В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные разделяют на следующие типы:

Производственные – предназначенные для снабжения теплом технологических потребителей.

Производственно-отопительные – осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных, общественных, жилых зданий и сооружений.

Отопительные – вырабатывающие тепловую энергию для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.

По надежности отпуска тепла потребителям котельные относятся:

К первой категории – котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;

Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся:

К первой категории – потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции);

3.2.1. Тепловые схемы котельных с водогрейными котлами и основы их расчета

Для того чтобы тепловые схемы котельных с водогрейными котлами легко читались, рекомендуется следующий порядок изображения оборудования на них (см. рис. 3.1). На верхней правой части листа размещают водогрейные котлы, а на левой – деаэраторы, ниже котлоагрегатов размещают рециркуляционные и еще ниже сетевые насосы, а под деаэраторами – теплообменники (подогреватели), баки деаэрированной и рабочей воды, подпиточные насосы, насосы сырой воды, дренажные баки и продувочный колодец.

Работа отопительной котельной, принципиальная тепловая схема которой показана на рис. 3.1, осуществляется следующим образом. Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором поступает на всас сетевого насоса 2 . Туда же подводится вода от подпиточного насоса 6 , компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. На всас насоса 2 подается и горячая вода, тепло которой частично использовано в теплообменниках 9 и 4 для подогрева, соответственно, химически очищенной и сырой воды.

Для обеспечения заданной из условий предупреждения коррозии температуры воды перед котлом в трубопровод за сетевым насосом подают при помощи рециркуляционного насоса 12 необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейного котла 1 . Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально-зимнего, часть воды из обратной линии после сетевого насоса 2 , минуя котел, подают по перепускной линии в подающую магистраль, где она, смешавшись с горячей водой из котла, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Вода, предназначенная для восполнения утечек в тепловых сетях, предварительно подается насосом сырой воды 3 в подогреватель сырой воды 4 , где она подогревается до температуры 18–20 ºC и затем направляется на химводоочистку. Химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8 , 9 и 11 и деаэрируется в деаэраторе 10 . Воду для подпитки тепловых сетей из бака деаэрированной воды 7 забирает подпиточный насос 6 и подает в обратную линию.

Основной целью расчета любой тепловой схемы котельной является выбор основного и вспомогательного оборудования с определением исходных данных для последующих технико-экономических расчетов.

Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изготовителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, должна быть не менее 60 ºС, малосернистых топлив не менее 70 ºС и высокосернистых топлив не менее 110 ºС. Для повышения температуры воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос.

В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Но они требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.

Сильное влияние на оборудование котельной с водогрейными агрегатами оказывает система горячего водоснабжения – закрытая или открытая. Открытой называется система, в которой теплоноситель – горячая вода – частично или полностью используется потребителем. Взакрытых системах нагрев воды на горячее водоснабжение осуществляется прямой отопительной водой в местных теплообменниках.

При открытой системе горячего водоснабжения количество воды, идущее на подпитку тепловых сетей, заметно возрастает и может достигать 20% расхода воды через тепловые сети. Т.е. количество воды, которое необходимо подготовить на химводоочистке, при открытой системе горячего водоснабжения возрастает в несколько раз по сравнению с закрытой.

Так как расходы воды при открытой системе неравномерны, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности оборудования водоподготовки устанавливаются баки-аккумуляторы для деаэрированной воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается на всас сетевых насосов.

Качество подготовки воды для подпитки открытой системы теплоснабжения должно быть значительно выше качества воды для подпитки закрытой системы, т.к. к воде горячего водоснабжения предъявляются такие же требования, как к питьевой водопроводной воде.

Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В настоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 3.2.

На рис. 3.2 а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 3.2 б , в показаны двухступенчатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения.

Выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. При Q г.в /Q о ≤0,06 присоединение местных теплообменников производится по двухступенчатой последовательной схеме; при 0,6< Q г.в /Q о ≤1,2 – по двухступенчатой смешанной схеме; при Q г.в /Q о ≥1,2 – по параллельной схеме. При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение теплообменников на двухступенчатую смешанную схему.

Расчет тепловой схемы водогрейной котельной базируется на решении уравнений теплового и материального баланса, составляемых для каждого элемента схемы. При расчете тепловой схемы водогрейной котельной, когда не происходит фазовых превращений нагреваемой и охлаждаемой сред (воды), уравнение теплового баланса в общем виде можно записать следующим образом

где G ох, G н – массовый расход, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кг/с; c ох, c н –средняя удельная теплоемкость, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кДж/(кг·°C);
– соответственно, начальная и конечная температуры охлаждаемого теплоносителя, °C;
– соответственно, начальная и конечная температуры нагреваемого теплоносителя, °C; η – КПД теплообменника.

При расхождении предварительно принятых в расчете величин с полученными в результате расчета более чем на 3% расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные значения.

Если загородный дом используют не просто для летнего отдыха, а для круглогодичного постоянного проживания, стоит задуматься об устройстве частной котельной. Правильно сконструированная и смонтированная котельная установка сможет обслуживать все необходимые коммуникации: системы отопления, снабжение горячей и холодной водой, вентиляцию. Чтобы не допустить ошибок в монтаже оборудования и грамотно рассчитать технические нюансы, предварительно должна быть составлена тепловая схема котельной с указанием основных аппаратов и материалов.

Общие положения по проектированию

Каждый шаг монтажа котельной установки должен быть продуман, поэтому не стоит самостоятельно пытаться проектировать коммуникации и заниматься установкой оборудования, лучше обратиться к специалистам, которые имеют огромный опыт в монтаже инженерных систем для частных коттеджей. Они дадут ряд ценных подсказок, например, помогут выбрать наиболее оптимальную модель котла и определить место его установки.

Предположим, для небольшого дачного дома достаточно настенного аппарата, который без труда расположится на кухне. Двухэтажный коттедж, соответственно, нуждается в специально выделенном помещении, которое обязательно оборудуется вентиляцией, отдельным выходом и окном. Места должно быть достаточно для размещения остальных составляющих: насосов, соединительных элементов, труб и др.

Процесс проектирования котельной для частного дома включает в себя несколько пунктов:

• подготовка схемы котельной относительно расположения внутри дома;
• схема распределения оборудования с указанием основных технических характеристик;
• спецификация на используемые материалы и оборудование.

Кроме приобретения компонентов системы и их монтажа, а также графических работ, среди которых должна присутствовать принципиальная схема, профессионалы помогут с оформлением необходимых документов.

Пример принципиальной схемы водогрейной котельной: I – котел; II – испаритель воды; III – подогреватель исходной воды; IV – тепловой двигатель; V – конденсатор; VI – подогреватель (дополнительный); VII – аккумуляторный бак

Подробнее о принципиальной схеме котельной

Грамотно составленный графический чертеж должен отражать в первую очередь все механизмы, приборы, аппараты и соединяющие их трубы. Стандартные схемы котельных частных домов включают совокупность котлов, рециркуляционных, подпиточных и сетевых насосов, аккумуляторных и конденсационных баков, устройств подачи топлива и его сжигания, аппаратов для деаэрации воды, теплообменников, вентиляторов, пультов управления, тепловых щитов. На выбор и расположение оборудования оказывают влияние вид теплоносителя и тепловые коммуникации, а также качество используемой воды.

В процессе составления схемы водогрейной котельной необходимо следить за соответствием технических характеристик оборудования, которые должны отвечать требованиям выбранного температурного режима

Тепловые сети, работающие на воде, можно разделить на две группы:

• открытые, в которых жидкость отбирается в местных установках;
• закрытые, в которых вода, отдав теплоту, возвращается в котел.

Образцом принципиальной схемы может служить пример водогрейной котельной открытого типа. На обратной линии установлен циркуляционный насос, который обеспечивает доставку воды в котел и дальше по системе. Расчетный температурный режим данной схемы – 155-70°С. Два типа перемычек (рециркуляционая и перепускная) соединяют две основные линии – подающую и обратную.

Принципиальная схема котельной: 1 – насос сетевой; 2 – насос подпиточный; 3 – бак подпиточной воды; 4 – насос исходной воды; 5 – насос подачи; 6 – расходный бак; 7 – эжектор; 8 – охладитель; 9 – деаэратор вакуумный; 10 – подогреватель очищенной воды; 11 – очистительный фильтр; 12 – подогреватель исходной воды; 13 – котел водогрейный; 14 – насос рециркулярный; 15 – перепуск

В связи с возникновением дымовых газов может появиться коррозия металлических покрытий сернокислого или низкотемпературного происхождения. Чтобы избежать ее появления, следует контролировать температуру воды. Оптимальное значение на входе в котел - 60-70˚С. Чтобы повысить температуру до требуемых параметров, необходимо установить рециркулярный насос.

Чтобы водогрейные котлы служили долго, исправно и экономично, следует следить за постоянством расхода воды. Минимальное значение расхода устанавливает компания-изготовитель оборудования.

Для лучшей работы котельных установок используют вакуумные деаэраторы. Водоструйный эжектор создает вакуум, а выделяемый пар используется для деаэрации.

Автоматизация работы котельного оборудования

Глупо было бы не воспользоваться возможностями, которые облегчают эксплуатацию отопительных систем. Автоматика позволяет использовать набор программ, которые управляют тепловыми потоками в зависимости от режима дня, погодных условий, а также помогают дополнительно обогревать отдельные помещения, например, бассейн или детскую.

Пример принципиальной автоматизированной схемы: автоматический режим работы котельной контролирует эксплуатацию контуров рециркуляции воды, вентиляции, нагревания воды, теплообменником, 2 контурами теплого пола, 4 контурами отопления здания

Существует перечень пользовательских функций, адаптирующих работу оборудования в зависимости от образа жизни обитателей дома. Например, кроме стандартной программы обеспечения горячей водой, существует комплекс индивидуальных решений, которые являются более удобными и даже экономными для жильцов. По этой причине может быть разработана схема автоматизации котельной с выбором одного из популярных режимов.

Программа «Спокойной ночи»

Доказано, что оптимальная ночная температура воздуха в помещении должна быть на несколько градусов ниже дневной, то есть идеальный вариант – на время сна понизить температуру в спальне примерно на 4°С. В то же время человек испытывает дискомфорт, пробуждаясь в непривычно прохладном помещении, следовательно, рано утром температурный режим необходимо восстановить. Неудобства легко решаются с помощью автоматического переключения системы обогрева на ночной режим и обратно. Контроллерами, регулирующими ночные часы, занимаются компании DE DIETRICH и BUDERUS.

Система приоритетов горячего водоснабжения

Автоматическое регулирование потоками горячей воды также является одной из функций общей автоматизации оборудования. Оно делится на три вида:

• приоритетное, при котором во время пользования горячей водой полностью отключается система отопления;
• смешанное, когда мощности котла разграничиваются на обслуживание нагрева воды и обогрева дома;

неприоритетное, при котором обе системы действуют сообща, но на первом месте – обогрев здания.

Автоматизированная схема: 1 – котел водогрейный; 2 – насос сетевой; 3 – насос исходной воды; 4 – подогреватель; 5 – блок ХВО; 6 – насос подпиточный; 7 – блок деаэрации; 8 – охладитель; 9 – подогреватель; 10 – деаэратор; 11 – охладитель конденсата; 12 – насос рециркуляционный

Низкотемпературные режимы работы

Переход на низкотемпературные программы становится основным направлением последних разработок производителей котельных. Преимуществом данного подхода является экономический нюанс – уменьшение расхода потребляемого топлива. Как раз автоматика позволяет регулировать температуру, выбирать верный режим и тем самым снижать уровень нагрева. Все перечисленные пункты необходимо учитывать на этапе составления тепловой схемы водогрейной котельной.

Котельная установка (котельная) - это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило - воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные - для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные - для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

2. Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.

Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).

В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.

Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.

Рис. 5. : 1 - циркуляционный насос; 2 - топка; 3 - пароперегреватель; 4 - верхний барабан; 5 - водоподогреватель; 6 - воздухоподогреватель; 7 - дымовая труба; 8 - центробежный вентилятор (дымосос); 9 - вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель

На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.

При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.

Рис 6.

Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.

Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.

Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.

Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

Рис. 7.

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

Рис. 9.

Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями - трубопроводами, газопроводами и др.

Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.

3. Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

Котлы с естественной циркуляцией;

Котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды - котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами - на рис. 11, а размещение в котельной - на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла - паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13.

Рис. 14.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15.

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

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.

Котельный завод Энергия-СПБ производит различные модели водогрейных котлов . Транспортирование котлов и другого котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.

При выборе мощности котлов желательно учитывать следующее:

Правила пользования газом и предоставления услуг по газоснабжению в Российской Федерации, Приложение 2. Требования к оснащённости газоиспользующего оборудования теплоутилизирующим оборудованием, средствами автоматизации, теплотехнического контроля, учёта выработки и потребления энергоресурсов Правила не распространяются на теплогенераторные мощностью до 100 кВт измерение расхода газа на котёл не требуется для котлов с расходом газа до 40 м3/ч, то есть теплопроизводительностью до 0,29 Гкал/ч (340кВт ) измерение расхода воды через котёл не требуется, если до 115°С

СП 89.13330.2016 Правила не распространяются на котельные с общей установленной мощностью менее 360 кВт 2,15 Гкал/ч , не имеющие барабанов для котельной теплопроизводительностью 2,6 Гкал/ч (3 МВт ) и менее не требуется оперативная диспетчерская телефонная связь (ОДТС), командно-поисковая связь (КПС), городская телефонная связь (ГТС), радиофикация, электрочасофикация

Для котлов с температурой воды выше 115°С: Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением внутри производственных помещений допускается устанавливать котлы теплопроизводительностью до 2,5 Гкал/ч , не имеющие барабанов “Перед растопкой котла, работающего на газе, должна быть проверена герметичность закрытия запорной арматуры перед горелками в соответствии с действующими инструкциями”

Кроме того, для котлов любой (?) теплопроизводительности:

_____

* Рассматривая объединение трёх и более одинаковых котлов путём организации попутного движения теплоносителя (с “петлёй Тихельмана”), я пришёл к следующему выводу: пропускная способность Kv участка коллектора перед вторым котлом и после предпоследнего котла должна быть не менее чем 3⋅(n – 1)⋅(Kv ветви котла), где n – количество котлов.

3 Горелка: мой выбор

Если бы я выбирал блочную горелку, то взял бы горелку с механической связью “газ-воздух” (с одним сервоприводом). Ну, и соответственно топке – короткофакельную или длиннофакельную. Например, очень привлекательна горелка ELCO серии EK 9 G. Она подкупает настроечным механизмом подачи воздуха и газа: с помощью опорных штифтов и скользящих по ним "лыж" можно сделать почти линейную зависимость “угол поворота – теплопроизводительность”:

Во время наладки и эксплуатации будет меньше хлопот, если на горелке установлен не “менеджер горения”, а прибор попроще – “топочный автомат”. В случае использования горелки с “менеджером горения” иногда бывает желательно предусмотреть автоматическое выключение её электропитания при недопустимом отклонении давления газа.

Сервопривод горелки должен быть “модулируемого” исполнения (с временем полного хода не менее 20 секунд). В режиме плавного изменения теплопроизводительности, в отличие от двух- и трёхпозиционного регулирования, температура поверхностей нагрева котла становится максимальной только в часы или дни его максимальной нагрузки, а не, скажем, каждые 5-10 минут. Это минимизирует мех. напряжения в котле, уменьшает рост отложений на поверхностях нагрева со стороны воды, повышает КПД.

Ещё модулируемые горелки позволяют при желании/необходимости получать от котла воду с максимально возможной температурой НЕПРЕРЫВНО.

Это особенно важно, если

максимально возможная температура воды на выходе котла совпадает с максимальной температурой прямой сетевой воды по графику (например, и та, и другая – 95 градусов),

схема котельной двухконтурная, а максимально возможная температура воды на выходе котла незначительно превышает максимальную температуру прямой сетевой воды по графику (например, одна – 115 градусов, а другая – 105 градусов).

В тёплую погоду нагрузка отопления минимальна или отсутствует вовсе. В тёплую погоду также минимально и разрежение, создаваемое дымовой трубой. Несмотря на это, ступенчатые горелки время от времени работают на полной мощности и при этом создают в дымоходах избыточное давление уходящих газов. Модулируемые же горелки могут НЕПРЕРЫВНО работать с частичной нагрузкой, и при этом в дымоходах будет сохраняться разрежение.

Ещё одна моя техническая симпатия – это горелки с “топочным автоматом”. Но когда-то мне довелось настраивать WM-G20/2-A с “менеджером горения” и частотным регулятором. Первоначально я её настроил с нарушением инструкции изготовителя. Зато мне тогда очень понравилось, как тихо работает вентилятор на малых нагрузках котла. Дело в том, что на котле с Qном=1 Гкал/ч оказалось достаточно 50% от частоты вращения 2900 об/мин для настроек “газ-воздух” вплоть до половины его теплопроизводительности. Даже при 0,7 Гкал/ч вентилятор ещё тихо работал (62%).

А на минимуме теплопроизводительности (0,2 Гкал/ч) радует то, что угол поворота воздушной заслонки – 8,6° (при желании есть куда уменьшать). Класс!

При выборе типа горелки желательно учитывать следующее:

4 Котловой блок управления: мой выбор

В качестве котлового блока управления я бы поставил термореле “3-позиционный регулятор” и аварийное термореле (например, простенькие Vitotronic 100 KC3), а плавное регулирование и каскадное управление сделал бы как-нибудь отдельно (см. ).

Для одиночного котла хорошо подходит Vitotronic 300 GW2 . Он имеет два канала регулирования температуры (по температурным графикам). Есть и разъём 17А для подключения котлового датчика температуры обратки “Therm-Control”, и разъём 29 для подключения котлового насоса, и разъём 50 “Отказ”.

5 Повышение живучести котельной

Когда-то при первом знакомстве с блоками управления фирмы Viessmann меня раздражало то, что в красивых оранжевых корпусах для управления котельной предусмотрено не так уж много, как этого можно было ожидать. Типа, хочешь, чтобы у тебя автоматически включался резервный насос – покупай и устанавливай ещё какое-то устройство... Я рассуждал так. Вот мы пользуемся персональным компьютером. Даже если стоимость его невелика, он может выполнять множество операций в секунду. Так наверное, лучше сделать в котельной один щит со свободно программируемым контроллером, который и запрограммировать на выполнение всех требующихся действий.

Но после того, как я увидел, что при перекрытии газа “родная” горелка котла Viessmann безо всякого трезвона просто-напросто выключается, а при появлении давления газа включается, как ни в чём не бывало, моё мнение диаметрально изменилось.

Кстати. Пропадание давления газа (недопустимое понижение давления) ничем не грозит ни котлу, ни людям, находящимся в котельной. Поэтому вполне логично, что после восстановления нормального давления газа горелка автоматически запускается.

Так же и с электропитанием.

Можно значительно повысить живучесть котельной, если разделить управление. Есть на входе или выходе насоса давление воды – он работает, нет – выключается. И это должно реализовываться “местным” устройством управления насоса, а не общекотельным блоком управления!

Наиболее заметно повысить живучесть можно, если есть возможность применить однофазные электродвигатели. Сгорел клеммник электропитания общекотельного блока управления, или “просели” две фазы электропитания котельной, а котельная-то работает!!!

Ещё об электропитании. Когда-то много лет назад я видел, что в одной котельной измерители-регуляторы 2ТРМ1 “зависали” после того, как “мигнул свет” (был переход на АВР). Думаю, такую проблему можно решить и для этих контроллеров, и для других, если поставить в щите ввода реле времени и задержать включение электропитания хотя бы на полминуты. А ещё лучше – поставить “монитор напряжения”.

6 Дисковые поворотные затворы на входах и выходах котлов

Дисковые поворотные затворы (ДПЗ, butterfly valves), установленные на входах котлов, служат для уменьшения расхода воды у неработающих котлов до незначительной величины расхода, необходимой для того, чтобы котлы оставались нагретыми “обраткой” (то есть, затворы должны быть закрыты, но неплотно). Управление котловым ДПЗ – от разъёма “29”. Команда “Включение котлового насоса” – это открывание ДПЗ, “выключение” – закрывание.

Расчётный расход воды через котёл (упрощённая формула):

расчётный расход, м 3 /ч = максимальная теплопроизводительность котла, Гкал/ч 1000 / (tвых.max – tвх.max)

Например: 1,8 Гкал/ч 1000 / (115-70) = 40 м 3 /ч

При одиночной работе каждого насоса/котла необходимо с помощью токовых клещей, расходомера и ДПЗ, находящегося на выходе котла, выставить расход воды на уровне между “расчётной” величиной для котла и максимально допустимой величиной для насоса (сначала – ближе к этой максимально допустимой величине).

7 О насосах

Во-первых, нельзя превращать насос в воздухосборник: размещать его нужно как можно ниже. Это сводит к минимуму вероятность кавитации, сухого хода, создаёт более подходящие условия для его обслуживания и ремонта. Идеальная ориентация для насоса “in-line” (в частности, с “мокрым” ротором) – это такая, при которой вода через него проходит снизу вверх.

Во-вторых, для того, чтобы в любое время можно было снять/разобрать насос для ремонта (или отвезти его в мастерскую), следует применять одиночные (не сдвоенные) насосы. У сдвоенного для ремонта одного из насосов необходимо останавливать оба электродвигателя и разбирать всё на месте. Одиночный же насос можно без особых затруднений снять и отправить в мастерскую. К тому же одиночные насосы значительно более транспортабельны.

В-третьих, жёсткая связка по гидравлике “насос-котёл” снижает живучесть котельной. Случилось что-то с котловым насосом – считай, что на один работоспособный котёл тоже стало меньше. И наоборот.

Для того, чтобы в случае выхода из строя одного насоса его мог заменить резервный, выходы насосов (входы котлов) нужно объединить:

При нормальной ситуации блок управления каждого котла даёт команду на включение “своего” котлового насоса. Если этот насос выходит из строя, то или автоматика, или человек включают другой насос из числа неработающих в это время (если таковые есть, конечно).

Автоматическое управление котловыми насосами от схемы, которая после первого запуска насоса будет оставлять в работе хотя бы один котловой насос, если есть команда на включение насоса системы отопления (с использованием реле давления kpi35 или пары “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”).

В общем случае число включенных котловых насосов равно числу запущенных котлов.

Если всё же вместо АВР котловых насосов сделан выбор в пользу создания пар “насос-котёл”, то желательно объединить выходы этих насосов хотя бы импульсной трубкой (через краны 11б18бк?) для того, чтобы неработающие котлы прогревались “входной” водой, а не водой, идущей с выхода работающего котла (расход, превышающий протечку через обратные клапаны):

Для случая с двумя одинаковыми котлами, у дроссельной диафрагмы или крана пропускная способность Kv должна быть больше чем величина, вычисляемая по формуле “относительная протечка ⋅ Kv ветви котла / Kv ветви нагрузки котлового контура”. Например, Kv диафрагмы > (0,001⋅200)⋅150/300, то есть Kv диафрагмы >0,1. Понятно, что в случае с тремя котлами требуется значительно более высокая Kv диафрагмы. Кстати, Kvs крана 11б18бк – порядка 0,8?

Если предполагается, что во время эксплуатации будет возникать сравнительно быстрый рост нагрузки (например, из-за приточных установок или теплиц), то можно резервные жаротрубно-дымогарные котлы заранее прогревать водой, идущей у них наоборот – с выхода на вход ("неплотный обратный клапан").

Управление сетевыми насосами (насосами отопления):

8 О трёхходовых клапанах

Это было, наверное, в 2005 году: в одной пусковой котельной я столкнулся с выходом из строя электроприводов трёхходовых поворотных клапанов, установленных на стороне греющей воды пластинчатых водоподогревателей). В каких-то положениях сегмент заедало (из-за перепада давления?), и стальные шестерни (прессованные?) ломали свои зубья...

Здесь на ТМ-схемах трёхходовой клапан показан установленным в точке смешения котловой подачи и обратной сетевой воды. Конечно, можно было бы установить его в точке разделения – после сетевых насосов. Там и температура воды пониже. Но во-первых, если трёхходовой клапан находится в в верхнем по схеме узле, то его работа не влияет на величину давления воды в котле (в нижнем узле при его “закрывании” давление воды в котле могло бы существенно понижаться). Во-вторых, при работе поворотного клапана на смешение перепад давления воды чуть-чуть “отжимает” сегмент от седла (сёдел), что значительно снижает нагрузку на электропривод и исключает вибрацию затвора:

Ну и в-третьих, для работы с таким несущественным гидравлическим сопротивлением, каким является гидравлическая стрелка (перемычка), можно использовать клапан с более высокой пропускной способностью Kvs. А у трёхходовых клапанов с прямоходным электроприводом как раз в режиме смешения Kvs выше, чем в режиме разделения.

Кстати, в котельной желательно использовать как можно “бОльшие” трёхходовые клапаны – вплоть до величины Kvs =4Gmax (об этом я писАл на форуме АВОК).

Функция пропускной способности Kv

Так может выглядеть график изменения совокупной Kv трёхходового клапана и водоподогревателя:

По мере открывания трёхходового клапана на водоподогреватель происходит понижение Kv и, соответственно, уменьшается расход воды через котёл.

Конечно, существуют тепловые схемы, в которых не происходит такое безобразие (см. ). Тем не менее, я решил, что схема без насосов греющей воды водоподогревателей имеет право на существование. Отказаться от трёхходового клапана и заодно сделать так, чтобы при увеличении тепловой нагрузки расход воды через котёл хотя бы не уменьшался – таковы были мои ориентиры.

Думаю, что используя вместо трёхходового клапана шаровой кран и ДПЗ, эту задачу можно решить даже для плавного регулирования:

ДПЗ выбирается с Kvs, находящейся в пределах одной-двух Kv нового (чистого) водоподогревателя. Шаровой кран выбирается с такой Kvs, чтобы обеспечить расход воды через один котёл при отключеннном (перекрытом) водоподогревателе в пределах 0,5–1 от “расчётной” величины. Сервопривод ДПЗ должен быть с временем поворота на 90 градусов, раза в 2 большим, чем время поворота шарового крана: кран будет работать одновременно с ДПЗ при поворачивании последнего в секторе 45÷80 градусов (на 45 градусах должен срабатывать дополнительный концевой выключатель).

По графику видно, что при увеличении тепловой нагрузки (то есть при открывании ДПЗ водоподогревателя) монотонно растёт Kv. Так же монотонно будет увеличиваться и расход воды через котлы:

Для водоподогревателей двух нагрузок, например, отопления и ГВС:

Так появился трёхходовой “составной клапан” (соединение “по схеме Штренёва” ):

И пример результатов расчёта:

В этой схеме крайне желательно, чтобы у водоподогревателя проектный перепад давления греющей воды находился в пределах 0,5 кгс/см 2 .

Для работы с водоподогревателем Kv 50...60 в результате расчёта выбраны трёхходовой поворотный клапан Kvs40 и ДПЗ Tecofi Dу50 Kvs117. Вместо показанной на схеме дроссельной диафрагмы желательно сделать переход трубопровода на меньший диаметр. Например, для получения пропускной способности Kv30 можно использовать один метр стальной трубы Dу32.

В данном случае величины пропускной способности соотносятся как 0,5: 0,7: 1: 2. При выборе водоподогревателя с более высокой Kv (для более высокого расхода) это соотношение может стать несколько иным – например, таким: 0,1: 0,2: 1: 6.

Такой “составной клапан” может хорошо подойти и для котельной с водоподогревателями отопления и ГВС:

При управлении теплопроизводительностью это желательно учитывать во избежание чрезмерного выбега температуры воды на выходе котла. Во время пусконаладки котельной желательно посмотреть, в каком диапазоне изменяется расход воды через котёл, работающий “в одиночку” на один водопогреватель: не превышает ли он максимально допустимую для насоса величину? В случае превышения:

9 Приготовление горячей воды

Для сглаживания пиков требуемой мощности скоростные водоподогреватели можно скомбинировать с емкостным (относительно небольшой мощности). Этот емкостной водоподогреватель может служить подпиточным баком при отключении ХВС:

Для “дыхания” емкостного водоподогревателя необходимо установить на нём соответствующее специальное устройство (или просто автоматический воздухоотводчик?).

ПИД-регулятор путём плавного изменения температуры греющей воды поддерживает постоянной температуру воды на выходах скоростных водоподогревателей.

То, что температура греющей воды устанавливается на минимально необходимом уровне, минимизирует образование отложений в водоподогревателях.

А можно ли у “333”-го канал “контур отопления” использовать для плавного регулирования температуры воды ГВС или температуры воды на входах котлов? По логике, если бы можно было каналу М2 задать один температурный график, а каналу М3 – другой, то – без проблем! В техническом описании девайса (РЭ) написано, что “изменение наклона и уровня отопительной характеристики выполняется для каждого отопительного контура по отдельности”. Тогда следующий шаг – минимизация зависимости заданной температуры, к примеру, контура M3 (теперь это – температура ГВС) от температуры наружного воздуха. Если выставить заданную температуру помещения 20°С, уровень “отопительной характеристики” +30, а наклон “отопительной характеристики” 0,2 , то при tнв=+20°С заданная температура контура будет 50°С, а при tнв= -28°С – где-то 58°С.

Команду включения насоса греющей воды можно взять с разъёма 20M3, а циркуляционного насоса ГВС – с разъёма 28 (кодировка “73:7”).

Живучесть котельной существенно повышается благодаря возможности подпитки из емкостного водоподогревателя в случае прекращения водоснабжения. При этом всего лишь потребуется открыть кран на входе подпиточного насоса и включить этот насос.

Для случая, когда используется “маленький” скоростной водоподогреватель, рассчитанный на среднесуточную нагрузку, и “большой” емкостной водоподогреватель –

Если в системе ГВС используется бак-аккумулятор, то для того, чтобы автоматизировать его заполнение в ночные часы, удобно воспользоваться имеющейся у Vitotronic 333 возможностью задания “программы выдержек времени для работы циркуляционного насоса” –

Дроссельная диафрагма изображена на циркуляционном трубопроводе ГВС условно. На самом же деле, дроссельные диафрагмы должны быть установлены в циркуляционных трубопроводах потребителей.

Известно, что максимальная часовая тепловая нагрузка ГВС по будням превышает её часовую величину, усреднённую за сутки, что называется, в разы. Но зачастую установленная тепловая мощность котельной выбирается таким образом, что она становится равна сумме расчётных нагрузок отопления, вентиляции и какой-то значительно усреднённой нагрузки ГВС. В результате этого во время максимальной нагрузки ГВС температура горячей воды становится ниже нормы. Выходов из этой ситуации два: аккумулирование тепла на нужды ГВС, аккумулирование тепла для отопления. Если есть возможность использовать теплоаккумулирующую способность зданий, то второй путь решения может стать предпочтительным. В этом случае необходимо, во-первых, заменить, как минимум, скоростной водоподогреватель ГВС с увеличением его расчётного теплового потока до реально необходимой величины, а во-вторых, создать приоритет нагрузки ГВС. Один из вариантов такого приоритета может быть реализован в тепловой схеме с предвключенным скоростным водоподогревателем ГВС:

Скорее всего, при этом потребуется выполнить следующие условия:

водоподогреватель отопления изготавливается в расчёте на сравнительно низкий температурный напор – значительно ниже того, который можно создать в данной котельной при максимально возможной температуре воды на общем выходе котлов;

максимально возможная температура воды на общем выходе котлов достаточно высока для использования всей установленной тепловой мощности в час, когда суммарная нагрузка ГВС и отопления равна ей или превышает её;

для потребителя приемлемы отклонения от “бумажного” отопительного температурного графика: как понижение температуры подачи, происходящее в часы высокой нагрузки ГВС, так и её повышение в остальное время суток (для компенсации временных “недотопов” регулятору прямой сетевой воды должен быть задан повышенный температурный график).

Скриншот страницы в Excel с шаблоном моего расчёта предвключенной схемы (водоподогреватель ГВС, водоподогреватель отопления, трёхходовые клапаны) –

Интересный вариант – схема с предвключенным водоподогревателем ГВС, у которого со стороны греющей воды стоит насос с частотно-регулируемым электроприводом. В комбинации с этим можно сделать зависимое присоединение теплосети отопления:

Благодаря тому, что контур котлов получится короткозамкнутым (краны на замыкающем участке всегда открыты), можно будет использовать водотрубные котлы с простыми насосами. Некоторое непостоянство расхода воды через котёл будет приемлемо: это или увеличение расхода из-за насоса греющей воды (при недостаточно высоких параметрах режима теплогенерации: количестве запущенных насосов/котлов и температуры воды на их выходах), или несущественное уменьшение расхода воды через уже работающий котёл из-за запуска ещё одного насоса/котла (несущественное, если запуск – “опережающий”, до развития предыдущей ситуации).

10 Регулирование температуры сетевой воды

Будет намного удобнее, если регулятор температуры сетевой воды отопления, управляющий трёхходовым клапаном (или парой ДПЗ), станет поддерживать по температурному графику температуру не прямой сетевой воды, а среднеарифметическое значение (tпр.зад+tобр.зад)/2. Эта величина – практически то же самое что и “средняя температура отопительного прибора” (если представить себе каждого подключенного к теплосети потребителя как один отопительный прибор). В этом случае можно заниматься регулировкой гидравлических режимов, то есть “поджимать” ветви там, где требуется – в ходе этого регулятор сам скорректирует температуру прямой сетевой воды (повысит её).

К этой мысли я пришёл уже не первый, достаточно будет сослаться хотя бы на следующую статью:

Для реализации этого с Vitotronic 333 необходимо использовать не один, а четыре накладных датчика “температуры подачи отопительного контура” – по два на подающем и обратном трубопроводах, соединив их параллельно-последовательно.

Такое регулирование может быть востребовано и просто при нестабильной тепловой нагрузке – при отоплении, совмещённом с ГВС и вентиляцией.

Поддержание величины (tпр.зад+tобр.зад)/2 эквивалентно поддержанию “обобщающего температурного параметра П” в следующем виде: П = tпр.зад + tобр.зад

Для аварийной подпитки (при быстро увеличивающейся или большой утечке) можно поставить шаровой кран с электроприводом. Его включение (открывание) можно настроить, например, на порог 3 кгс/см 2 , выключение (закрывание) – на 3,2 кгс/см 2 . Это можно сделать с помощью пары “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”.

По сравнению с известной схемой (два реле на 220 В), у этой связки (“ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”) есть некоторые преимущества: ЭКМ становится электробезопасным, полностью исключается влияние дребезга контактов ЭКМ"а, существенно уменьшается нагрузка на контакты – они не будут обгорать.

В ситуации, когда давление обратной сетевой воды начнёт превышать заданную величину, желательно формировать для регулирующего клапана непрерывную команду “закрыться”.

Подпитка системы отопления административного здания

(утечки теплоносителя несущественны, шум допустим)

В этом случае в качестве исполнительного органа, открывающего подпитку, можно использовать соленоидный клапан. В простом варианте для его включения можно применить реле давления kpi35. Для удобства настройки порогов включения и выключения подпитки можно использовать пару “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”.

Ограничить подпитку при разрыве системы отопления можно, например, поставив последовательно с соленоидным клапаном “трёхходовой кран под манометр” 11б18бк. На случай их ревизии-ремонта и для быстрого заполнения системы необходимо сделать общий байпас с шаровым краном.

the Peace of "I",

Вячеслав Штренёв

Статьи на близкие темы: