Устройство и виды жаротрубных котлов

Конструкция и назначение жаротрубных котлов

Внешний вид оборудования может быть различным, но чаще встречается горизонтальная конструкция цилиндрической формы. Одножаровый агрегат состоит из двух резервуаров-цилиндров, один из которых прячется внутри другого. Оба сегмента сообщаются между собой посредством паросборника и фланцев. На передней торцевой части находится топка, на задней – трубоотводы. Чтобы происходил процесс горения у паровых моделей, необходима принудительная подача воздуха. Воздух подается под колосник вентилятором, зафиксированным на фронтальной площадке. Оборудование, работающее на угле, дизельном топливе или газе, имеет горелку и трубу для отвода дыма.

Схема пеллетного жаротрубного трехходового котла

Самым лучшим теплообменником считается стальной, так как он не подвержен коррозийному разрушению и не деформируется со временем от температурных перепадов.

Видео: Как выбрать котел для дома? Жаротрубный котел Roda RK2

В процессе работы котла получается пар, температура которого не превышает 110-115˚С, а давление – не более 0,07 МПа. Пар с такими показателями годится для обустройства обогревательной системы дома или для запуска производственных процессов, например, тепловой обработки продуктов. Выбор топлива зависит от модели котла и от удобства пользования. Такое топливо, как дрова или уголь, применяется все реже, чаще используют более дешевые виды – газ, мазут, дизель.

По данной схеме можно судить о размерах жаротрубных котлов, которые используются в промышленном производстве

Жаротрубное оборудование выбирают не только из-за простоты использования. Оно отличаются понятной конструкцией, и при возникновении поломки или износа можно оперативно произвести ремонт. Для многих важна безопасность – если действовать по инструкции, то неприятностей не произойдет. Однако не стоит забывать о том, что любое газовое или паровое оборудование требует соблюдения норм техники безопасности.

Так выглядит газоходный тракт в трехходовом жаротрубном котле

Главным преимуществом жаротрубных водогрейных и паровых моделей является высокая мощность при весьма скромных габаритах. Кроме того, функционирование агрегата можно автоматизировать, если подключить соответствующие приборы:

• отводы воздуха;
• датчики давления воды;
• манометр;
• термометр;
• блок управления.

Топливо в конструкциях трубчатого типа сгорает практически полностью, благодаря чему КПД аппарата достигает 92-93%. Агрегаты выгодно использовать в регионах с неблагоприятными климатическими условиями: тепловая мощность достаточно велика, а теплопотери минимальны.

Топка парового котла

Вихревая горелка

Топка котла — это один из важнейших агрегатов парогенераторной системы. В топке сжигается топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается через металлические стенки рабочей жидкости и превращает ее в пар.

Конструкция

Современная топка представляет собой клетку из вертикальных труб, присоединенных концами к коллекторным барабанам малого диаметра, включенным в циркуляционную систему котла. С наружной стороны клетка снабжена легкой огнеупорной и теплоизолирующей обшивкой, вес которой несут сами трубы. Промежуток между обшивкой и трубами заполнен кирпичами специальной формовки, которые закрывают задние, т.е. наружные, поверхности труб, но оставляют открытыми их передние поверхности. В результате образуется довольно гладкая конструкция, на которой не задерживаются зола и шлак.

Топливо

Обычное твердое топливо (каменный уголь или дрова) располагается в виде горящего слоя на колосниковой решетке. Воздух пронизывает этот слой через возникающие сами по себе каналы в измельченном топливе. Если уголь коксуется, размягчаясь и частично спекаясь, то приходится время от времени его перемешивать, что способствует образованию новых и устранению слишком широких старых каналов. Так называемое подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха, которого, вообще говоря, недостаточно для полного сгорания. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается. Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой понимается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст. равен 9,8 Па).

Дымовая труба

Самое простое устройство для создания тяги — дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. Поскольку при температуре ниже 150°C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней, современные электростанции работают исключительно с принудительной тягой, создаваемой ротационными вентиляторами и воздуходувками. Расположенная ниже топки воздуходувка гонит воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, воздухоподогревателя и горящего слоя или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, засасывая поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого течения газов через котел и все другие теплообменные устройства.

Особенности эксплуатации

Принцип жаротрубного котла основан на приготовлении пара. Поэтому агрегат требует должного отношения. Нужно регулярно следить за стабильностью работы. Производитель указывает требования по безопасности.

Основные пункты – это накипь и отложения. Они часто являются причиной выхода оборудования из строя. Из-за особенностей конструкции трубопровода, отложения скапливаются внутри неравномерно, что может вызвать перегрев.

За счет того, что котел стальной жаротрубный использует для работы большее количество воды в отличии от водотрубного аналога, то существует риск взрыва. Строение труб понижает скорость циркуляции теплоносителя – образуются так называемые застойные зоны.

Обслуживание котла – это своевременная замена теплообменников, регулярная чистка, контроль за работой. Если следовать инструкции, то котел будет работать больше заявленного производителем срока.

Устройство

Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, различных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может варьироваться в зависимости от типа применяемого топлива. Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. С нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги – циркуляции воздуха и горения топлива.

Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал. Во втором случае, топочная камера предполагает горелку, которая работает подобно горелкам бытовой газовой печи. Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздух является важнейшим условием горения.

Горючий газ, полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает воде свое тепло и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и ранее, но не в таких количествах и не с такой температурой пара. Испарившийся пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предполагает минимальное вмешательство человека. Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств.

В случае с электрическими котлами подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа ТЭНов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

1. Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
3. Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
4. Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

Лучшие Российские производители

Среди российских производителей стоит выделить несколько предприятий:

1. Борисоглебский котельно-механический завод. Предприятие выпускает жаротрубное оборудование, работающее на твёрдом, жидком топливе и газе. Оборудование комплектуется горелками и системами автоматического управления, безопасности. Приборы собственного производства. Котлы имеют трехступенчатое регулирование мощности, позволяющее обеспечить автономный режим эксплуатации.
2. Промышленная группа «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.). Линейка жаротрубных котлов состоит из оборудования производительностью от 1 до 2,5 тонн/ч. Данное оборудование служит для производства пара низкого давления в промышленности. Схема котлов – трёхходовая. В комплектацию входят горелки, которые выполняются в двух вариантах: автоматизированные однотопливные и двухтопливные. Достоинствами агрегатов выступает высокий КПД – до 91%, простая конструкция, высокая ремонтоспособность.
3. АО «Завод котельного оборудования» (Белгородская область, Алексеевский район, г. Алексеевка). Предприятие выпускает жаротрубные котлы с высоким коэффициентом полезного действия. Паровые оборудование работает по трехходовой схеме. Котлы отличаются производятся в широком ассортименте с производством пара от 2 до 25 т/ч, и давлением до 25 бар.
4. Российский завод энергетического машиностроения АО «Поликрафт энергомаш». Завод выпускает котлы паропроизводительностью от 0,5 до 5,0 тонн/ч, имеют 11 типоразмеров и работают на газообразном и дизельном топливе. Оборудование оснащено защитной автоматикой.
5. АО «Шебекинский машиностроительный завод» (г. Шебекино, Белгородская обл.) изготавливает паровые жаротрубные котлы марок КП и КПа производительностью пара от 1 до 4 тонн/ч. Среди достоинств: спиральный турбулизатор, футеровка передней крышки огнеупорным бетоном. Котлы соответствуют требованиям Ростехнадзора.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

1. Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
2. Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Устройство парового котла

Оборудование, генерирующее пар подразделяется на следующие виды:

• паровые котлы энергетического назначения (используются на электростанциях, для привода турбин, генерирующих электроэнергию);
• паровые котлы промышленного типа (выработка пара для осуществления технологических операций в производстве);
• паровое котельное оборудование, предназначенное для отопления, прачечных, эксплуатации дезинфекционных установок;
• утилизационные котлы, производящие пар при помощи отбора тепла у перегретых дымовых газов, образующихся в результате производства в металлургии и химической промышленности.

Паровой котел промышленного типа

В энергетике используются самые мощные устройства, вырабатывающие до 5000 т пара в час при давлении около 280 кгс/см2. Пар получают перегретым до температуры 500 С , после чего он поступает в турбинные агрегаты, где происходит превращение тепловой энергии в механическую.

Паровые котлы для отопительных систем производят пар низкого давления, чаще всего в насыщенном состоянии. Отопление такое типа целесообразно использовать в очень холодных климатических зонах, для предупреждения замерзания теплосистемы, в частности, ее оборотного цикла.

В некоторых учреждениях выгодно эксплуатировать паровой котел, который обеспечивает отопление здания и служит для подачи пара в прачечные. Иногда паровые генераторы устанавливают там, где возможна утилизация высокотемпературных газов, данное решение позволяет экономить существенные суммы в отопительный период.

Паровые котлы и принцип работы имеют значительные отличия от водогрейных систем. Работа парообразующих агрегатов основана на нагреве воды и последующего ее превращения в пар. Нагрев ведется при помощи выделения тепла от сжигания горючих материалов, чаще всего используется природный газ или уголь. Выдача пара котлом всегда происходит под избыточным давлением и в зависимости от назначения его величина колеблется в широких пределах и может меняться от1 кгс/см2 до нескольких сотен кгс/см2.

Схема работы парового котла

Эксплуатация подобных устройств связана с некоторой опасность, так как пар является сжимаемой средой и в котлах определенного типа он находится в больших объемах в сжатом состоянии, в связи с этим надежность оборудования регламентируется специальными ГОСТами. Главный фактор надежности обусловлен отсутствием разгерметизации и высвобождением большой массы разогретого пара в близлежащее пространство.

Как выбрать котел длительного горения, работающий на угле

Существует несколько десятков различных моделей твердотопливных отопительных котлов длительного горения на угле. Различия есть в конструкции теплообменника, используемом принципе горения и других характеристиках.

При выборе, кроме производителя и себестоимости модели, следует обращать внимание на следующие характеристики:

• Тип теплообменника – изготавливаются стальные и чугунные напольные твердотопливные котлы длительного горения на угле. Большой вес конструкции при полной загрузке топлива, составляет приблизительно 2-3 центнера. Поэтому, все производители изготавливают котлы в напольном исполнении.

Количество контуров – модели длительного горения способны работать как на отопление помещения, так и для ГВС. Одноконтурные котлы, при необходимости, подключаются к бойлеру накопителю. После установки емкости, модель можно подключить к системе горячего водоснабжения. Двухконтурные котлы, одновременно работают на нагрев теплоносителя и горячей воды.

Время автономной работы – одна из основных причин, почему выбирают модели медленного горения, это возможность работать на одной закладке топлива в течение 6-120 часов. Поэтому, время автономного горения влияет на выбор подходящей модели.

Какой котел длительного горения лучше

На рынке отопительного оборудования, возможно выбрать твердотопливный котел практически любой модификации и производительности. Самые лучшие модели, предлагают несколько европейских и российских производителей.

Чтобы облегчить подбор техники, все оборудование делят по территориальному признаку, стране, в которой был изготовлен теплогенератор:

1. Латвийские модели – Stropuva.

Чешские котлы – ATMOS, Viadrus.

Российские агрегаты – НМК Магнум, Медведь Comfort.

Немецкие котлы – Buderus, Viessmann.

Украинские модели – SWAG, PALCHE.

Польские котлы – Heiztechnik, SAS, Galmet, Elektromet, Pereko.

Турецкие агрегаты – Radijator.

Европейские агрегаты отличаются хорошими теплотехническими характеристиками и длительным сроком эксплуатации, но, котлы прихотливы к качеству топлива. Использование угля неправильного сорта, приводит к резкому снижению производительности.

Отечественный твердотопливный котел отопления длительного горения на угле, менее чувствителен к качеству топлива и полностью адаптирован к отечественным реалиям эксплуатации.

Цены на угольные котлы

Европейские котлы стоят дороже отечественной продукции. Лидерство, относительно ценовой политики, занимают немецкие котлы. Котлы длительного горения Buderus, Viessmann, стоят, начиная от 350 тыс. руб. Польские, чешские и латвийские модели, предлагаются от 100 тыс. руб.

Котел на угле российского производства с длительным периодом горения, обойдется в 50-60 тыс. руб. в минимальной комплектации. Модели с измененной топочной камерой и принципом верхнего горения, а также универсальное оборудование, будет стоить в пределах 80-100 тыс. руб.

Буквально 5 лет назад, для отечественного потребителя, модели с длительным сгоранием топлива, были в диковинку. На данный момент, оборудование уже стало привычным, появился реальный опыт эксплуатации в условиях русской зимы, что дало возможность получить точное представление о недостатках и преимуществах котлов данного типа.

Плюсами котлов являются:

• Использование угля в котлах увеличило время автономного горения в 2-3 раза, по сравнению с обычными твердотопливными агрегатами.

Длительное горение облегчает контроль над температурой нагрева теплоносителя, что предотвращает его перегрев.

Регулируемая интенсивность пламени позволяет сделать точный расчет длительности горения, с максимальным отклонением в несколько часов.

Современное оборудование в состоянии проработать до 5 суток в полностью независимом режиме.

Удобство эксплуатации – в моделях с верхней загрузкой, предусмотрен специальный люк, расположенный в оголовке корпуса. Загрузка угля в котел, благодаря такому изменению в конструкции, стала намного проще.

У первых моделей длительного горения, было много недостатков, проявляющихся в сложности растопки и дальнейшей дозаправке котла. Оборудование отличалось прихотливостью к качеству топлива и быстро выходило из строя. В среднем, за 5 лет прогорал теплообменник, что приводило к дорогостоящему ремонту. Все эти минусы были учтены производителями и на данный момент исправлены.

Остался только один недостаток – высокая стоимость отопительного оборудования. Но благодаря постоянно увеличивающемуся ассортименту продукции и большой конкуренции, цены имеют тенденцию к постоянному снижению. В будущем, можно ожидать еще больший спрос на угольные котлы длительного горения.

Что такое паровой котел?

Паровой котел для дома Из самого названия понятно, что это агрегат, который вырабатывает насыщенный пар, используемый в дальнейшем в системе отопления дома или квартиры. При этом работа паровой системы основана на том, что пар имеет давление выше атмосферного. По сути, это обычный отопительный котел, который может работать на любом виде топлива. Если такой вид теплогенератора решено установить в городской квартире, то оптимальный вариант топлива — это газ.

Скажем прямо — конструкция парового котла достаточно сложна, поэтому стоит рассмотреть ее в общих чертах. Сам котел состоит из двух частей, верхняя из которых — это барабан, наполненный водой. Система подачи воды может быть любой. К примеру, из водопровода или из любого резервуара с помощью насоса. От барабана вниз проложены трубы, по которым будет двигаться вода. Они называются опускными. Запомните — эти трубы не нагреваются.

Опускные трубы соединяются с коллекторами, от которых вверх идут подъемные трубопроводы. То есть получается система, напоминающая соединяющиеся сосуды. Это и есть принцип работы парового котла. Именно подъемные трубы создают поверхности нагрева, которые проходят через зону, где сжигается топливо. В них образуется пароводяная смесь, но это еще не чистый пар для системы парового отопления. Необходимо провести разделение.

Этот процесс проходит в так называемых сепараторах. Смесь поступает туда по трубам и разделяется на воду и пар. Вода стекает в барабан, а пар подается в паропровод, соединяющий сепаратор и пароперегреватель. Здесь пар доводится до необходимой температуры и давления. После чего он поступает на паровую турбину, которая гонит его в отопительную систему.

Как работает жаротрубный котел?

Когда создавались первые жаротрубные котлы, их главной задачей было увеличение показателей продуктивности парового оборудования без существенных изменений его конструкции и габаритов. Сегодня вы можете купить современный жаротрубный котел турботерм

На сегодняшний день, жаротрубная конструкция представляет собой подвид газотрубного оборудования, которое состоит из нескольких труб, внутри которых имеется топливо.

Существует две основные разновидности таких котлов, каждая из которых имеет свой принцип работы:

• жаротрубные паровые котлы;
• жаротрубные водогрейные котлы.

В зависимости от производителя, конструкция этих котлов может иметь свои особенности. Особенности комплектации компонентов никак не влияют на эффективность работы оборудования. На комплектация, размеры и особенности работы влияет также назначение котла.

Плюсы и минусы жаротрубных котлов отопления

Начнем, конечно, с преимуществ, которые дают нам такого рода устройства. Жаротрубные котлы получили популярность в разных отраслях, за счет особенностей использования.

Конструкция котла проста и удобна для пользователей, как в частном, так и в промышленном масштабе.

Кроме того, популярность котлы получили за счет разнообразия видов, названных выше.

• Жаротрубные котлы обеспечивают достаточно оптимальный уровень безопасности использования.
• Компактность устройства не ограничивает его мощность и производительность.
• Работу котла можно организовать на автоматическом уровне, оснастив его дополнительными устройствами контроля.
• Вы можете установить на систему термометр, воздухоотводчик, датчик давления, манометр, чтобы котел делал свою работу в автоматическом режиме. При этом во время работы у горелки не возникает проблемы пульсации огня, которую мы можем наблюдать в работе других устройств, используемых для отопления.
• Благодаря современным материалам, используемым для изготовления, жаротрубные котлы не подвержены коррозии и ржавчине. Это значит, что система отопления может работать долгие годы, не подвергая опасности отапливаемое помещение.

К недостаткам котлов, особенно в условиях промышленного использования, относится высокая взрывоопасность. Что, впрочем, объясняется организацией недостаточно безопасных условий эксплуатации.

Поэтому, выбирая для работы жаротрубный котел, необходимо учитывать основные требования по его использованию. Из-за наличия жаровых труб, требования безопасности предъявляются особенно строгие. Отличается работа таких котлов следующим:

• в паровых и водогрейных жаротрубных котлах теплоноситель движется с гораздо меньшей скоростью, чем в других устройствах для отопления, это приводит к появлению застойных зон внутри устройства, опасных для работы;
• еще одна причина, почему такие котлы более взрывоопасные – это наличие в устройстве большего количества воды;
• большое количество воды вызывает еще одну проблему – образование накипи и отложений на стенках внутри устройства.

Образование накипи опасно для любого устройства. Что же касается жаротрубных котлов, то в них накипь образуется достаточно неравномерно, что нарушает работу устройства и может привести к серьезным проблемам.

Это значит, чтобы избежать проблем с работой котла и обеспечить его безопасную эксплуатацию, необходимо регулярно производить технический осмотр устройства и ремонтировать его, в случае обнаружения неполадок.

Своевременная замена испорченных комплектующих позволит вернуть эксплуатации котла безопасность, а самому устройству вернуть мощность и эффективность работы.

В любом случае, в целях обеспечения безопасности работы оборудования, не стоит выходить за рамки эксплуатации, соблюдать меры безопасности и технические инструкции производителя.