Тепловые схемы котельных

По своему назначению котельные малой и средней мощности делятся на следующие группы: отопительные, предназначенные для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и других зданий; производственные, обеспечивающие паром и горячей водой технологические процессы промышленных предприятий; производственно-отопительные, обеспечивающие паром и горячей водой различных потребителей. В зависимости от вида вырабатываемого теплоносителя котельные делятся на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

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.

Тепловая схема котельной зависит от вида вырабатываемого теплоносителя и от схемы тепловых сетей, связывающих котельную с потребителями пара или горячей воды, от качества исходной воды. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые. При закрытой системе вода (или пар) отдает свою теплоту в местных системах и полностью возвращается в котельную. При открытой системе вода (или пар) частично, а в редких случаях полностью отбирается в местных установках. Схема тепловой сети определяет производительность оборудования водоподготовки, а также вместимость баков-аккумуляторов.

В качестве примера приведена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.

В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы.

Показана принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами, снабжающими паром и горячей водой закрытые двухтрубные водяные и паровые системы теплоснабжения. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Схема предусматривает нагрев исходной и химически очищенной воды в пароводяных подогревателях. Продувочная вода от всех котлов поступает в сепаратор пара непрерывной продувки, в котором поддерживается такое же давление, как и в деаэраторе. Пар из сепаратора отводится в паровое пространство деаэратора, а горячая вода поступает в водоводяной подогреватель для предварительного нагрева исходной воды. Далее продувочная вода сбрасывается в канализацию или поступает в бак подпиточной воды.

Конденсат паровой сети, возвращенный от потребителей, подается насосом из конденсатного бака в деаэратор. В деаэратор поступает химически очищенная вода и конденсат пароводяного подогревателя химически очищенной воды. Сетевая вода подогревается последовательно в охладителе конденсата пароводяного подогревателя и в пароводяном подогревателе.

Во многих случаях в паровых котельных для приготовления горячей воды устанавливают и водогрейные котлы, которые полностью обеспечивают потребность в горячей воде или являются пиковыми. Котлы устанавливают за пароводяным подогревателем по ходу воды в качестве второй ступени подогрева. Если пароводогрейная котельная обслуживает открытые водяные сети, тепловой схемой предусматривается установка двух деаэраторов – для питательной и подпиточной воды. Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов.

Принципиальная тепловая схема паровой котельной при закрытых сетях.

АРМАТУРА И ГАРНИТУРА КОТЛА

Котельная арматура

Устройства и приборы, служащие для управления работой частей ко­тельного агрегата, находящихся под давлением, для включения, отключения и регулирования трубопроводов для воды и пара, основные предохранительные устройства носят название арматуры.

По своему назначению арматуру разделяют на запорную, регулирую­щую, продувочную и предохранительную.

Арматуру выполняют с принудительным приводом и самодействующей.

По конструкции приводную арматуру разделяют на вентили, задвижки и краны, а самодействующую - на предохранительные и обратные клапаны и конденсатоотводчики.

К арматуре условно относят также водомерные стекла и другие водоуказательные приборы.

Вентили и задвижки

Вентили применяют в качестве регулирующих и запорных устройств (рис. 3). Как запорную арматуру их применяют при диаметрах прохода до 109-150 мм.

а - запорный фланцевый; б - регулирующий:

1 - корпус; 2 - затвор; 3 - фланец; 4 -сшгьниковое уплотнение;

5 - шпиндель; 6 - штл рвач (маховик); 7 - траверса; 8 - крышка;

9 - клапанное седло

В запорном вентиле уплотняющая поверхность клапана плотно примы­кает к поверхности седла. Вентиль состоит из корпуса, крышки, шпинделя, на котором висит клапан. В корпусе имеется седло клапана. В месте прохода шпинделя через крышку установлено сальниковое уплотнение.

В регулирующем вентиле клапан имеет переменное сечение. Это дает возможность изменять проходное сечение. Регулирующий клапан выполняют в виде профилированной иглы, пустотелого золотника и т. д. В полностью за­крытом состоянии они не обеспечивают полной плотности. Обычно регули­рующие клапаны рассчитывают на работу с перепадом давления 1,0 МПа.

Основным показателем работы регулирующего клапана является его ха­рактеристика (зависимость относительного расхода среды от степени откры­тия клапана) (рис. 3 б).

Для целей регулирования наиболее благоприятна линейная характери­стика, для чего требуется выполнение регулирующих органов со сложным профилем открывающихся окон для перетока среды. Регулирующий клапан золотникового типа имеет пустотелый золотник с профилированными окнами, который шпинделем приводится в поступательное движение. При перемеще­нии золотника относительно двух седел происходит изменение степени открытия окон.

В скальчатых регулирующих клапанах регулирующий орган выполнен в виде скалки, имеющей коническую форму вблизи седел. При перемещении скалки изменяется кольцевой зазор между ней и седлами клапана.

В игольчатых регулирующих клапанах регулировка достигается за счет перемещения профилированной иглы.

Задвижки в основном используют в качестве запорных органов (рис. 4), хотя имеются и специальные конструкции регулировочных задви­жек. В задвижках запирающий орган (клин, диски) перемещается в направле­нии, перпендикулярном потоку. По принципу прижатия запорного органа за­движки разделяют на клиновые, с параллельно-принудительным затвором и самоуплотняющиеся.

В клиновых задвижках запирающий орган выполняют из целого или разрезного клина.

Коэффициент гидравлического сопротивления задвижек b = 0,25-0,8, а у запорных вентилей b = 2,5-5.

Задвижки

а - клиновая бесфланцевая с приводом; б - параллельная фланцевая

1- уплотнительные диски; 2 - распорное устройство; 3 - корпус;

4 - крышка; 5 - рычаг дистанционного приво­да; 6 - маховик; 7 - зубчатое колесо; 8 - траверса; 9 - сштьниковое уплотнение;

10 -шпиндель; 11- ушготнительное кольцо.

Клапаны

Клапаном называется запорный или регулирующий орган автоматиче­ского действия.

У паровых котлов имеются обратные, питательные, редукционные и пре­дохранительные клапаны.

Обратный клапан препятствует движению рабочей среды в обратном направлении. Так, например, обратные клапаны на питательных линиях за­крываются при аварийном падении давления в питательных трубопроводах и препятствует выпуску воды из котла.

По конструкции обратные клапаны подразделяют на подъемные и пово­ротные.

В подъемных клапанах (рис. 5, а) запорным органом является тарелка (золотник) 2, хвостовик которой входит в направляющий канал прилива крыш­ки 1.

В поворотных клапанах (рис.5, б) тарелка 6 поворачивается вокруг оси 7 и перекрывает проход.

Обратные клапаны устанавливают в котельных обычно на напорных ли­ниях центробежных насосов, на питательных линиях перед котлом для про­пуска воды только в одном направлении и в других местах, где имеется опас­ность обратного движения среды.

а - подъемный; б - поворотный:

1 - крышка; 2 - золотник; 3 - корпус; 4 - ось клапана; 5 - рычаг;

6 - тарелка; 7 - ось рычага.

Питательный клапан служит для автоматического регулирования пита­ния котла в соответствии с расходом пара.

В клапанах, устанавливаемых на современных котлах, вода прижимает к седлу вертикальный шибер.

Предохранительный клапан представляет собой запорное устройство, которое автоматически открывается при повышении давления. Устанавливают его на барабанных котлах, паропроводах, резервуарах и др. При открытии кла­пана среда сбрасывается в атмосферу. Предохранительные клапаны могут быть рычажными (рис. 7 а), пружинными (рис. 7 б) и импульсными (рис. 8).

а - однорычажный; б - пружинный:

1 - корпус; 2 - затвор; 3 - шпиндель;

4 - крышка; 5 -рычаг; 6 - груз; 7 - пружина

В рычажном клапане запирающий орган (тарелка) удерживается в за­крытом состоянии грузом. В пружинном предохранительном клапане давле­нию среды на тарелку противодействует сила натяга пружины.

Предохранительные клапаны выполняют как одинарными, так и двой­ными. В зависимости от высоты подъема тарелки клапаны разделяют на низ­коподъемные и полно подъемные. В полно подъемных клапанах площадь, от­крываемая проходу среды при подъеме клапана, превышает проход седла. Они обладают большей пропускной способностью, чем низкоподъемные.

В соответствии с правилами каждый котел паропроизводительностью более 100 кг/ч должен быть снабжен не менее чем двумя предохранительными клапанами, один из которых должен быть контрольным. На котлах производи­тельностью 100 кг/ч и менее может допускаться установка одного предохрани­тельного клапана.

Суммарная пропускная способность клапанов должна быть не менее ча­совой производительности котла. При наличии у котла неотключаемого паро­перегревателя часть предохранительных клапанов с пропускной способностью не менее 50 % суммарной пропускной способности должна быть установлена на выходном коллекторе.

К атегория: Монтаж котлов

Схемы котельных установок

На тепловой схеме котельной условными графическими изображениями показывают основное и вспомогательное оборудование, связанное линиями трубопроводов для транспортирования пара или воды. Тепловые схемы могут быть принципиальные, развернутые и рабочие или монтажные.

Принципиальная тепловая схема содержит лишь главное оборудование и основные трубопроводы без арматуры.

На развернутую схему наносят все оборудование котельной и все трубопроводы, включая арматуру и различные вспомогательные устройства. Часто развернутую схему разделяют на самостоятельные технологические части по функциональному признаку, например, схема водоподготовки, схема деаэрационно-питательной установки, схема дренажей, схема продувки паровых котлов и т. п.

Рабочую, или монтажную, схему выполняют с указанием отметок расположения трубопроводов, размеров, марок стали, способов креплений, массы оборудования, деталей и других необходимых сведений.

Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами изображена на рис. 2. Вода из обратной линии тепловых сетей поступает к сетевым насосам. К ним же подпиточ-ными насосами из бака подводится вода, компенсирующая потери в сетях. Для поддержания заданной температуры воды перед котлами в трубопровод за насосом подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из котлов. С помощью перепуска между обратной и подающей линиями регулируется температура воды, идущей в сеть. Сырая вода, пройдя подогреватель, водоподготовительную установку ВПУ, подогреватель, охладители и деаэратор, подается на подпитку тепловой сети.

Рис. 1. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами: 1 - водогрейный котел, 2.5 - насосы, 3 - рециркуляционный насос, 4 - насос сырой воды, 6 - бак подпиточной воды, 7 - подогреватель сырой воды, 8 - охладитель подпиточной воды. 9-подогреватель химочищенной воды, 10 - вакуумный деаэратор, 11- охладитель выпара, 12 - регулирующий клапан; ВПУ - водоподготовительная установка

Рис. 4. Схема котельной установки с паровым вертикально-водотрубным котлом, работающим на твердом топливе: 1 - конвейер, 2 - барабан котла, 3 - запорная задвижка, 4-выходная камера пароперегревателя, 5 - фестон, 6 - пароперегреватель, 7 - экономайзер, 8 - топочные поверхности нагрева, 9 - воздухоподогреватель, 10- золоуловитель, 11—- дымовая труба, 12- дымосос, 13 - вентилятор, 14 - шлаковый бункер, 15-насос, 16-химводо-очистка, 17-решетка, 18-питатель, 19 - деаэратор, 20- бункер угля, 21, 22 - трубы

Технологическая схема котельной установки с паровым вертикально-водотрубным котлом, работающим на твердом топливе, изображена на рис. 3. Ленточный конвейер подает подготовленное твердое топливо в расходный бункер, откуда оно через питатель поступает в топку, куда по двум направлениям подается воздух, нагретый в воздухоподогревателе до температуры 250…400 °С. Часть воздуха подводится к месту поступления топлива в топку. Мелкие частицы топлива подхватываются потоком воздуха и сгорают в топочном пространстве на лету в виде факела. Воздух, поступивший в топку вместе с топливом, называется первичным. Крупные куски топлива выпадают из воздушного потока на цепную решетку, которая непрерывно движется. По мере продвижения цепной решетки топливо сгорает, а шлак и зола сбрасываются в шлаковый бункер.

Воздух, необходимый для горения топлива на полотне цепной решетки, засасывается дутьевым вентилятором через возду-хозаборную шахту и подается через воздухоподогреватель 9 под слой топлива через специальные колосники. Этот воздух называют также первичным.

В процессе сгорания топлива негорючие частички золы плавятся и образуют шлаки. При слоевом сжигании топлива основная масса золы и шлака остается на решетке. Однако часть золы в виде жидких и тестообразных шлаков вместе с несгорев-шими частицами топлива топочные газы захватывают и выносят из топочной камеры. Для дожигания несгоревших частиц топлива в верхнюю часть факела подают вторичный воздух. Чтобы исключить налипание частичек шлака на трубы фестона 5, температуру топочных газов на выходе из топочной камеры поддерживают ниже температуры плавления золы (1000…) 100 °С).

В топочной камере теплота от горящего топлива воспринимается поверхностями нагрева в виде лучистой энергии (излучения), которую называют радиацией. Поверхности нагрева, расположенные в топке, называют поэтому радиационными. Передача теплоты излучением в несколько раз эффективнее передачи теплоты конвекцией, поэтому в современных котлах стены топочной камеры стремятся более плотно закрыть трубами. Радиационные поверхности нагрева защищают (экранируют) внутреннюю поверхность обмуровки котла от высоких температур и химического воздействия расплавленных шлаков и поэтому называются экранными.

Задний топочный экран в верхней части топки разрежен и образует так называемый фестон. За фестоном в горизонтальном газоходе расположены конвективные поверхности нагрева из труб диаметром 30…40 мм, которые образуют пароперегреватель. Отдав часть теплоты пароперегревателю, топочные газы поступают в опускной газоход, в котором располагаются водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Уходящие топочные газы, охлажденные до температуры 120… 180 °С, проходят через золоулавливатель, где очищаются от летучей золы, и дымососом выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Частицы золы из золоуловителя и шлак из бункера системой шлакозолоудаления выносятся из котельной.

Экранные трубы топки находятся в зоне высоких температур, поэтому необходимо интенсивно отводить теплоту с помощью циркулирующей в этих трубах воды. Если на внутренних стенках экранных труб образуется накипь, то это затрудняет передачу теплоты от раскаленных продуктов сгорания к воде или пару и может привести к перегреву металла и разрыву труб под действием внутреннего давления. Для того чтобы накипь не образовывалась, воду, поступающую для питания котлов, предварительно обрабатывают.

Обработка воды заключается в том, что из нее удаляют большую часть плохо растворимых в воде солей кальция и магния (соли жесткости), а также кислород и углекислый газ, которые вызывают коррозию металла труб, барабана и камер. Предварительная обработка воды называется водоподготовкой, а обработанная вода, пригодная для питания котлов, - питательной. Вода, находящаяся внутри котла, называется котловой.

Поскольку в котле поддерживается давление выше атмосферного, питательную воду подают в котел принудительно питательным насосом, который забирает воду из деаэратора и подает ее через водяной экономайзер в барабан котла. Барабан служит для создания необходимого запаса котловой воды, обеспечения естественной циркуляции воды и сепарации пара.

Из барабана вода через необогреваемые водоопускные (во-доподводящие) трубы и камеры поступает в трубы поверхностей нагрева, в которых она нагревается, вскипает и в виде пароводяной смеси возвращается в барабан. Пар в барабане паросепарационными устройствами отделяется от капелек котловой воды, обладающих повышенным солесодержанием, и отводится в пароперегреватель. Отделившаяся вода смешивается в барабане котла с добавочной питательной водой и возвращается в трубы поверхностей нагрева.

Естественная циркуляция воды в котле осуществляется за счет разности плотностей воды в необогреваемых (или слабо обогреваемых) водоопускных трубах и пароводяной смеси в интенсивно обогреваемых трубах поверхностей нагрева. Поскольку плотность пароводяной смеси значительно меньше плотности воды, общий собственный вес столба пароводяной смеси в интенсивно обогреваемых трубах меньше собственного веса воды в необогреваемых или слабо обогреваемых водоопускных трубах.

В тех случаях, когда в паровых котлах по конструктивным соображениям затруднительно создать надежную циркуляцию котловой воды за счет естественного напора, применяют специальные насосы, которые обеспечивают высокие скорости движения воды по всему циркуляционному контуру. Такую принудительную систему циркуляции применяют также в водогрейных котлах.

Непрерывно поступающие в котел с питательной водой соли и образующийся в котловой воде шлам скапливаются в водяном объеме котла. Чтобы соли жесткости и щелочи не накапливались в котловой воде, часть воды из котла непрерывно отводят, при этом одновременно добавляют питательную воду с меньшим солесодержанием. Этот процесс называют непрерывной продувкой.

Непрерывную продувку осуществляют из верхнего барабана котла через дырчатые трубы. Расход воды при непрерывной продувке зависит от ее качества и составляет обычно 1…2% от производительности котла. Вода, удаляемая из котла с непрерывной продувкой, направляется в расширитель (сепаратор) и в дальнейшем используется в технологической схеме котельной установки для подогрева сырой или химически очищенной воды.

Для удаления скапливающегося в нижних точках котла (нижних камерах и барабанах) шлама применяют периодическую продувку. При периодических продувках воду, содержащую значительное количество шлама, направляют в расширитель периодических продувок (барботер), откуда образовавшийся пар отводится в атмосферу, а остаток воды со шламом сливается в канализацию.

Вместе с нагретой котловой водой, удаляемой с непрерывной продувкой из котла, отводится значительное количество теплоты, тем большее, чем больше процент продувки. Кроме того, приходится увеличивать расход питательной воды на подпитку котла. Поэтому количество продувочной воды должно быть минимальным. Чтобы сократить расход питательной воды при непрерывной продувке, применяют двухступенчатое испарение.

Паросепарационные устройства, используемые для очистки и осушения пара, могут быть внутри- или внебарабанные. Внеба-рабанные паросепарационные устройства выполняют обычно в виде выносных циклонов.

В пароперегревателе пар доводится до номинальной температуры и через выходную камеру и запорную задвижку подается по паропроводам к потребителю.

В том случае, если потребителю необходимо подать горячую воду, полученный в паровом котле пар пропускают через систему теплообменников. При этом в РОУ уменьшают давление пара, а в теплообменниках - водоподогревателях пар нагревает воду сетевой установки. Далее нагретая сетевая вода поступает по трубопроводам к потребителю.

Сложность технологической схемы котельной зависит от вида сжигаемого топлива и системы теплоснабжения, которая бывает открытой и закрытой.

В открытых системах теплоснабжения нагретая в котельной вода служит не только теплоносителем, но и поступает на нужды горячего водоснабжения путем непосредственного разбора из трубопроводов тепловой сети без промежуточных подогревателей абонентских узлов горячего водоснабжения. При этом количество подпиточной воды определяется потерями в сетях и расходом воды на горячее водоснабжение.

Для закрытых систем теплоснабжения характерно наличие замкнутого (закрытого) контура с циркулирующим теплоносителем, который отдает свою теплоту в водоводяных подогревателях районных тепловых пунктов. Количество подпиточной воды определяется только потерями в сетях, поэтому даже в мощных водогрейных котельных устанавливают один подпиточный деаэратор небольшой производительности.

Выбор системы теплоснабжения производят путем технико-экономических расчетов.

- Схемы котельных установок

Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения

Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Пользуясь данными, полученными от заказчика, и методикой, изложенной в § 5.1, приступают к составлению, затем и расчету схем, которые называются тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, поскольку максимальная теплопроизводительность чугунных котлов не превышает 1,0 - 1,5 Гкал/ч.

Так как рассмотрение тепловых схем удобнее вести на практических примерах, ниже приведены принципиальные и развернутые схемы котельных с водогрейными котлами. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, работающей на закрытую систему теплоснабжения, показана на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Принципиальные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.

1 - котел водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химии чески очищенной воды; 9 - охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.

Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же подводится вода от подпиточных насосов 5, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. К насосам 1 и 2 подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой воды 7.

Для обеспечения температуры воды перед котлами, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. Вода подается рециркуляционным насосом 3, перекачивающим нагретую воду. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после сетевых насосов 2, минуя котлы, подают по линии перепуска в количестве G пер в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавка химически очищенной воды подогревается в теплообменниках 9, 8 11 деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из баков 6 забирает подпиточный насос 5 и подает в обратную линию.

Даже в мощных водогрейных котельных, работающих на закрытые системы теплоснабжения, можно обойтись одним деаэратором подпиточной воды с невысокой производительностью. Уменьшается также мощность подпиточных насосов, оборудование водоподготовительной установки и снижаются требования к качеству подпиточной воды по сравнению с котельными для открытых систем. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.

Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей будут одинаковы. Для обеспечения расчетной температуры воды на входе в тепловые сети к выходящей из котлов воде подмешивается сетевая вода из обратного трубопровода. Для этого между трубопроводами обратной и подающей линии, после сетевых насосов, монтируют линию перепуска.

Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы стальных водогрейных котлов, отличающимся от режима тепловых сетей. Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества воды, проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем изменения температуры воды на выходе из котлов.

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо, поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая:

при работе на природном газе - не ниже 60°С; при работе на малосернистом мазуте - не ниже 70°С; при работе на высокосернистом мазуте - не ниже 110°С.

В связи с тем, что температура воды в обратных линиях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения предусматривают, как отмечено ранее, рециркуляцинонные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных котлоагрегатов.

Во многих случаях водяные тепловые сети рассчитываются для работы по так называемому отопительному температурному графику типа, показанного на рис. 2.9. Расчет показывает, что максимальный часовой расход воды, поступающей в тепловые сети от котлов, получается при режиме, соответствующем точке излома графика температур воды в сетях, т. е. при температуре наружного воздуха, которой соответствует на низшей температура воды в подающей линии. Эту температуру поддерживают постоянной даже при дальнейшем повышении температуры наружного воздуха.

Исходя из изложенного, в расчет тепловой схемы котельной вводят пятый характерный режим, отвечающий точке излома графика температур воды в сетях. Такие графики строятся для каждого района с соответствующей последнему расчетной температурой наружного воздуха по типу показанного на рис. 2.9. С помощью подобного графика легко находятся необходимые температуры в подающей и обратной магистралях тепловых сетей и необходимые температуры воды на выходе из котлов. Подобные графики для определения температур воды в тепловых сетях для различных расчетных температур наружного воздуха - от -13°С до - 40°С разработаны Теплоэлектропроектом.

Температуры воды в подающей и в обратной магистралях,°С, тепловой сети могут быть определены по формулам:

где t вн - температура воздуха внутри отапливаемых помещений,°С; t H - расчетная температура наружного воздуха для отопления,°С; t′ H - изменяющаяся во времени температура наружного воздуха,°С;π′ i - температура воды в подающем трубопроводе при t н °С; π 2 - температура воды в обратном трубопроводе при t н °С;tн - температура воды в подающем трубопроводе при t′ н,°С; ∆т - расчетный перепад температур, ∆t = π 1 - π 2 ,°С; θ =π з -π 2 - расчетный перепад температур в местной системе,°С; π 3 = π 1 + aπ 2 / 1+ a - расчетная температура воды, поступающей в отопительный прибор, °С; π′ 2 - температура воды, идущей в обратный трубопровод от прибора при t" H ,°С; а - коэффициент смещения, равный отношению количества обратной воды, подсасываемой элеватором, к количеству сетевой воды.

Сложность расчетных формул (5.40) и (5.41) для определения температуры воды в тепловых сетях подтверждает целесообразность использования графиков типа показанного на рис. 2.9, построенного для района с расчетной температурой наружного воздуха - 26 °С. Из графика видно, что при температурах наружного воздуха 3°C и выше вплоть до конца отопительного сезона температура воды в подающем трубопроводе тепловых сетей постоянна и равна 70 °С.

Исходными данными для расчетов тепловых схем котельных со стальными водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения, как указывалось выше, служат расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь в котельной, сетях и расхода теплоты на собственные нужды котельной.

Соотношение отопительно-вентиляционных нагрузок и нагрузок горячего водоснабжения уточняется в зависимости от местных условий работы потребителей. Практика эксплуатации отопительных котельных показывает, что среднечасовой за сутки расход теплоты на горячее водоснабжение составляет около 20 % полной теплопроизводительности котельной. Тепловые потери в наружных тепловых сетях рекомендуется принимать в размере до 3 % общего расхода теплоты. Максимальные часовые расчетные расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной с водогрейными котлами при закрытой системе теплоснабжения можно принять по рекомендации в размере до 3 % установленной теплопроизводительности всех котлов.

Суммарный часовой расход воды в подающей линии тепловых сетей на выходе из котельной определяется, исходя из температурного режима работы тепловых сетей, и, кроме того, зависит от утечки воды через не плотности. Утечка из тепловых сетей для закрытых систем теплоснабжения не должна превышать 0,25 % объема воды в трубах тепловых сетей.

Допускается ориентировочно принимать удельный объем воды в местных системах отопления зданий на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты для жилых районов 30 м 3 и для промышленных предприятий - 15 м 3 .

С учетом удельного объема воды в трубопроводах тепловых сетей и подогревательных установках общий объем воды в закрытой системе ориентировочно можно принимать равным для жилых районов 45 - 50 м 3 , для промышленных предприятий - 25 - 35 MS на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода теплоты.

Рис. 5.8. Развернутаые тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения.

1 - котел водогрейный; 2 - насос рециркуляционный; 3 - насос сетевой; 4 - насос сетевой летний; 5 - насос сырой воды; 6 - насос конденсатный; 7 - бак конденсатный; 8 - подогреватель сырой воды; 9 - подогреватель химически очищенной воды; 10 - деаэратор; 11 - охладитель выпара.

Иногда для предварительного определения количества утекающей из закрытой системы сетевой воды эту величину принимают в пределах до 2 % расхода воды в подающей линии. На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования котельной составляется полная развернутая тепловая схема. Для каждой технологической части котельной обычно составляются раздельные развернутые схемы, т. е. для оборудования собственно котельной, химводоочистки и мазутного хозяйства. Развернутая тепловая схема котельной с тремя водогрейными котлами КВ -ТС - 20 для закрытой системы теплоснабжения показана на рис. 5.8.

В верхней правой части этой схемы размещены водогрейные котлы 1, а в левой - деаэраторы 10 ниже котлов размещены рециркуляцинонные ниже сетевые насосы, под деаэраторами - теплообменники (подогреватели) 9, бак деаэрированной воды 7, подпилочные насосы 6, насосы сырой воды 5, дренажные баки и продувочный колодец. При выполнении развернутых тепловых схем котельных с водогрейными котлами применяют обще станционную или агрегатную схему компоновки оборудования (рис. 5.9).

Общестанционные тепловые схемы котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения характеризуется присоединением сетевых 2 и рециркуляционных 3 насосов, при котором вода из обратной линии тепловых сетей может поступать к любому из сетевых насосов 2 и 4, подключенных к магистральному трубопроводу, питающему водой все котлы котельной. Рециркуляцинонные насосы 3 подают горячую воду из общей линии за котлами также в общую линию, питающую водой все водогрейные котлы.

При агрегатной схеме компоновки оборудования котельной, изображенной на рис. 5.10, для каждого котла 1 устанавливаются сетевые 2 и рециркулярные насосы 3.

Рис 5.9 Общестанционная компоновка котлов сетевых и рециркуляционных насосов.1 - котел водогрейный, 2 - рециркуляционный, 3 - насос сетевой, 4 - насос сетевой летний.

Рис. 5-10. Агрегатная компоновка котлов КВ - ГМ - 100, сетевых и рециркуляционных насосов. 1 - насос водогрейный; 2 - насос сетевой; 3 - насос рециркуляционный.

Вода из обратной магистрали поступает параллельно ко всем сетевым насосам, а нагнетательный трубопровод каждого насоса подключен только к одному из водонагревательных котлов. К рециркуляционному насосу горячая вода поступает из трубопроводом за каждым котлом до включения его в общую падающую магистраль и направляется в питательную линию того же котлоагрегата. При компоновке при агрегатной схеме предусматривается установка одного для всех водогрейных котлов. На рис.5.10 линии подпиточной и горячей воды к основным трубопроводам и теплообменником не показаны.

Агрегатный способ размещения оборудования особенно широко применяется в проектах водогрейных котельных с крупными котлами ПТВМ - 30М, КВ - ГМ 100. и др. Выбор обще станционного или агрегатного способа компоновки оборудования котельных с водогрейными котлами в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них из компоновки при агрегатной схеме является облегчение учета и регулирования расхода и параметра теплоносителя от каждого агрегата магистральных теплопроводов большого диаметра и упрощение ввода в эксплуатацию каждого агрегата.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

К.т.н. Л. А. Репин, директор, Д.Н. Тарасов, инженер, А.В. Макеева, инженер, ЗАО «Южно-русская энергетическая компания», г. Краснодар

Опыт последних лет эксплуатации российских систем теплоснабжения в зимних условиях показывает, что нередки случаи нарушения электроснабжения источников тепла. При этом прекращение подачи электроэнергии в котельные может привести к серьезным последствиям как в самой котельной (остановка вентиляторов, дымососов, выход из строя автоматики и защиты), так и вне ее (замерзание теплотрасс, систем отопления зданий и т.п.).

Одним из известных и в то же время эффективных решений этой проблемы, для относительно крупных паровых котельных, является использование турбогенераторных установок, работающих на избыточном давлении пара, т.е. организация когенерации на базе внешнего теплового потребления . Это позволяет не только увеличить эффективность использования топлива и улучшить экономические показатели источника тепла, но и, обеспечив его электроснабжение от собственного электрогенератора, повысить надежность работы системы теплоснабжения.

Применительно к коммунальной теплоэнергетике такое решение представляется нереальным, поскольку подавляющее большинство котельных являются водогрейными. В этом случае для повышения надежности практикуется установка на тепловом источнике дизель-генераторов, которые в случае аварии в системе электроснабжения могут обеспечить собственные нужды котельной. Однако это требует существенных

затрат, а коэффициент использования установленного оборудования приближается к нулю.

В данной статье предлагается другое решение этой проблемы. Суть его состоит в организации собственного производства электрической энергии в водогрейной котельной на базе осуществления цикла Ренкина, используя в качестве рабочего тела низкокипящее вещество, которое в дальнейшем будем называть «агент» .

Схемы электростанций с использованием низкокипящих рабочих тел достаточно известны и применяются, в основном, на геотермальных месторождениях с целью утилизации теплоты сбросных вод . Однако основным их недостатком является низкий термический КПД цикла, что связано с необходимостью отвода теплоты конденсации агента в окружающую среду. В водогрейных котельных и в паровых котельных малой мощности (где другие варианты когенерации нецелесообразны) теплоту конденсации можно использовать для предварительного подогрева сырой воды, поступающей на ХВО или идущей в подогреватели ГВС в случае, если они установлены на источнике теплоснабжения. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной с интегрированной установкой по производству электроэнергии представлена на рис. 1.

Часть теплоносителя на выходе из водогрейного котла I отбирается и, последовательно проходя через испаритель II и подогреватель агента III, обеспечивает получение его в виде пара с параметрами, достаточными для использования в качестве рабочего тела в тепловом двигателе IV, соединенным с электрогенератором.

После завершения процесса расширения отработанный пар поступает в теплообменник-конденсатор V, где теплота конденсации утилизируется потоком холодной воды, идущей в установку ХВО или, как показано на рисунке, через дополнительный подогреватель VI и бак-аккумулятор VII в систему подачи воды на нужды ГВС.

Для практической реализации предлагаемой схемы необходимо рассмотреть несколько моментов.

1. Подобрать низкокипящее вещество (агент), которое по своим термодинамическим характеристикам вписывалось бы в режим работы и параметры котельной.

2. Определить оптимальные параметры режима работы теплосиловой установки и тепло-обменного оборудования.

3. Провести количественную оценку величины максимальной электрической мощности, которую можно получить для конкретных условий рассматриваемой котельной.

При выборе рабочего тела было проведено расчетное исследование цикла Ренкина для следующих агентов: R134, R600a, R113, R114, R600. В результате было установлено, что наибольшая эффективность цикла для его реализации в условиях водогрейной котельной достигается при использовании хладона R600.

Для выбранного таким образом рабочего тела был проведен анализ влияния на вырабатываемую мощность температуры перегрева пара (рис. 2а), давления пара на входе Pн (рис. 2б) и выходе Pк (рис. 2в) двигателя.

Из приведенных графиков следует, что рассматриваемые характеристики практически не зависят от температуры перегрева рабочего тела и улучшаются с возрастанием Pн и уменьшением Pк. В то же время увязка параметров когенерационной установки с режимом работы источника тепла показывает, что увеличение Pн ограничивается необходимостью обеспечить достаточную разность температур в испарителе между испаряющимся рабочим телом и греющим теплоносителем, т.к. температура последнего определяется режимом работы водогрейного котла.

Конечное давление Pк должно выбираться в зависимости от температуры конденсации агента, которая в свою очередь определяется температурным уровнем тепловоспринимающей среды (холодной воды) и необходимым температурным напором в конденсаторе.

Для конкретных расчетов предлагаемой схемы была выбрана котельная с тремя котлами ТВГ-8 с подключенной тепловой нагрузкой по отоплению 14,1 МВт и по горячему водоснабжению 5,6 МВт (зимний режим). В котельной имеется бойлерная установка, обеспечивающая подогрев горячей воды на нужды ГВС. Расчетная температура сетевой воды на выходе из котлов 130 ОC. Суммарная потребляемая мощность - до 230 кВт в отопительный период и до 105 кВт летом.

Значения параметров и расходов теплоносителей в узловых точках схемы, полученные в результате расчетов, приведены в таблице.

Электрическая мощность ЭГК в отопительный период составила 370 кВт, в летний 222 кВт.

При проведении расчетов расход рабочего тепла определялся, исходя из возможности по-

тока холодной воды обеспечить полную конденсацию агента. Различие в получаемой мощности в зимний и летний периоды работы источника тепла связано с уменьшением количества агента, которое может быть сконденсировано, из-за увеличения температуры холодной воды, поступающей в конденсатор (+15 ОC).

Выводы

1. Существует реальная возможность повысить энергоэффективность водогрейных котельных путем организации производства электроэнергии в установках, использующих низко-кипящее рабочее тело.

2. Величина электрической мощности, которая может быть получена при осуществлении когенерации, существенно превышает собственные нужды котельной, что гарантирует ее автономное электроснабжение. При этом отказ от покупной и реализация избыточной электроэнергии должны существенно улучшить экономические показатели источника тепла.

3. Несмотря на невысокие значения КПД цикла, в схеме практически отсутствуют потери подведенной теплоты (кроме потерь в окружаю-

щую среду), что позволяет говорить о высокой энергетической и экономической эффективности предлагаемого решения.

Литература

1. Репин Л.А., Чернин Р.А. Возможности производства электрической энергии в паровых котельных низкого давления //Промышленная энергетика. 1994. №6. С.37-39.

2. Патент 32861 (RU). Тепловая схема водогрейной котельной/Л.А. Репин, А.Л. Репин//2006.

3. Комбинированная геотермальная электростанция с бинарным циклом мощностью 6,5 МВт// Российские энергоэффективные технологии. 2002. № 1.

Продление ресурса и уменьшение расхода природного газа водогрейными котлами ТВГ-КВГ. Котлы ТВГ (ТВГ-8, ТВГ-8М, ТВГ-4р) и их развитие КВГ (КВГ-7,56, КВГ-4,65) с параметрами 4-10 МВт, воды 150/70 ºС, 8 атм., разработаны Институтом газа НАН Украины и выпускаются Монастырищенским машиностроительным заводом (ВАТ «ТЕКОМ» г. Монастырище Черкасской обл.). Практически все котлы превысили заводской срок эксплуатации (14 лет) и продолжают эксплуатироваться. Котлы ТВГ-КВГ ремонтопригодны и их срок службы ограничивается выходом из строя конвективной поверхности нагрева, изготавливаемой из труб диаметра Ø28×3 мм и необходимостью замены горелочных устройств. После замены этих элементов на усовершенствованные котлы могут работать ещё 10-14 лет с повышенным КПД и уменьшенным расходом природного газа на 4-5%. Методы модернизации котлов ТВГ-8, ТВГ-8М, ТВГ-4р, КВГ-7,56, КВГ-4,65. 1. Замена газовых горелок на усовершенствованные подовые щелевые горелки 3-го поколения МПИГ-3 с профилированными соплами и дополнительной воздухораспределительной решёткой типа «кольчуга».Преимущества: неизменная геометрия сечения газовых сопел, которые практически не засоряются и соотношение газ/воздух остаётся очень близким к первоначально заданным при режимной наладке, длительный ресурс эксплуатации горелки 10-14 лет, см. рис. 2. Замена конвективных поверхностей нагрева – вместо труб Ø28×3 мм применены трубы Ø32×3 мм или Ø38×3 мм. Преимущества: а) увеличение диаметра трубы уменьшает гидравлическое сопротивление и при плохом качестве воды в системе конвективная поверхность не так быстро выходит со строя; б) за счёт увеличения поверхности нагрева повышается КПД котла. В результате модернизации котлов ТВГ-8, ТВГ-8М, ТВГ-4р, КВГ-7,56, КВГ-4,65 указанными выше методами можно повысить КПД котлов до 94-95%, снизить расход природного газа и эмиссию монооксида углерода, продлить ресурс котлов на 10-14 лет. В табл. приведены основные показатели котла ТВГ-8М до модернизации и после (г.Киев, р/к Депутатская, 2, испытание проведено службой наладки «Жилтеплоэнерго Киевэнерго») с заменой горелочных устройств на новые подовые горелки МПИГ-3 и новой конвективной поверхность из труб Ø32×3 мм. Параметры ТВГ-8М до модернизации ТВГ-8М после модернизации Теплопроизводительность котла, Q к, Гкал/ч Расход воды через котел, D, т/ч Гидравлическое сопротивление, ΔP к, кг/см 2 Аэродинамическое сопротивление, ΔН, кг/м 2 Температура уходящих газов,t ух, °С СО, мг/нм 3 NO х, мг/нм 3 КПД котла брутто, η к, % Модернизация, например, котла ТВГ-8(ТВГ-8М) обеспечивает экономический эффект на одном котле – 253,8 тыс.грн./год, (экономию газа 172 тыс.м 3 /год или за 15 лет 2,6 млн.м 3) по сравнению с закупкой и установкой нового заводского котла. Затраты на модернизацию одного котла ТВГ-8(ТВГ-8М) составляют 360 тыс.грн. Окупаемость 1 год и 5 мес. Институт газа НАН Украины осуществляет передачу технической документации на изготовление горелок и конвективной поверхности нагрева (по договору), шеф-монтаж и пуско-наладку, при необходимости изготавливает самостоятельно конвективную поверхность нагрева и горелки.

Перспективы модернизации отечественного парка паровых и водогрейных котлов.

В Украине преимущественно эксплуатируется парк паровых и водогрейных котлов серий ДКВР, ДЕ, Е, ТВГ, КВГМ, ПТВМ и т.д., обеспечивающих тепловой энергией как производственную сферу, так и жилищно-комунальное хозяйство Украины. Уровень оборудования и автоматики не отвечает действующим нормам по использованию топлива, электроэнергии и экологическим показателям. А тут можно прочитать статьи про малоэтажное строительство на строительном портале. Эту проблему можно решить двумя путями: Полной заменой котлов на новые, современные; Модернизацией существующего парка котлов. Первый путь требует от владельцев теплогенерирующих установок больших капитальных вложений, что на сегодняшний день под силу только некоторым крупным успешно работающим предприятиям. Для других предприятий более реальным является второй путь - модернизация своих теплогенерирующих установок путем замены газогорелочных устройств на импортные аналоги или применение автоматики для котлов на базе импортных комплектующих с использованием штатных горелок или новых горелок серии ГМУ. Импортные горелки фирм "Weishopt", "Ecoflame" установлены на котлах Монастырищенского завода Е2,5-0,9 и Ивано-Франковского завода ВК-22. Эксплуатация этих котлов показала удовлетворительную работу всего оборудования. Примером использования штатной горелки ГМГ-4 на паровом котле ДКВР 6,5/13 является Чижевская бумажная фабрика (ЧПФ). Впервые в практике эксплуатации котлов серии ДКВР газовая горелка ГМГ-4 была переведена в режим полного автоматического розжига и регулирования нагрузки парового котла без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Автоматическое регулирование нагрузки по давлению пара в барабане котла позволяет удерживать давление пара на заданном значении ±0,1 кгс/см2 при значительных изменениях расхода пара (до 70% со стороны потребителя). В случае прекращения потребления пара автоматика котла останавливает горелку до момента следующей потребности в паре. Такой режим работы котла с переменной паровой нагрузкой позволяет значительно экономить топливо. Отказ от традиционных методов дроссельного регулирования таких параметров, как уровень воды в верхнем барабане, разрежение в топке котла, давление воздуха перед горелкой и переход на принципиально новый способ регулирования вышеуказанных параметров путем изменения числа оборотов электродвигателей вспомогательного оборудования с помощью частотных преобразователей позволило значительно уменьшить затраты электроэнергии на производство пара. Потребленная электродвигателями вспомогательного оборудования электроэнергия на одну тонну произведенного пара до реконструкции составляла 7,96 квт/т, а после реконструкции составляет 1,98 кВт/т. Таким образом, за срок годичной эксплуатации котла на Чижевской бумажной фабрике, который составляет 8000 часов, экономия электроэнергии достигла 253000 кВт. Средневзвешенный коэффициент полезного действия котла ДКВР 6,5/13 после реконструкции составил 90-90,5% вместо 87,5%. Для современных гидравлических схем водогрейных котельных решена проблема применения погодозависимого регулятора регулирующего температуру теплоносителя в подающей магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха при сохранении условия для прямоточных водогрейных котлов tВХ≥70°С. Проблема решена при помощи применения регулируемой гидравлической стрелки. Использование погодозависимого регулятора позволяет экономить топливо до 30%. В настоящее время на все типоразмеры отечественных котлов разработаны схемы по реконструкции с использованием выше перечисленных технологий. Сроки окупаемости затраченных средств на модернизацию паровых или водогрейных котлов составляют 1,0 ÷2,0 года в зависимости от времени эксплуатации в течение года.

Основа проекта любой системы отопления и горячего водоснабжения – это тепловая схема, по которой осуществляется сборка разводки, подключение тепловых генераторов, бойлеров и радиаторов. Поэтому темой данной статья является тепловая схема водогрейной котельной. Изучив эту информацию, вы сможете построить водогрейную систему отопления, функционирующую на генераторах тепла (котлах) любого типа.

Система теплоснабжения работает круглые сутки в течение почти 7-8 месяцев, «сжигая» в топках котлов десятки тысяч рублей. Поэтому все домовладельцы стремятся оптимизировать работу системы. Причем усилить надежность конструкции и уменьшить энергоемкость отопительных приборов поможет точный расчет тепловых схем водогрейных котельных, выполняемый на этапе проектирования.

То есть нужно составить проект котельной, состоящий из следующих документов:

• Схемы размещения всех компонентов системы в самом доме. Этот документ пригодится на стадии монтажа трубопровода.
• Схемы размещения отопительных приборов, насосов, расширительных баков и прочего оборудования. Этот документ во время сборки водонагревательной и отопительной ветвей водогрейной котельной.
• Спецификации на все компоненты системы. Этот документ используют в процессе закупки материалов и оборудования.

Причем все три документа можно уместить на одной принципиальной схеме котельной, составленной в упрощенном виде (когда значки заменяются рисунками оборудования и запорно-регулирующей арматуры). И далее по тексту мы рассмотрим несколько разновидностей таких схем.

Схема котельной частного дома: обзор возможных вариантов

Типовые схемы котельных основываются на следующих вариантах тепловых сетей:

• Открытой разновидности, когда теплую жидкость черпают из «местных» установок.
• Закрытой разновидности, когда теплоноситель отопительной системы используют еще для нагрева воды.

Причем открытая схема предполагает дополнительный расход энергии на питание «местной» водонагревательной установки, но обходится дешевле на этапе монтажа. Закрытая схема котельной частного дома монтируется сложнее, но «питается» от центрального котла. Причем за счет тепловых насосов и промежуточных испарителей и конденсаторов в систему горячего водоснабжения сбрасывают жидкость практически питьевого качества, разогретую до 70-100 градусов Цельсия.

Поэтому в качестве схемы водонагревательной котельной, в большинстве случаев, используется именно закрытый вариант, состоящий из следующих узлов:

• Основного котла, который нагревает воду для системы отопления и водонагревательного контура.
• Самого водонагревательного контура, циркулирующего внутри накопительного бака.
• Контура системы горячего водоснабжения, замкнутого на накопительный бак.

В итоге, накопительный бак работает, как обычная батарея, отапливающая не комнату, а систему горячего водоснабжения. То есть перед нами немного необычный накопительный бойлер.

Система открытого проточного горячего водоснабжения функционирует на основе двухконтурного котла, который пропускает по разогреваемому змеевику либо порцию воды из системы отопления, либо воду из системы горячего водоснабжения. То есть, открытая схема превращает котел системы отопления в обычную колонку. Причем оптимальный вариант открытой водонагревательной установки – это котел с двумя спиралями, расположенными в отдельных камерах сгорания.

Схема автоматизации котельной: и тепло, и дешево!

Автоматизированные котлы обходятся в эксплуатации дешевле обычных отопительных приборов. Ведь стандартный прибор функционирует в одном режиме круглые сутки, а «умный» котел, оснащенный особым устройством, синхронизирующим режим работы котла с потребностями хозяев дома.

Проще говоря: автоматизированный котел работает на полную мощность «когда нужно» (вечером, в выходные дни), а «когда не нужно» (по ночам или в рабочее время) – практически не работает. В итоге, можно сэкономить от 30 до 50 процентов энергии (и денег, расходуемых на отопление).

Поэтому каждая принципиальная схема водогрейной котельной помимо прочих элементов содержит в себе еще и блок автоматического управления, с помощью которого решают следующие задачи:

• Оптимизирует температуру нагрева в зависимости от времени года. Ведь летом приятнее пользоваться теплой водой, а зимой в СГВ должна циркулировать по-настоящему горячая жидкость.
• Управляют работой «контурами» отопительно-водонагревательного котла. Ведь большинство моделей оборудованы лишь одной «камерой сгорания». То есть, в рабочем состоянии находится либо отопительная, либо водонагревательная ветвь.
• Управляют температурными режимами не только водонагревателя, но и отопительного блока. Ведь дневные и ночные режимы стоит применять и на отопительной, и на водонагревательной ветви.
• Корректируют работу насосов и систем циркуляции и/или рециркуляции в закрытой схеме. Причем без этой функции работа закрытой системы нагрева воды не возможна в принципе. То есть, определенный набор микросхем или механических управляющих элементов есть в любой закрытой схеме водонагревательного котла.

Причем блок автоматического управления может работать в трех режимах, а именно:

• В формате приоритета системы горячего водоснабжения. То есть, когда вся мощность идет на водонагревательный контур. Обычно этот режим задействован в теплое время года.
• В формате смешанной работы, когда функционирует либо отопительная ветвь, либо водонагреватель. Такой режим поддерживается при проточном нагреве воды, осуществляемом по открытой схеме.
• В формате работы без приоритетов, когда большая часть энергии уходит на отопительный контур, а некоторая часть расходуется на обогрев воды. Этот вариант управления рекомендован для закрытых систем подогрева воды.

Разумеется, все вышеупомянутые режимы можно реализовать даже в формате одного устройства. Поэтому систему нагрева воды с помощью котла удается реализовать и в проточном формате (прямой нагрев открытого типа в двухконтурном котле) или в накопительном формате (косвенный нагрев закрытого типа в расширительном баке).

Эта особенность водонагревательных котельных дает возможность экономить энергию и зимой, и летом. Ведь в холодное время года можно воспользоваться косвенным нагревом от размещенного в баке паропровода. А в теплое время года можно черпать горячую воду прямо из нагревательного контура котла.

Защита водогрейных котлов от коррозии

В заключении необходимо отметить, что водогрейный контур котла системы отопления подвержен большим коррозийным нагрузкам, чем сама система обогрева жилища. Дымовые газы могут повредить теплообменник, по которому циркулирует разогретая вода.

Поэтому, в целях нивелирования влияния катализаторов коррозийных процессов, теплоноситель на входе в теплообменник котла нужно разогревать до 60-70 градусов Цельсия.

Правда, эта мера предосторожности оправдана только в случае использования стальных теплообменников, изготовленных из конструкционной стали. Медные или нержавеющие теплообменники от коррозии не страдают.

Выбор системы теплоснабжения (открытая или закрытая) производится на основе технико-экономических расчетов. Руководствуясь заданием на проектирование и исходными данными, полученными от заказчика, приступают к составлению, а затем и расчету тепловой схемы котельной, оборудованной стальными водогрейными котлами (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котел; 3 – сетевой насос; 4 – подогреватель химочищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии труб «хвостовых» поверхностей нагрева стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы уходящих из котлов дымовых газов. Минимально допустимая температура воды на входе в котлы рекомендуется следующая: при работе на природном газе – не ниже 60°С; при работе на малосернистом мазуте – не ниже 70°С; при работе на высокосернистом мазуте – не ниже 110°С. В связи с тем, что температура воды в обратных магистралях тепловых сетей почти всегда ниже 60°С, в обвязке водогрейных котлов предусматривают рециркуляционные насосы и соответствующие трубопроводы. Для определения необходимой температуры воды за водогрейными котлами должны быть известны режимы работы тепловых сетей, которые отличаются от графиков или режимных карт котлоагрегатов.

При выполнении рабочих (монтажных) схем котельных применяют общестанционную или агрегатную схему компоновки оборудования. Выбор общестанционного или агрегатного способа в каждом отдельном случае решается, исходя из эксплуатационных соображений. Важнейшими из них при компоновке по агрегатной схеме являются облегчение учета и регулирования расхода и параметров теплоносителя от каждого агрегата, уменьшения протяженности в пределах котельной сетевых трубопроводов большого диаметра и упрощения ввода в эксплуатацию каждого агрегата.

Тепловая схема котельной для открытой системы теплоснабжения отличается от таковой для закрытой в основном производительностью водоподготовки для подпитки тепловых сетей. Так как расходы воды при открытой системе неравномерны по времени, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности котлоагрегатов и оборудования водоподготовки предусматривают установку баков-аккумуляторов деаэрированной горячей воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается во всасывающую магистраль сетевых насосов. Суммарная емкость баков-аккумуляторов принимается в 10 раз большей среднечасового за сутки расхода воды на бытовое горячее водоснабжение.

Количество, единичная производительность и развиваемые напоры насосов котельной должны соответствовать требованиям регулирования работы тепловых сетей при экономном расходовании электроэнергии на их привод. Такие условия иногда диктуют необходимость использования в тепловых схемах котельных увеличенного количества насосов – сетевых (зимних и летних), перекачивающих, рециркуляционных и подпиточных (также зимних и летних).

При выборе системы теплоснабжения (закрытой или открытой) нужно учитывать, по меньшей мере, три особенности исходной воды, используемой для подпитки: склонность к низкотемпературному накипеобразованию; коррозионную активность; склонность к сульфидному загрязнению.