Классификация котельных установок. Общие сведения о котельных установках, типы котлов для теплоснабжения здания Виды котельных установок
Котельные установки в зависимости от типа потребителя разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).
Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.
Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции производственных и жилых помещений.
В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.
Местные отопительные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более или паровыми котлами с рабочим давлением до. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.
Групповые отопительные котельные обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специальных зданиях.
Районные отопительные котельные предназначены для теплоснабжения крупных жилых массивов; их оборудуют сравнительно мощными водогрейными и паровыми котлами.
Рис. 1.1
На рис. 1.1. приведена схема районной отопительной котельной с водогрейными котлами 1 типа ПТВМ-50 теплопроизводительностью 58 МВт. Котлы могут работать на жидком и газообразном топливе, поэтому они оборудованы горелками и форсунками 3 . Воздух, необходимый для горения, подается в топку дутьевыми вентиляторами 4 , приводимыми в действие электродвигателями. На каждом котле установлено 12горелок и столько же вентиляторов.
Вода в котел подается насосами 5 , приводимыми в действие электродвигателями. Пройдя через поверхность нагрева, вода нагревается и поступает к потребителям, где отдает часть теплоты, и с пониженной температурой снова возвращается в котел. Дымовые газы из котла удаляются в атмосферу через трубу 2.
Эта котельная имеет компоновку полуоткрытого типа: нижняя часть котлов (примерно до высоты 6 м) расположена в здании, а верхняя их часть - на открытом воздухе. Внутри котельной размещают дутьевые вентиляторы, насосы, а также щит управления. На перекрытии котельной устанавливают деаэратор 6 для удаления кислорода и из воды.
В котельных установках с паровыми котлами (рис.1.2) паровой котел 4 имеет два барабана - верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний - в нижней части водой, а в верхней части насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка 2 с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого и газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами - обмуровкой.
Рабочий процесс в котельной протекает следующим образом. Топливо с топливного склада подается транспортером в бункер, откуда оно поступает на колосниковую решетку топки, где и сгорает. В результате сгорания топлива образуются дымовые газы - горят продукты сгорания.
Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла пароперегревателя 3, проходят через экономайзер 5 и воздухонагреватель, где они охлаждаются вследствие подачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку.
Охлажденные дымовые газы с помощью дымососа 8 удаляются через дымовую трубу 7 в атмосферу. Дымовые газы котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги со встраиваемой дымовой трубой.
Вода из источника водоснабжения к питательному трубопроводу насосом 1 в водяной экономайзер, откуда после нагрева поступает в верхний барабан котла. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане.
Рис. 1.2
Из верхнего барабана котла вода по трубам опускается в нижний барабан, откуда по левому пучку труб она снова поднимается в верхний барабан. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана. Затем пар поступает в пароперегреватель 3, где теплотой дымовых газов он полностью подсушивается, в результате чего температура его повышается.
Из пароперегревателя пар поступает в главный паропровод и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную. Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.
Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 9 в воздухоподогреватель, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой.
Котельная установка с паровыми котлами имеет компоновку закрытого типа, когда все основное оборудование котельной размещено в здании.
Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.
Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.
Рис. 1.1 Котельная с чугунными водогрейными котлами 1-бункер для сбора золы и шлака; 2-скрепер; 3-лебедка привода скрепера; 4-золоуловители циклонного типа; 5-дымосос; 6-кирпичная дымовая труба; 7-котел; 8-дутьевой вентилятор; 9-установка химической очистки воды (фильтр); 10-скреперный канал для удаления шлака и золы
Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также бака для сбора конденсата.
Водогрейные и паровые котельные различаются в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т.п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями - трубопроводами, газопроводами и др.
Все большее распространение получают установки, работающие на ядерном топливе, исходным сырьем которого является урановая руда.
Введение
Общие сведения и понятие о котельных установках
1 Классификация котельных установок
Виды отопительных котлов для теплоснабжения зданий
1 Газовые котлы
2 Электрические котлы
3 Твердотопливные котлы
Типы котлов для теплоснабжения зданий
1 Газотрубные котлы
2 Водотрубные котлы
Заключение
Список литературы
Введение
Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.
Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном - снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение - снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.
Моей целью является ознакомиться с общими сведениями и понятием о котельных установках, какие котлы применяют для теплоснабжения зданий.
1. Общие сведения и понятия о котельных установках
Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы котельной установки - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства.
Котел - теплообменное устройство, в котором тепло от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.
Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.
Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают тепло воде.
Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.
В зависимости от того, для какой цели используется тепловая энергия, котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.
Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные сооружаются на промышленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные предназначаются для тех же целей, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона. Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора. Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной. Котельные средней и большой мощности - 3,5 МВт и выше - отличаются сложностью оборудования и составом служебно-бытовых помещений. Объемно-планировочные решения этих котельных должны удовлетворять требованиям Санитарных норм проектирования промышленных предприятий.
1.1 Классификация котельных установок
Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).
Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.
Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.
В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.
Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115°С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплом одного или нескольких зданий.
Групповые котельные установки обеспечивают теплом группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.
Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.
2. Виды отопительных котлов
.1 Газовые котлы
Если к участку подведен магистральный газ, то, в подавляющем большинстве случаев, оптимальным является отопление дома с использованием газового котла, так как более дешевого топлива не найдешь. Существует множество производителей и моделей газовых котлов. Для того чтобы было проще разобраться в этом разнообразии, разделим все газовые котлы на две группы: напольные котлы и настенные. Настенные и напольные котлы имеют разную конструкцию и комплектацию.
Напольный котел - вещь традиционная, консервативная и не претерпевшая серьезных изменений за многие десятилетия. Теплообменник напольных котлов обычно изготавливают из чугуна или стали. Существуют разные мнения о том, какой материал лучше. С одной стороны чугун меньше подвержен коррозии, чугунный теплообменник изготавливают обычно более толстым, что может положительно сказаться на сроке его службы. В то же время у чугунного теплообменника есть и недостатки. Он более хрупкий, а, следовательно, есть риск образование микротрещин при транспортировке и погрузке-выгрузке. Кроме того, в процессе эксплуатации чугунных котлов при использовании жесткой воды, в следствии конструктивных особенностей чугунных теплообменников, и свойств самого чугуна, со временем происходит их разрушение в результате локальных перегревов. Если говорить о стальных котлах, то они легче, не очень боятся ударов при транспортировке. В тоже время, при неправильной эксплуатации, стальной теплообменник может корродировать. Но, создать нормальные условия эксплуатации стального котла не очень сложно. Важно, чтобы температура в котле не падала ниже температуры "точки росы". Хороший проектировщик всегда сможет создать систему, при которой срок службы котла будет максимален. В свою очередь, все напольные газовые котлы можно разделить на две основные группы: с атмосферными и с наддувными (иногда их называют сменными, вентиляторными, навесными) горелками. Первые - проще, дешевле и при этом работают тише. Котлы с наддувными горелками имеют больший КПД и стоят заметно дороже (с учетом стоимости горелки). Котлы для работы с наддувными горелками имеют возможность установки горелок работающих или на газе, или на жидком топливе. Мощность напольных газовых котлов с атмосферной горелкой, в большинстве случаев, колеблется от 10 до 80 кВт (но есть фирмы производящие и более мощные котлы этого типа), в то время как модели со сменными надувными
горелками могут достигать мощности в несколько тысяч кВт. В наших условиях очень важен еще один параметр газового котла - зависимость его автоматики от электроэнергии. Ведь в нашей стране нередки случаи возникновения проблем с электричеством - где-то оно подается с перебоями, а в отдельных местах отсутствует совсем. Большинство современных газовых котлов с атмосферными горелками работают независимо от наличия электропитания. Что касается импортных котлов, то понятно, что подобные проблемы в западных странах отсутствуют, и часто возникает вопрос, а существуют ли хорошие импортные газовые котлы, работающие автономно от электроэнергии? Да существуют. Такая автономность может быть достигнута двумя способами. Первый - максимально упростить систему управления котлом и за счет практически полного отсутствия автоматики добиться независимости от электричества (это относится и к отечественным котлам). В таком случае котел может поддерживать только заданную температуру теплоносителя, и не будет ориентироваться на температуру воздуха в вашем помещении. Второй способ, более прогрессивный - с использованием теплогенератора, который из тепла вырабатывает электричество необходимое для работы автоматики котла. Эти котлы можно использовать с выносными комнатными термостатами, которые будут управлять котлом, и поддерживать заданную вами температуру в помещении.
Газовые котлы могут быть одноступенчатыми (работают только на одном уровне мощности) и двухступенчатыми (2 уровня мощности), а также с модуляцией (плавным регулированием) мощности, так как полная мощность котла требуется примерно 15-20% отопительного сезона, а 80-85% времени она является излишней, то понятно, что экономичнее использовать котел с двумя уровнями мощности или модуляцией мощности. Основными плюсами двухступенчатого котла являются: увеличение срока эксплуатации котла, за счет снижение частоты включений/выключений горелки, работа на 1-ой ступени с пониженной мощностью и снижение количества включений/выключений горелки позволяет экономить газ, а, следовательно, и деньги.
При том, что в настенных котлах воплотились в жизнь самые передовые технические разработки в области отопления стоимость "настенников" часто в 1,5-2 раза ниже, чем у их напольных собратьев. Другое существенное преимущество - простота монтажа. Нередко покупатели считают, что удобство монтажа это достоинство, которое должно волновать только монтажников. Это не совсем так, ведь сумма, которую придется заплатить реальному потребителю за установку настенного котла или за монтаж котельной, где отдельно устанавливаются котел, бойлер, насосы, расширительный бак и многое другое, отличается очень существенно. Компактность и возможность вписать настенный котел практически в любой интерьер - еще один плюс этого класса котлов.
По способу удаления отходящих газов все газовые котлы можно разделить на модели с естественной тягой (удаление отходящих газов происходит за счет тяги, создаваемой в дымоходе) и с принудительной тягой (с помощью встроенного в котел вентилятора). Большинство фирм, производящих настенные газовые котлы, выпускают модели, как с естественной тягой, так и с принудительной. Котлы с естественной тягой многим хорошо знакомы и дымоход над крышей никого не удивляет. Котлы же с принудительной тягой появились совсем недавно и имеют массу преимуществ при монтаже и эксплуатации. Как уже упоминалось выше, удаление отходящих газов из этих котлов происходит с помощью встроенного в них вентилятора. Такие модели идеальны для помещений без традиционного дымохода, так как продукты сгорания в этом случае выводятся через специальный коаксиальный дымоход, для которого достаточно сделать только отверстие в стене. Коаксиальный дымоход еще часто называют "труба в трубе". По внутренней трубе такого дымохода продукты сгорания выводятся на улицу с помощью вентилятора, а по внешней поступает воздух. Кроме того, эти котлы не сжигают кислород из помещения, не требуют дополнительного притока холодного воздуха в здание с улицы для поддержания процесса горения, позволяют снизить капиталовложения при установке, т.к. не нужно изготавливать дорогостоящий традиционный дымоход, вместо которого с успехом используется короткий и недорогой коаксиальный. Котлы с принудительной тягой используются и в случае, когда есть традиционный дымоход, но забор воздуха для горения из помещения нежелателен.
По типу розжига, настенные газовые котлы могут быть с электрическим или с пьезорозжигом. Котлы с электророзжигом экономичнее, так как отсутствует запальник с постоянно горящим пламенем. Благодаря отсутствию постоянно горящего фитилька, использование котлов с электророзжигом позволяет существенно снизить расход газа, что наиболее актуально при использовании сжиженного газа. Экономия сжиженного газа при этом может достигать 100 кг в год. Есть и еще один плюс котлов с электророзжигом - при временном прекращении электропитания котел автоматически включится при возобновлении подачи электроэнергии, а модель с пьезорозжигом придется включать вручную.
По виду горелки, настенные котлы могут быть разделены на два типа: с обычной и с модуляционной горелкой. Модуляционная горелка обеспечивает наиболее экономичный режим работы, так как котел автоматически регулирует свою мощность в зависимости от потребности в тепле. Кроме того, модуляционная горелка обеспечивает и максимальный комфорт в режиме ГВС, позволяя поддерживать температуру горячей воды на постоянном, заданном уровне.
Большинство настенных котлов оснащено устройствами, обеспечивающими их безопасную эксплуатацию. Так датчик наличия пламени при пропадании пламени отключает подачу газа, блокировочный термостат при аварийном повышении температуры котловой воды отключает котел, специальное устройство отключает котел при пропадании электропитания, другое устройство блокирует котел при отключении газа. Присутствует и устройство отключения котла при снижении объема теплоносителя ниже нормы и датчик контроля тяги.
2.2 Электрические котлы
Есть несколько основных причин ограничивающих распространение электрокотлов: далеко не на всех участках есть возможность выделить требуемую для отопления дома электрическую мощность (например, для дома площадью в 200 кв. м требуется примерно 20 кВт), очень высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением. Достоинств у электрических котлов, действительно, много. Среди них: относительно невысокая цена, простота монтажа, легкие и компактные, их можно вешать на стену, как следствие - экономия места, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрический котел не требует отдельного помещения (котельной), электрокотел не требует монтажа дымохода, электрический котел не нуждается в особом уходе, бесшумны, электрокотел экологичен, нет вредных выбросов и посторонних запахов. Кроме того, в случаях, когда возможны перебои с подачей электроэнергии, электрокотел нередко используется в паре с резервным твердотопливным. Этот же вариант применяется и для экономии электроэнергии (сначала дом протапливается с помощью дешевого твердого топлива, а потом в автоматическом режиме температура поддерживается с помощью электрокотла).
Стоит отметить, что при установке в больших городах с жесткими экологическими нормами и проблемами согласования, электрокотлы также часто выигрывают у всех остальных типов котлов (включая газовые). Коротко об устройстве и комплектации электрических котлов. Электрический котел - достаточно простое устройство. Основными его элементами являются теплообменник, состоящий из бака с укрепленными в нем электронагревателями (ТЭНами), и блока управления и регулирования. Электрические котлы некоторых фирм поставляются уже укомплектованными циркуляционным насосом, программатором, расширительным баком, предохранительным клапаном и фильтром. Важно отметить, что электрокотлы небольшой мощности бывают в двух разных исполнениях - однофазные (220 В) и трехфазные (380 В).
Котлы мощностью более 12 кВт обычно производятся только трехфазными. Подавляющее большинство электрических котлов мощностью более 6 кВт выпускается многоступенчатыми, что позволяет рационально использовать электроэнергию и не включать котел на полную мощность в переходные периоды - весной и осенью. При применении электрокотлов наиболее актуально рациональное использование энергоносителя.
2.3 Твердотопливные котлы
Топливом для твердотопливных котлов могут быть дрова (дерево), бурый или каменный уголь, кокс торфяные брикеты. Существуют как "всеядные" модели, которые могут работать на всех вышеуказанных видах топлива, так и работающие на некоторых из них, но имеющие при этом больший КПД. Одним из основных достоинств большинства твердотопливных котлов является то, что с их помощью можно создать полностью автономную систему отопления. Поэтому чаще такие котлы используются в районах, где есть проблемы с подачей магистрального газа и электричества. Существуют еще два довода, говорящие в пользу твердотопливных котлов - доступность и невысокая стоимость топлива. Недостаток большей части представителей котлов этого класса тоже очевиден - они не могут работать в полностью автоматическом режиме и требуют регулярной загрузки топлива.
Стоит заметить, что существуют твердотопливные котлы, сочетающие в себе основное достоинство моделей, существующих уже много лет - независимость от электроэнергии и способные при этом автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя (воды или антифриза). Автоматическое поддержание температуры осуществляется следующим образом. На котле установлен датчик, отслеживающий температуру теплоносителя. Этот датчик механически соединен с заслонкой. В случае, если температура теплоносителя становится выше заданной вами, то заслонка автоматически прикрывается и процесс горения замедляется. Когда температура понижается, то заслонка приоткрывается. Таким образом, данное устройство не требует подключения к электрической сети. Как уже говорилось выше, большинство традиционных твердотопливных котлов способно работать на буром и каменном угле, дровах, коксе, брикетах.
Защита от перегрева обеспечивается наличием контура охлаждающей воды. Эта система может контролироваться вручную, т.е. при увеличении температуры теплоносителя необходимо открыть вентиль на патрубке отвода охлаждающей жидкости (вентиль на подводящем патрубке постоянно открыт). Кроме того, эта система может также управляться автоматически. Для этого на отводящем патрубке устанавливается клапан понижения температуры, который будет автоматически открываться при достижении теплоносителем максимальной температуры. Кроме того, какое топливо применить для отопления своего дома, очень важно правильно выбрать требуемую мощность котла. Обычно мощность выражается в кВт. Ориентировочно 1 кВт мощности требуется для отопления 10 кв. м хорошо утепленного помещения с высотой потолков до 3 м. Надо иметь в виду, что эта формула очень приблизительна.
Окончательный расчет мощности стоит доверять только профессионалам, которые кроме площади (объема) учтут еще множество факторов, среди которых, материал и толщина стен, тип, размер, количество и расположение окон и т.д.
Котлы с пиролизным сжиганием древесины имеют больший КПД (до 85 %) и позволяют автоматические регулировать мощность.
К недостаткам пиролизных котлов, в первую очередь, можно отнести более высокую, по сравнению с традиционными твердотопливными котлами, цену. Кстати, существуют котлы, работающие не только на дереве, но и котлы на соломе. При выборе и установке твердотопливного котла очень важно соблюсти все требования к дымоходу (его высоте и внутреннему сечению).
3. Типы котлов для теплоснабжения зданий
газовый котел теплоснабжение
Существуют два основных типа паровых котлов: газотрубные и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.
3.1 Газотрубные котлы
Дело в том, что при проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры.
При превышении же указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, так как взрыв крупного парового котла, сопровождающийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе.
При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя пока еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания.
3.2 Водотрубные котлы
Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.
Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей, характерных для газотрубных котлов. Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном, вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами, радиационные, вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.
Заключение
Итак, в заключение можно сказать, что котлы являются важным элементом в теплоснабжении здания. При выборе колов необходимо учитывать технические, технико-экономические, механические и прочие показатели для лучшего вида теплоснабжения здания. Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые и водогрейные.
В моей работе рассмотрены газовые, электрические, твердотопливные виды котлов, а также типы колов, такие как газотрубные и водотрубные котлы.
Из вышесказанного стоит выделить плюсы и минусы различных видов котлов.
Плюсы газовых котлов таковы: экономичность, по сравнению с другими видами топлива, простота эксплуатации (эксплуатация котла полностью автоматизирована), высокая мощность (можно обогреть большую площадь), возможность установки оборудования на кухне (если мощность котла до 30кВт), компактные размеры, экологичность (в атмосферу выделятся мало вредных веществ).
Минусы газовых котлов: перед установкой необходимо получить разрешение Газгортехнадзора, опасность утечки газа, определённые требования к помещению, где установлен котел, наличие автоматики, перекрывающей доступ газа при утечке или недостатке вентиляции.
Преимущества электрических котлов: невысокая цена, простота монтажа, компактность и небольшой вес - электрокотлы можно вешать на стену и экономить полезное пространство, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрокотлы не требуют отдельного помещения (котельной), не требуют монтажа дымохода, не требуют особого ухода, бесшумны, экологичны - нет вредных выбросов и посторонних запахов.
Основными причинами, ограничивающими распространение электрических котлов, являются далеко не на всех участках, есть возможность выделить несколько десятков киловатт электроэнергии, достаточно высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением.
Сначала выделим недостатки твердотопливных котлов: в первую очередь, твердотопливные котлы отопления используют твердое топливо, которое имеет сравнительно низкую теплоотдачу. Действительно, чтобы качественно протопить крупный дом, придется потратить очень немало топлива и времени. Кроме того, топливо будет сгорать довольно быстро - за два-четыре часа. После этого, если дом протоплен недостаточно, придется снова разжигать огонь. Причем для этого понадобится сначала очистить топку от образовавшихся углей и золы. Только после этого можно будет закладывать топливо и снова разжигать огонь. Все это делается вручную.
С другой же стороны, котлы, работающие на твердом топливе, имеют и некоторые плюсы. Например, не привередливость к топливу. Действительно, они могут эффективно работать на всех видах твердого топлива - дерево, торф, уголь и вообще, все, что может гореть. Разумеется, добыть такое топливо в большинстве регионов нашей страны можно быстро и не слишком дорого, что является серьезным аргументом в пользу твердотопливных котлов. Кроме того, эти котлы совершенно безопасны, так что их можно установить либо в подвале дома, либо просто неподалеку от него. При этом вы можете быть уверены, что из-за утечки топлива не произойдет страшного взрыва. Конечно, не придется оборудовать специальное место для хранения топлива - закапывать в землю емкости для хранения газа или дизтоплива.
В настоящее время существует два основных типа паровых котлов, а именно: газотрубные и водотрубные. К газотрубным котлам относятся те котлы, в которых высокотемпературные газы протекают внутри жаровых и дымогарных труб, тем самым, отдавая тепло воде, которая окружает трубы. Водотрубные котлы отличаются тем, что по трубам протекает нагреваемая вода, а трубы снаружи омываются газами.
Список литературы
1.Бойко Е.А., Шпиков А.А., Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов) - Красноярск, 2003.
.Брюханов О.Н. Газифицированные котельные агрегаты. Учебник. ИНФРА-М. - 2007. .Двойнишников В. А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение" / В.А. Двойнишников, Л.В. Деев, М.А. Изюмов. - М.: Машиностроение, 1988.
.Левин И.М., Боткачик И.А., Дымососы и вентиляторы мощных электростанций, М. - Л., 1962.
.Максимов В.М., Котельные агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961.
.Тихомиров К.В. Сергеенко Э. С. "Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция." Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991ж
.Энциклопедия «КругосветУниверсальная» научно-популярная онлайн-энциклопедия.
По назначению котлы делятся на: 1) Энергетические (для ТЭС) 2) Отопительно-производственные. По расположению топок бывают: 1) C внутренней топкой (напр. МЗК) 2) С внешней (нижней) топкой (напр. ДКВР) 3) С выносной топкой (напр. ДЕ) По способу сжигания топлива: 1) Cлоевые (колосниковые) ― для сжигания твердого кускового топлива. 2) Камерные ― газообразное, жидкое и твердое пылеобразное топливо сжигается во взвешенном состоянии. По перемещению уходящих газов и воды котлы делятся на: 1) Газотрубные, где продукты сгорания проходят по трубам или паровой трубе, а вокруг труб и паровой трубы движется вода. 2) Водотрубные котлы, в которых вода (пароводяная смесь) проходит по трубам поверхности нагрева котла, а продукты сгорания омывают эти трубы и передают свое тепло воде. По конструктивным особенностям котлы делятся на: 1) Цилиндрические 2) Горизонтально-водотрубные 3) Вертикально-водотрубные с одним или несколькими барабанами По движению водяного или пароводяного потока внутри котла: 1) Естественная циркуляция ― осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных трубах и столба пароводяной смеси в подъемных трубах. 2) Принудительное движение теплоносителя (осуществляется с помощью искусственных побудителей – насосов), которое в свою очередь осуществляется многократной принудительной циркуляцией и по прямоточной схеме. В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды ― котлы с принуди- тельным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу. Современные паровые котлы с естественной циркуляцией выполняются из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (барабанами). Одна часть труб, называемых “подъемными трубами”
, обогревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно необогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название “опускные трубы”
. В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан). Кратность циркуляции (отношение расхода воды, проходящего через циркуляционный контур, к расходу пара, производимого в нем) в таких котлах изменяется от 10 до 100. В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Кратность циркуляции в этих котлах изменяется от 5 до 10. В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар. В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры. В этой статье будет рассмотрена котельная в частном доме. А именно, мы разберем: типы котельных используемых в частном доме, требования к котельной в доме, общие вопросы строительства помещения котельной и др. вопросы. В зависимости от используемого энергоносителя: В зависимости от размещения котельной относительно дома: Проектирование и монтаж оборудования котельной - самый важный этап в процессе ее строительства. Чтобы избежать ошибок, которые могут обернуться для Вас финансовыми потерями, правильным решением будет обратиться в специализированную проектно-монтажную организацию (далее - подрядчик) этого профиля. Необходимо помнить, что подрядчик должен иметь все разрешительные документы на выполнение проектно-монтажных работ по строительству котельной. Вместе с подрядчиком Вы составите так называемое "техническое задание",- перечень Ваших пожеланий к устройству котельной. На основании технического задания специалисты могут предложить инженерные решения по строительству котельной, составят технико-экономическое обоснование, помогут при оформлении технических условий, разработают проект, рассчитают нагрузки на отопление, горячее водоснабжение (ГВС) и т.д. Эта же организация - подрядчик может выполнить согласование и регистрацию проекта в соответствующих государственных органах. В последующем, при Вашем желании, подрядчик может обеспечить комплектацию котельной оборудованием, ее монтаж, пусконаладочные работы, сдачу в эксплуатацию и сервисное обслуживание. В зависимости от Ваших возможностей, квалификации и понятия вопроса, объем работ, выполняемых подрядчиком можно заказать от «нуля» до сдачи «под ключ», или на этап проектирования и согласования с органами надзора необходимых документов. При этом Вы оставляете за собой право выполнять строительство помещения котельной (если это отдельно стоящая или пристроенная котельная), монтажа оборудования и пуско-наладочные работы. Можно рассматривать и другие варианты с объемом подрядных работ этих организаций. То есть, подойти к привлечению квалифицированных специалистов дифференцированно. В общем виде проектирование котельных делится на этапы: Стандартный проект котельной состоит из следующих частей: При выборе типа котельной застройщику необходимо решить несколько основных вопросов, от которых будет зависеть объемно-планировочная схема и конструктивное решение котельной. Вопрос 1. Какой вид энергоносителя будет использоваться для котельной? В любом случае выбор вида топлива диктуется условиями данной местности, где-то дешевле топить газом, где-то единственное топливо - дрова. Вопрос 2. Режим отопления дома. Если вы строите дом эпизодического посещения с недорогой отделкой, то можно использовать твердое топливо и топить котел только во время посещений. В этом случае необходимо предусмотреть возможность слива воды из систем водоснабжения и канализации. Постоянные температурные перепады и возникающий при этом конденсат могут серьезно испортить внешний вид потолков и стен (поэтому для домов эпизодического проживания дорогую отделку лучше не применять). В случае с жидким топливом, газом и электричеством в целях экономии можно использовать программируемые режимы отопления, например всю неделю в доме поддерживается температура +5-10С, к вашему приезду котел разогревает дом до + 20С или любой заданной вами температуры. Помните, что заранее и правильно выбранный способ отопления существенно сэкономит ваши деньги и силы. Вопрос 3. Где будет размещена котельная? Как говорилось выше, котельная может размещаться как в жилом доме, так и за его пределами. Какому варианту отдать предпочтение? При выборе этого варианта потребуются дополнительные затраты, но при этом устраняются неудобства, связанные с проживанием под одной крышей с котлом, освобождается полезная площадь проживания, а также решается проблема пожаро и взрывобезопасности. И вот Вы определились, какая система отопления Вам нужна (для проживания в доме эпизодично или круглогодично). Затем, Вы выбрали котел. Надо отметить, что выбор котла, в основном зависит от доступности инженерных сетей около участка застройки, характеристик участка и дома, а также финансовых возможностей застройщика. Но на один из самых важных вопросов при строительстве котельной - какие требования предъявляются к помещению, в котором будет установлен котел, ответ найти достаточно сложно. Внимание! При проектировании и монтаже отопительного оборудования необходимо строго руководствоваться требованиями строительных норм и правил к помещениям котельных.
Давайте рассмотрим площадь и размеры котельной в частном доме, которые требуют эти нормы и правила в зависимости от применяемых видов энергоносителя в системе отопления. А. Для газового отопительного оборудования (по материалам ДБН В.2.5-20-2001 Газоснабжение). Котлы можно размещать: ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ к газовым котельным: При размещении в кухне - помещение должно отвечать следующим требованиям: Расчет мощности вытяжки производится по формуле: М = (SxHx12) + 30%, где: М - мощность вытяжки; S - площадь кухни; H - высота потолков на кухне; 12 - каждый час (согласно нормам СЭС) воздух в помещении, где расположен газовый котел, должен обновляться до 12 раз; 30% - минимальный запас мощности, необходимой для эффективной очистки воздуха. Пример расчета мощности вытяжки: В помещении, где установлен газовый котел, площадь равна 7 кв.м., высота потолков - 2,5 м. Мощность вытяжки, необходимой для такого помещения, составляет: М = (7x2,5x12) + 30% = 273 куб.м./час. Примечание: необходимо учитывать тот факт, что 30% запаса мощности хватит только в том случае, если вытяжка находится непосредственно над котлом. В иных случаях, делая расчет, мощность вытяжки, следует прибавлять еще 15% на каждый поворот трубы воздуховода и еще 10% на каждый метр воздуховода.
Вентиляционный канал, из расчета обеспечения 3-х кратного воздухообмена, необходимо вывести на высоту дымовой трубы. Вытяжное отверстие в котельной желательно оборудовать декоративной решеткой на высоте низа отверстия не ниже 0,3 м от потолка.
При размещении в обособленных встроенных и пристроенных помещениях (суммарной тепловой мощностью от 30 до 200 кВт) должны соблюдаться требования: Примечание: при мощности котла до 30 кВт, высота помещения может быть 2,2 метра
При размещении в отдельном помещении на первом этаже, в цокольном или подвальном этаже жилого здания при суммарной мощности до 500 кВт - помещение должно отвечать следующим требованиям: При размещении в пристройке к жилым зданиям при суммарной тепловой мощности до 500 кВт - помещение пристройки должно отвечать следующим требованиям: Б. Для отопительного оборудования работающем на твердом или жидком топливах. Указанные выше требования к помещению котельной для газовых котлов относятся и к помещению топочной для котлов, работающих на твердом и жидком топливе. Однако существует ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве котельной, а именно: В. Для электрического отопительного оборудования. Электрические котлы, предназначенные для работы в системах отопления, имеют немало преимуществ. Главным преимуществом этих котлов является то, что не требуется отдельное помещение под котельную. Не требуются дымоходы и по цене эти котлы сравнительно недороги. Все бы хорошо, если бы не высокая стоимость электроэнергии, особенно в сравнении с другими видами топлива. Из-за этого недостатка такие котлы дороги в эксплуатации, поэтому использовать их целесообразно для отопления помещений небольшого размера, в которых неэффективно производить дорогостоящие работы по подключению других видов отопительного оборудования, либо в качестве резервного котла в системах с газовым котлом, как альтернативный источник тепла на непродолжительное время. Установка электрических котлов схожа с установкой газовых настенных котлов. При установке электрокотла обязательно наличие предохранительных автоматов и, скорее всего, прокладка отдельной электролинии. Мощность настенных электрических котлов колеблется в пределах 5 - 60 кВт, отапливаемая ими площадь - от 50 до 600 кв.м., что должно быть вполне достаточно для дачного дома или коттеджа. Электропитание котлов малой мощности осуществляется от однофазной 220 В или трехфазной 380 В электрической сети. Для эксплуатации котлов мощностью более 12 кВт используется трехфазная сеть. Это обстоятельство требует оформления разрешительных документов с соответствующими органами на использование этого напряжения. Строительство помещения котельной. Общие рекомендации. Оборудовать в готовом частном доме встроенное помещение, полностью соответствующее всем предъявляемым требованиям, не так и просто. При наличии свободной площади на участке целесообразно вынести котельную за пределы дома это будет проще и позволит решить ряд проблемных вопросов. Не стоит забывать, что проект котельной придется согласовать с районным архитектором, органами санэпиднадзора и пожарной инспекцией. Если Вы решили строить отдельное или пристроенное помещение котельной своими силами, тогда стоит воспользоваться статьями, размещенными на сайте и посвященными этой проблеме. Конечно, здесь должны быть максимально применены негорючие материалы. Для решения этих вопросов очень полезной будет статья «Гараж. Строительство гаража на участке» . Идеальным вариантом будет отделка стен котельной и пола керамической плиткой, что позволит содержать помещение в надлежащей чистоте (что является обязательным условием для безаварийной эксплуатации котельного оборудования и повысит противопожарную безопасность помещения). Желательно закладывать фундамент для котла отдельно от общего фундамента помещения. Это вызвано тем, что котел, в зависимости от его производительности, материала из которого изготавливается, а также учитывая его арматуру (обвязку котла), достаточно громоздкая конструкция по весу. Приступать к строительству фундамента под котел можно после возведения фундамент помещения котельной. Необходимо учесть требования нормативных документов о том, что котел должен быть установлен относительно пола котельной на высоту 15-20см. По паспортным данным на котел и проектной документации на котельную, Вам будет известна масса котла с арматурой. Исходя из этой величины, можно воспользоваться технологией возведения фундамента под печку, очень подробно и хорошо описанной в статье «Строительство бани своими руками. Фундамент для бани» . В статье приведены два вида фундаментов под легкую и тяжелую конструкции отопительных агрегатов (до 150кг и от 480кг). Котельная - сооружение, в котором производится нагрев рабочего топлива (в основном, это вода) для систем отопления, пароснабжения и горячего водоснабжения, расположенное в одном техническом помещении. К котельной, с помощью паропроводов и теплотрассы, присоединяются потребители. Самым главным устройством котельной является паровой и/или водогрейный котлы. Котельная применяется для централизованного теплоснабжения и пароснабжения или при местном использовании, в том случае, если данная котельная локального применения (один дом или близко расположенная группа домов). По виду размещения: Встроенные (в здании другого назначения, в специально оборудованном месте); Отдельно располагающиеся (в отдельном сооружении); Крышные (на крыше здания в специально оборудованном сооружении); Рамные (большая узловая сборка без сооружения); Блочного (модульного) исполнения
(контейнер, в транспортабельном сооружении и.т.п.); Пристроенные (специально оснащенное сооружение, пристраиваемое к другому зданию). По виду применяемого топлива: Жидкотопливные (диз. топливо, отработанное масло, мазут); Твердотопливные (дрова, торф, уголь); Газовые; Комбинированные. По виду применяемых котлов: Паровые; Жаротрубные; Водогрейные; Смешанные. По виду тепловой нагрузки: Промышленные (горячая технологическая вода, промышленный пар); Отопительные (Вентиляция, отопление, горячее водоснабжение); Комбинированные. Котельные могут работать на различном топливе, например, на природном или сжиженном газе, угле, дровах, мазуте, дизельном топливе и различных отходах производства. Поэтому, в связи с этим, все котельные делятся по типу рабочего топлива: газовые, жидкотопливные, твердотопливные и комбинированные. Газовые котельные являются одними из самых востребованных типов котельных. Газ - один из самых экологичных и наиболее дешевых видов топлива. Но при установке данного оборудования может возникнуть единственная проблема сложного процесса - получение разрешения на использование газа для отопления и горячего водоснабжения. Газовые котельные также классифицируются и могут быть: встроенными, пристроенными, отдельностоящими, и крышными. Тепловая мощность котельной зависит от мощности котла (котлоагрегата), выбирающейся в зависимости от площади отапливаемого объекта: чем крупнее отапливаемый объект, тем мощнее должен быть котел. Жидкотопливные котельные в основном работают на дизельном топливе, но дороже, чем природный газ. Но в исключительных случаях, именно данная установка вида котельной является предпочтительнее, чем использование природного газа. Кроме дизельного топлива могут использоваться мазут, нефть и отработанное масло. Специальных разрешений, чтобы их установить, не требуется. Твердотопливные котельные, наоборот, работают на твердом видах топлива, таких как уголь, прессованная древесина и древесные отходы. Одно из самых основных преимуществ этих котельных - полное отсутствие использования как газа, так и электричества, при этом, если пользоваться древесными отходами, то котельная очень быстро окупается, несмотря на то, что ее стоимость гораздо выше, чем другие. Работа комбинированных видов оборудования основана на использовании двух видов топлива: одно основное, а другое как резервное или аварийное. В этом случае котлов должно быть не менее двух, которые оснащаются комбинированными газодизельными горелками, работающими как на газе, так и на дизельном топливе. Основным видом топлива чаще всего является природный газ. В том случае, если произойдет прекращение подачи основного топлива, то котельная автоматически начинает использовать резервный, а это означает, что горячее водоснабжение и отопление будет поставляться бесперебойно всем потребителям. Каждая отдельная ситуация и выбор того или иного вида котельной рассматривается индивидуально, в соответствии с чем подбирается наиболее оптимальный вариант.
Проектирование котельной.
Выбор типа котельной.
Нормативные требования к помещению котельной.
Классификация котельных