CC BY
87
ЖАРОТРУБНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ. ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА
И НЕДОСТАТКИ Кудрин Е.А. Email: [email protected]
Кудрин Егор Александрович - студент - магистрант, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: в данной статье был рассмотрен один из видов котельного оборудования -жаротрубный водогрейный котел. Были выявлены и проанализированы преимущества и недостатки данного вида оборудования при выработке тепловой энергии. Рассмотрены принцип работы и основные конструкционные особенности теплогенерирующего оборудования. Проведен сравнительный анализ выработки тепловой энергии котлоагрегатом типа «Универсал-6» и «Термотехник ТТ-100» при работе на твердом (каменный уголь) и газообразном (природный газ) топливе. Приведены основные значимые характеристики теплогенерирующего оборудования. Ключевые слова: теплотехника, котлы.
FIRE-TUBE BOILERS. THEIR ADVANTAGES AND DISADVANTAGES
Kudrin E.A.
Kudrin Egor Aleksandrovich - Undergraduate Student, DEPARTMENT OF HEAT SUPPLY AND VENTILATION, ST. PETERSBURG STATE UNIVERSITY OF ARCHITECTURE AND CIVIL ENGINEERING,
ST. PETERSBURG
Abstract: in this article, one of the types of boiler equipment was considered - fire-tube boiler. The advantages and disadvantages of this type of equipment in the generation of thermal energy were identified and analyzed. The principle of operation and the main structural features of heat generating equipment are considered. A comparative analysis of heat energy generation by the Universal-6 and Thermotechnik TT-100 type boilers is performed when working on solid (coal) and gaseous fuels (natural gas). The main significant characteristics of heat-generating equipment are given. Keywords: heat engineering, boilers.
УДК 62-69
Проблема разработки и усовершенствования котельного оборудования занимает пытливый ум ученых не одну сотню лет. Первые попытки разработки и конструирования системы отопления были предприняты еще в древнем Риме. Спустя несколько столетий, благодаря техническому прогрессу, а в частности - развитию металлургии, появляются первые металлические печи, которые можно смело назвать прямыми потомками современных котлов, а так же, достаточно весомые научные наработки для создания централизованного отопления. В VII веке был разработан и применен первый чугунный котел и именно с тех самых пор берет начало процесс непрерывного усовершенствования котельного оборудования. На сегодняшний день, на выбор потребителей представлен широкий ассортимент разнообразных котлоагрегатов. Перед инженерами теплотехниками стоят следующие задачи по модернизации оборудования: максимально снизить количество затрачиваемого топлива, свисти к минимуму выбросы вредных загрязняющих веществ в атмосферный воздух, усовершенствовать автономность работы инженерной системы.
В данной статье предложено рассмотреть одну из разновидностей котлов, а именно жаротрубный водогрейный. Жаротрубные котлы находят применение уже вторую сотню лет. Модели с достаточно большой номинальной мощность используют для отопления
потребителей с большой протяженность тепловых сетей и с внушительным объемом требуемой тепловой нагрузки (промышленные предприятия, зверофермы, военные части), а маломощные как в частных домах и коттеджах, так и в квартирах.
Принцип работы и особенности конструкции
Жаротрубный котел - подвид газового оборудования. Поверхность жаротрубного котла состоит из определенного количества жаровых труб, по которым движется топливо. Выделяется два основных класса оборудования: жаротрубные паровые котлы (нагревание теплоносителя при помощи использования пара, внутри размещаются специальные резервуары) и жаротрубные водогрейные котлы (обогревание всего корпуса котла при помощи воды). Как правило, жаротрубное оборудование имеет достаточно простую конструкцию - горизонтально расположенный цилиндрический корпус. На Рис. 1 изображена схема котла ТЕРМОТЕХНИК ТТ100, воспользуемся ею для детального рассмотрения принципов работы агрегата.
Рис. 1. Схема жаротрубного котла Обозначения принятые на Рис. 1.
1 - Жаровая труба; 2 - Дымогарные трубы второго хода; 3 - Дымогарные трубы третьего хода; 4 - Первая поворотная камера; 5 - Торосферическое днище; 6 - Вторая поворотная камера; 7 - Футеровка фронтальной дверцы; 8 - Фронтальная дверца котла; 9 - Горелка; 10 -Смотровой люк; 11 - Люк-лаз; 12 - Патрубок входа воды; 13 - Патрубок выхода воды; 14 -Патрубок аварийной линии; 15 - Водонаправляющий элемент; 16 - Горелочная плита; 17 -Смотровой глазок; 18 - Патрубок отвода дымовых газов; 19 - Стальные несущие опоры; 20 -Теплоизоляция; 21 - Рифленое алюминиевое покрытие; 22 - Дренажный патрубок; 23 -Сливной штуцер.
Котел ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100 сконструирован как трехходовой котел газотрубного типа. Жаровая труба 1 камеры сгорания и корпус котла имеют цилиндрическую форму. Конвективные поверхности нагрева образованы дымогарными трубами второго и третьего ходов 2, 3, расположенными осесимметрично вокруг камеры сгорания. Двух-трехрядная схема расположения дымогарных труб второго хода обеспечивает высокую интенсивность теплообмена, повышая коэффициент полезного действия котлов. Полностью омываемая первая поворотная камера 4 образована задней трубной доской и торосферическим днищем 5. Вторая поворотная камера 6 — передней трубной доской и углублением футеровки фронтальной дверцы котла 7, выполненной в специальном исполнении под тип горелки. Фронтальная дверца котла 8 может полностью открываться с установленной горелкой 9 в удобном для заказчика направлении (расположение петель нужно уточнить при заказе). При открытой фронтальной дверце обеспечивается удобный доступ к камере сгорания и дымогарным трубам при техническом обслуживании и чистке котла. Осмотр и чистка первой поворотной камеры производится через камеру сгорания. Для осмотра котла со
стороны теплоносителя в верхней части корпуса предусмотрен смотровой люк 10. Чистка коллектора дымовых газов производится через люк-лаз камеры сбора дымовых газов котла 11. Патрубки входа и выхода воды 12, 13, а также патрубок аварийной линии 14 расположены в верхней части котла. Котлы ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100 мощностью 2000 кВт и более имеют два патрубка аварийной линии. В конструкции патрубков входа 12 и выхода воды 13 предусмотрены штуцеры для датчиков температуры. Под патрубком входа воды установлен водонаправляющий элемент 15, обеспечивающий наиболее эффективное внутрикотловое распределение теплоносителя. Широкое межтрубное пространство и большой объем воды в котле обеспечивают наиболее оптимальный режим работы котла во всем диапазоне теплопроизводительности. Для монтажа горелки на фронтальной дверце имеется горелочная плита 16. Визуальный контроль пламени в камере сгорания осуществляется через смотровой глазок 17. Патрубок отвода дымовых газов 18 расположен в верхней части задней стенки котла и оснащен присоединительным фланцем. Для равномерного распределения весовой нагрузки котел имеет две стальные несущие опоры 19, приваренные к нижней части корпуса котла, и может быть установлен без дополнительного фундамента на ровном, прочном полу, способном выдержать соответствующую нагрузку. Высокоэффективная сплошная теплоизоляция котла 20 состоит из ламинированных минераловатных матов толщиной 100 мм. Поверхность котла облицована рифленым алюминиевым покрытием, обеспечивающим эффектный внешний вид на протяжении всего срока службы 21. Дренажный патрубок 22 в нижней части котла позволяет при необходимости полностью удалить теплоноситель. В нижней части предусмотрен сливной штуцер 23 для удаления конденсата. Для перемещения котла во время монтажа и погрузочно-разгрузочных работ на корпусе котла предусмотрены подъемные петли, расположенные симметрично относительно центра масс котла. Трехходовая схема газового тракта котла с низкой теплонапряженностью камеры сгорания обеспечивает удобную настройку режимов горения котла и минимальные выделения вредных продуктов сгорания. Низкое аэродинамическое сопротивление котла позволяет наиболее оптимально подобрать горелочное устройство. Крепление первой поворотной камеры котла на едином опорно -скользящем или жестком (для котлов свыше 8,0 МВт) анкере обеспечивает компенсацию циклических тепловых напряжений и, тем самым, большой срок службы оборудования [1].
Таблица 1. Таблица характеристик чугунно—секционного котла Универсал - 6 и ТЕРМОТЕХНИК 100,
мощностью 1500 кВт
Модель котла Мощность , кВт Габариты КПД, % Удельный расход топлива, т/Гкал
Длина, мм Ширина, мм Высота, мм
Универсал - 6 750 2887 1966 2030 70 0,3421
ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100 1500 3015 1540 1768 92,6 0,1542
Из таблицы 2 видно, что котел ТЕРМОТЕХНИК тип ТТ100 при мощности в два раза превышающей мощность котла Универсал - 6 имеет меньший удельный расход топлива, что является весомым преимуществом. Помимо того что жаротрубные котлы имеют меньший расход топлива, в сравнение с чугунно-секционными, за счет сжигания природного газа снижается выброс вредных веществ в атмосферный воздух.
Критерий сравнения Жаротрубный котел Водотрубный котел
Габаритные размеры Ниже Выше
Стоимость Ниже Выше
Обслуживание Простая очистка Сложность к доступу к поверхностям нагрева
Время монтажа Ниже Выше
Качество воды Повышенные Стандартные
Безопасность Высока Высокая
КПД Высокий Более низкий
Диапазон нагрузок от 25% до 100% От 70% до 100%
В таблице 2 представлены основные критерии, на которые ориентируются при выборе котельного оборудования. Повышенные требования к качеству воды компенсируются простотой очистки, достаточно высоким КПД и, следовательно, более низким расходом топлива, не говоря уже о габаритных размерах и возможности работать в более обширном диапазоне нагрузок.
В прошлом столетии подавляющее большинство котельных получало тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива, что привело к истощению запасов угля и ухудшению экологической обстановки. На сегодняшний день на твердом топливе работают всего 10 -15% производителей тепловой энергии, постепенно переходящие на сжигание природного газа. Осуществить перевод котельной с твердого топлива на газ можно, как известно, либо заменив котел, либо проведя его модернизацию. При переводе котлов на газовое топливо повышается коэффициент полезного действия (на 5-8%), а, следовательно, повышается производительность котлов, не загрязняется поверхность нагрева и дымоход, улучшаются условия труда обслуживающего персонала, становиться возможной полная автоматизация работы котельной. Помимо всех перечисленных выше преимуществ исключаются расходы на демонтаж оборудования, а также сокращается срок простоя котельной при модернизации. Но КПД модернизированного котла не сможет привесить 75%, удельный расход природного газа будет внушительный, да и расходы на обслуживание и ремонт котла с каждым годом будут все больше и больше.
Вывод: жаротрубные водогрейные котлы, в сравнение с подобным оборудованием, имеют высокий КПД, способны работать в большом диапазоне нагрузок, просты в обслуживание и имеют сравнительно небольшие габаритные размеры. На сегодняшний день жаротрубные котлы по всем показателям обходят как водотрубные котлы, так и модернизированные чугунно-секционные.
Список литературы /References
1. Бузников Е.Ф. «Производственные и отопительные котельные» Под ред. К.Ф. Роддатиса: Энергоатомиздат, 2006. 488 с.
2. Бойко Е.А., Деринг И.С., Михайленко С.А. «Котельные установки и парогенераторы». Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. 606 с. УДК 621.182 (075.8).
