Проектирование паровых котельных реферат

Обновлено: 28.06.2024

Паровые котельные – это особый вид обеспечения объекта теплом и горячей водой. Основным элементом такой котельной является паровой котел.

Принцип действия парового агрегата основан на сгорании в специальном пространстве любого вида топлива с последующим выделением тепла. Вода в котле нагревается и переходит в парообразное состояние (перегретый или насыщенный пар). Выделяемый пар служит для обогрева и обеспечения горячего водоснабжения.

Паровые котлы чаще всего применяют для поддержания определенного технологического процесса, например, производственно-отопительного.

Конструкция паровой котельной следующая:

котел;
нагревательные приборы (батареи, трубопроводы, регистры);
магистральные трубопроводы;
насосы;
система автоматики;
средства управления для обеспечения автоматического включения и отключения парогенераторов, регулирования уровня воды в барабане и давления пара.

Главной частью парового котла является топка, в которой происходит процесс горения. Она представляет собой пространство, образованное вертикальными трубами, обшитое снаружи огнеупорными и теплоизолирующими материалами.

В качестве топлива для паровых котлов используют природный или сжиженный газ, мазут, дизель. Реже встречаются паровые агрегаты, работающие на дровах или угле.

Плюсы и минусы парового отопления

Паровые котлы обладают такими достоинствами:

высокой теплоотдачей;
отсутствием теплопотерь в теплообменниках;
быстрым нагревом больших помещений;
сравнительно небольшими размерами и несложным монтажом;
невысокой вероятностью замерзания воды в трубах.

Однако, не обошлось и без недостатков:

пар негативно воздействует на трубы, вызывая коррозию;
быстро выставить нужную температуру в помещении не представляется возможным;
трубы и батареи сильно нагреваются.

При правильном подборе парового котла и соответствии его мощности обогреваемому помещению, такой вид отопления получается высокоэффективным и экономичным.

Особенности проектирования паровой котельной

Для любой котельной проект состоит из нескольких основных частей, являющихся неизменными. В процессе разработки проекта паровой котельной следует учитывать:

характеристики пара (температуру, расход, давление);
вид основного и резервного топлива, их свойства;
параметры подаваемой воды (жесткость, концентрацию солей, давление и т. д.);
соответствие подбираемому оборудованию характеристикам будущей котельной.

На первом этапе проектирования специалисты собирают исходные данные, рассчитывают площадь отапливаемого помещения для грамотного подбора оборудования и разрабатывают техническое задание, учитывая пожелания заказчика.

Второй этап – выбор устройств и приборов для будущей котельной.

Далее выполняется наиболее важная часть проекта – тепловой расчет парового котла. На этом этапе выполняются такие действия:

выполняется тепловой расчет топочной камеры (поверочный и конструктивный);
тепловой расчет поверхностей нагрева;
гидравлический расчет замкнутого контура;
аэродинамический расчет пути течения газа в границах котла.

При выполнении расчетов обязательно учитываются такие параметры, как место размещения котельной и климатические условия конкретного пункта.

На этом этапе также создаются чертежи котла в трех проекциях, необходимые планы и схемы.

После проведения расчетных и остальных работ, проект необходимо оформить в соответствии с нормативными требованиями.

Последний этап проектирования – согласование в государственных органах и его утверждение.

Для того, чтобы получить качественный и грамотный проект паровой котельной желательно доверить его разработку специалистам.

Выбор производительности и типа котельной. Характеристика ее основных компонентов. Определение количества воздуха, необходимого для горения, состава, количества дымовых газов и их энтальпии. Тепловой расчет топки. Конструктивное определение экономайзера.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	28.10.2013
Размер файла	113,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Основы проектирования котельных

1.1 Выбор производительности и типа котельной

1.2 Выбор числа и типов котлов

1.3 Компоновка котельной

1.4 Тепловая схема котельной

2. Тепловой расчет котельного агрегата

2.1 Общие положения

2.2 Сводка конструктивных характеристик

2.3 Определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов и их энтальпии

2.4 Составление теплового баланса

2.5 Тепловой расчет топки

2.6 Тепловой расчет первого конвективного пучка

2.7 Тепловой расчет пароперегревателя

3. Расчет хвостовых поверхностей нагрева

3.1 Конструктивный расчет экономайзера

3.2 Проверка теплового баланса

котельный горение экономайзер

Котельной установкой называют совокупность устройств и механизмов предназначенных для производства водяного пара или приготовления горячей воды. Водяной пар используют для привода в движение паровых двигателей, для нужд промышленности и сельского хозяйства и отопления помещения. Горячую воду предназначают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, для коммунально-бытовых нужд населения.

По роду производимого теплоносителя различают установки с паровыми и водогрейными котлами.

По назначению паровые котельные агрегаты делят на промышленные, устанавливаемые в производственных и отопительных котельные, которые устанавливают в котельных тепловых электрических станций. По типу паровые котлы можно разделить на вертикально-цилиндрические, вертикально-водотрубные с развитой испарительной поверхностью нагрева и экранные. Современная паровая котельная установка представляет собой сложное сооружение.

Основной частью её является собственно паровой котел, в котором осуществляется превращение воды в насыщенный пар. Однако в настоящее время собственно паровой котел с целью повышения экономичности котельной установки дополняется пароперегревателем, водяным экономайзером и воздухоподогревателем.

Пароперегреватель предназначается для повышения температуры и энтальпии пара, полученного в котле. В водяном экономайзере используют тепло дымовых газов уходящих из котла, для подогрева воды, подаваемой в котел, а в воздухоподогревателе - для подогрева воздуха, поступающего в его топку. Устанавливают водяной экономайзер или воздухоподогреватель либо тот и другой в совокупности.

Собственно котел, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, а также топка, связанные в единое органическое целое, совместно с примыкающими к ним паро- и водопроводами, газо- и воздухопроводами, арматурой образуют в целом котельный агрегат. Котельный агрегат имеет каркас с лестницами и помостами для обслуживания и заключается в обмуровку.

Металлические поверхности элементов котельного агрегата, соприкасающиеся с дымовыми газами и водой, паром или воздухом служат для передачи тепла от дымовых газов к воде, пару и воздуху и называются поверхностями нагрева. Современный котельный агрегат обслуживается рядом вспомогательных механизмов и устройств, которые могут быть индивидуальными и групповыми.

К вспомогательным механизмам и устройствам относят дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные и водоподготовительные установки, пылеприготовительные установки, топливоподачу, системы золоулавливания и золоудаления - при сжигании твердого топлива, мазутное хозяйство - при сжигании жидкого топлива, газорегуляторную станцию - при сжигании газообразного топлива. Дымососы предназначаются для удаления дымовых газов из котельной установки. Дутьевые вентиляторы устанавливают для того, чтобы при подаче воздуха в топку преодолеть сопротивление горелок или слоя топлива на решетке, а также сопротивления воздухоподогревателя.

Тепловые, гидродинамические и аэродинамические процессы, протекающие в котельной установке, необходимо регулировать и контролировать. По этому ее оснащают регулирующими устройствами, такими, как регулятор температуры перегретого пара, запорными регулирующими и предохранительными органами, контрольно-измерительными приборами.

На ряду с этим в котельных установках осуществляют комплексную автоматизацию регулирования всех основных происходящих в них процессов. Котельные установки, расположенные в одном здании или на общей площадке в совокупности со всем комплексом вспомогательных механизмов и устройств называют котельной. В соответствии с назначением и родом производимого теплоносителя различают энергетические, производственные, отопительные и производственно-отопительные котельные, а также котельные с паровыми и водогрейными котлами.

1. Основы проектирования котельных

1.1 Выбор производительности и типа котельной

Проектирование котельной начинают с выявления характера потребителей и определения количества потребного для них тепла или пара, а также вида и параметров теплоносителя. При этом производственные котельные обычно вырабатывают пар для технологических нужд, отопления и вентиляции производственных цехов; отопительные котельные приготавливают горячую воду для отопления жилых и общественных зданий, а также для хозяйственных нужд; производственно-отопительные котельные вырабатывают пар и приготавливают горячую воду для всех перечисленных выше видов потребления.

Потребность в тепле на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых общественных и промышленных зданий определяют по проектам местных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При отсутствии таких проектов потребность в тепле может быть подсчитана по укрупненным показателям. Отпуск пара на технологические нужды промышленных предприятий и горячей воды определяю по технологическим проектам этих предприятий.

Когда вид и параметры теплоносителя, а также полный отпуск тепла или пара выявлены, можно установить профиль и производительность проектируемой котельной. Если все тепло отпускается в виде горячей воды, проектируют котельную с водогрейными котлами, если в виде пара и в виде горячей воды, то в зависимости от количественного соотношения отпусков пара и горячей воды можно спроектировать паровую котельную с установкой для подогрева сетевой воды либо комбинированную котельную с водогрейными и паровыми котлами.

1.2 Выбор числа и типа котлов

Число и тип котлов при проектировании котельной выбирают, исходя из годового графика отпуска тепла или пара для отопления и подогрева вентилируемого воздуха, для горячего водоснабжения, и технологических нужд. Для котельных с паровыми котлами целесообразно строить годовые графики отпуска пара, производя перерасчет отпуска тепла на отопление, вентиляцию и отпуск пара по формуле:

где: hс п - энтальпия пара, поступающего в сетевой подогреватель воды, кДж/кг;

hк - энтальпия конденсата, выходящего из охладителя конденсата сете- вого подогревателя, кДж/кг;

с п - КПД сетевого подогревателя воды, составляющий 0,95-0,98.

Над суммирующей кривой отпуска тепла или пара надстраивают кривую собственного расхода тепла или пара котельной и потери тепла или пара в ней. Расход пара на деаэрацию определяют по формуле, приведенной в таблице 1, а расход пара на другие нужды принимают в процентах к ее выработке: на обдувку поверхностей нагрева 1% , на распыление мазута в паровых форсунках 2-3%, на разогрев мазута в мазутохранилище - до 5%, на паровые питательные насосы 1%. Потери тепла и пара в котельной принимают равными 1-2% отпущенного тепла или пара.

Приходя к определению числа и производительности котлов, подлежащих установке в котельной, исходят из того, что котлы должны быть однотипными и одинаковой производительности. Предпочтительнее выбирать меньшее число более крупных котлов; желательно чтобы в котельной было 2-3 работающих котла. Резервного котла, как правило, не предусматривают, за исключением тех случаев, когда по условиям производства недопустимо даже кратковременное сокращение отпуска тепла или пара.

Производительность котлов выбирают из такого расчета, чтобы они полностью обеспечивали требуемую выработку пара в зимний максимум, и чтобы в летний период можно было выводить по очереди все котлы в капитальный ремонт. Расчет сводим в таблицу 1 [определение номинальной производительности котельной, выбор числа и производительности котельного агрегата].

1.3 Компоновка котельных

При компоновке котельной преследуют цель наиболее рационально разместить основное и вспомогательное оборудование, чтобы его удобно было эксплуатировать и вместе с тем, чтобы котельная получалась компактной, с минимальным объемом здания, несложным для сооружения.

Различают три типа котельных: закрытые, полуоткрытые, открытые. В закрытых котельных все основное и вспомогательное оборудование (обычно за исключением золоулавливателей) размещают в закрытых помещениях. В котельных полуоткрытого типа котельные агрегаты и некоторое наиболее ответственное вспомогательное оборудование размещают в закрытом помещении, а дымососы, дутьевые вентиляторы, золоулавливатели и деаэраторы, баки и прочее - на открытом воздухе. В открытых котельных почти все оборудование размещают на открытом воздухе, сооружая только очень небольшое помещение для укрытия персонала, обслуживающего фронт котлов, а также насосов и щитов управления. Рекомендации по выбору типа котельной даны в СНиП II-92-76.

Котельные установки проектируют только с индивидуальными дымососами, дутьевыми вентиляторами и золоулавливателями. Топливоподачу, питательные насосы, водоумягчительную установку, деаэраторы и другое оборудование, а также дымовую трубу, как правило, проектируют общие для всей котельной.

Каждую котельную установку размещают в отдельной строительной ячейке; вспомогательное оборудование водопарового тракта размещают в строительной ячейке в одном из торцов котельной, причем помещение вспомогательного оборудования можно не отделять стеной от помещения котельных установок. Наряду с этим вспомогательное оборудование размещают и перед фронтом котлов. Здесь устанавливают тепловой щит, а при котельных агрегатах без воздухоподогревателей часто и дутьевые вентиляторы; в некоторых случаях перед фронтом котлов размещают питательные и сетевые насосы, водоподготовительную установку, деаэраторы.

Оборудование котельной размещают с учетом того, чтобы ее здание можно было выполнить из сборных железобетонных конструкций той номенклатуры и типоразмеров, которые применяют в промышленном строительстве.

Пролет здания котельной можно принимать равным: 6, 9, 12, 18 ,24 и 30 метров, шаг колонн 6 и 12 метров. Высоту помещения от отметки чистого пола до низа несущих конструкций на опоре следует принимать при пролете 12 м от 3,6 до 6 м включительно кратной 0,6 м, от 6 до 10,8 включительно - кратной 1,2 м, при больших высотах - кратной 1,8 м.

При пролете 18 и 24 м от 6 до 10,8 - кратной 1,2 м .

При пролете 30 м от 12,6 - кратной 1,8 м .

Кроме того при пролете 18 м. допускаются высоты, равные 4,8 и 5,4 м., а для пролета 24 м - 5,4 м. Для возможности расширения котельной одну из стен ее оставляют свободной от застройки.

Помещения, в которых установлены котлы, предусматриваю на каждом этаже два выхода наружу, расположенные с противоположных сторон котельной. Выходные двери должны открываться наружу от нажатия руки. Расстояние от фронта котлов или выступающих частей топок до противоположной стены котельной принимают не менее 3 м, причем в случае установки вспомогательного оборудования ширину свободных проходов перед фронтом котлов оставляют на менее 1,5 м. Однако это оборудование не должно мешать обслуживанию котла. Ширина остальных проходов между котлами и стенами должна быть не менее 1,3 м. Расстояние от верхней отметки котла или от отметки верхней площади обслуживания котла до нижних частей конструкций покрытия котельной должно быть не мене 2 м. Для обслуживания котлов устанавливают лестницы и площадки из несгораемых материалов. К площадкам более 5 м устанавливают не менее 2 лестниц шириной не менее 600 мм с углом наклона к горизонту не более 500.

Площадки, предназначенные для обслуживания арматуры, контрольно-измерительных приборов и т.п., выполняют шириной не менее 800 мм, остальные площадки шириной не менее 600 мм.

Котельную оборудуют надлежащей вентиляцией и обеспечивают естественным и искусственным освещением, создающим освещенность в пределах 5-50 лк. Аварийное освещение предусматривают от самостоятельного источника энергии. В котельной располагают средства огнетушения в соответствии действующими правилами пожарной безопасности.

1.4 Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Для покрытия чисто паровых нагрузок или для отпуска незначительного количества тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления. Развернутая тепловая схема с тремя паровыми котлами показана на чертеже 2.

Пар из котлов поступает на редукционно-охладительные установки РОУ, где снижаются его давление и температура. Температура снижается за счет испарения поданной в РОУ питательной воды, которая распыляется за счет снижения давления с 14-16 кгс/см2 до 6 кгс/см2.

Основная часть пара отпускается на производственные нужды из паропроводов котельной, часть редуцированного и охлажденного пара используется в пароводяных подогревателях сетевой воды, откуда направляется в закрытую систему тепловых сетей. Конденсат от внешних потребителей собирается в конденсатные баки и перекачивается конденсатными насосами в деаэраторы питательной воды. Конденсат от пароводяных подогревателей, установленных в котельной, подается прямо в деаэраторы. Кроме того, имеется трубопровод для возможности слива его в конденсатные баки.

Каждый паровой котел укомплектован питательным центробежным электронасосом. Для всех трёх установленных котлов установлен один такой же резервный насос. Вода в паровые котлы может также подаваться двумя паровыми поршневыми насосами.

Фактические напоры теплоносителей определяются исходя из рабочего давления пара в котлах и расчетах гидравлического сопротивления системы трубопроводов, арматуры и теплообменников.

2. Тепловой расчет котельного агрегата

2.1 Общие положения

Тепловой расчет котельного агрегата может иметь двоякое назначение:

а) при проектировании нового котельного агрегата по заданным параметрам его работы (паропроизводительность, температуры перегретого пара, питательной воды, подогрева воздуха и др.) определяют величины всех его поверхностей нагрева.

б) при наличии готового котельного агрегата проверяют соответствие всех величин поверхностей нагрева заданным параметрам его работы.

Первый вид расчета называется конструкторским, второй - поверочным. В курсовом проекте выполняется поверочный расчет.

Тепловой расчет котельного агрегата производят по методике, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф.А. Дзержинского и центральным котлотурбинным институтом им. И.И. Ползунова ВТИ и ЦКТИ. Величины котельного агрегата рассчитывают последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева. Предварительно выполняют ряд вспомогательных расчетов: составляют сводку конструктивных характеристик элементов котельного агрегата, определяют количество воздуха, необходимого для горения, количество дымовых газов по газоходам котельного агрегата и их энтальпию; составляют тепловой баланс котельного агрегата.

Тепловой расчет котельного агрегата выполняют по следующим разделам:

2.2 Сводка конструктивных характеристик котельного агрегата

При поверочном расчете, пользуясь чертежами котельного агрегата, составляют сводку конструктивных характеристик топки, конвективных поверхностей нагрева, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Для облегчения составления сводки конструктивных характеристик следует пользоваться эскизами элементов котельного агрегата.

Характеристика котла КЕ-4-14С

Паропроизводительность, т/ч 4

Давление пара на выходе из котла, МПа 1,4

питательной воды 100

Площадь поверхностей нагрева, м2

водяного экономайзера 141

Температура газов, 0С

на выходе из топки 832

Температура уходящих газов, 0С 155

Расчетный КПД брутто, % 81

Объём топочной камеры,м3 12,03

Газовое сопротивление котла, кПа 1,123

Расчётный КПД брутто, % 82

Масса котлоагрегата, тю 10,470

Диаметр и толщина стенки труб, мм

Определить количество воздуха, необходимого для горения и количество дымовых газов по газоходам котла требуется для подсчета скорости газов и воздуха в рассчитанных поверхностях нагрева с целью определения величины коэффициента теплопередачи в них. Определение энтальпии дымовых газов необходимо для составления уравнения теплового баланса рассчитываемых элементов котельного агрегата.

а) определяют теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, и теоретическое количество продуктов сгорания топлива по формулам таблицы 2;

б) выбирают значение коэффициента избытка воздуха в конце топки по данным таблицы 1 приложения 1, а затем, определив по данным таблицы 3 присос воздуха в элементах котельного агрегата, подсчитывают среднее значение коэффициента избытка воздуха по газоходам котла;

в) подсчитывают действительное количество воздуха, необходимое на горение, а также среднее действительное количество продуктов сгорания и парциальное давление трехатомных газов в газоходах котла по формулам 3;

г) подсчитывают энтальпию теоретического количества воздуха, необходимого для горения при различных температурах и коэффициенте избытка воздуха по формуле таблицы 4 с последующим составлением h-t таблицы. Характеристики топлива: Древесина [6], cтр.28. Горючая масса (%): Сг = 30,3 Нг = 6 Nг =3.6 Oг =25.1 S г0 =0. Рабочая масса (%): Wp =45 Ap =6.2 Cp =30.3 Hp =3.6 Op =25.1 Np =0.4 S p0 =0 S pk =0.1 Q рн =10.21МДж/кг. Максимальное содержание (%): W pм =52 А см =35 Q р1н =8,12 МДж/кг V г = 70

Ведущее место в теплоэнергетике принадлежит паротехнике. Основным типом мощной тепловой электростанции является станция, работающая по паровому циклу и оборудованная котельными и турбинными агрегатами. Назначение котельных агрегатов заключается в надежном и экономичном производстве определенного количества пара заданных параметров.
Размеры, сложность и разнообразие оборудования, габариты здания, стоимость и сложность эксплуатации определяют важное место котельных установок на мощных электростанциях. Поэтому прогресс крупной энергетики самым тесным образом связан с развитием энергетического парогенераторостроения.

Содержание работы

Введение 2
Описание работы и конструкции паровых котлов 3
Описание технологического процесса 6
Заключение 8
Список литературы 9

Файлы: 1 файл

Отчет.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Отчетная работа по учебной практике.

Выполнила ____________ Савина Л.А.

студентка гр. 5Б10НК, курс 2, ________

Проверила _________ Лубяная С. В..

Описание работы и конструкции паровых котлов 3

Описание технологического процесса 6

Список литературы 9

Введение

Размеры, сложность и разнообразие оборудования, габариты здания, стоимость и сложность эксплуатации определяют важное место котельных установок на мощных электростанциях. Поэтому прогресс крупной энергетики самым тесным образом связан с развитием энергетического парогенераторостроения.

Котельные установки (меньшего масштаба) весьма распространены в различных отраслях промышленности – на промышленных теплоэлектростанциях, предназначенных для комбинирования выработки тепла и электрической энергии, как установки, вырабатывающие пар для производственных и отопительных целей, и т.п.

Современный котельный агрегат представляет собой крупное инженерное сооружение, сложный комплекс технических устройств и механизмов, работа которых для обеспечения надежности и экономичности работы агрегата должна быть весьма четкой и строго согласованной.

Целью выполнения работы является изучение котельный агрегат и его элементы, назначения парового котла и всех его составляющих, а также технологического процесса в паровом котле.

Описание работы и конструкции паровых котлов

Котельный агрегат; его схема и элементы [1]

Котельный агрегат (рис. 1.) состоит из следующих элементов: собственно парового котла 1, 2, 3, пароперегревателя 4, водяного экономайзера 5, воздухоподогревателя 6, топочного устройства 7, обмуровки 8, каркаса 9, арматуры, гарнитуры и соединительных коммуникаций (труб и каналов).

Рис. 1 - Схема котельного агрегата

Назначением парового котла (в узком смысле слова, как элемента котлоагрегата) является превращение поступающей в него воды в насыщенный пар заданного давления. Собственно паровой котел состоит из разреженного пучка труб – фестона 2, системы экранных труб 3 и барабана 1.

Размещенные у стен топки экранные трубы 3 расположены вертикально. Из барабана 1 по опускным трубам 10 к нижним коллекторам экранных труб 11 подводится вода. Топочные экраны воспринимают большое количество тепла от заполняющих топочное пространство 7, интенсивно излучающих, раскаленных продуктов сгорания топлива. Вследствие этого в экранных трубах часть воды превращается в пар. Пароводяная смесь движется снизу вверх и отводится в барабан котла 1. Здесь пар отделяется от воды и поступает в паровое пространство 12, а вода из водяного пространства 13 поступает в опускные трубы 10.

Так осуществляется непрерывное движение воды по замкнутому пути, называемое естественной циркуляцией воды и происходящее вследствие разности удельных весов пароводяной смеси (в экранных трубах) и воды (в опускных трубах).

В экранах образуется основное количество пара, производимого котлом. Они служат также для предохранения стен топки от воздействия топочных газов, имеющих высокую температуру, и для предотвращения ошлакования топки.

Фестонные трубы 2 являются продолжением экранных труб, размещенных у задней стенки топки. Они образуются путем разводки труб заднего однорядного экрана в несколько рядов. Таким образом, создается пучок труб, которому тепло передается излучением и конвекцией, и продукты сгорания охлаждаются до заданной температуры перед пароперегревателем. Кроме того, фестон служит для защиты пароперегревателя от излучения заполняющих топку продуктов сгорания.

В барабане котла 1, как правило, устанавливаются сепарирующие устройства, служащие для отделения воды от пара и обеспечивающие получение практически сухого насыщенного пара.

Важный элемент котельного агрегата - пароперегреватель 4. Он предназначен для перегрева до заданной температуры полученного в котле насыщенного пара. Пароперегреватель состоит из группы параллельно включенных изогнутых труб-змеевиков, присоединенных к коллекторам. Насыщенный пар из парового пространства барабана котла по соединительным трубам поступает во входной коллектор пароперегревателя 14, далее движется по змеевикам, где перегревается до заданной температуры, а затем поступает в выходной коллектор 15 и оттуда направляется к потребителю.

Основное значение водяного экономайзера 5 заключается в подогреве питательной воды за счет тепла продуктов сгорания топлива. Конструкция экономайзера аналогична конструкции пароперегревателя. Вода подается питательным насосом во входной (нижний) коллектор экономайзера, проходит по змеевикам, поступает в выходной коллектор, а оттуда – в барабан котла. В крупных агрегатах, как правило, применяются двухступенчатые экономайзеры, как показано на рис 1.

Воздухоподогреватель 6 служит для подогрева поступающего в топку воздуха за счет тепла дымовых газов. Газы движутся сверху вниз внутри труб, омываемых снаружи поперечным потоком воздуха.

В топочном устройстве 7 осуществляется сжигание твердого топлива в виде пыли. Смесь топлива и воздуха поступает в топку из горелок 16, в топочной камере происходит воспламенение и горение топлива. Топочное устройство должно обеспечивать:

а) высокую степень полноты сжигания топлива при минимальном количестве избыточного воздуха;

б) охлаждение продуктов сгорания топлива до заданной условиями проектирования температуры.

Обмуровку 8 составляют стены и перекрытия котельного агрегата, выполненные из кирпича или из специальных плит и щитов. Она отделяет от наружного пространства топку и последующие газоходы агрегата – каналы, в которых размещены поверхности нагрева и по которым движутся дымовые газы. Внутренняя часть обмуровки топки, выполняемая из огнеупорных материалов, называется футеровкой. Обмуровка должна обладать хорошими теплоизоляционными свойствами для обеспечения невысокой температуры ее наружной поверхности и небольших потерь тепла в окружающую среду, а также должна быть плотной, обеспечивающей минимальные присосы внешнего воздуха в работающие под разряжением газоходы.

Каркас 9 служит для крепления и поддержания всех частей котельного агрегата и его обмуровки. Он выполняется в виде металлической конструкции из колонн и балок и опирается на фундамент.

Для возможности эксплуатации котельного агрегата необходим ряд приспособлений и устройств, носящих название арматуры и гарнитуры. К обязательной арматуре относятся: манометр, водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, питательные, автоматические обратные, паровые, спускные и продувочные клапаны. Гарнитура агрегата – это преимущественно чугунные детали: дверки, крышки люков, гляделки в обмуровке, заслонки для регулирования тяги, а также обдувочные устройства, служащие для очистки поверхности нагрева от отложений летучей золы.

Соединительные коммуникации агрегата состоят из труб, подводящих воду к экранам и отводящих из экранов пароводяную смесь, из соединительных труб между экономайзером и барабаном котла и между котлом и пароперегревателем, из воздухопроводов.

На рис. 1 приведена П-образная компоновка агрегата. Она характеризуется наличием дух вертикальных шахт – топочной и конвективной и расположенного вверху соединительного газохода. Образующиеся в топке продукты горения движутся в топочном пространстве снизу вверх, омывают фестон, направляются в соединительный газоход, где расположен пароперегреватель, затем поворачивают на 90º, поступают конвективную шахту и движутся в ней сверху вниз, омывая последовательно поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Охлажденные продукты горения отсасываются дымососом и через дымовую трубу удаляются в атмосферу. В случае надобности дымовые газы предварительно очищаются в специальных устройствах от летучей золы.

Описание технологического процесса

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:

1) процесс горения топлива,

2) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3,необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные.

Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.

Boiler houses produce thermal energy and deliver it to private houses, apartment buildings, industrial enterprises and complete residential communities. These facilities come in different categories, and each of them has its specifics and nuances that should be considered during development of the design.

Можно ли говорить о тенденциях в проектировании котельных? Какие котельные проектируются наиболее часто?

В крупных городах чаще стали появляться проекты котельных для теплоснабжения целого квартала домов (квартальные котельные по прежней классификации).

А что касается паровых котельных, часто ли бывают такие проекты?

Это, конечно, более сложные объекты. В основном это технологические котельные, пар же нужен для каких-то технологий и производства. За последние 10 лет в нашей практике таких проектов не было. Обращаются за консультациями, проектами паропроводов, но проектов собственно по паровым котельным не было.

В каких случаях выгоднее подключать потребителей к системе централизованного теплоснабжения, а в каких устанавливать автономные источники теплоснабжения?

Это индивидуально. Пожалуй, один из главных аргументов при выборе – финансы. Инвестору зачастую проще подвести газ и сделать автономную котельную, т. к. подключение к централизованному теплоснабжению обойдется в крупную сумму. Автономное теплоснабжение в наших условиях – здесь в Москве, в Санкт-Петербурге – это, конечно, экономия для инвестора. Дешевле поставить на все дома котельные – и забот меньше. Необходимы только технические условия от газоснабжающей организации. При таких условиях подключение к централизованному теплоснабжению оказывается дороже.

Конечно, с точки зрения потребителя удобнее все-таки централизованное теплоснабжение. Потребитель платит – за него решают все вопросы, связанные с подачей энергии и эксплуатацией. А в случае автономного теплоснабжения? Котельная переходит в собственность, а значит, необходимо думать о том, как она должна работать. Лет через 20, возможно, придется задуматься о замене или ремонте оборудования. А это деньги собственника.

И второй момент, который может влиять, – архитектурный. Когда архитектор делает концепцию, он вроде бы должен обо всем подумать и все предусмотреть, в т. ч. место под котельную.

Еще один пример – это район Куркино, о котором много писали. Здесь впервые в России была реализована схема автономного теплоснабжения целого микрорайона на базе пристроенных, отдельно стоящих и крышных котельных мощностью от 0,4 до 8 МВт, работающих на газовом топливе.

Кстати, удаленная диспетчеризация целого куста котельных для пилотных домов, которую мы сделали для Куркино, – это тоже, возможно, первый подобный пример в России. И в обоих случаях выбор той или иной схемы теплоснабжения был обусловлен конкретной экономической и технической целесообразностью.

А что можете сказать о блочно-модульных котельных?

В период работы в экспертизе было несколько проектов отдельно стоящих объектов: школы, детские сады, для отопления которых заказчик ставил блочно-модульные котельные. Для инвестора – дешево и сердито. Поставил котельную и ушел, но ведь ее надо обслуживать. Вот тут мы с вами и приходим к не очень хорошим вещам. Обслуживание и эксплуатация таких котельных не всегда качественные. Заключили договор на обслуживание, придут раз в месяц, посмотрят для галочки. И начинаются проблемы – в 50 % случаев, наверное, из-за водоподготовки, потому что вода попадает и в систему теплоснабжения, и в котлы. Идут отложения, котел перегревается, появляются протечки.

Раньше были правила котлонадзора, которые регламентировали все касательно котельных, сейчас главное – втиснуть котел, оборудование. Зачастую – как в подводной лодке. Это же экономия, деньги. И, если ориентироваться на таможенный регламент, это все проходит.

Поэтому с точки зрения обслуживания блочно-модульные котельные не самое удачное решение. Но с точки зрения применения – 10–15 лет они работают, почему бы и не поставить?

Раз уж затронули вопросы эксплуатации. Есть ли сложности?

Сложность одна – отсутствие в обслуживающих организациях требуемого количества квалифицированных специалистов низового и среднего звена.

Есть масса технических регламентов и инструкций. Они просто не соблюдаются. Есть проектные показатели работы котельной и отчет о проведенных пусконаладочных работах при вводе котельной в эксплуатацию. Они зачастую не используются. Беспечность и недобросовестность – это главные сложности. И нетребовательность руководства, наверное.

При проектировании котельных какие самые сложные моменты? Какие ошибки делают наиболее часто?

Поэтому, во-первых, все начинается с ТЗ. Грамотно составленное ТЗ – это наполовину столь же грамотно решенная задача. Именно на этом этапе заинтересованные стороны должны согласовать интересы заказчика и предлагаемые проектировщиком технические решения.

Во-вторых, необходимо правильно сделать компоновку, чтобы потом не было мучительно больно, когда начинаешь разводить все трубопроводы, газ, воду, канализацию, вентиляцию. Надо изначально спланировать и поставить все так, чтобы не только тебе было легко и удобно работать, но и монтажникам при воплощении проекта в жизнь, и эксплуатационному персоналу, обслуживающему котельную.

Бывали случаи, когда приходилось исправлять чужие ошибки? Какие наиболее часто встречаются?

Просто не по нормам было сделано. Также нередки случаи, когда заказчик меняет оборудование: давайте поставим другие котлы! И приходится делать заново под новые характеристики.

Еще одна проблема, которая встречается довольно часто, – неправильно подобранная схема теплоснабжения в котельной.

Следующий момент касается газа. В основном, если это крышная или встроенная котельная, входят не с низким давлением, а со средним. Люди не читают нормативов.

А в том, что касается проектов реконструкции, бывают сложные моменты?

При реконструкции все сложно. Во-первых, надо зафиксировать существующее положение, сделать какую-то съемку. Это уже сложно. Второе: приходится все пересчитывать – всю тепловую схему, перепроверять все оборудование. Осложнения может вызвать и желание увеличить мощность котельной. Бывают ситуации, когда это невозможно сделать в рамках реконструкции.

Вы сказали, что не читают нормативы. А каков общий уровень подготовки специалистов?

Возможный выход – создание действенной системы повышения квалификации.

Какие проекты были для вас самыми интересными в плане реализации?

Хотелось бы выделить котельную на твердом топливе в Тынде. Уникальный получился проект. Котельная проработала без реконструкции 45 лет!

Очень интересными были восемь крышных котельных, успешно работающих за полярным кругом, в Салехарде.

Еще один сложный объект – на Звенигородской улице в Москве. Очень интересный проект – 16-этажное офисное здание, на последнем этаже которого спроектировали энергоцентр мощностью по теплу 13 МВт и по холоду 4,2 МВт.

Нельзя не затронуть и такую актуальную тему, как импортозамещение. Как обстоят дела с российскими производителями котельного оборудования?

В России производят достаточно много котельного оборудования. Надо понимать, что зачастую это заводы, которые производят котлы по лицензии, работающие на газовом топливе.

Есть и чисто российские производства, они выпускают паровые, водогрейные котлы, стали выпускать жаротрубные, а до этого производили неплохие водотрубные котлы. Выпускают неплохие топки. А вот для крышных котельных у нас пока нет оборудования, то, что появляется, – с иностранными комплектующими. Например, в Туле делают котлы на базе французских теплообменников. И это довольно обидно. Если вернуться к микрорайону Куркино, о котором упоминали выше, там были реализованы крышные котельные на базе именно отечественных конденсационных котлов – ГУТ-100. Кстати, автоматика котла была разработана нашими сотрудниками. Пятилетняя эксплуатация котлов выявила необходимость доработки технологии изготовления агрегатов, а денег на это в ту пору ни у государства, ни у энтузиастов не нашлось. И в начале 2000-х годов эта ниша на рынке отопительной техники России начала очень быстро заполняться импортным оборудованием.

Есть еще один момент – не всегда инвестор выбирает отечественное оборудование. Может, не доверяют, или какие-то еще причины играют роль. Хотя импортные котлы дорогие.

Но ведь бывают ситуации, когда требуется поставить именно российское оборудование по условиям тендера.

Это чаще всего касается больших котельных, финансирование которых осуществляется госбюджетом. Здесь заказчик пытается поставить уже российское оборудование, которое однозначно дешевле. И водогрейные, и паровые котлы.

Говоря о котельных, нельзя забывать о безопасности, особенно когда речь идет о газовых котельных…

За примером далеко ходить не надо – поквартирное отопление индивидуальными газовыми котлами в многоквартирных жилых домах. Сейчас ввели ограничение в применении этой системы до высоты здания 28 метров. А ведь существует множество уже реализованных проектов. Наша компания разработала и согласовала около 30 СТУ для таких систем для многоквартирных домов в 16–17 этажей. И дома уже сданы и эксплуатируются.

Да, бывают аварии, но это опять же относится к обслуживанию – пройди раз в месяц, проверь, кто мешает? Поставьте газоанализаторы, клапаны, которые закроются, сделайте все как положено.

В одной из заграничных поездок мы были на объекте со встроенной котельной на 35-м этаже. Поразило то, что внутри дома идет газ среднего давления. В котельной редуктор, и затем газ поступает в котлы. Почему там не боятся? Не хочется ссылаться на цитаты известных людей, но почему нам не поучиться у капиталистов? Тем более что мы сами ими стали.

Ну и что получается? Мы боимся всего? Боимся с точки зрения безопасности, обслуживания и эксплуатации.

Еще одна неустаревающая тема – нормативные документы.

А не пора ли нам вводить страхование рисков строительства и эксплуатации? Думается, это быстренько приведет все в порядок. И поощрит добросовестность проектировщиков, строителей и эксплуатирующих организаций. Да, будет подорожание. Но куда без издержек?

Читайте также: