Водогрейные котлы, независимо от своего исполнения, предназначены для получения горячей воды для промышленных и бытовых целей в районах, где отсутствует централизованное горячее водоснабжение. В системах автономных котельных их теплопроизводительность определяется именно удачным выбором конструкции водогрейного котла.
Классификация водогрейных котлов:
Основными принципами классификации водотрубных агрегатов являются:
- Материал, из которого изготовлены секции котла. Ими могут быть чугун или котельная сталь.
- Универсальность: некоторые конструкции водогрейных котлов можно использовать в качестве паровых котлов.
- Количество рабочих секций.
- Место размещения топочных устройств (только для водотрубных котлов, работающих на мазуте или твёрдом топливе): вне или в середине блока из нескольких рабочих секций.
- Характер энергии, используемой для нагрева. Это может быть твёрдое, жидкое или газообразное органическое топливо, либо электроэнергия.
- По конструктивному оформлению: малометражные котлы, либо агрегаты шатрового типа, монтируемые в отдельных сооружениях.
- По степени механизации/автоматизации всех операций, касающихся технологического цикла получения горячей воды.
- По наличию/отсутствию рекуператоров – установок для подогрева воздуха, необходимого для более эффективного сгорания топлива. Рекуператоры не предусматриваются лишь для твердотопливных водогрейных котлов, поскольку постоянный перегрев колосников может вызвать их прожигание.
Поставка промышленных водогрейных котлов потребителю обычно производится в блочном исполнении, что облегчает организацию такелажных работ и сокращает продолжительность монтажа.
Независимо от конструкции для всех водотрубных котлов принят прямоточный принцип циркуляции теплоносителя, когда поток воды постоянно движется в одном направлении. Это снижает потери энергии и обеспечивает лучшие условия для функционирования отдельных элементов котла.
Конструктивная схема
Для всех типоразмеров водотрубных котлов (кроме электрических) она состоит из следующих блоков:
- Системы последовательно соединённых между собой чугунных или стальных секций, в каждую из которых входит определённое количество труб водяного контура.
- Топочного устройства с форсунками (для котлов, работающих на мазуте) или горелками (для работающих на газе).
- Конвекционного теплообменника, который служит для текущего подогрева труб, выходного контура котла.
- Коллекторного устройства, производящего распределение теплоносителя, выходящего от котла.
- Системы автоматики и управления работой агрегата (котлы высокого давления – более 2…2,5 МПа – снабжаются также датчиками контроля температуры и давления теплоносителя в каждой из рабочих секций).
- Опорной рамы, на которой монтируются все элементы конструкции агрегата.
Водотрубные котлы работают следующим образом. В топочном устройстве производится поджиг энергоносителя, после чего непрерывно циркулирующий по трубам всех секций теплоноситель начинает прогреваться. Для снижения потерь при движении горячей воды от секции к секции их торцевые поверхности полотно прижимаются друг к другу при помощи специальных ниппелей, стягиваемых болтами. У водогрейных котлов шатрового типа топочные устройства оснащаются также фильтрами-улавливателями летучих компонентов, которые могут образовываться в процессе сжигания твёрдого топлива с повышенной влажностью, либо топлива с низкой теплотворной способностью (например, торфа).
Принудительная циркуляция теплоносителя обеспечивается работой конвективного теплообменника и располагающегося верхней части котла рекуператора, которые используя разницу в энергии горячей и холодной воды, заставляют теплоноситель перемещаться по направлению к водораспределительному коллектору.
Выбор типоразмера
Исходными данными для выбора служат:
- Требуемая теплопроизводительность агрегата в МВт.
- Наибольшее рабочее давление, развиваемое внутри каждой рабочей секции в МПа.
- Требуемая температура воды на входе и выходе из котла, 0С.
- Максимально возможный расход воды, м3/ч.
- Расход топлива, кг/ч или м3/ч.
- КПД, %.
- Площадь поверхности теплообмена, м2.
- Габаритные размеры котла, м.
Указанные параметры рассчитываются в зависимости от типа потребителя, энергоносителя, которые предполагается использовать, ожидаемого гидросопротивления системы трубопроводов и наибольшей трудоёмкости обслуживания промышленного водогрейного котла.
По существующим нормативам в котлах высокого давления, рассчитанных на выходную температуру воды более 1150С, все секции выполняются только из легированных котельных сталей. Чугунные используются только для применения в небольших одноэтажных зданиях, а их предельная мощность ограничивается величиной в 0,6…0,7 МВт.
При вероятности использования водогрейных котлов также и для пара следует учитывать, что, по конструктивным соображениям, их расчётное избыточное давление не может превышать 0,06 МПа (для агрегатов высокого давления этот параметр достигает 0.7…0,8 МПа). КПД современных водогрейных котлов достигает 85 % при работе на мазуте или твёрдом топливе, и 95 % - для работающих на газе.
