Промышленное котельное оборудование и горелочные устройства
Главная   /    Промышленные котлы   /    Котлы   /    Водогрейные котлы

Водогрейные котлы: основное описание

Критерии оценки водогрейных котлов

В российских климатических условиях невозможно обойтись без эффективной системы отопления, главным элементом которой является водогрейный котел. Эта установка отвечает за подогрев воды, которая в системе отопления выполняет функцию теплоносителя. Оборудование такого типа может быть использовано в бытовых, производственных и технологических целях. Столь широкая сфера объясняется в том числе и разнообразием моделей оборудования. На рынке представлен огромный ассортимент такой техники, поэтому при покупке водогрейного котла необходимо обратить внимание на его основные характеристики:

  • мощность установки (производительность);
  • температура воды;
  • давление теплоносителя;
  • материал изготовления.

Стоит отметить, что эти характеристики взаимосвязаны, в частности, производительность установки зависит от материала изготовления. Например, чугунные модели водогрейных котлов способны обеспечить теплопроизводительность в пределах 1-1,5 Гкал/ч. Такие установки способны нагревать воду до 115 градусов, давление которой составляет 0,7 МПа. У покупателей есть возможность подобрать оптимальную модель, так как чугунные водогрейные котлы выпускаются на 4,7; 7,5; 11,7; 23,4; 35; 58,5; 117 и 21.0 МВт. Что касается стальных аналогов, то мощность таких установок составляет 4,7; 7,5; 11,7; 23,4; 35; 58,5; 117 и 21.0 МВт.  

Мощность устройства во многом определяет функциональность, в том числе режим работы. Например, водогрейные котлы мощностью до 35 МВт могут функционировать только в основном режиме, при котором установка нагревает воду до 150 градусов, давление воды в этом случае составляет 2,5 МПа. Модификации устройств большей мощности могут функционировать не только в базовых, но и в пиковых режимах. Такие модели способны нагревать воду до 200 градусов и обеспечивать давление теплоносителя до 2,5 МПа.

Особенности секционной конструкции водогрейных котлов

Материал изготовления определяет не только производительность установки, но и ее конструкцию. Если стальные модели имеют преимущественно монолитную конструкцию (водогрейные котлы этого типа свариваются на заводе в цельный блок), то чугунные изделия – секционную. Существует множество моделей таких установок, одна из них – это секционный водогрейный котел «Энергия-3». Конструктивно он состоит из следующих элементов:

  • стальной канат;
  • секция водонагревателя;
  • патрубки для подачи и отвода воды;
  • дымоход;
  • шибер;
  • колосниковая решетка;
  • дверка;
  • воздуховод;
  • противовес.

Водогрейный котел функционирует по достаточно простому принципу. Нижний патрубок обеспечивает поступление воды в устройство, после чего она по внутренним каналам секции поднимается вверх. Во время прохождения канала вода нагревается, и выходит через верхний патрубок уже горячей. Чтобы нагреть теплоноситель, в водогрейном котле необходимо сжечь топливо, подача которого в топочную камеру осуществляется через проем дверкой. Для поддержания процесса горения потребуется не только топливо, но и воздух, его подача в топочную камеру происходит через колосниковую решетку. Отвод продуктов горения обеспечивается посредством дымоходной трубы.

Стоит отметить, что другие модели секционных водогрейных котлов могут иметь несколько иную конструкцию и принцип работы, но все их объединяет общий признак: они состоят из отдельных секций, которые собираются в единую конструкцию при помощи вкладышей-ниппелей, они вставляются в специальные отверстия и затягиваются при помощи винтов. Секционная конструкция имеет несколько преимуществ: можно производить замену вышедшей из строя секции, и такие модели легче устанавливать и обслуживать.

Водогрейные котлы ТВГ

Промышленность выпускает несколько модификаций секционного водогрейного оборудования, в том числе и котлы серии ТВГ. Мощность таких установок составляет 4,7 и 9,4 МВт, нагрев воды ограничен 150 градусами. В качестве топлива такие установки используют газ. Особенность этой модели в том, что радиационная поверхность топки и конвективная поверхность нагрева собраны из секций, каждая секция состоит из труб диаметром 51х2,5 мм. В зависимости от места установки трубы могут иметь вертикальную или горизонтальную ориентацию. Ориентация первого типа актуальна в секциях радиационной поверхности, второго – для секций конвективной поверхности. Радиационная поверхность водогрейного котла состоит из фронтально-потолочного экрана, также в конструкции такой установки используется 5 секций экранов, 3 из которых относятся к экранам двойного облучения.

Подача газа для нагрева теплоносителя осуществляется через подовые горелки, которые установлены между секциями радиационной поверхности. Подачу воздуха к подовым горелкам обеспечивают специальные вентиляторы, которые направляют воздушный поток по специальному каналу, соединенному с горелками. Благодаря такому устройству КПД водогрейных котлов ТВГ составляет 91%.

Водогрейные котлы КВ-ТСВ 

В отличие от установок предыдущей серии котлы КВ-ТСВ изготавливаются из стали, поэтому они легче и компактнее. Еще одним отличительным признаком является способ сжигания энергоносителя: твердое топливо сжигается послойно, что обеспечивает полное прогорание угля. Установки имеют мощность 4,7; 7,5; 11,7; 23,4; 35 и 58,5 МВт, они широко используются на ТЭЦ в отопительных и производственно-отопительных котельных.

Нагрев воды в установке осуществляется за счет сжигания угля, который подается в камеру сгорания при помощи пневмоэлектрического забрасывателя, благодаря этому механизму уголь попадает на цепную решетку. Чтобы его сжечь, нужен кислород, подачу воздуха обеспечивают вентиляторы. Они направляют воздушные массы в специальные короба, через них происходит секционированный подвод воздуха под цепную решетку. В результате сгорания угля образуются продукты горения. Они через верхние проемы в задней стенке топочной камеры оказываются в конвективной шахте, где тепло сгоревшего угля передается конвективным поверхностям. Сгоревшие газы охлаждаются и попадают в нижнюю часть конвективной камеры, где находится газоход для удаления продуктов горения. Вместе с продуктами горения из топочной камеры удаляются и несгоревшие частички угля, поэтому для обеспечения полного сгорания топлива в водогрейных котлах КВ-ТСВ устанавливается специальный вентилятор, который расположен в бункере конвективной шахты. Вентилятор создает воздушный поток, который проходит через сопла и возвращает частички несгоревшего угля обратно в топочную камеру. Для обеспечения догорания угля водогрейные котлы КВ-ТСВ оснащены цепными решетками разной длины и двумя пневмомеханическими забрасывателями. Высокую эффективность сжигания топлива обеспечивает еще и специальная камера догорания топлива, она образована промежуточной экранированной стенкой, которая имеет двухрядную конструкцию и задней стенкой топочной камеры. Что касается боковых стенок топочной камеры, то они выполнены в виде цельносварного экрана, что гарантирует высокие прочностные качества конструкции. Боковые стенки конвективной камеры имеют экраны, которые состоят из труб диаметром 83×35 мм.

Обмен водой обеспечивается через специальные коллекторы. В водогрейный котел вода поступает через нижний коллектор, а отвод уже нагретой воды происходит через нижний коллектор конвективной шахты.

Качество сгорания топлива во многом зависит от его состояния. Уголь в сыром состоянии хуже горит, но в водогрейных котлах KB-ТС эта проблема решена при помощи встроенных воздухонагревателей, которые нагревают воздушные массы до 200-220 градусов. Например, в модели водонагревателя KB-ТС 50 используется двухходовой трубчатый воздухонагреватель, который расположен за водогрейным котлом.  Конструктивно он представляет собой куб, который выполнен из труб диаметром 40х1,5 мм, в составе воздухонагревателя имеется еще и вентилятор для подачи нагретого воздуха для перемещения воздушных масс.

Водогрейный котел КВ-ТК

Твердотопливные водонагреватели могут иметь разные способы сжигания топлива, данная модель относится к установкам камерного сжигания. Эта модификация водогрейного оборудования имеет П-образную конструкцию, в состав которой входят следующие элементы:

  • топочная камера;
  • горелки;
  • воздухонагреватель;
  • фестон;
  • теплообменники заднего экрана и других элементов.

Такая конструкция обеспечивает наиболее эффективное сжигание пылевидного топлива, которое подается на 6 турбулентных горелок. Они расположены напротив друг друга на каждой из двух стенок топочной камеры. Сами стенки топочной и поворотной камеры сформированы трубами диаметром 60х4 мм, расстояние между соседними трубами составляет 80 мм. Между соседними трубами приварены металлические полосы размером 20х6 мм, такое решение позволяет обеспечить газоплотность конструкции. Наверху камеры сгорания трубы заднего экрана закрывают собой наклонный скат, перед входом в поворотную камеру они разводятся в фестон.

В этой серии водогрейных котлов используются еще и трубы диаметром 28х3 мм, из них изготовлены 2 конвективных пакета, размещенных в конвективной шахте. Под конвективными пакетами установлен воздухонагреватель, который сформирован трубами, чей диаметр составляет 40х1,5 мм. Благодаря этим трубам происходит нагрев воздуха до 350 градусов. В конструкции модели также предусмотрено дробеочистительное устройство, предназначенное для удаления продуктов горения с конвективных поверхностей водогрейного котла. Благодаря такой конструкции установки КВ-ТК отличаются высокой производительностью и легкостью в обслуживании.

Водогрейный котел ПТВМ 

Передачу тепла от сгоревшего топлива воде обеспечивают трубы диаметром 60х3 мм, расстояние между которыми составляет 5 мм. Эти трубы формируют все стены топочной камеры установки, а также передние и задние стенки конвективной шахты. В конструкции водогрейных котлов серии ПТВМ присутствует поворотная камера, воздухонагреватель, горелки. Конструкция позволяет выпускать установки средней и большой производительности (мощность может составлять 35; 58,5 и 117 МВт). В качестве энергоносителя применяется жидкое или газообразное топливо, водонагревательные установки могут иметь П-образную или башенную компоновку. Водонагреватели серии ПТВМ способны обеспечить выходную температуру теплоносителя в 150 градусов.

К установкам данной серии относится котел КВ-ТК-100, устройство которого было описано выше. Также в серию входит пиковый теплофикационный водогрейный котел ПТВМ-30, в котором используются газомазутные горелки, позволяющие изменять мощность работы устройства в диапазоне от 30 до 100%. Изменение мощности производится посредством определения количества используемых горелок (всего в котле установлено 6 горелок). Помимо функциональности, эта модель обеспечивает еще и легкость в эксплуатации, так как в конструкции предусмотрен дробеочистительный механизм, обеспечивающий удаление продуктов горения с внешних поверхностей. Механизм имеет пневматический принцип работы: дробь поднимается в расположенный в верхней части бункер посредством специальной воздуходувки.

Пиковый котел отличается еще и принудительной системой циркуляции воздуха: продукты сгорания удаляются из топочной камеры водогрейного котла при помощи специального дымососа, а подача свежего воздуха для поддержания горения обеспечивается работой вентиляторов. Благодаря особым горелкам оборудование может использовать жидкое и твердое топливо, от типа энергоносителя зависит не только себестоимость генерации тепловой энергии, но и производительность водогрейного котла. Дело в том, что при использовании мазута КПД установки составляет 88%, а при использовании газа этот показатель достигает 91%.

Для обеспечения столь высокой производительности в котле ПТВМ-30 реализована особая система циркуляции теплоносителя. Благодаря башенной компоновке устройства, экранированная камера сгорания разместилась внизу конструкции. Экраны камеры сгорания сформированы трубами диаметром 60х3 мм. Всего в камере сгорания установлено 2 боковых, а также задний и фронтальный экран. В верхней части камеры сгорания размещается конвективная поверхность. Она состоит из змеевиковых пакетов, собранных из труб, диаметр которых составляет 28 х 3 мм.

Для увеличения производительности в водогрейном котле ПТВМ-50 используется 12 газомазутных горелок, каждая из которых оснащена собственным вентилятором. Они равномерно распределены по всей камере сгорания: установлены в 2 яруса по 6 штук с каждой стороны. За удаление продуктов горения отвечает дымовая труба, которая смонтирована над топочной камерой. Дымовая труба не имеет вентиляторов, поэтому отвод газов происходит естественным образом за счет разности давлений на входе и выходе дымовой трубы. Для обеспечения надежности конструкции дымовая труба удерживается при помощи силового каркаса. Стоит отметить, что водогрейные котлы этого типа имеют полуоткрытый способ установки, что позволяет устанавливать в помещении лишь нижнюю часть установки (горелка, арматура, вентиляторы). Оставшаяся часть водонагревательной установки размещается под открытым небом.

Если движение воздушных масс происходит естественным образом, то движение теплоносителя (воды) обеспечивается принудительно, за эту функцию отвечают специальные насосы. Устройства позволяют обеспечить четырехрежимный режим работы котла (от выбранного режима зависит расход воды). В зимний период (основной) используется четырехходовая схема, а в летний – двухходовая. В первом случае теплоноситель из сети подводится в нижний коллектор, после чего последовательно перемещается по всем поверхностям нагрева. Нагретая вода собирается в нижнем коллекторе, откуда поступает в сеть теплоснабжения. Вторая схема циркуляции теплоносителя выглядит несколько иначе. В этом случае вода накапливается одновременно в двух нижних коллекторах. Затем она перемещается по поверхностям нагрева и направляется в тепловую сеть. Вторая схема циркуляции отличается увеличенным расходом теплоносителя (в этом случае расходуется почти в два раза больше воды).

Водонагревательный котел КВ-ГМ 

В отличие от предыдущей модификации установки этой серии не имеют силового каркаса, у водонагревателей КВ-ГМ используется облегченная обмуровка из шамотного бетона, в качестве теплоизолятора используется минеральная вата и магнезиальная обвязка. Теплоизоляция крепится к дымоходу камеры сгорания и к конвективной части установки. Водогрейный котел КВ-ГМ изготовлен из стали имеет прямоточную конструкцию, в качестве энергоносителя может использовать газ или жидкое топливо. По мощности такие установки делятся на две группы – 4,7 и 7,5; 11,7, 23,4 и 35; 58,5 и 117 МВт. 

Эта серия водонагревателей включает в себя широкий модельный ряд, отдельные модификации имеют определенные различия и схожие признаки. В частности, водогрейные котлы КВ-ГМ-4 и 6,5 отличаются между собой только глубиной камеры сгорания и размерами конвективной части установок, при этом профиль всех моделей остается неизменным. 

Установки КВ-ГМ-4 и 6,5 конструктивно состоят из камеры сгорания и конвективной поверхности. Первый элемент конструкции сформирован трубами диаметром 60х30 мм. При создании боковых и нижних экранов камеры сгорания использовались Г-образные трубы. За подачу топлива в камеру отвечает газомазутная ротационная горелка, которая размещена во фронтальной части. В этом месте размещен и взрывной предохранительный клапан, который обеспечивает безопасность использования водонагревательной установки. Защиту от нештатных ситуаций гарантирует и наличие огнеупорной прокладки, которая защищает неэкранированные поверхности. Даже если неполадки в работе все же возникнут, благодаря лазу в левой боковой стороне установки их легко устранить.

Вода, которая проходит через трубы экранов, собирается в верхних и нижних коллекторах диаметром 159×7 мм. Внутри них имеются специальные стенки, благодаря которым теплоноситель перемещается в нужном направлении. Удаление продуктов горения организовано через фестон, который находится в верхней части камеры сгорания. 

Важнейшим элементом установки является конвективная часть водогрейного котла, у этой модели конвективная часть состоит из двух пакетов, каждая из которых выполнена в виде U-образных конструкций из труб диаметром 28х3 мм. U-образные конструкции установлены параллельно фронтальной стенке. В совокупности они образуют пучки труб, расположенных относительно друг друга в шахматном порядке. Сверху конвективной части тоже имеется экран, он сформирован трубами диаметром 83х3,5 мм. Не экранирована лишь задняя стенка конвективной части, это объясняется наличием лазов сверху и снизу для обслуживания установки. Помимо удобства в эксплуатации и безопасности, водогрейные котлы КВ-ГМ-4 отличаются еще и высокой эффективностью, подтверждением которой является КПД 90,5% на газе и 86,4% – на мазуте.

Зачастую возникает необходимость изменять мощность работы без отключения отдельных горелок, такую возможность обеспечивает водогрейный котел КВ-ГМ-180. Для этого установка должна быть оборудована механическими форсунками с возможностями тонкой настройки в широком диапазоне. Как и другие модификации, установка КВ-ГМ-180 оборудована системой самоочистки, для увеличения эффективности и безопасности работы камера сгорания изолирована от конвективных шахт посредством разделительных экранов.

Подняться наверх