Конструкция котла: Конструкция газового котла – основные элементы и принцип их работы

Устройство котла

Отопление котлом позволяет организовать практически совершенную систему теплоснабжения, которая будет выполнять все индивидуальные требования к теплу. Главное, что нужно сделать, — это подобрать модель, подходящую именно вам, и знать устройство своего котла.

Лидерство в отоплении дома принадлежит твердотопливным котлам. Устройство и эксплуатация котлов на твердом топливе ушли далеко от печного принципа работы. Сегодня такие котлы отличает высокая производительность. Твердотопливный котел сжигает дрова всех пород дерева, уголь различной фракции, торфяные брикеты, а также отходы из древесины различного качества (пеллеты) и смеси из отходов сельскохозяйственных культур. Как только вы определитесь с точным пониманием, каким ресурсом вы обладаете в достатке, смело выбирайте котел. Классические твердотопливные котлы оборудованы камерами загрузки и сгорания, зольником, дымоходом и термометром. Такие агрегаты не требуют электричества и настраиваются механическим (ручным) регулятором тяги.

Автоматические котлы позволяют сжигать рассыпное топливо. Модели оснащены бункерами для угля или пеллет. Правильно настроив систему управления с автоматикой, можно просто наслаждаться теплом дома: всю работу (от подачи топлива до поддержания нужного давления и температуры) твердотопливный автокотел сделает за вас.

Альтернативной котлам на твердом топливе являются электроагрегаты. Устройство электрического котла намного проще конструкции твердотопливного. В него входят набор нагревателей (ТЭНов), циркуляционный насос, блок управления, система защиты. Электрические мини-котельные оснащены также расширительным баком, манометром и воздухоотводчиком. Главное, что все это скрыто под одним цельным корпусом: габариты оборудования позволяют разместить котел там, где это было бы удобнее всего. Электрокотел не дымит, не привлекает к себе внимания и работает неслышно.

Бытовые газовые котлы с работой на пропан-бутане или природном газе схожи по размерам с электрическими. Во внутреннее устройство газового котла входят горелка, 1-2 теплообменника, циркуляционный насос, экспанзомат, система управления и система дымоотвода.

Котлы на жидком топливе являются одними из самых экологичных, потому как в устройство жидкотопливного котла входят специальная горелка и система распыления жидкого топлива. Распыление и мощное воспламенение позволяют топливу прогорать практически полностью и отдавать всю тепловую энергию.

Функциональное устройство котлов позволяет создавать удобные универсальные модели, к которым относятся котлы комбинированного типа. Устройство комбинированного котла включает в себя несколько топок на все ресурсы (например, дрова и дизель), систему автоматики и дымоотвод. Конструкция модели также может включать в себя универсальный монтаж горелки, к примеру, дизельный котел легко может стать газовым при замене соответствующего устройства. Самые простые котлы комбинированного типа на твердом топливе и электричестве оборудуются одним или несколькими ТЭНами.

принцип работы, срок службы, как пользоваться, как работает котел, фото и видео примеры

Содержание:

1. Разновидности и устройство газового котла
2. Конструкция и принцип работы газового котла отопления
3. Устройство газовой горелки
4. Как работает теплообменник
5. Работа циркуляционного насоса
6. Принцип работы расширительного бака

Как известно, основным нагревательным элементом в большинстве современных отопительных систем выступает котел. Именно благодаря ему топливо преобразуется в тепловую энергию, которая передается теплоносителю и поступает в нагревательные приборы, такие как радиаторы. Важно понимать устройство газового котла отопления, изучить принцип его работы.

Принцип работы газового котла отопления, как становится понятно из его названия, основан на использовании газа как основного источника топлива. При этом идеальное устройство газовых котлов отопления должно быть таким, чтобы функционирование оборудование проходило с минимальными затратами, а вмешательство человека было минимальным.

О том, как работает газовый котел отопления и из каких элементов он состоит, далее и пойдет речь.

Разновидности и устройство газового котла

Перед тем как говорить непосредственно обо всех составляющих газового котла, требуется рассмотреть то, какие существует варианты этих отопительных устройств. Безусловно, все они имеют схожее строение, но, тем не менее, некоторые модели оснащены индивидуальными, характерными лишь для них особенностями.

Классификация котлов, функционирующих с помощью газа, является следующей:

• Образцы напольного и настенного типа. Если говорить об удобстве, то более приемлемым будет настенное оборудование, которое более характерно для частных построек. Основное достоинство напольного агрегата заключается в его гораздо большей мощности, вследствие чего с его помощью можно обогреть помещение с весьма существенной площадью. Такие модели очень часто эксплуатируются на производстве.
• Газовые котлы атмосферного и турбированного типа. Чтобы понять, как работает газовое отопление с атмосферным котлом, можно вспомнить принцип функционирования стандартной печи, где воздух из помещения поступает в специально предназначенный дымоход благодаря естественной тяге. Турбированные аппараты оснащены вентилятором, который входит в конструкцию, а камера сгорания топлива является полностью закрытой, поэтому все необходимое количество воздуха поступает с улицы (подробнее: «Как устроен турбированный газовый котел – принцип работы, преимущества и недостатки»).
• Механизмы с одним и двумя контурами. Устройство газового котла с одним контуром рассчитано так, чтобы это оборудование использовалось исключительно для обогрева комнат, в то время как приборы с двумя контурами способны также играть важную роль в системе водоснабжения, обеспечивая помещение горячей водой.
• Котлы, оснащенные обычной горелкой или горелкой модулируемой (детальнее: «Какие бывают газовые горелки для котлов отопления – виды, различия, правила использования»). Во втором случае мощность работающего оборудования регулируется автоматическим образом, благодаря чему можно значительно уменьшить расходы на топливо.
• Устройства, имеющие электронный или пьезокерамический поджиг. Первый вариант является более удобным, так как зажечь топливо в камере сгорания можно и без непосредственного участия хозяев, а во втором случае обязательно нужно при каждом запуске включать аппарат, нажимая определенную кнопку. Читайте также: «Что такое термопара для газового котла отопления – как работает, преимущества оборудования».

Конструкция и принцип работы газового котла отопления

Как уже говорилось выше, по образу устройства большинство нагревательных котлов схожи между собой. Но, для того чтобы понять, как пользоваться газовым котлом правильно, требуется, конечно же, знать, из каких структурных частей состоит это оборудование.

Основу стандартного котла на газу составляют следующие элементы:

• Прямоугольная газовая горелка. Эта конструкция включает в себя форсунки, которые и служат местом проведения газа внутрь камеры сгорания. Благодаря этим элементам пламя распределяется равномерно, что делает сгорание теплоносителя внутри системы наиболее эффективным.
• Теплообменник. Это устройство представляет собой короб из металла, оборудованный встроенной батареей. Внутри этого короба проходят трубы, по которым циркулирует теплоноситель. Нагрев воды происходит из-за того, что теплообменник, нагреваясь от сгорающего внутри камеры газа, передает ей тепло. Если в котле одноконтурного типа теплообменник может быть только один, то в двухконтурных аппаратах их может быть и два (первичный и вторичный).
• Циркуляционный насос. С помощью этого устройства регулируется давление, возникающее в системе с циркуляцией, работающей по принудительному принципу. Далеко не все котлы оснащены подобной деталью.
• Расширительный бак. Основное назначение данного элемента – временный отвод теплоносителя, что необходимо в случае нагрева и расширения воды. Такой бачок оснащен специальной емкостью, которая сможет подойти для любого котла на газу. Если планируется использовать отопительное оборудование на больших участках, то можно смонтировать еще один расширительный бак.
• Прибор, отвечающий за отвод продуктов сгорания топлива. В котлах атмосферного типа этот элемент присоединяется к отдельной дымовой трубе, имеющей естественную циркуляцию, а в турбированных механизмах в наличии уже есть двойная труба отвода коаксиального типа, вывод продуктов горения в которой осуществляется посредством вмонтированного вентилятора.
• Автоматическая система, которая служит центром управления котлом. Основным его элементом является электронная схема, позволяющая установить желаемый режим работы котла исходя из данных, отображаемых на установленных датчиках.

Для того чтобы срок службы газового котла был максимально долгим, важно, чтобы каждый его элемент функционировал надежно и исправно (прочитайте также: «Какой газовый котел самый надежный»).

Добиться этого можно, лишь изучив особенности работы и строения каждой из основных функциональных частей котла.

Устройство газовой горелки

Исходя из вида конкретного котла, конструкция горелки может быть атмосферного или надувного типа. Первый вариант горелки работает с меньшим шумом, однако, и эффективность их более низкая по сравнению с надувным оборудованием.

Эти образцы, в свою очередь, имеют существенную мощность и делятся на следующие разновидности:

• с одной ступеней;
• с двумя ступенями;
• модулированные надувные горелки.

Как работает теплообменник

Основной показатель, влияющий на качество работы этого функционального элемента газового котла – материал, из которого он произведен.

Наиболее долговечными считаются чугунные теплообменники. Кроме того, этот материал хорошо сохраняет тепло и может быть смонтирован как на одноконтурной, так и на двухконтурной системе (прочитайте также: «Устройство и принцип работы двухконтурного газового котла – особенности конструкции»). Среди отрицательных сторон чугуна – его большая масса и вместе с тем низкая устойчивость к механическим повреждениям.

Сегодня популярностью пользуются теплообменники, изготавливаемые из стали. Этот материал не подвержен частым поломкам, он стойко переносит высокие температуры и перепады давления. Современные модели, где применяется сталь высокого качества, могут составить достоянную конкуренцию чугунным агрегатам в плане срока службы. Порой, чтобы увеличить этот показатель, изнутри на стальной теплообменник наносится слой меди, а сверху – устойчивая к высокой температуре краска.

Работа циркуляционного насоса

То, какими будут показатели функционирования циркуляционного насоса, зависит, в первую очередь, от мощности, при которой работает котел, а на саму работу всей системы большого влияния этот прибор не оказывает. Очень важно, чтобы трубы, по которым циркулирует теплоноситель, были изготовлены из качественного материала, например, из стали или хорошего пластика.

Принцип работы расширительного бака

Это устройство оказывает существенно более серьезное влияние на работу газового котла. Предназначен этот прибор для того, чтобы в случае избытка теплоносителя в системе, который обычно возникает вследствие перегрева теплоносителя, лишняя вода сохранялась и впоследствии использовалась вновь. Примерные расчеты показывают, что общий объем такого бака должен составлять около 10% от всей воды в отопительной системе, поэтому для монтажа такого оборудования важно иметь данные касательно длины труб и вместимости системы теплоснабжения.

Чтобы подробнее разобраться с особенностями монтажа газового котла, всегда можно изучить дополнительные фото всех его структурных частей и посмотреть видео по их установке, которые всегда можно найти у специалистов, занимающихся подключением такого оборудования.

Видео об устройстве газового котла отопления:

Правильное проектирование котла | Консультации

 

Цели обучения

• Изучить процесс выбора подходящей котельной системы.
• Понимание различных компонентов котельной системы.
• Ознакомьтесь с нормами и стандартами, регулирующими конструкцию и технические характеристики котлов.

Котлы передают тепло жидкости, как правило, посредством сгорания. Наиболее широко используемые котлы сжигают топливо для нагрева воды. Эта нагретая вода подается по трубам жильцам здания, которые затем используют тепловую энергию. Горячая вода используется для обогрева зданий или технологических процессов.

Котлы также можно использовать для создания пара. Пар можно использовать так же, как горячую воду, и использовать в качестве источника энергии для питания оборудования, такого как электрические генераторы, насосы и чиллеры. Пар также используется для увлажнения зданий.

Тепло пара и горячей воды можно использовать в специализированных процессах, таких как абсорбционные охладители, стерилизаторы и дистилляторы.

Чтобы правильно спроектировать котельную систему, необходимо иметь представление о правильном выборе оборудования и материалов, а также о функционировании системы.

Процесс выбора котла

Чтобы определить размер системы, необходимо учитывать максимальную нагрузку. Это включает в себя общую нагрузку всех подключенных систем, потери, разнообразие и т. д. Кроме того, котельная система вряд ли будет использоваться на полную мощность все время, поэтому диапазон регулирования котла должен быть соответствующим, чтобы котел не закорачивал. цикл.

Помимо характеристик котла, для выбора наилучшей системы необходимы другие параметры. Ограничения по пространству, назначение пространства, требования к избыточности и другие факторы влияют на процесс проектирования.

Лучшая котельная система может включать в себя несколько меньших котлов для обработки нагрузки вместо одного большего. Несколько небольших котлов имеют ряд преимуществ по сравнению с одним большим блоком. Диапазон регулирования может быть больше, поскольку диапазон регулирования самого маленького котла в системе диктует диапазон изменения общей установленной мощности. Несколько небольших котлов обеспечивают большую надежность по сравнению с одним большим блоком; выход из строя одного меньшего блока не оставит систему без тепла. В системах с большими сезонными изменениями нагрузки летом несколько котлов меньшего размера могут быть отключены, что снижает потери в режиме ожидания.

Важным отличием типа котла является то, считается ли он коммерческим или жилым. Это приводит к другому коду и стандартным требованиям. Согласно Справочнику по системам и оборудованию ASHRAE HVAC, системы можно классифицировать как жилые или коммерческие. Для коммерческого котла требуется входная мощность 300 000 БТЕ/час или больше. Для бытового котла требуется менее 300 000 БТЕ/час.

Энергия теряется в процессе передачи тепла котлом воде. Эта потеря энергии определяет КПД котла. КПД котла можно определить несколькими способами. Наиболее распространенные включают эффективность сгорания, тепловую эффективность и сезонную эффективность.

Эффективность сгорания обычно составляет от 76% до 86% для неконденсационных котлов и от 88% до 95% для конденсационных котлов. Этот рейтинг определяется путем вычитания потерь дымовой трубы из входных данных и деления этого значения на входные данные, как показано ниже:

Эффективность сгорания = Вводимая энергия — Энергия потерь в дымовых трубах / Вводимая энергия

 

Термическая эффективность должна быть определена в лаборатории настройка для точного результата. Это значение рассчитывается путем измерения общей выходной энергии (пара или воды, выходящей из котла), деленной на потребляемую энергию, как показано: 

Тепловой КПД = Полная выходная мощность/Потребляемая энергия

 

Сезонный КПД детализирует фактическую эффективность котла при переменной нагрузке, как показано:

Эта эффективность важна, потому что маловероятно, что котельная система будет работать на максимальной мощности. Этот рейтинг дает более точное представление о производительности котла при более реалистичном спросе.

Эти показатели эффективности не обязательно обеспечиваются производителями котлов. Стандартные и кодовые требования подробно описывают, какой тип эффективности оборудования одобрен или указан соответствующим агентством по листингу, таким как Институт кондиционирования воздуха, отопления и охлаждения или AHRI.

Рисунок 1: Для правильного проектирования котельной системы необходимо понимание правильного выбора оборудования и материалов, а также функционирования системы. Предоставлено: CDM Smith

Типы котлов

Существует два распространенных типа котлов: водогрейные и паровые. Обе системы нуждаются в источнике энергии для нагрева воды. Основное различие между ними заключается в температуре, до которой они нагревают воду.

Водогрейные котлы нагревают воду до заданного значения ниже температуры кипения. Эта вода поступает по трубопроводу к конечным потребителям энергии, поставляемой котлами.

Паровые котлы нагревают воду до точки кипения для производства пара. Затем пар поступает по трубопроводу к потребителям тепла. Пар конденсируется и, как и в случае с водогрейными котлами, более холодная вода возвращается к котлам, чтобы начать процесс заново.

Пар имеет преимущество перед водогрейными котлами, потому что скрытая теплота испарения требует гораздо меньшего массового расхода, чем вода, для доставки равного количества тепла. Следовательно, требуемые насосы и трубопроводы намного меньше, чем система горячего водоснабжения с такой же теплопроизводительностью. И наоборот, утечка в паровой системе приводит к гораздо большим потерям энергии, чем в системе горячего водоснабжения.

Компоненты котельной системы

Котельная система состоит из котла, системы управления котлом, горелки и вспомогательного оборудования, которое обеспечивает циркуляцию горячей воды и выделение тепла в помещения.

Бойлер: Бойлеры обычно представляют собой сосуд высокого давления из чугуна, алюминия, углерода или нержавеющей стали с теплообменниками, обеспечивающими передачу тепла жидкости, которой обычно является вода.

Органы управления:  Для обеспечения эффективной и безопасной работы котлы имеют автоматическое регулирование расхода воды, топлива и воздуха. С развитием технологий традиционные реле и переключатели были заменены микропроцессорным управлением. Регулятор воды регулирует скорость, с которой вода течет через котел. Если уровень воды в котле упадет ниже заданного предела, может произойти перегрев, что приведет к повреждению системы или, что более серьезно, к взрыву котла. Топливо и воздух контролируются в тандеме, поскольку они участвуют в процессе сгорания. Предохранительные клапаны также являются важным компонентом, который действует в качестве крайней меры, если другие средства управления не могут ограничить скорость горения в котле.    

Горелка:  Нагрев котла и управление горением обеспечивается горелкой. Горелка смешивает воздух с топливом, создавая идеальную смесь для горения. Затем эта смесь воспламеняется для создания тепла. Важными компонентами котла являются топливо и источник воспламенения. Котлы обычно получают энергию, необходимую для производства тепла, с помощью ископаемого топлива. Наиболее распространенными источниками являются природный газ, мазут № 2 и биогаз. Также важно отметить, что электрические котлы существуют, как таковые, они не имеют горелки и используют электрический нагрев для повышения температуры воды.

Пламя горелки направляется в топку котла. Здесь происходит реакция горения с выделением тепла. На этом участке происходит основной процесс теплообмена. В этой камере пламя нагревает воду за счет излучения непосредственно от пламени через поверхность теплообмена в циркулирующую воду.

После сжигания побочные продукты этого процесса попадают в теплообменник. Теплопередача происходит за счет конвекции и теплопроводности в теплообменных каналах по мере прохождения горячих продуктов сгорания и остатка воздуха, не использованного в процессе горения. Зона теплообменника часто конфигурируется с несколькими проходами, чтобы максимизировать эффективность теплопередачи и минимизировать занимаемую площадь котла.

Вспомогательное оборудование:  Чтобы котел обеспечивал теплом помещения, требуется больше оборудования, чем сам котел. Полная система может включать расширительные баки, трубопроводы, циркуляционные насосы и теплоиспользующее оборудование, такое как нагревательные змеевики, радиаторы или теплообменники.

Расширительные баки необходимы как часть системы водогрейных котлов для предотвращения избыточного давления воды из-за теплового расширения при повышении температуры. Эти расширительные баки подбираются исходя из температуры, давления и объема системы отопления. Двумя основными типами являются компрессионные и баки-дозаторы. Компрессионные баки обычно устанавливаются над котлом, а баки-дозаторы – на полу.

Материал и размеры трубопроводов соответствуют местным строительным нормам и рекомендациям производителя. Соответствующий размер имеет первостепенное значение для обеспечения эффективной системы. Трубопроводы изолируются для предотвращения потерь тепла.

Циркуляционные насосы позволяют воде поступать в котел и из него. Эти насосы выбираются в зависимости от температуры жидкости, а также потери напора в системе. Эти насосы должны быть выбраны соответствующим образом, чтобы обеспечить наиболее эффективную систему.

При отоплении помещений радиаторы позволяют передавать тепло от котельной системы в помещение. Размер и конфигурация радиатора определяются исходя из потребностей в пространстве и расчетов тепловой нагрузки. Мощность радиатора является определяющим фактором при выборе размеров котельных систем. Радиаторы бывают разных форм, в том числе плинтусные, потолочные, настенные и другие.

Исторически сложилось , что паровые радиаторы использовались, потому что тяжелый чугун мог хранить большое количество тепла и обеспечивать цикличность паровой системы для контроля температуры в помещении. Эти агрегаты обычно вызывали высокие перепады температуры в помещении. Более новые и современные высокоэффективные радиаторы имеют небольшую массу и используют низкотемпературную воду и электронное управление для работы при температуре, необходимой для поддержания постоянной температуры в помещении. Требуемые более низкие температуры позволяют использовать высокоэффективные котлы. Также можно рассмотреть источники тепла, не связанные с котлами, такие как тепловые насосы или источники отработанной энергии.

Клапаны, манометры, датчики температуры и другие устройства позволяют контролировать, контролировать и устранять неисправности, необходимые для правильной работы котельной системы. Вода для подачи и подачи подпиточной воды в котельную систему необходима. Источник воды чаще всего должен быть пригоден для питья в соответствии с местными сантехническими нормами.

Рис. 2: Для обеспечения эффективной и безопасной работы котлы оснащены автоматическим контролем расхода воды, топлива и воздуха. Предоставлено: CDM Smith

Коды котлов, стандарты

Коды и стандарты для котлов можно разделить на несколько подкатегорий, включая юридические коды, коды безопасности, коды и стандарты производительности и другие важные аспекты.

Требования к свободному пространству вокруг котлов позволяют обеспечить надлежащую эксплуатацию, обслуживание и осмотр. Они могут быть изложены в местных строительных нормах. Если это не так, соблюдайте требования производителя котла. Часто эти условия не определяются строительными нормами, а регулируются другими агентствами. Государственные департаменты труда часто являются агентством, которое публикует и обеспечивает соблюдение этих дополнительных правил.

Американское общество инженеров-механиков поддерживает кодекс, касающийся вопросов безопасности котлов. Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением разделен на разделы и разделы, чтобы сформировать всеобъемлющие рекомендации. Есть несколько разделов, которые охватывают конструкцию энергетических котлов, спецификации материалов, спецификации сварки и рекомендуемые правила ухода за отопительными котлами и их эксплуатации. В нем также есть несколько разделов, в которых представлены альтернативные правила построения и другая информация. Программа сертификации ASME BPVC подтверждает, что компания соблюдает правила, регулирующие проектирование, изготовление, сборку и проверку компонентов котлов и сосудов высокого давления во время строительства.

NFPA 85: Код опасности для котлов и систем сжигания – считается руководящим кодексом для котельных систем. Этот код применим только к котлам мощностью более 12,5 млн БТЕ/час и содержит рекомендации по безопасной эксплуатации и предотвращению взрывов и взрывов.

ASME CSD-1: Устройства управления и безопасности для автоматических котлов покрывает требования к автоматическим котлам, работающим непосредственно на газе, жидком топливе, гибридном газойле или электричестве, с номинальным потреблением топлива менее 12 500 MMBtu/час и включает сборка, установка, техническое обслуживание и эксплуатация органов управления и предохранительных устройств.

UL 834: Стандарт для отопительных, водоснабжающих и энергетических котлов — электрические для комплексных электрических котлов детали электрического отопления, водоснабжения и энергетических котлов с номинальным напряжением 15 000 В или меньше. Он предназначен для коммерческого, промышленного или бытового использования в обогреве помещений с использованием горячей воды или пара.

UL 2523: Стандарт для водяных нагревательных приборов, водонагревателей и котлов, работающих на твердом топливе , содержит требования, применимые к изготовленным вручную и/или автоматически работающим на твердом топливе водяным отопительным приборам, водонагревателям и котлам. Приборы предназначены для сжигания твердого топлива, такого как древесина, уголь или любое другое топливо из биомассы.

Коды производительности, стандарты

Производительность промышленных котлов проверяется в соответствии со стандартами, разработанными тремя различными агентствами. Эти агентства включают Институт кондиционирования воздуха, отопления и охлаждения, UL и Американскую газовую ассоциацию. Эти испытания обеспечивают стационарную эффективность коммерческих котлов при полной нагрузке. Это означает сравнение тепловой мощности котла от сгорания, когда он работает с полной нагрузкой, с потребляемой энергией. AHRI 1500: Рейтинг эффективности отопительных котлов для коммерческих помещений предоставляет требования к испытаниям на тепловую эффективность и эффективность сгорания газовых и мазутных паровых и водогрейных котлов с потребляемой мощностью от 300 до 2 500 МБте/ч.

Производительность бытовых котлов оценивается в соответствии со стандартами Министерства энергетики США. В лаборатории проверяются потери во время и вне цикла, которые затем применяются к компьютерному моделированию, которое прогнозирует годовую эффективность использования топлива. AFUE представляет собой процент, который прогнозирует долю энергии от источника топлива котла, которая преобразуется в полезное тепло. Согласно правилам 2021 года, газовые водогрейные котлы должны достигать 84% AFUE. Газовые паровые котлы должны достигать 82% AFUE. Водогрейные котлы, работающие на жидком топливе, должны достигать 86% AFUE. Паровые котлы, работающие на жидком топливе, должны достигать 85% AFUE.

Код 4 испытаний производительности парогенераторов ASME предоставляет информацию о процедурах испытаний коммерческих и промышленных жаротрубных котлов. Он обеспечивает важные параметры производительности, а также расчет и тестирование эффективности с помощью метода энергетического баланса.

Прочие факторы

Часто игнорируются требования к подключению внешних устройств, не оснащенных средствами управления, предусмотренными производителем. Одним из них является требование блокировки котлов источником воздуха для горения. Впускные заслонки или вентиляторы воздуха для горения не являются неотъемлемыми компонентами органов управления, которые часто поставляются производителем горелки. Еще одним внешним элементом управления является дистанционный выключатель. Эти элементы, внешние по отношению к органам управления горелкой/котлом, требуют, чтобы инженер-разработчик включил эти требования к интерфейсу в проектную документацию.

Выбор правильного метода подачи тепла в систему зависит от множества факторов. Кроме того, определение того, какой тип котла наиболее выгоден для его применения, имеет решающее значение для обеспечения надежной инженерной конструкции. Контроллеры котла и вспомогательное оборудование являются частью системы отопления в целом. Многочисленные кодексы и стандарты регулируют котельную систему, и следование применимым из них имеет важное значение для проектировщика или инженера системы отопления.

Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.

Паровой котел: типы и конструкции

Джо Фарсетта, сертифицированный мастер-инспектор® и сертифицированный коммерческий инспектор давление и объем пара. Паровые системы в коммерческих и промышленных условиях обычно требуют услуг лицензированного профессионального инженера на этапах проектирования и установки. Приемлемость и безопасность проектирования, установки и эксплуатации имеют решающее значение. Общие условия эксплуатации действующей паровой установки могут входить в сферу ответственности инспектора в зависимости от конкретной инспекционной работы и взаимно согласованного объема работ.

Типы котлов

Жаротрубный котел

Один из самых основных типов котлов, жаротрубный котел также является одной из старейших конструкций.

Горелка стреляет пламенем в трубку, погруженную в воду, содержащуюся в основном сосуде самого котла. Может быть несколько пожарных труб. Тепло пламени передается воде, нагревая ее до температуры кипения. Образовавшийся пар улавливается в пространстве над водой и выходит через выпускное отверстие для пара, для чего бы он ни предназначался, будь то обогрев радиатора или приведение в движение локомотива. Но поскольку в этом общем сосуде содержатся и пар, и вода, давление пара несколько ограничено. В случае, если основной сосуд поддастся повышенному давлению сверх своих возможностей, могут быть катастрофические последствия.

В области жаротрубных котлов есть два основных типа. Эти типы зависят от физического расположения печи (производство пламени). Они описываются как внешние и внутренние печи.

Каждый из двух основных типов включает подмножества. Например, существуют три вида наружных топок:

1. Котел трубчатый жаротрубный горизонтально-оборотный;
2. котел жаротрубный с короткой топкой; и
3. малогабаритный жаротрубный котел.

Для внутренних печей есть две подгруппы:

1. горизонтальный трубчатый; и
2. вертикальный трубчатый жаротрубный котел.

Рассмотрим работу трубчатого жаротрубного котла с горизонтальным возвратом. В этой конфигурации большой паровой барабан установлен горизонтально внутри корпуса и опорных конструкций. Несколько дымовых труб выходят из печи и также выровнены горизонтально внутри барабана. Это имеет смысл, так как барабан расположен горизонтально. Когда барабан наполняется водой, трубы погружаются в воду.

Топливо сжигается в печи, нагревая газы, проходящие по трубам, передавая тепло воде, которая, в свою очередь, нагревает воду до точки кипения. Отработавшие газы проходят через жаровые трубы и попадают в дымовую камеру, соединенную с выхлопной трубой. Однако по мере того, как в барабане образуется пар, создается и давление. Система под давлением приводит к кипению воды при более высокой температуре. Следовательно, чем выше давление пара внутри барабана, тем выше температура кипения воды, что приводит к общему снижению производства пара. По сути, котел саморегулируется за счет давления пара, которое он производит в процессе своей работы.

Типы жаротрубных котлов с внутренней топкой

Котлы с внутренней топкой характеризуются наличием топки внутри устройства. Они включают следующее.

Корнуоллский жаротрубный котел

Этот тип котла включает простой цилиндрический корпус и единственную тепловую трубу, проходящую через его центр. Он имеет один выхлопной дымоход, соединенный с единственной тепловой трубкой.

Ланкаширский жаротрубный котел

Конструкция ланкаширского котла аналогична конструкции корнуоллского, за исключением того, что он имеет две внутренние жаровые трубы и два дымохода.

 

Ланкаширский жаротрубный котел

Тепловозный жаротрубный котел

Котел локомотива устаревшей конструкции. Первоначально найденный в паровозах, дрова или уголь сжигались в камере сгорания (печи). Агрегат с горизонтальной трубной конструкцией представлял собой прочное оборудование с высокой паропроизводительностью.

Вертикальный жаротрубный котел

Вертикально-трубный котел представляет собой простой котел с конструкцией вертикального цилиндра. Он включает в себя поперечные трубы, а топка расположена в нижней части котла. Камеры сгорания выходят через верхнюю часть агрегата через дымоход.

Жаротрубный котел Cochran

Котел Cochran также представляет собой котел вертикального типа с многотрубной конструкцией. Он включает в себя несколько горизонтальных дымовых труб.

Погружной жаротрубный котел

Этот тип котла имеет горизонтальную одноходовую конструкцию. Пламя выталкивается в соответствующие трубки малого диаметра. Несколько трубок малого диаметра по отдельности погружены в воду. На каждое пламенное сопло приходится одна трубка.

Водотрубные котлы

Водотрубные котлы предлагают передовые технологии производства пара. Она отличается от технологии дымогарных труб тем, что пламя из топки выбрасывается в большую зону локализации, где оно буквально отскакивает от задней стенки и распределяет тепло более равномерно и эффективно, тем самым снижая затраты на топливо. Огневые трубы направляют пламя в трубы, погруженные в воду, а не в камеру. Поскольку меньше воды для создания парового взрыва в случае отказа, операции намного безопаснее, а устройство легче осматривать и обслуживать.

В камере находится ряд трубок с водой. Трубки проходят по всей длине котла. Трубки герметичны и могут выдерживать давление по отдельности, не затрагивая соседние трубки. Тепло передается по металлическим трубкам воде, протекающей по ним.

Это заметное отличие от жаротрубных котлов, в которых вода, используемая для создания пара, окружает источник тепла. В водотрубных котлах тепло окружает водяные трубы. Это приводит к меньшей нагрузке на котел как на агрегат по сравнению с жаротрубными конструкциями.

Вода, нагретая внутри труб, поднимается наверх котла и попадает в паровой барабан. Обычно процесс занимает всего несколько минут. Пар производится с высокой скоростью. Эффекты нагрева и охлаждения создают состояние, известное как тепловое сифонирование, которое обеспечивает циркуляцию воды в котле. Эффективность работы котла позволяет ему занимать меньшую площадь, чем жаротрубные агрегаты. Водотрубные котлы в основном используются для производства пара при более высоких давлениях и больших объемах.

Компоненты водотрубного котла

Водотрубные котлы обычно включают следующие компоненты:

• корпус котла, который представляет собой внешний цилиндрический компонент корпуса высокого давления;
• грязевой барабан, в пространстве, расположенном на дне емкости для воды. Именно здесь в конечном итоге собираются примеси, образующиеся в результате превращения воды в газ. Здесь также происходит продувка дна;
• сетчатый фильтр, представляющий собой тип фильтра, который отфильтровывает любые твердые элементы;
• смотровое стекло для наблюдения за уровнем воды; и
• горелка, являющаяся источником огня, нагревающего воду

Разница между жаротрубными котлами и водотрубными котлами

Между этими типами котлов есть много различий. На базовом уровне у одного огонь погружен в воду, а у другого вода погружена в огонь. Это самая поразительная разница между двумя дизайнами. Есть отличия и в производительности.

Рабочее давление, циклы производства пара, материалы, используемые в производстве, физические размеры, эффективность, погрузочно-разгрузочные работы, а также стоимость технического обслуживания и эксплуатации — все это факторы, определяющие различия между жаротрубными котлами и водотрубными котлами.

Дополнительно:

• Конструкция водяного шланга обеспечивает более высокий диапазон давления.
• Колебания нагрузки в жаровой трубе компенсировать нелегко, в то время как колебания водяной трубы легко компенсируются.
• Водотрубные котлы могут занимать меньше места по сравнению с агрегатами большой мощности.
• Водотрубные котлы могут иметь КПД 90% по сравнению с пределом 75% для жаротрубных конструкций.
• Конструкция водотрубных котлов, как правило, более сложна, чем у жаротрубных котлов, и обслуживание обычно требует больше усилий.
• Для эффективной работы водотрубных котлов требуются специальные знания по сравнению с жаротрубными котлами, для которых практически не требуются специальные знания.

Преимущества и недостатки

Жаротрубный котел имеет определенные преимущества, в том числе его компактность. Кроме того, купить его дешевле, чем водотрубный котел. Однако он также имеет явные недостатки, в том числе ограничение на давление пара, которое он может производить. Вода и пар находятся в одном сосуде; поэтому, поскольку огневые трубы пытаются нагреть сосуд, полный воды, требуется больше времени, чтобы довести воду до температуры. Однако самым большим недостатком является возможность выхода из строя барабана (сосуда) и сильного взрыва.

Жаротрубные котлы оснащены манометром и индикатором уровня воды. Он может быть оборудован петлей Хартфорда, а может и не быть, в зависимости от того, как конденсат возвращается в агрегат. Конденсатные насосы устраняют необходимость в контуре.

Большинство небольших паровых котлов предварительно упакованы и представляют собой дымогарные трубы. Они изготовлены на заводе и физически малы. Они могут быть изготовлены, отправлены, распакованы и установлены с относительной легкостью. Большинство продаваемых на внутреннем рынке автомобилей работают на природном газе.

С другой стороны, водотрубные котлы устанавливаются на предприятиях большой мощности. Большинство из них собираются и строятся в полевых условиях, поскольку такие элементы, как воздуховоды, стальные опоры и виброгасители, также должны быть построены в полевых условиях. Выхлопные трубы, в отличие от простых дымоходов, также требуются большую часть времени. Из-за огромного размера и веса компонентов практически невозможно отправить систему в собранном виде. Основным топливом для этих установок также является природный газ, хотя в промышленных условиях иногда используется и угольный щебень.

Электрические паровые котлы

Электрические паровые котлы в основном используют нагревательные элементы электрического сопротивления для нагрева воды и производства пара. Их часто можно увидеть в небольших предприятиях, которые могут включать в себя прачечные, предприятия пищевой промышленности и больницы, хотя в больнице, скорее всего, есть паровая установка.

Несмотря на то, что эксплуатация котлов, работающих на топливе, обходится дороже, этот тип котлов популярен благодаря своей простоте. Тепловая эффективность напрямую связана со стоимостью электроэнергии. Несмотря на то, что электрические паровые котлы технически эффективны и «зелены» из-за нулевых выбросов при сжигании топлива, они могут быть дорогими в эксплуатации. в зависимости от местных тарифов на электроэнергию. Кроме того, выработка электроэнергии часто приводит к сжиганию топлива на уровне электростанций, поэтому при выработке электроэнергии для «топлива» этих котлов образуются выхлопные газы.

Доступны комплектные электрические паровые котлы для производства пара низкого и высокого давления мощностью не менее 165 л.с. Они часто используются в конкретных приложениях, включая производство или упаковку продуктов питания и напитков. Электрические котлы также часто используются в процессах стерилизации.

Инспектор может увидеть большой коммерческий паровой котел, работающий на топливе, и электрический котел меньшего размера в одном и том же месте. В зависимости от потребности в паре, которая обычно высока в зимние месяцы, многие предприятия дополняют свои паровые установки электрическими установками меньшего размера. Когда потребность в паре снижается, некоторые электростанции выключают свой более крупный котел и переключаются на меньший электрический блок. Это может быть связано с высокими затратами на топливо или необходимостью технического обслуживания или ремонта. Несмотря на это, не удивляйтесь, если присутствуют два типа систем.

Хотя основной котел установки обычно поставляет пар и горячую воду для комфортного отопления и увлажнения, могут быть случаи, когда установка электрического котла для локального отопления в расширении установки будет рентабельной. Точно так же электрические котлы идеально подходят для новых технологических установок, где большие котлы, работающие на ископаемом топливе, нецелесообразны или не требуются.

Принципы генерации пара в основном такие же, с электрическими нагревательными элементами сопротивления, которые нагревают воду для производства пара. Эти агрегаты имеют многие из тех же рабочих компонентов, что и обычные котлы, за исключением горелки, дымохода и выхлопных труб. Электродные системы также являются электрическими, но в качестве проводника они используют воду. В этих системах вода становится заряженной, поэтому существует много проблем безопасности, связанных с эксплуатацией электродного котла.

Небольшие коммерческие паровые котлы обычно применяются в небольших коммерческих помещениях, таких как спа-центры, где часто используются парогенераторы для использования в парилках. Паровой котел отличается от парогенератора, который обычно имеет небольшие размеры и предназначен для решения одной ограниченной задачи.

Техническое обслуживание электрических котлов минимально, помимо обычных проверок уровня воды и ежемесячных проверок электропроводки. Как и для всех котлов, они требуют мер по борьбе с образованием накипи и периодических продувок для поддержания их эффективности.