Особенности котлов большой производительности

Д. Савкин
Котлы большой производительности – мощные стационарные водонагреватели, предназначенные для получения горячей воды или пара. Их конструкция имеет свои особенности, размещение такого оборудования строго регламентируется действующими нормами и правилами, с соблюдением всех норм охраны труда. Установка таких котлов осуществляется специализированными организациями, эксплуатация – специально подготовленным обслуживающим персоналом. Есть и другие особенности, о чем пойдет речь ниже.

Промышленные котлы – это агрегаты, которые обладают большой мощностью, и вследствие этого – большими размерами. Поскольку у промышленных котлов диапазон тепловой мощности достаточно велик, то четкой границы,свыше которой котел считается большой мощности, законодательно не существует. В настоящий момент, котлы, чья мощность превышает 2 МВт, относятся к котлам большой мощности (промышленным). Верхний предел отсутствует,можно лишь отметить, что в данное время на предприятиях электроэнергетики работают паровые установки мощностью 300 – 500 МВт и выше, хотя подавляющее количество промышленных котлов имеют значительно меньшуюмощность: 5 – 25 МВт.

Чем это обусловлено? Ответ достаточно прост: в настоящий момент нет особой гигантомании ни в промышленности, ни в жилищном строительстве. Крупные промышленные предприятия, которые ранее было принято называть «гигантами индустрии», в большинстве прекратилисвою деятельность. Наиболее рентабельными и востребованными являются промышленные предприятия относительно небольших размеров.То же происходит и в жилищном строительстве – крупные районы, составляющие целую часть города, можно сказать, не строятся. Наиболее популярны на сегодня жилые комплексы или микрорайоны, имеющие свою инфраструктуру, в том числе и источники теплоснабжения.

Одна из важнейших особенностей котлов большой производительности – конструктивно гарантированный высокий КПД. Каждый процент этого коэффициента – это существенное снижение эксплуатационных затрат за время жизненного цикла котла, которые соотносятся с капитальными затратами примерно в пропорции 80% к 20%.

Различие конструктива

По конструктивным особенностям котлы делятся на:

  • жаротрубные;
  • водотрубные.

Котёл жаротрубный (газотрубный, дымогарный и дымогарно-жаротрубный) – паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра,внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива. Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (воды), который находится снаружи трубок (в водяной рубашке).

Жаротрубные котлы получили широкое распространение в Украине и европейских странах. Они имеют простую и надежную конструкцию, большой водяной объем, служащий естественным демпфером, который выравнивает тепловые напряжения внутри корпуса котла, обеспечивая таким образом длительный срок службы и стабильно высокий КПД.

Максимальная производительность жаротрубных котлов составляет 35 мВт по мощности и 25 бар – по избыточному давлению. Такое ограничение связано с тем, что жаротрубный котел представляет собой цельносварную конструкцию, которая изготавливается на заводе и в собранном виде доставляется на место установки. Граничная мощность жаротрубного котла диктуется размерами котла, который можно транспортировать на место автомобильным, железнодорожным или морским транспортом.

S_1 Предельное максимальное рабочее давление определено условиями прочности котла при высоком рабочем давлении на корпус (обечайку, фронтальную и тыльную стенки). Чтобы котел обладал соответствующей прочностью при высоком давлении, требуются детали из очень толстого металла, что неудобно для производства, делает проблемной логистику котла, а также его безопасную эксплуатацию.

Котёл водотрубный – паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из трубок, внутри которых движется теплоноситель (вода). Теплообмен происходит посредством нагрева трубок горячими продуктами сгорающего топлива. Различают прямоточные и барабанные водотрубные котлы.

Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее жаротрубных. У водотрубных котлов относительно меньший водяной объем по сравнению с жаротрубными агрегатами. Данные котлы быстрее реагируют на изменяющуюся нагрузку, они просты в транспортировке (их можно доставлять по частям), их можно собирать на месте. Этим объясняется то, что для больших тепловых нагрузок и высоком давлении пара используются именно водотрубные котлы.

Недостатком водотрубных котлов является то, что в их конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых со временем приходят в негодность, что опасно при высоких давлениях и температурах. Однако, несмотря на это, теплообменник водотрубного котла легче поддается ремонту, чем корпус жаротрубного котла.

Водогрейные или паровые котлы

S_2 По типу нагреваемой среды котлы подразделяются на:

  • водогрейные котлы;
  • паровые котлы.

Паровые котлы предназначены для производства пара, и по своему назначению делятся на:

  • энергетические котлы, вырабатывающие пар для паровых турбин для производства электрической энергии. Подобные котлы используются на ТЭС и ТЭЦ в связке с турбогенераторами.Такая связка называется турбоагрегатом;
  • технологические котлы – вырабатывают пар для технологических нужд. Пар для технологических нужд в основном требуется на железобетонных комбинатах, заводах пищевой промышленности (хлебозаводы, пивзаводы, мясоперерабатывающие заводы, кондитерские фабрики и др.), предприятиях фармацевтической промышленности и в других отраслях промышленности.

Промышленные технологические котлы вырабатывают насыщенный пар, а энергетические - перегретый.

Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и имеет температуру кипения (насыщения) воды при определенном рабочем давлении.

Перегретый пар имеет температуру выше температуры насыщения. Такой пар получают в специальных дополнительных устройствах паровых котлов, которые называются пароперегревателями.

Паровые котлы бывают 2-х типов: емкостные и проточные (проточные парогенераторы). Первые представляют собой классический жаротрубный котел с большим водяным объемом. Единственным отличием его от водогрейного котла является то, что они заполнены водой не полностью. В верхней части котла находится зеркало испарения и паровое пространство. Проточные парогенераторы представляют собой конструкцию с малым водяным объемом, в большинстве случаев водотрубные, и обязательно с высокой скоростью движения теплоносителя (воды, паровоздушной смеси или пара).

Паровые котлы проточного типа производят пар практически мгновенно с момента старта, но больше подвержены авариям из-за прогорания змеевика с водой теплообменника. Также надо иметь в виду, что проточные парогенераторы могут выдавать пар с взвешенными каплями воды, и в случае, если по технологии требуется абсолютно сухой пар, необходимо дополнительно устанавливать сепаратор влаги.

Котлы с водяной рубашкой и дымогарными трубами более долговечны, но и более инертны, поэтому их нельзя применять в тех случаях, когда требуется резкое изменение расхода пара.

Водогрейные котлы

S_3 Водогрейный котёл предназначен для нагрева воды под избыточным давлением. Кипение воды в водогрейном котле не допускается: давление в котле должно быть выше давления насыщения при соответствующей температуре. Водогрейные котлы применяются, в основном, для отопления (горячее водоснабжение, вентиляция и т. п.) жилых, общественных и промышленных зданий, реже – для технологических нужд.

Основными параметрами водогрейного котла является его мощность в кВт (МВт, Гкал/ч), максимальное рабочее давление и максимальная рабочая температура. Для парового котла, соответственно: производительность в т/ч, максимальное рабочее давление, и в случае, если требуется перегретый пар, то температура пара.

Водогрейные котлы разделяются по температурному уровню теплоносителя (температура воды на выходе) на:

низкотемпературные котлы (температура до 115°С);

Низкотемпературный режим работы котланаиболее экономичен. Этому соответствует мировая тенденция применения низкотемпературных систем теплоснабжения, которыеимеют более высокий КПД и наносят меньший ущерб окружающей среде. В настоящий момент низкотемпературные котлы используются для теплоснабжения одного или группы жилых/общественных зданий. Тенденция к снижению температурных графиков потребителей приводит к тому, что все чаще применяются котлы конденсационного типа.

котлы на перегретой воде (температура до150°С и выше).

Котлы данного типа обычно применяются на крупных районных котельных, где повышенный температурный график позволяет уменьшать диаметр теплопроводов. Таким образом снижаются как капитальные затраты на трубопроводы большой протяженности и большого диаметра, так и эксплуатационные расходы, связанные с перекачиванием больших объемов теплоносителя на большие расстояния. Также высокотемпературные котлы на перегретой воде используются в промышленности, где по технологии производства требуется повышенная температура теплоносителя.

Котлы большой мощности, также как и котлы малой и средней мощности, подразделяются по типу применяемого топлива на:

  • газовые котлы;
  • жидкотопливные (дизельные) котлы;
  • двухтопливные (газомазутные) котлы;
  • котлы на твердом топливе (для промышленных котлов это, в основном, уголь).
Газовые котлы

Газовые котлы являются на сегодня наиболее экономичными котлами. Имеют малый выброс вредных веществ в атмосферу и наиболее полное сгорание топлива.

Промышленные газовые котлы получили в Украине особое распространение. Это связано с тем, что стоимость газа длительное время была намного меньше любого другого источника топлива. Кроме того, природный газ очень удобен с точки зрения простоты сжигания. Промышленные котлы, работающие на газе, просты в обслуживании и эксплуатации, а уровень КПД у них самый высокий. Сейчас такие котлы полностью автоматизированы, надёжны и безопасны. Котлы на других видах топлива обычно применяются в тех случаях, когда доставка газа затруднительна, или его использование слишком дорого.

Жидкотопливные (дизельные) котлы

Жидкотопливные котлы очень близки (по принципу сжигания топлива) к газовым. Современные жидкотопливные горелки обеспечивают очень высокую степень распыления топлива, поэтому горение жидкого топлива действительно максимально приближено к горению газового.

Дизельное топливо (или «топливный мазут») широко используется по всему миру в качестве либо основного, либо резервного. Однако стоимость дизельного топлива в последние годы очень высока.

Двухтопливные котлы (газ/мазут, газ/дизельное топливо), которые работают на твердом топливе, и со сменными горелками могут работать на газе или на дизельном топливе.

Котлы большой производительности необходимо оснащать экономайзером, который представляет собой дополнительный теплообменник, утилизирующий тепло уходящих газов. Таким образом, в зависимости от типа экономайзера, можно повысить КПД котла от 4 до 12%.

Для паровых котлов и водогрейных котлов на перегретой воде используются, в основном, стальные чернометаллические трубчатые экономайзеры. Задача данных агрегатов снизить температуру уходящих газов без конденсации водяных паров. Для водогрейных низкотемпературных котлов используются конденсационные теплообменники из нержавеющей стали, преимущественно пластинчатой конструкции.

Котлы на твердом топливе

S_4 Если говорить о котлах большой производительности на твердом топливе, то в данном случае границу мощности, свыше которой котел считается большой мощности, логично понизить до 500 кВт. Это объясняется тем, что процесс сжигания твердого топлива более сложен, чем сжигание газа или жидкого топлива. Вследствие этого котлы, работающие на твердом топливе, как упоминалось в начале статьи, действительно «большие».

Промышленные котлы на твёрдом топливе иногда являются единственным видом отопительного оборудования, которое может быть применено на том или ином производстве. Особенно это касается таких регионов, где имеются избытки твердого топлива (например, отходы деревообрабатывающих предприятий), а газоснабжение отсутствует.

Наиболее «удобным» видом твердого топлива является уголь. Тем не менее, уголь никогда не был самым оптимальным топливом для теплоэлектростанций.

Удельное содержание энергии на единицу веса (теплотворная способность) у угля ниже, чем у мазута или природного газа. Его труднее транспортировать, и, кроме того, сжигание угля вызывает целый ряд нежелательных экологических последствий, в частности, выпадение кислотных дождей. Поэтому во всем мире усиливается тенденция замены угля на природный газ или другие виды топлива.

Твердотопливные агрегаты можно условно разделить на 3 группы:

  • предназначенные для сжигания дров и угля в их естественном виде, без подготовки;
  • автоматические пеллетные;
  • на прочих видах твердого топлива.

К первой группе относятся котлы, использующие дрова, поленья, бревна. Загрузка топлива осуществляется вручную или механизировано. Большую мощность можно получить при автоматической подаче топлива.

Древесные пеллеты относительно дороги. В Европе использование пеллет для котла мощностью 500–1000 кВт считается экономически невыгодным. Гораздо дешевле использовать древесную щепу, производство которой требует меньших затрат, соответственно, и меньшей стоимости топлива.

Прочие виды топлива, такие, как отходы деревообработки, сельскохозяйственного производства эффективны в тех случаях, когда сам «источник» топлива и его «потребитель» расположены в непосредственной близости: в идеальном случае – это одна промышленная площадка. Транспортировка такого топлива на значительные расстояния делает его использование экономически нецелесообразным.

Помещение для твердотопливной котельной значительно больше помещения газовой котельной аналогичной мощности. В данном случае добавляется еще один достаточно сложный необходимый компонент – топливохранилище. Помимо объема для хранения топлива нужно обеспечить механизированную подачу подвозимого топлива в топливохранилище, а затем – автоматизированную подачу топлива к котлу.

Существует большое разнообразие котлов с различной конструкцией, рабочими параметрами, работающих на различных видах топлива. Какой именно котел использовать в каждой конкретной ситуации – зависит от технико-экономических расчетов и индивидуальных особенностей объекта.

В ближайшее время в области крупной отопительной техники кардинальных изменений ожидать не стоит – эта область техники достаточно консервативна. Но это вовсе не означает, что никаких изменений не будет. Котлы будут улучшаться как конструктивно, так и в области совершенствования устройств безопасности, а также за счет широкого внедрения самой совершенной микропроцессорной техники для управления, контроля параметров и диспетчеризации.





Оставьте комментарий