Водоводяной теплообменник в тепловой схеме котла утилизатора

Обновлено: 03.05.2024

Паровой котёл

В тепловых аппаратах и машинах различного типа, таких как печи, котлы, турбины, двигатели внутреннего сгорания, работающих на горючем топливе, с отработанными (печными, выхлопными) газами выносится и безвозвратно теряется значительная часть сгенерированной тепловой энергии. Известно, что КПД даже самых экономичных тепловых машин, таких как паровые и газовые турбины, едва достигает 40 – 45 %. Еще большие потери тепловой энергии происходят в промышленных технологических процессах, в которых получение тепловой энергии не является самоцелью, например, в плавильных или разогревающих печах и камерах, химических и пищевых реакторах, подогревателях и др. Тепловая энергия для промышленных, хозяйственных или бытовых целей – это в подавляющем большинстве случаев – израсходованное горючее топливо (нефтепродукты, уголь, древесина, горючие газы, др.) или электричество, представляющие значительную материальную ценность. А потому все возможности по их экономии представляют большой коммерческий интерес. Одним из эффективных способов экономии материальных ресурсов и получения дополнительных объемов тепловой энергии для промышленных, хозяйственных и бытовых целей является его утилизация из отработанных (выхлопных) газов. Технически данная задача решается с помощью утилизаторов, или экономайзеров. Утилизатор тепловой энергии отработанных газов (экономайзер) — это теплотехнический аппарат-теплообменник рекуперационного типа, размещаемый в канале сброса отработанных газов, в котором происходит отбор тепла от горячих отработанных газов и нагревание канализированного холодного теплоносителя. Нагреваемым теплоносителем в утилизационных системах обычно выступает холодная вода. Результатом такого теплообмена является утилизация некоторой (часто – очень значительной) части тепловой энергии отработанных газов, и получение горячего водяного пара или горячей воды, которые расходуются в интересах водяного или парового отопления, горячего водоснабжения, технологического подогрева. Для утилизаторов (экономайзеров) существует понятие глубины утилизации, которое выражается в степени охлаждения отработанных газов. Для многоступенчатых («многоэтажных») экономайзеров возможна довольно большая глубина утилизации, с охлаждением отработанных газов в среднем от 300 °C до 50 °C.

Виды котлов-утилизаторов и рабочие характеристики

Котел-утилизатор работает на тепле, которое является побочным продуктом действия иного оборудования и технологических процессов. Поэтому он не поддерживает возможность автономной работы. Кроме того, для эффективного функционирования важно не только поступление отходящих газов, но и контроль их состава. По этой причине будет целесообразно купить котел-утилизатор для предприятия, объемы выработки которого будут давать достаточно энергии для котла.

В утилизационных системах предприятий текстильной, нефтяной, пищевой и химической промышленности используются котлы утилизаторы и котлы энерготехнологические, классифицируемые по следующим критериям:

По давлению пара их разделяют на работающих под высоким (10-14 МПа), повышенным (4,5 МПа) и низким давлением (1,5 МПа).
Тип котла. Продукты сгорания с жидкостью и паром могут проходить по котлам с водотрубной или газотрубной конструкцией.
По рабочей температуре котлы-утилизаторы классифицируются на низко- (до +600ºC) и высокотемпературные (от +1300ºC). В первом случае тепло для работы котла подается конвенцией, а при температуре более +1100ºC, жидкие продукты сгорают, меняя свое агрегатное состояние.
По характеру циркуляции жидкости в испарительном контуре: принудительно или естественно.

Котлы-утилизаторы отходящих газов также можно разделять по конструкционной компоновке: башенные, подвесные, настенные, напольные, змеевиковые и т.п. Примитивная классификация разделяет их на горизонтальные и вертикальные, хотя оба варианта могут относиться к нескольким указанным выше категориям.

Стоимость котла-утилизатора складывается из особенностей комплектации, расчетной мощности, эксплуатационным показателям давления и температуры, производителя и других факторов.

Разновидности утилизаторов, конструкция

Как один из вариантов реализации теплообменной аппаратуры, наиболее распространенными являются утилизаторы двух типов:

по «кожухотрубному типу», с водопроводной теплообменной трубой (как правило, оребренной) в виде змеевика, которая размещена в сбросном газовом канале (печной, выхлопной трубе);
по «пластинчатому типу», в виде пластинчатой теплообменной структуры, по одной сети каналов которой проходят горячие выхлопные газы, по другой сети каналов – нагреваемая вода.

Теплообменник утилизатора (змеевикового или пластинчатого типа) помещается в корпус, который в свою очередь, монтируется внутрь или в отрезок сбросного канала отработанных газов. К корпусу прикрепляются соответствующие патрубки или фланцы, для присоединения к водопроводной системе.

Рис.1 Схема утилизатора змеевикового типа

Рис.2 Схема утилизатора пластинчатого типа

В зависимости от количества теплообменных элементов, экономайзеры могут быть: однокорпусные и многокорпусные, одно- двух- и более степенные («этажные»), однотрубные (одно-змеевиковые) или с несколькими змеевиками. В сбросных системах с очень высокой температурой отработанных газов (400 – 600 град.С и больше) применяются теплообменные аппараты из жаропрочных материалов. Для систем с глубокой степенью утилизации, когда часть влаги из сильно охлажденных отработанных газов (вплоть до 50 град.С), с растворенными в ней газами СОx, NOx, выпадает в виде «кислотной» росы, применяются теплообменники из коррозионностойких нержавеющих сталей.

Но сам по себе теплообменник экономайзера – это важнейшая, но все-таки лишь часть целостной утилизационной системы. В общую конструкцию в обязательном порядке также должны входить комплект труб и трубопроводной арматуры, насосное оборудование, средства защиты от гидравлических и температурных перегрузок, контрольно-измерительные приборы, средства (аппаратура) управления, системы отбора тепловой энергии или горячей воды для потребительских или технологических целей. Комплексные технические системы утилизации тепловой энергии отработанных газов называются утилизационными котлами.

Рис.3 Схема парового котла-утилизатора

Рис.4 Схема водогрейного котла-утилизатора

Принцип работы

Принцип работы утилизатора (экономайзера) является классическим для теплообменной аппаратуры. Горячие отработанные газы, выступающие нагревающим теплоносителем, под воздействием давления, создаваемого теплогенератором или печной тягой, проходят через экономайзер по своим теплообменным каналам. Во встречном направлении (противотоком) через свои каналы (или по оребренному трубчатому змеевику) прокачивается холодная вода, которая в процессе нагревания стает горячей, или превращается в насыщенный водяной пар. В дальнейшем охлажденные отработанные газы продолжают движение в сбросную систему, горячая вода или водяной пар – поступают к потребителям.

Сфера применения

Сферу применения утилизаторов тепла отработанных газов можно разделить на области: промышленную и хозяйственную.

В промышленной области источником утилизации тепловой энергии могут быть самые разнообразные технологические процессы, в которых происходит или генерация избыточного тепла, или его неполное расходование. Потребление утилизированного тепла (водяного пара или горячей воды) может происходить в интересах поддержания тех или иных технологических процессов, но чаще всего – для обогрева производственных помещений (цехов) или обеспечения горячего водоснабжения предприятия.

В хозяйственной области источником утилизации тепловой энергии в большинстве случаев являются теплогенераторы систем отопления и (или) горячего водоснабжения, такие как центральные котельные или отдельные котлы (печи). Потребление полученной горячей воды происходит преимущественно в интересах централизованного или локального водяного отопления и (или) горячего водоснабжения.

Рис.5 Схема подключения экономайзера бытового класса

Описание[ | ]

Котлы-утилизаторы не имеют всех элементов, характерных для топливосжигающих котлоагрегатов, в частности, горелок и системы подготовки и подачи топлива. Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства.

Отходящие вторичные газы основной технологической установки сразу подаются на конвективные поверхности нагрева (пароперегреватель, испаритель, экономайзер), обычно представляющие из себя решетки из обдуваемых потоком газа рядов труб. Температура газов, поступающих в котёл-утилизатор, приблизительно составляет 350—1000 °C.

Пар, получаемый от котлов-утилизаторов, имеет невысокие параметры: температуру до 400 °C и давление до 50 атм и обычно используется в технологических целях, а не для привода энергетических турбин.

Все котлы утилизаторы средней и большой мощности барабанного типа, то есть сепарация насыщенного пара от воды происходит в барабане. Циркуляция воды через испарительные поверхности нагрева обычно принудительная и производится циркуляционными насосами.

Котлы-утилизаторы, работающие на газах различных печей, использующие газы после сушильных, обжиговых или мартеновских печей имеют особенности в эксплуатации. Отходящие газы таких установок содержат много пыли и часто содержат агрессивные химические вещества, что иногда вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Но предварительной очистки обычно не хватает для полной очистки газов от пыли. Пыль оседает на поверхностях нагрева, возможные утечки воды увлажняет пыль, образуя прочный постепенно нарастающий по толщине слой, что уменьшает теплоотдачу и вызывает неравномерный нагрев металла поверхностей нагрева и влечёт перекос змеевиков из-за неравномерного термического расширения.

Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы и др. приводит к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих снижение теплоотдачи, химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих сечение для прохода газов.

Для борьбы с нарастанием слоя отложений применяют различные способы их периодического удаления — виброочистку, обмывку, дробевую очистку потоком стальной дроби или воздействием ударных или мощных акустических волн, генерируемых специальными устройствами.

Если отходящий газ технологической установки содержит в своём составе несгоревшие компоненты, например, оксид углерода, применяют котлы-утилизаторы с дожиганием отходящих газов (см., например, патенты[1]).

Технические характеристики, параметры подбора утилизаторов

Как правило, сбросные системы для отработанных газов на промышленных предприятиях имеют массу индивидуальных отличий. Тогда как теплотехнические условия, создаваемые котлами хозяйственного или бытового назначения, гораздо более однообразны (типичны). Поэтому утилизационные системы для промышленных и больших коммунальных предприятий обычно требуют индивидуального проектирования, для малогабаритных типовых котельных или бытовых отопительных котлов (печей) – могут быть подобраны из серийных (типовых) моделей.

К основным техническим характеристикам утилизаторов (экономайзеров) относятся:

теплообменная площадь, м2;
тепловая мощность, Вт;
производительность по воде или пару, м3/ч;
рабочее давление в водяном контуре, Бар
максимальная и рабочая температура газа на входе;
температура газа на выходе;
аэродинамическое сопротивление, Па;
гидравлическое сопротивление водяного контура, Па;
материал изготовления (жаропрочный, коррозионностойкий).

Для качественного подбора утилизатора тепла для своей системы отвода отработанных газов, следует знать (определить) такие ее параметры:

А) Свойства отработанных газов:

физическая плотность;
точка росы для компонентов газа;
химический состав;
загрязненность и склонность к отложениям.

Б) Условия в сбросной системе (дымоходе):

температура газа на входе и выходе;
количественный расход отработанных газов (объемный или массовый);
тепловой поток;
расчетное давление газа;
допустимая потеря давления газа в теплообменнике.

В) Требуемые параметры для водяного контура:

температура воды на входе;
требуемая температура воды на выходе;
требуемая производительность по горячей воде;
рабочее давление;
допускаемая потеря давления (гидравлическое сопротивление);
расчетный срок службы.

Преимущества утилизаторов производства ОПЭКС Энергосистемы

Компания ОПЭКС Энергосистемы имеет многолетний опыт проектирования и производства теплообменной аппаратуры для самых разных температурных условий и агрессивных сред, различного масштаба и назначения. Мы имеем непререкаемый авторитет на рынке как поставщик теплообменного оборудования неизменно высокого качества.

Утилизаторы и экономайзеры ОПЭКС:

выполняются только по отработанным теплотехническим схемам, которые доказали на практике свою эффективность;
проектируются опытными инженерами-теплотехниками, которые в тонкостях знают и учитывают физико-химические процессы, происходящие в разных системах сброса отработанных газов;
очень точно рассчитаны и спроектированы под условия конкретной системы сброса отработанных газов, согласно требований заказчика;
изготовляются из качественных, жаропрочных и коррозионностойких материалов, с прочными и герметичными соединениями, которые гарантируют отсутствие прогара теплообменника на любых рабочих режимах, на протяжении всего нормативного срока службы.

При проектировании и производстве теплообменников-утилизаторов учитывается возможность их эксплуатации при высоких температурах отходящих дымовых газов, в некоторых случаях достигающих значений более 280 ° C, также охлаждение дымовых газов может быть настолько глубоким (до 50° C), что температура охлажденного газа на выходе будет ниже точки росы водяного пара, входящего в состав отработанных дымовых газов. Это может быть причиной повышенной кислотности конденсата в результате реакции водяного конденсата H2O с газами NOx и SOx. Для таких случаев конденсационные утилизаторы тепла или экономайзеры изготавливаются из коррозионностойких нержавеющих сталей.

Эффективность внедрения утилизаторов настолько высока, что срок окупаемости всего комплекса работ по расчету, изготовлению, монтажу и пуско-наладке находится в рамках 6-10 месяцев в зависимости от объема и температуры уходящих газов. Выработка дополнительного тепла и связанная с этим экономия топлива обеспечивает значительный рост экономичности и эффективности производства в целом.

Котел-утилизатор: это что

Принцип работы котла-утилизатора заключается в использовании энергии тепла, выделению которой способствуют промышленные технологические процессы. Когда в состав газов, на которых работает котел, входят химические составляющие, то их сжигают. Котел утилизации – это прибор, который способствует генерации энергии в виде горячей воды, нагретого пара или потока воздуха.

Специфичность работы оборудования заключается в том, что газы содержат мелкие частицы, пребывающие в разнообразных физических состояниях.

Работа печей происходит при очень высоких температурах, что приводит к тому, что в процессе плавления металла в отходящих газах образуются мелкие элементы. Использование теплоты газов позволяет повысить коэффициент использования энергии топлива. На эффективность работы котла влияет мощность тепла.

По каким признакам разделяют котлы:

Температура;
Параметры пара;
Движение пара;
Способ движения воды;
Компоновка;
Поверхность нагрева.

Различные установки и оборудование выделяют тепло, которое котел-утилизатор успешно использует для своей работы. Такие котлы считаются очень производительными и экономичными. Его особенность заключается в отсутствии устройства топки.

Принцип работы котла утилизатора

Мировая индустрия сегодня потребляет огромное количество энергии. Самая большая проблема состоит в том, что половина ее тратится впустую из-за неэффективных процессов генерации. Тепло в виде пара, горячей воды или дымовых газов выбрасывается в окружающую среду практически в любом производственном цикле.

Сегодня, используя интеллектуальные современные системы утилизации, отработанное тепло можно повторно использовать для других целей, что снижает выбросы углерода в атмосферу и тепловое загрязнение окружающей среды. Статистика подтверждает, что крупными источниками теплового загрязнения являются нефтепереработка, металлургия и энергетика.

Котлы утилизаторы (КУ) - котлы для использования отработанного тепла и технологических газов от газотурбинных и дизельных установок. Температура выбросов достигает сотни и даже тысяч градусов, в связи с чем перед инженерами и исследователями стоит вопрос максимального использования этой энергии.

Содержание Показать

Что такое котел утилизатор

Котлы для регенерации бросового тепла устанавливаются в промышленности, особенно на заводах по выработке этилена и аммиака, серной и азотной кислот. Котлы утилизаторы отходящих газов паросиловых установок применяются, чтобы повысить общий К.П.Д. тепловых станций.

Конструкционно котел выполнен, как нечто среднее между обычным кожухотрубным теплообменником и жаротрубным котлом. Его первоначальной функцией было охлаждение высокотемпературного отработанного газа, в качестве побочного продукта, он выполнял генерацию пара низкого давления.

Сегодня аспект защиты окружающей среды приобретает все большее значение, требования к условиям эксплуатации, стали все более жесткими, поэтому выработка вторичных энергоресурсов, стала неотъемлемой частью любого нового или реконструированного проекта.

Для эффективной работы КУ применяют тепло, выбрасываемое от других производственных процессов, поэтому устройства, в большинстве случаев, не имеют камеру сгорания. Поскольку они работают в агрессивной среде и в зонах высоких температур, ремонт котлов утилизаторов проводится намного чаще, чем основного технологического котельного оборудования.

Вторичная энергия, полученная от КУ в виде пароводяной или воздушной смеси, используется при производстве электроэнергии или в когенерационных схемах. Котлы изготавливаются, как отечественными, так и зарубежными заводами и предназначены для регенерации вторичных энергоресурсов.

При всем внешнем сходстве с обычными технологическими котлами, утилизаторы обладают значительными отличиями.

В конструкции отсутствует топочное устройство или камера сгорания, если использует тепло, от других тепловых процессов. Топка в таких котлах применяется, если в рабочих средах есть химический компонент тепла, который необходимо получить в процессе горения.
Наличие микро отходов в дымовых газах (пыль, несгоревшее топливо, металлические частицы) связанных с технологией, поэтому требуется, чтобы утилизаторы имели не менее двух отсеков с газотурбинными камерами и перепускной канал с вентилем для регулирования рабочих параметров горения. Этот обход используется утилизатором, для эффективного теплообмена и сводит к минимуму аварии из-за температурных и эрозионных перенапряжений корпуса, работающего в экстремальных зонах. С этим также связано то, что рабочие элементы и расходные материалы изготавливаются из специальных марок стали.
Корпус загерметизирован, а испарительные змеевики замкнуты в одном контуре использующий циркуляционный насос и по газовому тракту, имеющий выход в дымоход.
Корпус выполнен из стальных листов толщиной от 15 до 20 мм, который должен надежно противостоять интенсивному рабочему процессу, в среде с высокими параметрами по давлению и температуре.
Обычно газовые поверхности защищены от износа специальными трубными гильзами стали X17. Также конструкция КУ должна обеспечивать герметизацию установки.
Испарительные элементы, установленные в газоходах котла создают общий циркуляционный контур.
Уходящие газы после технологических процессов имеют в своем составе пыль и другие агрессивные вещества, которые нужно удалять до поступления в котел. Для этого используют мощные циклоны и электрофильтры, но даже они не обеспечивают полную очистку газовой среды.
Пыль неравномерно откладывается на поверхности нагрева и снижает теплоотдачу, что вызывает перекос змеевиков из-за неравномерности нагрева, а присутствие в газах соединений Ca, Na, S способствуют образования на поверхностях нагрева твердых отложений, вызывающих коррозию в контуре испарения, влияет на проходимость сред. Поэтому современные КУ оборудуются топкой для дожигания уходящих газов.

Типичный КУ имеет:

барабан;
испаритель без перегревателя; .

Эффективность теплообменника зависит от трех факторов: температуры газа на входе в котел, объема и способа доставки источника вторичных энергоресурсов.

Применение котлов утилизаторов

Котлы утилизаторы нашли широкое применение в промышленном секторе и системах жизнеобеспечения, используя энергию уходящих газов.

Поскольку устройство не подключено к системам топливоподачи или другим источникам природных энергоносителей, для эффективности схемы регенерации котел устанавливают непосредственно в точке бросовой энергии.

Области применения устройств для использования вторичных энергоресурсов:

в схеме повышения эффективности работы ТЭС;
утилизация выбросов после работы ГТУ;
утилизация тепла в черной и цветной металлургии;
утилизация выбросов химической промышленности и азотных удобрений;
технологических циклах целлюлозно-бумажной отрасли;
строительных материалов;
нефтяной отрасли.

В России несколько заводов выпускающие подобное оборудование, их номенклатура способна удовлетворить широкий спектр использования вторичных энергоресурсов. Отличительной чертой таких КУ является их уникальность, поскольку они выпускаются индивидуально под реальные выбросы, фактически установленное оборудование и площадку для монтажа.

Виды котлов-утилизаторов в России:

Объекты малой энергетики от 2 до 60 МВТ, водогрейный тип, с естественной циркуляцией воды, топкой или без, имеющие горизонтальное или вертикальное движение газовой среды.
Блоки до 300 МВТ, паровые КУ, моно или дубль блоки ПГУ или дополнения к схемам существующих ЭС в паре: газотурбинная установка и котел утилизации.
Блоки до 850 МВТ, паровые котлы в схеме ПГУ.

Основные технические данные КУ для энергетики:

паропроизводительность от 10 до 300 т/ч;
давление среды от 0.46 до 12.7 Мпа;
использование температуры от 200 до 560 С.

Принцип работы

Принцип работы КУ зависит от схемы выработки вторичных энергоресурсов и движения газов – в трубном или межтрубном пространстве.

Газотрубные утилизаторы, вторичный энергоноситель движется в газовом пространстве, вертикальном или горизонтальном. Такие установки обычно устанавливаются в схеме работы мартеновских или других печей, они обладают малыми показателями энергоэффективности.

Принцип работы котлов утилизаторов:

Горячие газы с Т = 1200 С из печи движутся во по-газовоздушному тракту на вход газохода КУ, на входе, которого на стенах расположены W- нагревающие поверхности ленточных экранов и конвективный пароперегреватель.
Вода, получая тепло от уходящих газов нагревается и движется в виде пароводяной смеси, с помощью естественной циркуляцией, образуя пар Р до 4.5 МПа и Т 440 С.

Общая мощность таких КУ составляет до 10 МВт. Для получения стабильной нагрузки, в котлах устанавливается предтопок, работающий с газовой форсункой.
В водотрубных КУ - вторичные энергоресурсы движутся в межтрубном пространстве, а нагреваемая вода в трубах. Принцип работы котла утилизатора основан на многократной принудительной циркуляции теплоносителя в водяном контуре.

Испарительный элемент выполнен ввиде параллельных секций, что уменьшает сопротивление среды, и дает возможность использовать маломощные насосы для циркуляции воды. Схема такого КУ выполняется горизонтальной или вертикальной и определяется фактической схемой расположения оборудования.

В когенерационных установках в виде вторичных энергоресурсов используют тепло газов от турбин. Полученный пар применяется для нагревания воды в бойлерной системе отопления или на технические нужды промышленных объектов. Обычно это одноконтурные котлы с принудительной циркуляцией.

Пиролизные КУ обрабатывают отходы жилищно-коммунальной сферы и промышленности, для чего оснащены озонатором, развивающим высокотемпературный режим, что позволяет сжигать любые полимерные или бытовые отходы.

Классификация котлов утилизаторов

КУ классифицируются по таким параметрам:

Температуре поступающих газов: низкотемпературные < 901 C и высокотемпературные >1001 С. В первом случае происходит конвекционная теплопередача, а во втором тепло передается в виде излучения, поскольку в этой среде частицы газа изменяют свое состояние.
Давлению вырабатываемого пара от установок и представляют: низкого до 2 МПа, среднего до 5 МПа и высокого от 5 до 15 Мпа.
По тракту движения сред: газо и водотрубные.
По способу движения воды в нагревательном контуре: естественной и принудительной.
По схеме исполнения и установки нагревательных пакетов: вертикальные и горизонтальные.

Тепловой расчет утилизатора

Для выполнения теплового расчета КУ потребуются данные уходящих газов от первичной установки генерации заданные параметры сред. Задача состоит в определении показателей сред, участвующих в процессах теплопередачи по конструктивным элементам утилизатора.

Основные принципиальные схемы котельной с оборудованием

Тепловая схема котельной предназначена для графического изображения основного и вспомогательное оборудование, и взаимосвязи с помощью инженерных сетей. Такие схемы являются обязательными при разработке проектной документации, их выполняют с использованием элементов, утвержденных СНИП.

На схеме отмечают потоки движения теплоносителя по трубам к приборам отопления, котлу, баку и насосу. На линиях указывают расположение регулирующей арматуры и приборов безопасности.

Содержание Показать

Чем отличаются принципиальные и развернутые тепловые схемы

Тепловые схемы теплоснабжения бывают принципиальные, развернутые и монтажные. На принципиальной схеме котельной указывают только основное теплосиловое оборудование: котлоагрегаты, теплообменные аппараты, деаэрационные установки, фильтры химической очистки воды, питательные, подпиточные и дренажные центробежные насосы, а также инженерные сети, которые объединяют все это оборудование без конкретизации числа и месторасположения. На таком графическом документе обозначают расходы и характеристики теплоносителей.

На развернутой тепловой схеме отражается размещенное оборудование, а также трубы, с помощью которых они соединяются, с уточнением расположения запорно-регулирующей арматуры, приборов безопасности.
В случае, когда нанесение на развернутую теплосхему всех узлов невозможно, то такую ее разъединяют на составляющие части по технологическому принципу. Технологическая схема котельной дает развернутую информацию по установленному оборудованию.

Чем отличаются схемы с закрытой и открытой системой

Основным различием открытой или гравитационной системы отопления от закрытой, считается полное отсутствие устройств для принудительного перемещения теплоносителя по трубам. Этот процесс происходит только за счет температурного расширения нагреваемой жидкости.

Состав элементов в тепловой схеме котельной с открытой схемой теплоснабжения:

Источник отопления – водогрейный котел, работающий на твердом, жидком и газообразном топливе.
Расширительный бак, для термокомпенсации теплоносителя.
Переливная труба термокомпенсатора.
Подающая (горячая) магистраль со стояками отопления.
Отопительные приборы.
Обратная магистраль со стояками отопления.
Вентиль слива теплоносителя.
Вентиль подпитки тепловой сети.

Циркуляция отопления теплоносителя, в закрытой схеме котельной установки, осуществляется благодаря циркуляционному насосу (3), который устанавливается на линии выхода воды из котла (1), как правило, в его верхней части, здесь же размещен воздушник (4). Вода, нагреваясь в котле поступает в подающий трубопровод отопления и направляется к батареям (9) через терморегулирующий кран (8).

На подающей линии устанавливают расширительный бак (7), для температурной компенсации воды при нагреве, предохранительный клапан (6), для сброса аварийного давления в сети и манометр (5) для контроля рабочего давления среды.

На отопительном приборе устанавливаются кран маевского для спуска воздушной пробки (10). По ходу обратного движения теплоносителя установлен трехходовой кран (17), фильтр очистки воды (13), запорный вентиль (15) и дренажный вентиль (14).

Газ к котлу поступает через газовый кран (18) и фильтр (19) для очистки энергоносителя перед форсункой горелочного устройства. Вода для подпитки в схеме водогрейной котельной поступает из водопровода (11) через вентиль (16) на фильтр для очистки от взвешенных веществ и солей жесткости. Котел оборудован линией подачи горячей воды на собственные нужды (2).

Схема котельной при использовании твердого топлива

Твердотопливные котлы имеют определенный недостаток, который вызван высокой инертностью работы, из-за невозможности тонкой регулировки процесса горения твердого топлива.

Для того чтобы сгладить недостаток, в схеме устанавливают буферную емкость, которая набирает температуру для нагрева контура отопления и расходует тепло в течении продолжительного времени.

Такая тепловая схема котельной на твердом топливе состоит:

Источник теплоснабжения с первичным контуром нагрева: твердотопливный котел;
группа безопасности с предохранительным клапаном;
буферная емкость;
циркуляционный насос контура отопления;
циркуляционный насос котлового контура;
расширительный бак;
запорная арматура, дренажи, воздушники;
балансировочный вентиль;
смесительный узел контура отопления, для автоматического поддержания температуры в батареях;
смесительный узел котлового контура, для оптимального режима работы котла;
погодозависимая или настраиваемая автоматика с сигнализацией аварийного режима.

План с электрокотлом

Электрический котел — агрегат, нагревающий теплоноситель с помощью преобразования электричества в тепловую энергию. Он применяется в качестве источников теплоснабжения для небольших пригородных домов либо, как аварийный источник с газовым или твердотопливным котлом.

Исходя из модификации таких устройств, используются разнообразные схемы подсоединения электрокотлов к отоплению. Наиболее популярной является многоуровневая система отопления с комбинацией приборов нагрева в виде радиаторов и системы «теплый пол».

Базовые элементы электронагрева частного дома:

Источник отопления, электрокотел.
Группа безопасности, с воздушником, предохранительным клапаном и манометром, для сбрасывания излишнего давления в сети.
Коллектор для направления воды по контурам.
Радиаторы.
Теплообменник для ГВС.
Расширительный бачок, для гидрокомпенсации системы.
Коллектор для системы «теплый пол».
Система теплый пол.
Фильтр очистки теплоносителя от взвешенных веществ.
Обратный клапан.
Циркуляционный электронасос.
Сети электроснабжения.
Автоматика безопасности с сигнализацией.

Схема с газовым котлом

Газовые котлы являются самыми экономичными и функциональными источниками отопления. В небольшом корпусе, по сути, размещается мини-котельная в частном доме.

Производители современных котлов обустраивают в корпусе все необходимое оборудование в виде насосов, расширительного бака, предохранительно сбросного клапана и воздушника. Собственнику такого оборудования остается только подключить агрегат к контуру отопления и ГВС, что существенно снижает затраты на монтаж.

Но главное преимущество комплексной сборки котла – это согласованность работы всех вспомогательных узлов, которые прошли проверку и наладку в заводских условиях.

Самая простая тепловая схема газовой котельной:

Источник теплоснабжения – газовый котел.
Группа безопасности, с воздушником, предохранительным клапаном, манометром и расширительным баком.
Подача теплоносителя к нагревательным приборам.
Обратка теплоносителя от нагревательных приборов
Радиаторы отопления
Подача водопроводной воды для подпитки тепловой сети с фильтром и запорно-предохранительной арматурой.
Подача водопроводной воды в контур ГВС котла.
Фильтр грубой очистки теплоносителя от взвешенных веществ на линии обратки.
Обратный клапан на линии обратки.
Циркуляционный насос на линии обратки.

Бойлер в схеме котельной

Существуют разнообразные варианты включения бойлера косвенного нагрева к котлоагрегатам, которые могут работать на любом виде топлива: газ, твердое и жидкое топливо.

В этой схеме с бойлером косвенного нагрева не установлена гидрострелка или распределительный коллектор. Монтаж данных элементов связан с определенными сложностями, так как создает очень сложную гидросистему.

В данной схеме используется 2 насоса циркуляции — на отопление и ГВС. Насос для отопления работает постоянно при работе котельной. Циркуляционный насос ГВС, запускается по электросигналу термостата, установленного в баке.

Термостат определяет падение температуры жидкости в баке и передает сигнал на включение насоса, который начинает циркулировать теплоноситель по контуру нагрева между агрегатом и бойлером, нагревая воду до заданной температуры.

Такая схема используется для всех модификаций источников нагрева, устанавливаемых и в водогрейной, и в паровой котельной.

Допускается определенное видоизменение схемы, когда в ней установлен маломощный котел. Электронасос отопления может отключаться тем же термостатом, который включает насос к бойлеру.

В таком варианте теплообменник греется быстрее, а отопление остановлено. При продолжительном простое, температурный режим в комнате будет падать.

Кроме того после завершения прогрева в бойлере, насос в контуре отопления включается в работу и начинает прокачивать в котел холодный теплоноситель, что вызывает образование конденсата на поверхностях нагрева котла и приводит к преждевременному выходу его из строя.

Процесс конденсатообразования также может проявляться в случае длинных трубопроводов, проложенных к батареям. При большом теплосъеме на приборах отопления, теплоноситель аналогично может сильно остыть, низкая температура обратки станет вредить работе котла.

Для защиты его от конденсата и гидравлического удара, возникающего при соприкосновении холодной воды с горячими поверхностями нагрева, в системе предусматривают защитный контур, оборудованный трехходовым клапаном.

На схеме изображена температура 55С. Интегрированный в схему терморегулятор автоматически выбирает требуемую интенсивность движения потока для поддержания температуры теплоносителя на обратке.

Обвязка с гидрострелкой

В сложных многоуровневых системах теплоснабжения для балансировки потоков жидкости на разнообразных участках схемы с индивидуальными циркуляционными электронасосами зачастую применяют гидромеханический распределитель — гидравлическую стрелку либо коллектор.

Подобная схема котельного агрегата предполагает включение бойлера косвенного нагрева через насос НБ и НР, радиаторное отопление через насос НК1 и НК2, теплый пол — через Н1.

Она имеет возможность работать и без наличия гидравлического модуля, в таком случае предусматривают установку балансировочных вентилей, чтобы компенсировать перепады давления в разнообразных "ветках" системы.

Комплектация тепломеханического оборудования:

Источник теплоснабжения – 2.
Группа безопасности, с воздушником, предохранительным клапаном, манометром и расширительным баком.
Подача теплоносителя к нагревательным приборам.
Обратка теплоносителя от нагревательных приборов
Радиаторы отопления.
Система теплый пол.
Бойлер косвенного нагрева
Фильтр грубой очистки котловой воды от взвешенных веществ на линии обратки.
Обратный клапан на линии обратки.
Циркуляционные насосы: по магистральному трубопроводу, в контуре теплого пола и бойлера косвенного нагрева.

Схема котельной с 2 котлами

Применение двух газовых агрегатов для одной системы теплоснабжения является достаточно востребованным решением среди владельцев автономного отопления при тепловой мощности системы выше 50 кВт.

Это может быть и большая обогреваемая площадь объекта, и наличие дополнительных тепловых нагрузок в виде горячей воды или установок с воздушным калориферным обогревом.

Применение двух агрегатов на одну тепловую схему обладает рядом преимуществ по сравнению с одним источником равноценной мощности. Прежде всего, потому, что несколько малогабаритных агрегатов меньшего веса, значительно проще и экономичнее разместить в котельной, что особенно актуально при возведении крышных либо полуподвальных топочных.

Кроме этого, установка 2-х агрегатов значительно увеличивает эксплуатационную надежность системы теплоснабжения. При аварийной остановке одного из агрегата, она будет продолжать функционировать с 50% тепловой нагрузкой.

Такая схема обвязки существенно увеличивает рабочий ресурс котлов, из-за того что они меньше нагружены в отопительный период года.

Теплообменники: устройство, виды и принцип работы

Работа теплообменников строится на взаимодействии греющей и нагреваемой среды с разными температурами. Существуют устройства, в которых одновременно с теплообменом происходит изменение состояния вещества, например, конденсация, испарение, смешение. Для разделения сложных смесей фазы меняются для обеих сред.

По принципу работы аппараты делятся на:

смесительные;
регенеративные;
рекуперативные.

Смесительные (контактные) теплообменники

Контактные теплообменники (КТ) предназначены для нагрева и охлаждения различного рода жидких, газовых, твердых рабочих тел, конденсации паров, испарения (выпаривания) и кристаллизации. Их широко используют в промышленности. Например, их применяют для нагрева (охлаждения) воды газами и растворами; для нагрева (охлаждения) растворов с целью последующей кристаллизации растворенного компонента; для нагрева и охлаждения агрессивных растворов промежуточными теплоносителями, а также твердых частиц и тел газами и жидкостями. Контактные теплообменники используют в энергетических установках различных типов (для нагре-ва воды перед деаэрацией, в системах регенерации энергии в паротурбинных блоках и др.); в установках деминерализации и очистки сточных промышленных вод; в коммунальном хозяйстве для нагрева воды продуктами сгорания.

По функциональному назначению КТ можно разделить – на нагреватели, охладители, испарители (выпарные аппараты), конденсаторы, плавители, кристаллизаторы и др. В контактных теплообменниках процессы протекают как без изменения агрегатного состояния сред, так и с изменением его (испарители, конденсаторы, плавители).По принципу разделения жидкости смесительные аппараты бывают насадочные, каскадные, полые с разбрызгивателями и струйные.

Пример: Градирни (башни-”трубы” на ТЭС), охлаждающие большие объемы жидкости воздухом атмосферы

Преимущества: За счет простого устройства задействуется больше количества теплоты, чем в поверхностных теплообменниках

Недостатки: Технологический процесс должен разрешать смешения сред.

В последнее время возрос интерес к применению струйных теплообменников на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти аппараты привлекательны прежде всего низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубнымими подогревателями. Это различного рода пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы и струйные подогреватели воды.Рабочим телом в ПСА является пар, а инжектируемым - вода. В таких аппаратах используется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В отличие от теплообменников рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь.

Теплообменники: устройство, виды и принцип работы

По принципу работы аппараты делятся на:

смесительные;
регенеративные;
рекуперативные.

Смесительные (контактные) теплообменники

Пример: Градирни (башни-”трубы” на ТЭС), охлаждающие большие объемы жидкости воздухом атмосферы

Недостатки: Технологический процесс должен разрешать смешения сред.

Читайте также: