ГОСТ 25720-83

УДК 001.4.621.039.8:006.354 Группа Е00

001.4.621.56:006.354

621.039.5:001.4:006.354

621.452.3.6:006.354

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КОТЛЫ ВОДОГРЕЙНЫЕ

Термины и определения

Heat water boilers. Terms and definitions

МКС 01.040.27

Дата введения 01.01.84

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством энергетического машиностроения

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 14.04.83 № 1837

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3244-81

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ. 2005 г.

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий водогрейных котлов.

Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Применение терминов-синонимов стандартизованного термина не допускается.

Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и.обозначены "Ндп".

Установленные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся в нем терминов.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, недопустимые синонимы - курсивом.

	Определение
1. Котел Ндп. Парогенератор	По ГОСТ 23172
2. Водогрейный котел	Котел для нагрева воды под давлением
3. Водогрейный котел-утилизатор Ндп. Утилизационный водогрейный котел	Водогрейный котел, в котором используется теплота горячих газон технологического процесса или двигателей
4. Водогрейный котел с естественной циркуляцией	Водогрейный котел, в котором циркуляция воды осуществляется за счет разности плотности воды
5. Водогрейный котел с принудительной циркуляцией	Водогрейный котел, в котором циркуляция воды осуществляется насосом
6. Прямоточный водогрейный котел	Водогрейный котел с последовательным однократным принудительным движением волы
7. Водогрейный котел с комбинированной циркуляцией	Водогрейный котел, в котором имеются контуры с естественной и принудительной циркуляцией воды
8. Электрический водогрейный котел	Водогрейный котел, в котором для нагрева воды используется электрическая энергия
9. Стационарный водогрейный котел	Водогрейный котел, установленный на неподвижном фундаменте
10. Передвижной водогрейный котел	Водогрейный котел, установленный на средстве передвижения или на подвижном фундаменте
11. Газотрубный водогрейный котел	Водогрейный котел, в котором продукты сгорания топлива проходят внутри труб поверхностей нагрева, а вода - снаружи труб Примечание. Различают жаротрубные, дымогарные и жаротрубно-дымогарные водогрейные котлы
12. Водотрубный водогрейный котел	Водогрейный котел, в котором вода движется внутри труб поверхностей нагрева, а продукты сгорания топлива -снаружи труб
13. Теплопроизводительность водогрейного котла	Количество теплоты, получаемое водой в водогрейном котле в единицу времени
14. Номинальная теплопроизводительность водогрейного котла	Наибольшая теплопроизводительность, которую водогрейный котел должен обеспечивать при длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров воды с учетом допустимых отклонений
15. Расчетное давление воды в водогрейном котле	Давление воды, принимаемое при расчете элемента водогрейного котла на прочность
16. Рабочее давление воды в водогрейном котле	Максимально допустимое давление воды на выходе из водогрейного котла при нормальном протекании рабочего процесса
17. Минимальное рабочее давление воды в водогрейном котле	Минимально допустимое давление воды на выходе из водогрейного котла, при котором обеспечивается номинальное значение недогрева воды до кипения
18. Расчетная температура металла стенок элементов водогрейного котла	Температура, при которой определяют физико-механические характеристики и допускаемые напряжения металла стенок элементов водогрейного котла и проводят расчет их на прочность
19. Номинальная температура воды на входе в водогрейный котел	Температура воды, которая должна обеспечиваться на входе в водогрейный котел при номинальной теплопроизводительности с учетом допустимых отклонений
20. Минимальная температура воды на входе в водогрейный котел	Температура воды на входе в водогрейный котел, обеспечивающая допустимый уровень низкотемпературной коррозии труб поверхностей нагрева
21. Номинальная температура воды на выходе из водогрейного котла	Температура воды, которая должна обеспечиваться на выходе из водогрейного котла при номинальной теплопроизводительности с учетом допустимых отклонений
22. Максимальная температура воды на выходе из водогрейного котла	Температура воды на выходе из водогрейного котла, при которой обеспечивается номинальное значение недогрева воды до кипения при рабочем давлении
23. Номинальный расход воды через водогрейный котел	Расход воды через водогрейный котел при номинальной теплопроизводительности и при номинальных значениях параметров воды
24. Минимальный расход воды через водогрейный котел	Расход воды через водогрейный котел, обеспечивающий номинальное значение недогрева воды до кипения при рабочем давлении и номинальной температуре воды на выходе из котла
25. Недогрев воды до кипения	Разность между температурой кипения воды, соответствующей рабочему давлению воды, и температурой воды на выходе из водогрейного котла, обеспечивающая отсутствие закипания воды в трубах поверхностей нагрева котла
26. Номинальное гидравлическое сопротивление водогрейного котла	Перепад давления воды, измеренный за входной и перед выходной арматурой, при номинальной теплопроизводительности водогрейного котла и при номинальных значениях параметров воды
27. Температурный градиент воды в водогрейном котле	Разность температур воды на выходе из водогрейного котла и входе в котел
28 Основной режим работы водогрейного котла	Режим работы водогрейного котла, при котором водогрейный котел является основным источником тепла системы теплоснабжения
29. Пиковый режим работы водогрейного котла	Режим работы водогрейного котла, при котором водогрейный котел является источником тепла для покрытия пиковых нагрузок системы теплоснабжения

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ

Градиент воды в водогрейном котле температурный
Давление воды в водогрейном котле рабочее
Давление воды в водогрейном котле рабочее минимальное
Давление воды в водогрейном котле расчетное
Котел
Котел водогрейный
Котел водотрубный
Котел водогрейный газотрубный
Котел водогрейный передвижной
Котел водогрейный прямоточный
Котел водогрейный с естественной циркуляцией
Котел водогрейный с комбинированной циркуляцией
Котел водогрейный с принудительной циркуляцией
Котел водогрейный стационарный
Котел водогрейный утилизационный
Котел водогрейный электрический
Котел-утилизатор водогрейный
Недогрев воды до кипения
Парогенератор
Расход воды через водогрейный котел минимальный
Расход воды через водогрейный котел номинальный
Режим работы водогрейного котла основной
Режим работы водогрейного котла пиковый
Сопротивление водогрейного котла гидравлическое номинальное
Температура воды на входе в водогрейный котел минимальная
Температура воды на входе в водогрейный котел номинальная
Температура воды на выходе из водогрейного котла максимальная
Температура воды на выходе из водогрейного котла номинальная
Температура металла стенок элементов водогрейного котла расчетная
Теплопроизводительность водогрейного котла
Теплопроизводительность водогрейного котла номинальная

водогрейных

Котёл – немаловажная составляющая системы отопления, от которой зависит эффективность ее работы. Сегодня одним из самых распространённых видов отопления является водяное, что объясняет растущую популярность использования водогрейных котлов.

В продаже можно увидеть самые разные агрегаты, отличие между которыми состоит в используемом теплоносителе, конструкционном исполнении, технологии установки и т.п.

Предназначение

Водогрейный котёл применяется для обогрева малогабаритных строений, коттеджей и таун-хаусов. Обычно подобные агрегаты применяют при отсутствии центральной отопительной системы или в ситуации нецелесообразности строительства котельной. Помимо отопления их используют в системе горячего водоснабжения.

Водогрейный котёл – это прибор для нагрева воды под давлением, т.е. без возможности ее кипения.

Теххарактеристики

К основным характеристикам водогрейных котлов относятся:

Теплопроизводительность (тепловая мощность)

Это количество тепловой энергии, которое может быть передано теплоносителю за единицу времени. Единица измерения теплопроизводительности – киловатт. Данный показатель можно найти в паспорте изделия.

В зависимости от тепловой мощности котлы бывают малой, средней и большой мощности.

Температура теплоносителя

Выделяют номинальную и минимальную температуру воды на входе в котёл. Номинальная температура – это температура, которую должен обеспечивать прибор в условиях нормального режима функционирования. Обычно она колеблется в промежутке от 60 до 110°С.

Минимальную температуру нужно соблюдать во избежание возникновения низкотемпературной коррозии трубопровода из-за образования в нем конденсата.

Максимальная температура на выходе из котла – это такой ее уровень, при котором не происходит кипение теплоносителя. Обычно это 110-115°С.

Агрегат именно с этим показателем предназначен для индивидуального использования. Но существуют и изделия с более высоким значением максимальной температуры. Ими оснащают ТЭЦ.

Градиент. Это разница температур воды на входе в котёл и выходе из него. Обычно его значение равно 50-55 °С. На показатель градиента оказывает влияние материал, из которого изготовлено оборудование.

Разновидности

Современные водогрейные котлы устроены примерно одинаково. Они могут отличаться по производителю (отечественные и зарубежные) и по мощностным характеристикам.

Говоря о конструкционном исполнении, все котлы делятся на:

Жаротрубные

Особенностью таких моделей является наличие особых трубок, по которым происходит движение нагретых продуктов сжигания топлива. Принцип работы жаротрубного котла заключается в использовании горелок-автоматов, оборудованных дутьевыми вентиляторами.

Водотрубные

Схему таких водогрейных котлов отличает наличие специальных кипятильных трубок, по которым движется вода. Нагревание происходит путём сжигания энергоносителя. Прогрев котла данного вида происходит довольно быстро и его легко регулировать.

Также здесь предусмотрена возможность серьёзных перегрузок. Неоспоримое достоинство водотрубных отопительных устройств заключается в низкой вероятности их взрыва.

Что касается числа контуров, большинство котлов имеют два контура. Но также есть и одноконтурные изделия. Если котёл двухконтурный, то подача теплоносителя будет осуществляться и в систему отопления, и в водопроводную сеть.

Кроме этого, некоторые модели могут быть оснащены циркуляторами для обеспечения более интенсивного водооборота. В конструкцию котла также может входить расширительный бак.

По типу применяемого топлива водогрейные котлы делятся на:

Котлы на твёрдом топливе. Энергоносителем может выступать уголь, дерево или опилки. Агрегаты подобного типа применяются в бане, сауне, даче, так как требуют значительного пространства под размещение.

Котлы на жидком топливе. Это может быть солярка, мазут, машинное масло. Область применения – отопление частных домов и коттеджей.

Газовые котлы. Топливом выступает природный или сжиженный газ. Установка водогрейных котлов такого типа характерна для домов, таун-хаусов и даже квартир.

Котлы на электричестве. Электрические водогрейные котлы монтируют в небольших коттеджных зданиях и в квартирах.

На фото водогрейных котлов видно, что в зависимости от способа установки, они могут быть:

• Напольными.
• Настенными.

Существуют следующие правила эксплуатации водогрейных котлов:

• Водогрейный котёл требует проведения систематических проверок и регулировок, причём делать этого обязан специалист.
• Устанавливать и налаживать работу котельного оборудования должен профессионал.
• Котёл нуждается в режимной наладке раз в три года.

Фото водогрейного котла

1. Дайте определение водогрейным и энергетически котлам. Дайте определение следующим элементам парогенератора: поверхности нагрева, пароперегреватели, барабана, воздухоподогревателя, экономайзера и обмуровки.

Водогрейный котёл - котёл для нагрева воды под давлением. «Под давлением» обозначает, что кипение воды в котле не допускается: её давление во всех точках выше давления насыщения при достигаемой там температуре (практически всегда оно выше и атмосферного давления).

Паровой котёл - котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию (электрический паровой котёл) или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках (котлы-утилизаторы).

Поверхность нагрева котла - поверхность стенок, отделяющих дымовые газы от нагреваемых сред, через которые происходит передача тепла от дымовых газов.

Пароперегрева́тель - устройство, предназначенное для перегрева пара, то есть повышения его температуры выше точки насыщения. Использование перегретого пара позволяет значительно поднять КПД паровой установки.

Барабан котла - элемент стационарного котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочего тела, для отделения пара от воды, очистки пара, обеспечения запаса воды в котле

Воздухоподогрева́тель - устройство, предназначенное для подогрева воздуха, направляемого в топкукотельного агрегата, с целью повышения эффективности горения топлива за счёт тепла уходящих газов.

Экономайзер (англ. Economizer , от английского слова economize - «сберегать») - элемент котлоагрегата, теплообменник, в котором питательная вода перед подачей в котёл подогревается уходящими из котла газами. Устройство повышает КПД установки.

Обмуровка - система ограждений котлоаг регата, отделяющих его топку и газоходы от окружающей среды. Обмуровку котла применяют в котлах, не имеющих цельносварных газоплотных экранов

2. Привести пример схемы УЗО, реагирующей на ток замыкания на землю (показать выбор уставки, перечислить достоинства и недостатки).

УЗО, реагирующее на ток замыкания на землю, предназначено для устранения опасности поражения током при прикосновении людей к корпусу в период замыкания на него фазы за счет быстрого отключения поврежденной электроустановки от сети. Здесь прибором защитного отключения является токовое реле КСТ (рис. 5.4, б), включенное в рассечку заземляющего проводника непосредственно или через трансформатор тока ТА. Ток срабатывания реле КСТ

3. Эксплуатация силовых трансформаторов: основные задачи, направления, мероприятия.

Перед включением трансформатора в сеть из резерва или после ремонта производится осмотр как самого трансформатора, так и всего включаемого с ним оборудования.

При этом проверяются :

уровень масла в расширителе и вводах трансформатора;

исправность и пусковое положение оборудования системы охлаждения;

правильное положение указателей переключателей напряжения;

положение заземляющего разъединителя и состояние разрядников в нейтрали;

отключен ли дугогасящий реактор;

состояние фарфоровых изоляторов и покрышек вводов, а также ши-нопроводов и экранированных токопроводов .

Если трансформатор находился в ремонте, то обращается внимание на чистоту рабочих мест, отсутствие закороток, защитных заземлений и посторонних предметов на трансформаторе и оборудовании трансформатора.

Включение трансформатора в сеть производится толчком на полное напряжение со стороны питания (сетевых трансформаторов со стороны обмотки ВН). Включение часто сопровождается сильным броском тока намагничивания. Однако автоматического отключения трансформатора дифференциальной токовой защитой при этом не происходит, так как она отстраивается от тока намагничивания при первом опробовании трансформатора напряжением, что позволяет избежать ложных срабатываний ее при всех последующих включениях.

При включении трансформатора в работу не исключено появление на нем сразу номинальной нагрузки. Включение на полную нагрузку разрешается при любой отрицательной температуре воздуха трансформаторов с системами охлаждения М и Д и не ниже -25 °С трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц. Если температура воздуха, а следовательно, и масла в трансформаторе окажется ниже указанной, ее поднимают включением трансформатора на холостой ход или под нагрузку не более 50 % номинальной. В аварийных ситуациях этих ограничений не придерживаются и трансформаторы включаются при любой температуре (что из-за перепада температур между маслом и обмотками, естественно, отражается на износе изоляции обмоток)

Повышение вязкости масла в зимнее время учитывается при включении в работу не только самого трансформатора, но и его охлаждающих устройств. Циркуляционные насосы серии ЭЦТ надежно работают при температуре перекачиваемого масла не ниже -25 °С, а серии ЭЦТЭ - не ниже -20 °С. Поэтому при включении трансформаторов в работу циркуляционные насосы систем охлаждения включаются лишь после предварительного нагрева масла до указанных значений температур. Во всех остальных случаях насосы принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться в работу одновременно с включением трансформатора в сеть. Вентиляторы охладителей при низких температурах масла должны включаться в работу, когда температура масла достигнет 45 °С.

, находящихся в работе, производится по амперметрам, на шкалах которых должны быть нанесены красные риски, соответствующие номинальным нагрузкам обмоток, Одновременно с контролем значения тока проверяется равномерность нa-грузки по фазам. У автотрансформаторов контролируется также ток в общей обмотке.

Водогрейные промышленные котлы на разнотопливном конструктиве на порядок лучше справляются не только с обогревом широкомасштабных помещений, но также и решением других задач. Такие установки способны достигать внушительных показателей в мощности – до 20 МВт, что намного превышает простые котлы, работающие на газу. Перед выбором конкретной модели необходимо знать устройство, принцип работы данного оборудования и особенности энергоносителей. Помогут в выборе также знание о видах котлов, их преимущества и недостатки, а также, за сколько можно их купить.

Устройство, принцип работы водогрейных котлов

Вариации промышленных водогрейных котлов устроены в своем конструктиве практически во всех случаях одинаково. Отличия регистрируются в категориях, используемом энергоносителе, мощности и производителе (отечественные бренды или зарубежные).

Общее устройство:

1. Трубы внизу (3 шт.) – для входа воды, в том числе и для остужения, чтобы котел не перегревался, для наполнения и слива.
2. Воздушный клапан – располагается у самого днища в конструкции.
3. Нижняя заслонка – дверца, прикрываются топку.
4. Отсек для очистки от продуктов горения.
5. Крышка возле дымохода, чтобы удобнее было очищать.
6. Дымоход.
7. Верхняя заслонка.
8. Трубу вверху (2 шт.) – для выхода воды, в том числе и для той, что защищает от перегрева.

Принцип работы:

1. Топливо закладывается в топку.
2. Вода поступает по принимающей трубе.
3. Под влиянием высоких температур в результате горения вода в приемнике нагревается и поднимается далее по трубной «артерии» с подачей в отопительную систему.
4. Дымоход выполняет конвекторную функцию – вытягивает газ и дым от сгорания энергоносителя.
5. Воздухообменный клапан подает или блокирует подачу кислорода для горения.

Обычно такие котлы изготавливаются из прочной, но гибкой стали, способной выдерживать очень высокие температуры и давление.

Теплоноситель: вода

В таких установках используется самое дешевое теплоносительное природное вещество – вода. Они вполне годны для того, чтобы обогреть ангар, склад или иное внутренне помещение масштабного уровня. Но вода может создавать внутри системы накипь, которую усовершенствованные модели котлов могут уменьшить, либо очистить.

Такие котлы обычно призваны отапливать:

• склад;
• жилые дома (коммунальными службами);
• производственные помещения (цех, крытые платформы);
• помещения сельскохозяйственного значения;
• овощехранилища или зернохранилища;
• учреждения и административные здания;
• другие крупные объекты и сооружения.

Котел Протон водогреный

Виды: жаротрубный, водотрубный

Особые конструктивные преимущества водогрейных котлов заключаются в том, что можно выбрать любой из двух вариантов: жаротрубный (или – газотрубный) либо водотрубный.

Характеристики:

1. Жаротрубная модель – специальная система трубок, подающих нагретый энергоноситель, автоматические горелки с дутьевыми вентиляторными приспособлениями. В бытовых условиях эти варианты не используют.
2. Водотрубная модель – специальные кипятильные трубки перемещают теплоноситель. Быстрый прогрев, случаются перегрузки, но взрывы практически исключены.

Виды: низкотемпературный, высокотемпературный

Существует также котлы различного уровня горения и теплоотдачи. Например, есть варианты длительного, а есть краткосрочного горения, также есть иные виды.

Характеристики:

1. Низкотемпературная модель – до 115 градусов. Большая экономия расхода топлива, но есть и скопление конденсата, поэтому требуется аккуратная эксплуатация.
2. Высокотемпературная модель – до 150 градусов и выше. Надёжность стабильная, уровень эксплуатации высок. Бесшумная работа, выбросы отходов минимальны, имеется системы контроля над безопасностью.

Особенности одноконтурного (отопление) котла и двух контурного (+ горячий водопровод) водогрейного котла

Особенности контуров котлов:

1. Одноконтурный – используется для централизованного отопления помещения.
2. Двухконтурный – применяется для централизованного обогрева помещения и подогрева водопровода для подачи горячей воды.

Большим КПД отличаться могут и те, и другие варианты.

Топливо: дрова, пеллеты, газ, дизель, мазут

Отличаться модели могут еще и по использованию разного теплоносителя.

Бывают котлы:

• дровяные – среднезатратные твердотопливные ;
• газовые – дешевые;
• дизельные – среднезатратные;
• мазутные - среднезатратные;
• пеллетные – дорогостоящие торфяные гранулы.

Самый экономичный – газовый водогрейный экземпляр. Для напольных установок чаще используют твердотопливные варианты теплоносителя, но могут быть применены и газ или дизель.

Преимущества и недостатки водогрейных устройств

Плюсы водогрейных экземпляров:

1. Несложный напольный или настенный монтаж.
2. Расположение трубок по кругу для улучшения аэродинамики внутреннего обогрева.
3. Оптимальная скорость нагрева.
4. Отсутствие накопления конденсата.
5. Выработка насыщенного пара.
6. Использование дешевого теплоносителя – воду.

Недостатки моделей:

1. Коррозия металла.
2. Нужна дополнительная фильтрация воды, если она некачественная, чтобы избежать засоров в трубах.
3. Высокая стоимость.

Дополнительно: автоматическое управление котлом, автоматическая закладка топлива

Современное устройство – блок управления, датчики и другое – позволяют перейти на автоматическое управление оборудованием. В процессе эксплуатации можно добиться автоматической загрузки топлива. А встроенная интеллектуальная система с инновационным процессором позволит также настроить автоматику и при управлении.

ТОП водогрейных промышленных котлов – описание с характеристиками и ценами трех котлов на площадь 1000 кв.м.

Существуют разные версии моделей, некоторые из них можно рассмотреть в качестве примеров.

Газовый производственный котел Wolf GKS Eurotwin

Напольный котел VAILLANT atmoCRAFT VK INT 1454/9

1. Теплоотдача – 92,5%.
2. Мощность – 143 кВт.
3. Одноконтурного типа.
4. Площадь обогрева – 1430 кв.м.
5. Дымоход в диаметре – 250 мм.
6. Параметры габаритов – 1570х1145х960 мм.
7. Масса – 550 кг.
8. Производитель – Германия.
9. Цена от 650 000 рублей

Устройство таких котлов сложнее простого оборудования – другие применяются агрегаты. Нагретая вода очень быстро перемещается по отопительным трубами и радиаторам, нагревает их, от чего поступает тепло. Также водогрейные котлы промышленного уровня имеют большие размеры, на порядок меньше, чем бытовые варианты. Применение котлов не требует специального содержания и ухода за ними.

Котел – устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера ) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева – элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегревател ь – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогревател ь – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

1. 
   ОБЩАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, РАБОТАЮЩЕЙ

НА ПЫЛЕВИДНОМ ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Рис.1. Общая схема котельной установки с естественной циркуляцией,

работающей на твердом топливе:

топливный тракт:

1 – система пылеприготовления; 2 – пылеугольная горелка;

газовый тракт:

3 – топочная камера; 4 – холодная воронка; 5 – горизонтальный газоход; 6 – конвективная шахта; 7 – газоход; 8 – золоуловитель; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба;

воздушный тракт:

11 – воздухозаборная шахта; 12 – вентилятор; 13 – калорифер; 14 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 15 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 16 – воздуховоды горячего воздуха ; 17 – первичный воздух; 18 – вторичный воздух;

пароводяной тракт:

19 – подвод питательной воды; 20 – водяной экономайзер 1-й ступени; 21 – водяной экономайзер 2-й ступени; 22 – трубопровод питательной воды; 23 – барабан; 24 – опускные трубы; 25 – нижние коллекторы; 26 – экранные (подъемные) трубы; 27 – фестон; 28 – паропровод сухого насыщенного пара; 29 – пароперегреватель; 30 – пароохладитель; 31 – главная паровая задвижка (ГПЗ)

1. 
   Воздушный тракт .

Холодный воздух из верхней части помещения котельного цеха с температурой 20-30 °С забирается вентилятором 12 через воздухозаборную шахту 11 и направляется в воздухоподогреватель 1-й ступени 14. В некоторых случаях холодный воздух может подогреваться до температуры 50-90 °С. При этом подогрев воздуха до 50 °С осуществляется за счет рециркуляции части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора, а до температуры 85-90 °С - в паровом или водяном калорифере 13. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени воздухоподогревателя (14, 15), воздух нагревается до температуры 300-350 °С. После воздухоподогревателя 2-й ступени воздух поступает в воздухопровод горячего воздуха 16 и часть его (первичный воздух) по воздухопроводу 17 направляется на мельницу для сушки и транспортировки угольной пыли. Другая часть (вторичный воздух) по воздухопроводу 18 направляется к пылеугольным горелкам.

1. 
   Пароводяной тракт.

Питательная вода после предварительной подготовки (умягчение, деаэрация) питательным насосом подается в коллектор экономайзера 1-й ступени. Температура ее после регенеративного подогревателя 145-220 °С. Если для регулирования температуры пара установлен поверхностный пароохладитель 30, то часть воды предварительно направляется туда, чтобы обеспечить регулирование температуры перегретого пара. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени водяного экономайзера 20, 21, вода нагревается либо до температуры кипения (t пв = t кип) – экономайзер кипящего типа, либо до температуры ниже температуры кипения (t пв естественной циркуляцией и происходит за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в экранных (подъемных) трубах.

В барабане котла происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. В паровом пространстве барабана установлены сепарационные устройства, с помощью которых происходит улавливание капелек влаги из потока пара. Полученный в барабане сухой насыщенный пар по паропроводу 28 поступает в пароперегреватель 29, сначала в его противоточную часть, затем в прямоточную, где пар перегревается до заданной температуры. Между противоточной и прямоточной частью пароперегревателя устанавливается пароохладитель 30, который служит для регулирования температуры пара. Пар с заданными параметрами через главную паровую задвижку 31 поступает в паропровод и далее – к потребителю (паровые турбины, технологические потребители).

Котел с внешней стороны имеет наружное ограждение – обмуровку, которая включает в себя обшивку из стального листа 3-4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, и собственно огнеупорную обмуровку – тепловую изоляцию толщиной 50-200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечении газовой плотности.

Каждый паровой котел снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства - лючки, лазы, шиберы, обдувочные устройства и т. п.; к арматуре - все приборы и устройства, связанные с измерением параметров и регулированием рабочего тела (манометры, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и др.), обеспечивающие возможность и безопасность обслуживания агрегата.

Конструкции котла опираются на несущий стальной каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.

5.Газовый тракт .

Угольная пыль из системы пылеприготовления 1 через горелку 2 поступает в топочную камеру 3, сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел, температура которого составляет 1600-2200 °С (в зависимости от вида сжигаемого топлива). Шлак, образующийся в процессе горения топлива , через так называемую холодную воронку 4 поступает в специальный бункер, оттуда водой смывается в шлакопроводы, а затем багерными насосами шлак направляется на золоотвал. От факела тепло излучением передается топочным экранам, при этом дымовые газы охлаждаются и температура их на выходе из топки составляет 900-1100 °С. Проходя последовательно через поверхности нагрева (фестон 27, пароперегреватель 29, расположенный в горизон-тальном газоходе 5, водяные экономайзеры 20, 21 и воздухоподогреватели 14, 15, расположенные в конвективной шахте 6), дымовые газы отдают свое тепло рабочему телу (пар, вода, воздух) и охлаждаются до температуры 120-170 °С за первой ступенью воздухоподогревателя. Затем дымовые газы по газоходу 7 поступают в золоуловитель 8, где происходит улавливание золовых частиц из потока дымовых газов. Зола, уловленная из дымовых газов в золоуловителе воздухом или водой, транспортируется на золоотвал. Очищенные от золы дымовые газы дымососом 9 направляются в дымовую трубу 10. С помощью дымовой трубы происходит рассеивание вредных пылегазовых выбросов в атмосфере.

(7) 4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА(из лекции лучше)

При составлении теплового баланса котельного агрегата устанавливается равенство между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла Q 1 и тепловых потерь Q 2-6 . На основании теплового баланса вычисляются КПД котельного агрегата и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется на 1кг твёрдого (жидкого) или 1м 3 газообразного топлива при установившемся тепловом состоянии котельного агрегата.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид

Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 , кДж/кг или кДж/м 3 .

Располагаемая теплота 1 кг твердого (жидкого) топлива определяется по формуле

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг; i тл - физическая теплота топлива, кДж/кг; Q ф - теплота, вносимая в топку с паровым дутьем или при паровом распылении мазута, кДж/кг; Q в.вн - теплота, внесенная в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/кг.

Для большинства видов достаточно сухих и малосернистых твёрдых топлив принимают Q р = , а для газового топлива принимается . Для сильно влажных твёрдых топливи жидких топливучитывается физическая теплота топлива i тл, которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива

i тл = с тл t тл.

Для твёрдых топлив в летний период времени принимают t тл = 20 °С, а теплоёмкость топлива рассчитывают по формуле

КДж/(кг· К) .

Теплоёмкость сухой массы топлива составляет:

Для бурых углей - 1,13 кДж/(кг∙ К);

Для каменных углей - 1,09 кДж/(кг·К);

Для углей А, ПА, Т - 0,92 кДж/(кг·К).

В зимний период принимают t тл =0 °С и физическую теплоту не учитывают.

Температура жидкого топлива (мазута) должна быть достаточно высокой для обеспечения тонкого распыла в форсунках котельного агрегата. Обычно она составляет = 90-140 °С.

Теплоёмкость мазута

, кДж/(кг ·К) .

В случае предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах перед его поступлением в воздухоподогреватель котельного агрегата теплоту такого подогрева Q в.вн включают в располагаемую теплоту топлива и рассчитывают по формуле

где  гв - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому; Δα вп – присосы воздуха в воздухоподогревателях ; - энтальпия теоретического объема холодного воздуха; - энтальпия теоретического объема воздуха на входе в воздухоподогреватель.

При использовании для распыла мазута паромеханических форсунок в топку котельного агрегата вместе с разогретым мазутом поступает пар из общестанционной магистрали. Он вносит в топку дополнительную теплоту Q ф, определяемую по формуле

Q ф = G ф (i ф – 2380) , кДж/кг,

где G ф – удельный расход пара на 1 кг мазута, кг/кг; i ф - энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг.

Параметры пара, поступающего на распыл мазута, обычно составляют 0,3-0,6 МПа и 280-350 °С; удельный расход пара при номинальной нагрузке находится в пределах G ф = 0,03 - 0,05 кг/кг.

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:

- для водогрейного котла

Q = D в , кВт,

где D в - расход воды через котел, кг/с; , - энтальпия воды на входе и на выходе из котла, кДж/кг;

- для парового котла

где D пе - расход перегретого пара, кг/с; D пр - расход продувочной воды (под непрерывной продувкой понимают ту часть воды, которая удаляется из барабана котла для снижения солесодержания котловой воды), кг/с; i пе - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; i пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; i кип - энтальпия кипящей воды, кДж/кг.

Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котельного агрегата.

Расход продувочной воды из барабанного парового котельного агрегата составляет

где р - непрерывная продувка котельного агрегата, % ; при р Коэффициент полезного действия проектируемого парового котельного агрегата определяется из обратного баланса

 = 100 - (q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6) , %.

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котельного агрегата и сжигаемого топлива.
8. Потери теплоты с уходящими газами

Потери теплоты с уходящими газами q 2 (5-12%) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает теплоту поступающего в котел воздуха и определяется по формуле

, % ,

где I ух - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м 3 , определяемая по  ух при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем первой ступени; I о хв - энтальпия холодного воздуха.

Потери теплоты с уходящими газами зависят от выбранной температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха, так как увеличение избытка воздуха приводит к увеличению объема дымовых газов и, следовательно, возрастанию потерь.

Одним из возможных направлений снижения потерь теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, величина которого зависит от коэффициента избытка воздуха в топке и присосов воздуха в газоходы котла

 ух = + .

(9)Потери теплоты с химическим недожогом топлива q 3 (0 –2 %) возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих (СО, Н 2 , СН 4 ), что связано с неполным сгоранием топлива в пределах топочной камеры. Догорание же этих горючих газов за пределами топочной камеры практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Химическая неполнота сгорания топлива может являться следствием:

Общего недостатка воздуха (α т),

Плохого смесеобразования (способ сжигания топлива, конструкция горелочного устройства),

Низких или высоких значений теплонапряжения топочного объема (в первом случае – низкая температура в топке; во втором – уменьшение времени пребывания газов в объеме топки и невозможности в связи с этим завершения реакции горения).

Потеря теплоты с химическим недожогом зависит от вида топлива, способа его сжигания и принимается на основании опыта эксплуатации паровых котельных агрегатов.

Потери теплоты с химическим недожогом определяются суммарной теплотой сгорания продуктов неполного окисления горючей массы топлива

100, % .

(9)Потери теплоты от механической неполноты сгорания q 4 (1-6 %) связаны с недожогом твердого топлива в топочной камере. Часть его в виде горючих частиц, содержащих углерод, уносится газообразными продуктами сгорания, другая часть – удаляется вместе со шлаком. При слоевом сжигании возможен также провал части топлива через прозоры колосниковой решетки. Величина их зависит от способа сжигания топлива, способа шлакоудаления, выхода летучих, грубости помола, зольности топлива и рассчитывается по формуле

где а шл + пр, а ун - доли золы топлива в шлаке, провале и уносе; Г шл+пр, Г ун - содержание горючих в шлаке, провале и уносе, % .

(11)оптимальные значения коэффициента избытка воздуха в топке α т при сжигании:

мазута 1,05 – 1,1;

природного газа 1,05 – 1,1;

твердого топлива :

камерное сжигание 1,15 – 1,2;

слоевое сжигание 1,3 – 1,4.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в идеале могут быть сведены к нулю, однако полное уплотнение различных лючков и гляделок затруднено, и для котлов, присосы составляют Δα = 0,15 – 0,3.

Важнейшим фактором, влияющим на потерю теплоты с уходящими газами, является температура уходящих газов . Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котельного агрегата, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь. Снижение температуры уходящих газов на 12-16 °С приводит к повышению КПД котельного агрегата примерно на 1,0 %. Температура уходящих газов находится в пределах 120-170 °С. Однако глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке. Для различных топлив и способов сжигания топлива рекомендуется принимать определенные оптимальные значения α т.

Увеличение избытка воздуха (рис. 2) приводит к росту потерь теплоты с уходящими газами (q 2), а снижение - к повышению потерь с химическим и механическим недожогом топлива (q 3 , q 4).

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха будет соответствовать минимальному значению суммы потерь q 2 + q 3 + q 4 .

Рис. 2. К определению оптимального значения коэффициента

избытка воздуха

Таблица 1
Расход топлива В , кг/с, подаваемого в топочную камеру котельного агрегата, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котельном агрегате

Кг/с или м 3 /с.

Расчетный расход топлива с учетом механической неполноты сгорания

Коэффициент полезного действия котла (брутто) по прямому балансу

Коэффициент полезного действия (нетто ) котельной установки

где Q сн - расход электроэнергии (в переводе на теплоту) на собственные нужды котельной установки, кВт.

(15)5. КЛАССИФИКАЦИЯ КОТЛОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Котлы различают по следующим признакам:

По назначению:

Энергетически е – вырабатывающие пар для паровых турбин; их отличает высокая производительность, повышенные параметры пара.

Промышленные – вырабатывающие пар как для паровых турбин, так и для технологических нужд предприятия.

Отопительные – производящие пар для отопления промышленных,жилых и общественных зданий. К ним относятся и водогрейные котлы. Водогрейный котел – устройство, предназначенное для получения горячей воды с давлением выше атмосферного.

Котлы-утилизаторы - предназначены для получения пара или горячей воды за счет использования тепла вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) при переработке отходов химических производств, бытового мусора и т.д.

Энерготехнологические – предназначены для получения пара за счет ВЭР и являющиеся неотъемлемой частью технологического процесса (например, содорегенерационные агрегаты).

По конструкции топочного устройства (рис. 7):

Различают топки слоевые – для сжигания кускового топлива и камерные – для сжигания газового и жидкого топлива, а также твердого топлива в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии.

Кроме того, по конструкции они могут быть однокамерными и многокамерными, а по аэродинамическому режиму – под разрежением и под наддувом .

По виду теплоносителя , генерируемого котлом: паровые и водогрейные .

По перемещению газов и воды (пара):

• 
  газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами);
• 
  водотрубные;
• 
  комбинированные.

(18)Схема котла под наддувом. В этих котлах высоконапорная дутьевая установка обеспечивает избыточное давление в топочной камере 4 – 5 кПа, которое позволяет преодолеть аэродинамическое сопротивление газового тракта (рис. 8). Поэтому в этой схеме отсутствует дымосос. Газоплотность газового тракта обеспечивается установкой мембранных экранов в топочной камере и на стенах газоходов котла.


Рис. 8. Схема котла под «наддувом»:

1 – воздухозаборная шахта; 2 – высоконапорный вентилятор;

3 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 4 – водяной экономайзер

1-й ступени; 5 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 6 – воздуховоды

горячего воздуха; 7 – горелочное устройство; 8 – газоплотные

экраны, выполненные из мембранных труб; 9 – газоход

(19)Схема котла с многократной принудительной циркуляцией

Рис. 11. Конструктивная схема котла с многократной принудительной циркуляцией:

1 – экономайзер; 2 – барабан;

3 – опускная питательная труба; 4 – циркуляционный насос; 5 – раздача воды по циркуляционным контурам;

6 – испарительные радиа-ционные поверхности нагрева;

7 – фестон; 8 – пароперегреватель;

9 – воздухоподогреватель

Циркуляционный насос 4 работает с перепадом давления 0,3 МПа и позволяет применять трубы малого диаметра, что дает экономию металла. Малый диаметр труб и невысокая кратность циркуляции (4 – 8) вызывают относительное снижение водяного объема агрегата, следовательно, снижение габаритов барабана, уменьшение сверлений в нем, а отсюда общее снижение стоимости котла.

Малый объем и независимость полезного напора циркуляции от нагрузки позволяют быстро растапливать и останавливать агрегат, т.е. работать в регулировочно-пусковом режиме. Область применения котлов с многократной принудительной циркуляцией ограничивается сравнительно невысокими давлениями, при которых можно получать наибольший экономический эффект за счет удешевления развитых конвективных испарительных поверхностей нагрева. Котлы с многократной принуди-тельной циркуляцией нашли распространение в теплоутилизационных и парогазовых установках.
(20)Схема жаротрубного котла . Котлы предназначены для замкнутых систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и выпускаются для работы при допустимом рабочем давлении 6 бар и допустимой температуре воды до 115 °С. Котлы предназначены для работы на газообразном и жидком топливе, в том числе на мазуте и сырой нефти, и обеспечивают КПД при работе на газе – 92 % и на мазуте – 87 %.
Стальные водогрейные котлы имеют горизонтальную реверсивную камеру сгорания с концентрическим расположением дымогарных труб (рис. 9). Для оптимизации тепловой нагрузки, давления в камере сгорания и температуры отходящих газов дымогарные трубы оснащены турбулизаторами из нержавеющей стали.

Рис. 9. Схема топочной камеры жаротрубных котлов:

1 – передняя крышка;

2 – топка котла;

3 – дымогарные трубы;

4 – трубные доски;

5– каминная часть котла;

6 – люк каминной части;

7 – горелочное устройство

(21)Рис. 12. Конструктивная схема прямоточного котла Рамзина:

3 – нижний распределительный коллектор воды; 4 – экранные

трубы; 5 – верхний сборный коллектор смеси; 6 – вынесенная

переходная зона; 7 - настенная часть перегревателя;

8 – конвективная часть перегревателя; 9 –воздухоподогреватель;

10 – горелка
+лекции

(22)Компоновка котлов

Под компоновкой котла подразумевается взаимное расположение газоходов и поверхностей нагрева (рис. 13).

Рис. 13. Схемы компоновки котлов:

а – П-образная компоновка; б – двухходовая компоновка; в – компоновка с двумя конвективными шахтами (Т-образная); г – компоновка с U-образными конвективными шахтами; д – компоновка с инверторной топкой; е – башенная компоновка

Наиболее распространена П-образная компоновка (рис.13а – одноходовая , 13б – двухходовая ). Преимуществами ее являются подача топлива в нижнюю часть топки и вывод продуктов сгорания из нижней части конвективной шахты. Недостатки этой компоновки - неравномерное заполнение газами топочной камеры и неравномерное омывание продуктами сгорания поверхностей нагрева, расположенных в верхней части агрегата, а также неравномерная концентрация золы по сечению конвективной шахты.