых вентиляторов и дымососов, называют котлами с уравновешенной тягой. В этих котлах воздушный тракт находится под давлением и его сопротивление преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, а газовый тракт находится под разрежением (сопротивление этого тракта преодолевается дымососом). Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы.

В настоящее время стремятся все котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять в газоплотном исполнении.

По виду водопарового (пароводяного) тракта различают барабанные и прямоточные котлы. Во всех типах котлов по экономайзеру ^ 3 и пароперегревателю 7 вода и пар проходят однократно. Различие определяется принципом работы испарительных поверхностей нагрева 6.

В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре, включающем барабан 3, коллекторы 5, и испарительные поверхности нагрева (экраны 12 на рис.6 и трубы 6 на рис.8), проходит многократно, причем в котлах с принудительной циркуляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос 8 (рис.8,б). В прямоточных котлах (рис.8,в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 1.

По фазовому состоянию выводимого из котла (топки) шлака различают котла с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖМУ) шлак удаляется в расплавленном состоянии.

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений).

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла (для температуры - дополнительно при номинальном давлении и температуре питательной воды).

Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за промежуточным пароперегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды - это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии – перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности.

По параметрам рабочего тела различают котлы низкого (мене 1 МПа), среднего (1-10 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры вводятся в его обозначение. В принятых по ГОСТ 3619-82 обозначениях указывается тип котла, паропроизводительность (т/ч) и давление (МПа), температура перегрева и промежуточного перегрева пара, вид сжигаемого топлива и системы шлакоудаления для твердого топлива и некоторые другие особенности.

Буквенные обозначения типа котла и вида сжигаемого топлива: Е – с естественной циркуляцией, Пр – с принудительной циркуляцией, П – прямоточный, Пп – прямоточный с промежуточным перегревом; Еп – барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Г – газообразное топлива, М – мазут, Б – бурые угли, К – каменные угли, Т,Ж – соответственно с твердым и жидким шлакоудалением.