Направления развития котельно-топочной техники

Состояние и проблемы котельно-топочной техники и технологий. Затраты на производство единицы национального продукта увеличились с 1991 года на 48 %, что в 1,5-2 раза выше, чем в США и 3aпадной Европе, в то время как потенциал энергосбережения в нашей стране - 300-350 млн.т.у.т., что составляет 25-30 %, ежегодно расходуемой энергии.

В новых социально-экономических условиях на первое место выдвигаются требования экологическая безопасность, надежность и качества теплоснабжения с одновременным решением вопросов малозатратных технологий с малыми сроками окупаемости. Так рассматривает автор основу современной политики в области жилищно-коммунального и производственного теплоснабжения на базе котлов малой и средней мощности.

В условиях хронического недостатка средств у промышленных предприятий, сокращения бюджетного финансирования и растущей неплатежеспособности у городских теплоэнергетических служб наиболее реальным условием повышения энегоэкологической эффективности является модернизация (реконструкция) промышленной и коммунальной теплоэнергетики. С условием более широкого привлечения отечественных и зарубежных инвестиций при одновременном использовании лучших образцов российской и зарубежной техники и технологий.

Энергоэкологичская эффективность и перспективы развития. Сегодня для принятия решения о характере и источнике теплоснабжения необходимо экономическое и экологическое обоснование.

К децентрализованным (локальным) системам теплоснабжения автор относит системы, не имеющие внеш­них тепловых сетей и мощность единичного источника (котла), как правило - не более 0,2-0,3 МВт.

При наличии внешних тепловых сетей, снабжающих теплом несколько объектов, а единичная мощность используемого котла более 0,2 МВт, такую систему следует считать централизованным теплоснабжением. Вероятно, следует ввести понятие масштабности или категорийности централизации теплоснабжения.

Оптимальным использованием, с экономической точки зрения, локальных источников следует считать зону с тепловой плотностью до 0,2 МВт/га (при застройки селитебной территории одно- и двухэтажными зданиями с плотностью жилищного фонда до 650-700 м²/га). При тепловой плотности более 0,5 МВт/га (1100-1150 м²/га) во всех отношениях выгодно централизованное теплоснабжение. Спорной остается область от 0,2 до 0,5 МВт/га, здесь необходимо проводить тщательный многофакторный анализ, который должен учитывать экономические, экологические и социальные критерии.

Существенным в оценке теплоснабжения маломощных систем являются - условия жизнедеятельности, затраты труда, квалификация обслуживания, стоимость топлива, противопожарная безопасность и др. Так при рассмотрении многофакторных критериев при работе на твердом топливе оптимальным во всех случаях, независимо от тепловой плотности, является централизованное теплоснабжение.

Таким образом, отопительные котлы тепловой мощностью от 0,2 до 3,5 МВт, которые автор причисляет к КММ, (тем более котлы тепловой мощностью до 50 МВт) относятся к источникам централизованного теплоснабжения на уровне “малой“ теплоэнергетики, практически полностью обеспечивающие теплотой ЖКС.

Энергосберегающая политика, по оценкам зарубежных специалистов и нашим данным, может дать до 30-50 % экономии энергии потребляемой сегодня. При этом затраты на реализацию этих мероприятий в 2-3 меньше затрат на увеличение топливно-энергетической базы с целью получения эквивалентного количества теплоты. Модернизация оборудования и технологий с использованием новейших достижений научно-технического прогресса даст 10 % из них.

В Германии потребление топлива на нужды отопления составляет порядка 40 %, при замене старых КММ и модернизация другого котельного с оборудования экономия топлива составила 20-40 %. Как показывает опыт замену котлов целесообразно проводить через каждые 15 лет.

В Германии баланс энергоносителя для отопительных котлов носит следующих характер: на твердом топливе - 8 %; на жидком (как правило, легком) - 43,2 %, на газе - 28 %. Из отопительных котлов подведомственных Инспекции технического надзора страны 50 % котельного парка составляют жаро-трубно-газотрубные котлы.

По оценкам специалистов Швейцарской фирмы Ygnik Kessel AG установка новейших КММ за последние 10 лет привели к существенной экономии мазута до 135 000 т в год, а ежегодные выбросы СО₂ снизились на 440 000 т, SO₂ - на 540 т, NО_x - на 380 т.

Централизация теплоснабжения предусматривает в первую очередь использование более мощных котельных и котлов. Та же тенденция наблюдается и в малой теплоэнергетике, т.е. ликвидация домовых котельных и переход на групповые и квартальные. При этом предполагается увеличение единичной мощности отопительных котлов с 0,1 до 1-3 МВт. Удельная стоимость таких котлов в 2-4 раза ниже, чем у микрометмалометражных домовых котлов.

Широкая номенклатура выпускаемых зарубежными фирмами отопительных котлов (ОК) позволяет осуществлять более точный подбор тепловой мощности котла с фактической потребностью в теплоте. В результате на 18 % улучшается степень годового использования оборудования и повышается среднегодовой КПД.

Решение проблемы энегоэкологической эффективности должно идти по разным направлениям, основными из которых, должны быть малозатратные технологии и, в первую очередь, реконструкция существующего парка топливоиспользующего оборудования и утилизация теплоты.

Однако не следует забывать и такие направления как: механизация топливоподачи и шлакозолоудаления при сжигании твердого топлива; автоматизация и компьютеризация процесса сжигания всех видов топлива; использование высокоэффективных ГУ, материалов для теплообменных поверхностей нагрева, теплоизоляционных материалов; глубокая утилизация продуктов сгорания и использование высшей теплоты сгорания топлива.

Выпуск современных механизированных и автоматизированных чугунных или комбинированных котлов очень ограничен из-за отсутствия средств, которые связаны, в свою очередь, с низкой энергорентабельностью последних (Братск-1, Братск -1Г).

Как показывают исследования основные пути развития секционных котлов связаны, прежде всего, с интенсификацией конвективного теплообмена. Конвективная поверхность в котлах составляет до 85 % от суммарной, а доля теплоты, воспринимаемой ею, не превышает 40 % при работе на газовом топливе.

Но их долгожительство связанное не притязательностью в эксплуатации, что в условиях современных социально-экономических проблем переходного периода в экономики особенно актуально (для сельской местности тем более). Возможности работы котлов длительное время на воде не прошедшей специальной подготовки.

Указанные обстоятельства требует от специалистов принятие не традиционных компоновочных решений, новых принципов сжигания для эффективного возражения к жизни чугунных секционных котлов.

На базе новых коробчатых секций с волнистыми конфузорно-диффузорными каналами и мошным оребрением разработываются чугунные секционные котелы нового поколения.

В котлах необходимо организовывать последовательно-параллельное движение воды по секции со скоростями не ниже 1,0-1,2 м/с. Скорость газов в каналах до 15 м/с.

На рис. 3.31 показан котел фирмы Buderus, который относится к чугунным секционным котлам, их надежность основана на технологии «термострим». Котлы имеют весьма сложную форму секций и движения газов.

Длительное время в стране нарушалась пропорция эффективного развития теплоэнергетического оборудования, преимущественное внимание уделялось крупным энергоблокам. Не был определен рациональный мощностной ряд, что с одной стороны вело к ассортицы, с другой - имели место провалы, т.е. отсутствие котлов той или иной тепловой мощности.

Комплексная поставка котлов в полносборном виде со 100 %-й готовностью к работе - это надежная основа повышения экономичности отопительных и промышленных котлов.

Котлы, работающие под наддувом. Повышение скорости газового потока до 28 м/с и более повышает коэффициент теплоотдачи в 2-3 раза. В газоплотных котлах имеется возможность сжигать топливо с минимальным избытком воздуха при полном отсутствии подсосов. Это в свою очередь снижает интенсивность низкотемпературной коррозии и повышает КПД и долговечность котла. Теплонапряжение топочного объема достигает 700-1250 кВт/м³, а энергетичность поверхностей нагрева 30-50 кВт/м², что обеспечивает компактность таких котлов.

Рис. 3.31. Чугунный секционный котел Ecostream GE 515 фирмы Buderus

Блок-модульные котельные (БМК). При реконструкции теплоснабжения плотно застроенных центров городов появился спрос на компактные легкие, автоматизированные блок-модульные котельные, особенно крышного типа. На наш рынок стали поступать БМК тепловой мощностью до 20 МВт с использованием передовых зарубежных технологий таких известных фирм “ Noviter”, “Sermet”, “Ahlstrom “, “ Vicssmann”, “Buderus”, “Vaillant”, “Ferroli” и др. Только фирмой “ Sermet” было поставлено в нашу страну более 350 БМК, фирма “ Noviter” ввела в эксплуатацию 35 БМК. КПД таких котельных, как правило составляет 90-92 %.

В России производство транспортабельных БМК получило распространение только в последние годы на предприятиях АО Бийскэнергомаш, Таганрогский котельный завод, 122 ЭМЗ (СПб) и др.

Комплексные системы автоматического регулирования (САР). Все практически эксплуатирующихся в Японии отопительные котлы малой и средней мощности оснащены САР с использованием микро-ЭВМ, кислородомерами непрерывного действия с циркониевыми элементами, оснащаются воздухоподогревателями и экономайзерами. Такая система автоматического регулирования и контроля позволяет работать котельным без обслуживающего персонала.

Опыт показывает, что применение микропроцессорной электронной техники позволяет снизить расходы тепловой энергии на 6 %, а комплексная автоматизация отопительных систем сокращает расход топлива на 25 % и на 20 % снижает пиковую (установочную) мощность основного оборудования.

Низкотемпературные котлы существенно снижают непроизводительные потери теплоты. Сравнительные испытания показали, что при средней температуре воды 80 °С, характерной для старых конструкций, КПД составил 71,3 %; для новых конструкций - 84 %. При средней температуре воды 50 °С КПД поднимается до 89,1 %, при температуре 31 °С до 92,4 %. Таким образом, можно считать, что снижение средней температуры сетевой воды на 10 °С повышает КПД в среднем на 1,5-2,0 %.

Среднегодовой КПД низкотемпературных котлов по сравнению с котлами, работающими с постоянным подогревом воды, увеличивается в среднем на 25 %.

Котлы, использующие высшую теплоту сгорания топлива. Дальнейшее повышение KПД котлов может достигаться использованием теплоты конденсации водяных паров (КВП) продуктов сгорания. Степень использования теплоты КВП зависит от температуры уходящих газов, точки росы, коэффициента избытка воздуха. КВП начинается, при сжигании природного газа, в среднем с 60 °С, при сжигании сернистого мазута со 110 °С.

Конструкции котлов с использованием теплоты КВП разрабатываются и выпускаются многими зарубежными фирмами таких стран как США, Германии, Швеции, Австрии, Великобритании, Нидерландов. В 1980 г. в Нидерландах эксплуатировалось примерно 370 опытных конструкций с блоком КВП. К 1990г. их число увеличилось до 20 тысяч. Экономия топлива для различных конструкций колеблется от 17 до 30 %. Срок окупаемости котлов с КВП зависит от ряда факторов, в среднем составляет 3-5 лет, экономия энергии достигает 25-30 %. Срок окупаемости для котлов мощностью 150-650 кВт в условиях Северной Италии составляет 0,7-1,0 года.

Конденсат продуктов сгорания даже природного газа обладает достаточно высокой коррозийной активностью, имеет рН=2-5, поэтому поверхности нагрева делают в большинстве случаев из коррозийностойких материалов. Поверхности нагрева ОК типа GPE110, VKS10, Hydroterm изготовлены из хромоникелевой стали, типа DC15, Junkers, Portamat из специального чугуна и легированной стали. Наиболее эффективно работают материалы на основе алюминия Al.Si.12, Al.Mg.0.5, Al.Mg.4.5.Mn. Скорость коррозии алюминиевых сплавов не более 0,02-0,03 мм/год, эффективный срок службы более 10 лет.

Внедряются синтетические покрытия, металлокерамика, эмалирование стальных и чугунных поверхностей. Так покрытие хвостовых поверхностей пленкой из тефлона позволяет снизить температуру уходящих газов до 40 °С и повысить КПД на 11 %.

Охрана окружающей природной среды. Одно из важных направлений в совершенствовании котельно-топочной техники, по мнению зарубежных специалистов, является снижение выбросов загрязняющих веществ и в первую очередь оксидов азота.

Фирмы Fischer, Vaillant и др. используют каталитическую очистку от СО, сажи и оксидов азота, применение охлаждающих стержней снижает выбросы NО_x на 20-30 %.

При работе котлов с КВП на жидком топливе эмиссия в атмосферу оксидов серы снижается примерно на 20 %. Предварительное смешение газа с воздухом позволяет обеспечить низкотемпературное сжигание (ниже 450 °С), что соответственно снижает эмиссию оксидов азота до 60-90 мг/м³ и повышает КПД.

Применение в горелках керамических материалов позволяет снизить сажеобразование. Содержание оксидов азота в котлах такого типа снижается до 63 мг/м³.

Однако, перечисленные выше передовые и эффективные технологические разработки на отечественный рынок практически не поступают.

В последние годы делается попытка ориентироваться на западные образцы котельно-топочной техники, которые по своим техническим показателям превосходят отечественные образцы. Однако стоимость такой продукции в несколько раз выше отечественной.

Зарубежное оборудование требует, как правило, высоквалифицированного топлива и обсуживающего персонала, последний фактор весьма важен для тех условий, в каких эксплуатируются отопительные и промышленные котлы, особенно в системе Агропрома. Даже в специализированных организациях к эксплуатации допускаются работники не прошедшие специального обучения, не имеющие удостоверения на право эксплуатации объектов Ростехнадзора.

Отопительные котлы зарубежных фирм, поставляемые на отечественный рынок. Отличительной особенностью зарубежных ОК малой и средней тепловой мощности - их комплексная поставка фирмами-изготовителями, представление своих специалистов для установки и монтажа. В Германии отопительные котлы типа Optimal с КПД до 92 %, Camino S до 94 %, типа Paramat-Duplex фирмы Viessmann с КПД до 94 % теплопроизводительностью от 75 до 1725 кВт, поставляемых заказчикам в полносборном виде со 100 % готовностью к работе. Универсальные отопительные котлы фирмы Herz Armaturen GmbH (Австрия) предназначены для сжигания газа, мазута, угля, дров и горючих отходов; фирмы СТС типа Turbo-NT для сжигания газа и мазута.

ОК фирмы Krupp Handel GmbH (Германия) изготовляются из коррозийно-стойкой легированной стали и предназначены для сжигания газа и мазута, оборудуются CAP с использованием микропроцессоров. Коррозийная устойчивость чугуна достигается добавками к нему кремния (2,2 %), марганца (0,6 %) и фосфора (0,45 %). Применение зеркально гладкой поверхности нагрева из нержавеющей стали в котлах фирмы Viesmann-Renox повышает надежность работы и сокращает потребление тепла примерно на 40 %.

Фирмой Seveso (Италия) разработаны водогрейные котлы типа TOP и TOP / K. Поверхность нагрева этих котлов изготовлены из медно-никелевого сплава, с газовой стороны эмалированы, КПД котлов - 91 %.

Гидронные котлы с оребрением. Существенно повышается эффективность работы поверхностей с оребрением в виде спиралей и звездообразных ребер. Высота ребер 16-20 мм, выполнены из стальной полосы толщиной 0,7-1,5 мм, ширина витков 60-80 мм, шаг витков 6-10 мм.

Основным требованием при разработке гидронных или высокоскоростных малоемкостных котлов явилось создание «прощающей» конструкции котла, делающей его надежным источником теплоты. «Прощающая конструкция» - технический термин, пришедший из авиа­ционных конструкторских бюро и обозначающий конструкцию, которая сама исправ­ляет ошибки конструктора или оператора, приспосабливается к техническим неполадкам.

Рассмотрим принципиальную конструкцию гидронного котла на примере котлов корпорации LAARS Heating systems (США) типа НН.

Если скорость водяного потока внутри труб увеличить до значений, которые будут срывать пограничную пленку турбулентным потоком, теплоотдача от стенке к жидкости увеличится многократно.

Темп передачи тепла в котлах LAARS, в которых используется принудительная конвекция, до 10 раз выше, чем в котлах со свободной конвекцией (котлы чугунные секционные, стальные котлы водотрубные, жаротрубные). Другими словами, в котлах LAARS теплосъём с квадратного метра поверхности теплообмена в 4-10 раз выше, чем с квадратного метра поверхности котла, работающего в режиме свободной конвекции.

Кроме того обеспечивается:

- вынос твердых частиц, содержащихся в воде за пределы котла (от­сутствие механических отложений в теплообменнике);

- сведение кминимуму образования накипи и, как следствие, обеспечивается практически посто­янный КПД котла на протяжении длительного периода эксплуатации;

- возможность свести к минимуму затраты на химводоподготовку.

Аналогичные условия имеют место со стороны топочных газов. В этом случае, застойная газовая зона действует как теплоизоляция и «блокирует» процесс теплообмена. Эффективность воздействия на теплообмен с газовой стороны многократно важней чем с водяной, так как для нагрева на 5 °С 1 дм³ воды, находящегося в контакте с повер­хностью теплообмена, требуется подвести 25 дм³ горячих газов с температурой 1100 °С. Более того, из-за своей низкой теплопроводности газы отдают своё тепло гораздо мед­леннее, чем вода может абсорбировать его.

По этим причинам, при передаче теплоты от жидкостей к газам и наоборот, всегда желательно иметь большую площадь поверхности теплообмена со стороны газов, чем со сторо­ны жидкости. Поэтому в отопительно-котельной технике широкое распространение получило оребрение поверхностей нагрева со стороны воздушной (газовой) среды.

Применение в котлостроении материалов с увеличенной площадью поверх­ности теплообмена было весьма сложно вплоть до разработки технологии изготовления медных труб с интегрированными рёбрами. Начало массового производства оребрённых медных труб дало разработать котлы LAARS нового поколения с идеальными теплообменными поверхностями нагрева. В свою очередь это внесло много принципиальных усовершенствований в конструкцию котла:

применяемые оребрённые трубы имеют почти идеальное соотношение площади поверхности теплообме­на со стороны горячих газов к площади поверхности со стороны воды - 8:1;

оребрённые трубы изготовлены из меди, теплопроводность которой в 8,5 раз выше, чем у чугуна и стали;

медь обладает высокой коррозионной стойкостью по отношению как к воде, так и к продуктам сгорания;

значительно уменьшился водяной объём котла. Объем воды в котле тепловой мощностью 1,16 МВт - 37 литров, что практически исключает потери в горячем резерве;

скорость воды была доведена до оптимального значения.

Конструкторами котлов давно признано, что эффективно работают поверхности теплообмена, которые непосредственно входят в прямой контакт с высокотемпературными продуктами сгорания.

В котлах фирмы LAARS (см. рис. 3.32) имеется только один ряд труб, при этом каждая труба подвергается одному и тому же количеству энергии излучения и каждая труба окружена высокотемпературными газами одной и той же температуры. Поэтому каж­дая труба работает в режиме максимальной эффективности.

Широкий типоразмерный ряд котлов Mighty Therm модели НН LAARS позволяет выбрать максимально соответствующее расчетной тепловой нагрузке оборудование, чем достигается наи­более рациональный и экономичный режим потребления тепловой энергии. В табл. 3.4 пред­ставлены теплотехнические характеристики всего ряда котлов.

Котлы предназначены для работы в полностью автоматизированном режиме и не требуют присутствия постоянного обслуживающего персонала. Они полностью готовы к установке, снаб­жены автоматикой фирмы «Хоневелл», которая позволяет легко согласовать управление систе­мой отопления с помощью контроллеров:

искровое зажигание и автоматический клапан подачи газа;

предохранительный клапан и регулируемое реле максимальной температуры;

двухполюсное реле насоса и комбинированный термометр/манометр;

реле отсутствия тяги в дымоходе и реле контроля пламени;

реле наличия теплоносителя и реле потока.

Рис. 3.32. Гидронный котел ТЕЛЕДАЙН ЛААРС

Атмосферная горелка устойчиво работает при падении давления газа до 500-600 Па, что суще­ственно для российских условий, при давлении газа всего в 1,0 кПа - 100 % паспортной мощно­сти. Котлы рассчитаны для многолетней безупречной работы, имеют Сертификат соответствия Госстандарта РФ и разрешение Госгортехнадзора на применение в России.

Таблица 3.4.

Газовые водогрейные котлы Лаарс Майти-Терм (серия НН)

Модель, типораз­мер	Тепловая мощность	Потребление газа, м3/ч при Q = 7932 ккал/м3	Габаритные размеры, (мм)	Вес (кг)
Гкал/ч	кВт	длина	ширина	высота	Æдымохода
НН-175	0,036	41,6	4,98
НН-250	0,051	59,5	7,06
НН-325	0,066	77,0	9,14
НН-400	0,082	94,9	11,36
НН-500	0,102	118,7	14,13
НН-600	0,122	142,6	16,90
НН-715	0,146	169,6	20,23
НН-850	0,174	201,9	24,11
НН-1010	0,206	239,7	28,54
НН-1200	0,245	284,8	33,94
НН-1430	0,291	339,3	40,32
НН-1670	0,341	396,4	47,24
НН-1825	0,372	433,0	51,54
НН-2000	0,413	480,2	57,22
НН-2450	0,506	588,6	70,10
НН-3050	0,630	732,8	87,28
НН-3500	0,723	840,9	100,17
НН-4050	0,836	973,0	115,82
НН-4500	0,930	1081,2	128,84
НН-5000	1,032	1201,3	142,97

Рядом фирм США и Германии разработаны котлы с камерой пульсационного горенияи горелками самовозбуждающеготипа, принципиальная схема котла показана на рис. 3.33. Газ и воздух через клапан 4 поступают в топочный объем 5. Начальное воспламенение смеси осуществляется от электрической искры (свечи), возникающая волна сжатия вытесняет продукты сгорания через теплообменник 7. Волна разрежения, сменившая волну сжатия, открывает впускной клапан и новая порция горючей смеси поступает в камеру сгорания.

Рис. 3.33. Схема котла с топкой пульсационного горения и горелкой самовозбуждающего типа Hydrotherm (США, ФРГ): 1 - уравнительная камера продуктов сгорания: 2 - подвод газа; 3 - воздушная камера; 4 - газовый и воздушный клапаны; 5 - камера вибрационного горения; 6 - емкость с подогреваемой водой; 7 - теплообменник; 8 - устройство слива конденсата

Пульсирующая подача продуктов сгорания через теплообменник интенсифицирует процесс теплоотдачи от потока к поверхностям нагрева.

Пуск горелки осуществляется с помощью воздушного стартового вспомогательного компрессора или небольшого вентилятора.

Котлы пульсационного горения Fulton (США) успешно эксплуатируются в С.-Петербурге с 1992 г. Результаты испытаний котлов фирмы «Фултон» типа PHW- 1000 тепловой мощностью 255 кВт, проведенные в С._Петербурге в целом подтвердили паспортные характеристики котлов. КПД котлов достигал 96 % (без учета потерь в окружающую среду) при a = 1,33, концентрация оксидов азота составляла 50-60 мг/м³.

Котлы типа PHW -1000 используют принцип пульсационного горения внутри прочного корпуса, что снижает до минимума тепловые напряжения в камере сгорания и соответственно концентрацию оксидов азота, повышает надежность и долговечность работы котлов. В зависимости от температуры обратной воды котлы могут быть конденсационными или «сухими». Конструкция котла фирмы «Фултон» типа PHW -1000 дана на рис. 3.34.

Процесс пульсирующего горения не требует горелки, а пропорции газ-воздух достигаются с помощью воздушного 6 и газового клапанов. Первоначальное воспламенение осуществляется электрической свечей 8, в дальнейшем она отключается, а пульсационное горение продолжается по самовозбуждающему принципу.

Повышенное давление закрывает клапан 6 и одновременно выталкивает горячие газы в трубчатые теплообменные поверхности 11 и далее в уравнительную звукопоглощающую камеру 1 и через патрубок 13 уходящие газы поступают в дымовую трубу.

Давление в камере сгорания 10 понижается, открываются впускные клапана 6, которые в соответствующей пропорции подают газовоздушную смесь. Эти фазы повторяются с частотой 30 с^-1.

Рис. 3.34. Котел пульсационного горения фирмы Фултон «PHW -1000» пульсационного горения: 1 - герметическая звукопоглощающая камера; 2 - теплоизоляция котла; 3 - несущий каркас из профилей; 4 - пульт управления; 5 - пусковой вентилятор; 6 - воздушный впускной клапан с тефлоновой мембраной; 7 - труба для подачи дутьевого воздуха; 8 - свеча зажигания; 9 - предохранительный клапан; 10 - камера сгорания; 11 - дымогарные трубки (теплообменные поверхности); 12 - внешний корпус котла (теплообменника); 13 - выход дымовых газов.

Пуск и регулировка работы котла осуществляется из пульта 4, оборудованного контроллером горения «Фултон-7865» со встроенным микропроцессором, управляющего всеми функциями работы котла (по данным технической документации фирмы-производителя Фултон, 1996 г.).

Фирма AUER Gianola выпускает котлы пульсационного горения для работы на природном газе и пропан-бутане типа «Пульсатор» (см. рис. 3. 35).

Рис. 3.35. Отопительный котел пульсационного типа «Пульсар» фирмы AUER Gianola

Температура уходящих газов может снижаться до 25 °С на выходе из котла. Для отвода дымовых газов можно использовать обычные вентиляционные трубы. В Россию поступают котлы трех моделей: Пульсатор 20i, тепловой мощностью 20 кВт; Пульсатор 32i, - 32 кВт; Пульсатор 40i - 40 кВт. КПД по низшей теплоте сгорания - 109 %.

Паровые безбарабанные котлы типа Гидроник Е 0,5-0,07 Г (М), паропризводительностью 500 кг/ч и Е 1,0-0,9 Г (М), паропроизводительностью 1,0 т/ч, для работы на газе, мазуте, дизтопливе, разработаны и выпускаются ООО «Теплоуниверсал». Котлы предназначены для получе­ния насыщенного пара с температурой до 180 °С и абсолютным давлением 0,9-1,2 МПа (котел Гидроник Е 1,0-0,9) и до 0,07 МПа (котел Гидроник Е 0,5-0,07), используемого для технологи­ческих и отопительных нужд.

Отличительной особенностью котла является моноблочность цельносварной трубной системы с последовательным располо­жением (по ходу газов) топки и конвективных поверхностей нагрева, отделенных друг от друга перегородками из мембранных панелей (см. рис. 3.36).

Радиационные и конвективные поверхности нагрева выполнены в виде секций прямоуголь­ной формы, состоящих из прямых и одинаковых по длине вертикальных труб Æ57мм и горизон­тальных труб от Æ76 до Æ108мм. При этом секции поверхностей нагрева собраны в цельносвар­ную коробку, установлены под углом 5° к горизонту.

Питательная вода подается в инжекторы верхнего собирающего коллектора, и направляется в нижний раздающий коллектор по двум рециркуляционным трубам. Из нижнего коллектора вода направляется в топочные радиационные и конвективные секции поверхностей нагрева котла, где осуществляется ее нагрев и испарение. Пароводяная смесь собирается в верхнем собирающем кол­лекторе, откуда по трубопроводу поступает в сепараторы пара, где и проходит окончательное разделение пароводяной смеси. Пар отводится из котла по пароотводящим трубам, а вода из ниж­них частей сепараторов опускными трубами поступает в наклонные секции поверхностей нагрева котла. Сепараторы соединены с уравнительным коллектором патрубками (два в паровом простран­стве и два в водяном), на патрубках устанавливаются водоуказательные стёкла.

воздушник

Рис. 3.36. Паровой безбарабанный котел типа Гидроник

производства ООО «Теплоуниверсал»

Преимущества безбарабанного котла типа Гидроник:

простота конструкции;

высокая степень унификации при производстве;

малое гидравлическое сопротивление (до 0,08 МПа);

малое сопротивление по газам и возможность работы на естественной тяге;

достаточные запасы надежности циркуляции;

допускает работу на вспениваемой воде при минимальном проценте продувки 3-5 %;

удобство компоновки с разными топочными устройствами;

высокий КПД - 94 % и выше (на газе);

возможность поочерёдной работы котла в водогрейном и паровом режимах.

Сравнительные показатели с аналогичным барабанным паровым котлов Е-1-9 ОАО «Бийскэнергомаш» следующие:

КПД на 5,6 % выше;

масса на 40 % меньше;

влажность пара –0,001 % (у котлов «Бийскэнергомаш» и других аналогичных котлов 0,5-3,0 %).

Вакуумные паровые котлы BOOSTER. Вакуумные водогрейные котлы BOOSTER работают на газовом и дизельном топливе с естественной циркуляцией. Вертикально-водотрубные, работающие в состоянии вакуума, они предназначены для систем отопления и ГВС. Вакуум создается с помощью вакуумного насоса. В котле вырабатывается пар. В вакуумном состоянии процесс парообразования происходит при 90 ºС. В котле отсутствует кислород, влияющий на котловую сталь, теплообменники изготовлены из нержавеющей стали. Номинальный срок службы котлов 25 лет.

Принцип работы: В котел при первом запуске после монтажа единственный раз заливается химически подготовленная вода. Нагреваясь вода образует пароводяная смесь, которая по подъемным экранным трубам поступает в сборную камеру прямоугольного сечения. Полученный отсепарированный пар поступает в паровой объём.

В паровом объёме установлены два теплообменника: один - для подогрева воды на отоплении, второй – для подогрева воды на ГВС. Тепло пара передается поверхностям нагрева теплообменников, образующийся при этом конденсат стекает в водный объём сборной камеры. Конденсат, смешиваясь с котловой водой, поступает по опускным экранным трубам в нижний коллектор. При этом нижний коллектор, подъёмные топочные трубы, верхний сборный коллектор, опускные экранные трубы образуют замкнутый контур естественной циркуляции.

Вакуум в котле создаётся вакуум-насосом в период пуска котла, откачкой парогазовой смеси из верхней сборной камеры. При номинальной тепловой мощности котла, величина вакуума 1,5 кПа (абс. давление 0,985 кГс/см²). При нагрузках ниже номинальной, величина вакуума увеличивается. Предельная величина вакуума 7,40 кПа (абс. давление 0,926 кГс/см²). При уменьшении вакуума менее 1,50 кПа или увеличении более 7,40 кПа срабатывает защита котла с прекращением подачи топлива в горелку.

Рис. 3.37. Вакуумный паровой котел BOOSTER

Топка котла прямоугольного сечения образована из цельнотянутых труб диаметром 60,3 мм. Боковые стенки топки экранированы двумя рядами труб – внутренним и наружным. Трубы внутреннего ряда являются подъёмными, внешнего служат опускными трубами для всего контура циркуляции, питающие подъёмные трубы всех стен топки.

Задний экран образован из одного ряда труб; фронтовой также имеет один ряд, состоящий из 6 труб – по три трубы по краям стены, образуя неэкранированную плоскость, закрытую термостойким бетоном для установки горелки. Смежные трубы каждого ряда соединены между собой уплотнительными прутками. Образованная таким образом конструкция является газоплотной.

Дымовые газы выходят из котла по газоходу, образованному пространством между внутренними и наружными рядами труб боковых экранов, для чего часть экранных труб разрежены (отсутствуют уплотнительные прутки). Газы на выходе из котла поступают в сборный газоход, из которого направляются в дымовую трубу.

Котлы работают под наддувом, создаваемым напором вентилятора. Горелочное устройство установлено на фронтовой стенке котла. Контроллер горелки производства LANDIS & GYR.

Топливная система котла на дизельном топливе состоит из топливного насоса, клапана перепускного, топливного фильтра, двух электромагнитных клапанов и топливо провода. Топливная система котла на газе полностью укомплектована оборудованием европейских производителей (электромагнитные клапана, регуляторы и датчики давления газа и т.д.) DUNGS, HONEYWELL, LANDIS & GYR.

Достоинства вакуумных котлов BOOSTER по сравнению с традиционными:

внутрикотловая вода не сообщается с водой контуров отопления и ГВС, то есть отсутствует опасность заноса вредных примесей;

в котле отсутствует кислород и другие растворенные газы, что также способствует долгой эффективной эксплуатации котла;

из-за наличия вакуума исключена возможность взрыва котла при нарушении герметичности поверхностей теплообмена;

удельный теплосъём (кВт/ м²) более чем в два раза выше;

продолжительность пуска из холодного состояния до достижения номинальных параметров не более 6 минут;

объём воды в котле на порядок ниже;

отсутствие питательных устройств на котле, так как вода циркулирует по внутреннему замкнутому контуру;

нет особых требований к воде, системе отопления и горячего водоснабжения.

Фирмой Heimax Hermann Heim (Германия) выпускаются ОК с оребренными трубчатыми поверхностями нагрева, футеровка топочной камеры выполнена из стекловолокнистых материалов, главной особенностью котлов является топочная камера с изменяющийся объемом, что позволяет при снижении тепловой нагрузки сохранять оптимальными отношения между длиной топки и факела.

Обобщение. Основой высоких экономических показателей работы отопительных и промышленных котлов, производимые в США и Западной Европе являются: высокое качество исполнения и материалов (поверхности нагрева, теплоизоляция); культура производства; широкое внедрение надежной микропроцессорной техники, обеспечивающей полный контроль за работой котла и системы в целом; принципиально новым направлением в технологии сжигания топлива следует признать котлы пульсационного горения, безбарабанные паровые котлы, вакуумные паровые котлы.

Вопросы для самопроверки