Меню

Котел с поперечными трубами

Водотрубный котёл: конструкции и принцип работы

Главная страница » Водотрубный котёл: конструкции и принцип работы

Водотрубный котёл – разновидность котельного оборудования, характерная применением технологии нагрева воды с проходом внутри металлических труб, в то время как внешняя сторона труб нагревается продуктами сгорания топлива. Таким технологическим признаком конструкции водотрубных котлов отличаются от жаротрубных (дымогарных) проектных вариантов, где принцип нагрева построен прямо противоположно — горячий газ проходит сквозь трубы, погруженные в воду.

Водотрубный котёл общая характеристика

Преимущественные стороны водотрубного котла очевидны. По этой причине подобные типы котлов чаще других используются на тепловых электростанциях большой мощности.

Конструкция оборудования позволяет увеличить поверхность нагрева за счет использования большего количества водопроводных труб.

Конвекционный поток таких систем способствует ускорению движения воды в большей степени, чем этот эффект проявляется у жаротрубных сооружений.

Соответственно, коэффициент передачи тепла водотрубных котлов более высокий, что сопровождается не менее высоким значением эффективности этого вида котельного оборудования.

Исполнение конструкции позволяет плавно наращивать давление внутри водотрубного котла до значений, равных 150-160 кг/см 2 .

Выход пара на подобных сооружениях может достигать 500 кг/с. При этом доступно получить верхнюю границу температуры пара на выходе из водотрубного котла, равную 550ºС.

Классическое исполнение парового оборудования, работающего по принципу термосифона. Подобные системы часто встречаются в составе проектов котельных разного назначения

По габаритным размерам водотрубные котлы успешно конкурируют с дымогарным (жаротрубным) оборудованием.

Небольшие по габаритам водотрубные паровые котлы традиционно собраны как единое целое оборудование, помещённое внутрь прочного корпуса.

Но крупные котельные установки обычно изготавливаются секционными модулями, которые собираются в единый модуль непосредственно на месте установки системы.

Водотрубный паровой котёл – принцип работы

Упрощённым технологическим действием можно охарактеризовать принцип работы водотрубного котла. Для большей наглядности процесса логично составить общую схему оборудования этого типа.

Схема содержит всего две основных детали:

  1. Верхний сосуд, именуемый паровым барабаном.
  2. Нижний сосуд, именуемый грязевым барабаном.

Оба сосуда — верхний и нижний, соединяются через две трубы.

Большая часть водотрубных паровых котлов работают по принципу естественной циркуляции воды (эффект термосифона). Картинка ниже помогает объяснить принцип действия:

Схема принципа термосифона: 1 — лучистая энергия; 2 — вход питательной воды; 3 — сливной стакан; 4 — нижний барабан; 5 — труба подъёма; 6 — верхний барабан; 7 — выбор пара

Холодная питательная вода вводится внутрь паровой ёмкости ( 2 ), разделённой перегородкой. Поскольку холодная жидкость имеет высокую плотность по отношению к нагретой жидкости, питательная вода опускается через «сливной стакан» ( 3 ) в область нижнего («грязевого») сосуда ( 4 ).

Этим холодным потоком, более теплая вода с меньшей плотностью, вытесняется в область фронтальных (передних) труб ( 5 ) водотрубного котла.

За счёт нагрева в передних трубах образуются пузырьки пара. Пузырьковая масса естественным образом отделяется от воды и скапливаются под сводом верхнего сосуда ( 6 ).

Между тем, по мере увеличения давления внутри водотрубного котла, разница плотности воды и насыщенного пара снижается. Следовательно, уменьшается скорость циркуляции.

Поэтому для поддержания стабильного уровня выхода пара, при условии более высоких расчетных давлений, расстояние между нижним и верхним сосудами увеличивают. Либо в схему вводятся средства принудительной циркуляции (циркуляционный насос).

Секции водотрубных котлов

Энергия источника тепла для конструкций водотрубных котлов может извлекаться как радиант, конвекция, кондукция. Один из распространённых применяемых источников энергии — печь (лучистая секция).

Схема лучистой секции: 1 — открытое пламя; 2 — тепловой поток; 3 — трубы с водой металлические; 4 — изоляционный материал; 5 — элементы оребрения

Читайте также:  Труба d50х3000 мм цвет хром

Конструктивно такой источник видится модулем, где генерируется пламя горелки или нескольких горелок. При этом пламя непосредственно не контактирует с трубами водотрубного котла, так как прямой контакт грозит серьезной эрозией и повреждением трубного металла.

Стены лучистой секции, как правило, обвешены оребрёнными трубами — мембранными панелями. Эти мембранные панели предназначены для поглощения лучистого тепла, исходящего от пламени горелки.

Предназначение конвекционной секции – поглощение водой тепла горячих газов путем поточного проведения и эффекта конвекции. Большие по размерам котлы могут иметь несколько трубных модулей (подвесок), включенных последовательно.

Таким способом извлекают максимум энергии горячих газов. Согласно расчётам, эффективность использования тепла горелок (печей) достигает 90% в большинстве случаев применения.

Альтернативные схемы водотрубных котлов

Базовым элементом любой рассматриваемой конструкции бойлера считается барабан продольного размещения, действующий по принципу термосифона.

Схема с продольно размещённым барабаном

Типичные значения мощности для котлов с продольно размещённым барабаном составляют 2250 — 36000 кг/ч.

Схема продольного размещения: 1 — область пара; 2 — область воды; 3 — выбор пара; 4 — вход питательной воды; 5, 6 — путь хода лучистой энергии; 7 — коллектор трубный

Холодная питательная вода подается в барабан ( 4 ), размещённый в продольном направлении относительно источника тепла. Более холодная вода собирается в нижней области ( 7 ) циркуляционного трубного коллектора, расположенного под наклоном.

По мере того, как температура воды в трубах коллектора увеличивается за счёт нагрева от источника тепла, плотность жидкости уменьшается. Уменьшение плотности приводит к эффекту циркуляции.

Парожидкостная смесь устремляется к верхней части коллектора и далее поступает в барабан с противоположной стороны( 2 ). Внутри барабана пузырьки пара отделяются от воды и собираются под сводом сосуда ( 1 ), откуда пар выбирается через задвижку ( 3 ).

Водотрубный котёл с барабаном поперёк

Конструкция с поперечным (перекрёстным) барабаном напоминает вариант продольной установки сосуда. Здесь также характерной чертой является размещение барабана, который установлен уже поперечно к источнику тепла. Диапазон мощностей для котлов с поперечным барабаном: 700 — 240000 кг/ч.

Схема с поперечным размещением: 1, 2 — путь лучистой энергии; 3 — источник нагрева; 4 — барабан; 5 — выбор пара; 6 — вход для питательной воды; 7 — коллектор трубный наклонный

Так называемый перекрестный барабан работает по тому же принципу, что и продольный барабан, за некоторым исключением. При такой схеме достигается более равномерная температура внутри области сосуда.

Однако имеется и высокий риск повреждения по причине нарушения циркуляции в условиях высоких нагрузок при производстве пара. Если верхние трубы остаются без жидкости, есть высокая вероятность их деформации и разрушения.

Энергетический котёл Стирлинга

Ещё одной разработкой водотрубного котла является энергетический котёл, использующий принцип Стирлинга.

Фактически здесь пять же действует принцип зависимости температуры и плотности воды. Правда, конструкция содержит четыре барабана, устроенных по следующей схеме.

Схема котла Стирлинга: 1 — верхние пароводяные ёмкости; 2 — нижний водяной сосуд; 3 — выбор пара; 4 — вход питательной воды; 5, 6 — путь лучистой энергии; 7 — трубный коллектор

Холодная питательная вода поступает в правый верхний барабан ( 4 ). За счёт большей плотности, питательная вода стекает в нижний барабан ( 2 ). Связь нижнего барабана и трёх верхних сосудов образована соединительными трубами.

Нагреваясь в нижнем сосуде и соединительных трубах, вода частично кипит с образованием пузырьков пара. Жидкостно-паровая смесь поднимаются по трубам к верхним сосудам ( 1 ), где происходит полное разделение жидкости и пара.

Читайте также:  Чем обрезать нержавейку трубу

Водотрубный котёл Стирлинга позволяет использовать большую площадь поверхности теплообмена. Оборудование также отличается высокой способностью образования естественной циркуляции воды в процессе действия.

Преимущества и недостатки водотрубных конструкций

Из преимуществ можно отметить относительно небольшую потребность по массе питательной воды. Поэтому водотрубным котлам присущи свойства быстрой реакции на изменение нагрузки и ввода тепла.

Конструкции могут содержать множество горелок, установленных на любой стороне, что открывает варианты для организации горизонтального или вертикального обжига. Также контроль температуры допустимо организовать в различных частях системы.

Схема котла с перегревом пара: 1 — источник лучистой энергии; 2 — циркуляционный насос; 3 — сосуд; 4 — вход питательной воды; 5 — экономайзер; 6 — перегреватель; 7 — выход пара; 8 — испаритель

Организация температурного контроля особенно важна, когда водотрубный котёл имеет встроенную систему перегрева пара. В этом случае появляется необходимость контролировать температуру перегретого пара с высокой точностью по времени.

По недостаткам рассмотренных котлов отмечаются сложности их изготовления в компактном виде. Возможность использования нескольких горелок в котле обеспечивает гибкость регулировки нагрева. Однако массовое применение горелок требует сложных систем управления.

Жаротрубные и водотрубные котлы — отличительные особенности

Источник

Выбираем простой твердотопливный котел

При выборе твердотопливного котла для дома мы сталкиваемся в первую очередь с вопросом: «Как сэкономить, но приобрести достаточно надежную и удобную вещь?»

  • Можно ли экономить максимально, и купить котел для дров и угля буквально за 200 у.е.?
  • Или лучше вложить денег побольше и приобрести за 30000 руб. (400 у.е.).?

Но можно легко купить котел дороже в 2 – 4 раза (600 – 1000 у.е.), и более, — стоит ли переплачивать?

Предельно дешевые котлы – в чем отличие

Дешевый твердотопливный котел закрывает нишу «Установить побыстрее и как можно дешевле, возможно – временно…». Здесь нужно рассчитывать на следующее.

  • Тонкий металл – 2-2,5 мм, (к сравнению, у «нормального котла» — 4 – 5 мм), что обуславливает самый короткий срок службы до прогорания этого устройства, с образованием дыры, что, впрочем, может и устранятся путем наваривания латок.
  • Металл дешевый, не относящийся к жаропрочным, — также ускоренное прогорание.
  • Маленькие размеры, маленькая топка, поэтому малое количество топлива, быстро сгорающего, длительность горения на одной загрузке самая небольшая – не более 3 часов на дровах, и до 6 часов на угле, поэтому у котла нужно дежурить.
  • Дверки плохо уплотнены, разбалтываются на тонких петлях, имеются подсосы воздуха, выброс газов в помещение.
  • КПД маленький, теплообменник не обеспечивает снижение температуры газов достаточно, поэтому 10 – 20% топлива дополнительно будет греть космическое пространство, не смотря на то, что там «заявил производитель».

Такие котлы обычно делаются на почти кустарных производствах, производители известные их не создают.

Маленькие недорогие твердотопливные котлы

Такие котлы за 300 — 400 у.е. встречаются в линейках известных производителей. Их отличие от предыдущей серии, – более качественный металл и его толщина 3 мм или даже 4 мм. Отсюда и долговечность. Плюс, скорее всего, дверки будут уплотнены и установлены надежно.

В остальном же, это все тот же маленький, быстро тухнущий, и с небольшим КПД котел. Но уже по цене, которая не относится к «поставить времянку». Такие котлы неплохо подходят для небольших дач, которые отапливают редко на уикенд…

Читайте также:  Делать трубу для крыши

Котлы с тремя дверками

Более дорогой сегмент твердотопливных котлов, по цене не менее 500 у.е., относящийся к классу «котел эконом, но для отопления дома». Они имеют большую камеру сгорания, металл 4 мм. Дополнительную верхнюю дверку, за которой скрывается большой теплообменник, обеспечивающий уже адекватный КПД и понижение температуры исходящих газов до разумных пределов.

Но у котла нет автоматики регулировки температуры. Точнее, — имеется возможность установки термостата, который цепочкой будет приподнимать заслонку поддувала, и таким образом поддерживать заданную на этом термостате температуру, путем регулировки подачи воздуха снизу.

Такие агрегаты широко распространены и являются «рабочими лошадками домашнего отопления».

  • В этой группе появляется возможность регулируемой подачи вторичного водздуха – для дожига СО поверх топлива. Это обеспечивает нормальное тление большой закладки топлива в котлах большой мощности, значительно повышая комфорт пользования и КПД.

Твердотопливные котлы с автоматикой

Следующая группа котлов похожа на предыдущую, но уже оборудована турбиной, подающей воздух в камеру сгорания.

  • Подача воздуха и работа циркуляционного насоса, управляются процессором, которым можно задать требуемую температуру и котел ее будет поддерживать более строго.

Но здесь наличие шумящего электрооборудования делает невозможным установку в жилом помещении.

Котлы скорее будут с толщиной стали 5 мм (или с чугунным теплообменником), а также с соответствующим приличным качеством всего остального и с максимально большой загрузочной камерой.

Такие аппараты остаются рекомендацией №1 для обустройства стационарного долговременного отопления дома, но только при установке в отдельном помещении. Препятствием распространению остается высокая цена от 800 – 1000 у.е.

Пиролизные длительного горения.

Котлы, в которые можно загрузить сразу слишком много дров, для продолжительного тления, и дожига образовавшихся газов, себя не оправдали. При большой цене пиролизные котлы они имеют и другие значительные недостатки, – засмаливание оборудования, возможность применять только определенную не смолистую древесину (! хвойные, березу), нельзя топить сырыми дровами (!) перерасход энергии, и др.

Котлы с бункером

Шнековые бункеры, позволяют топить пеллетами, при этом бункер может засыпаться пеллетами раз в 5 – 7 дней. Дорогое оборудование (2000 у.е.) и недешевое топливо. Применение угля здесь на практике не слишком оправдывается, так как необходимо все равно каждые сутки подходить к котлу и выбирать угольную золу, выносить ее и утилизировать. К тому же и уголь нужен строго размерный, без породы, более дорогой… Такие котлы до сих пор являются редким выбором, — только для дорогого отопления в недешевых домах…

Специализированные котлы под уголь и под дрова

Если известно, чем точно придется топить, то и котел нужно обязательно подбирать под выбранное топливо, максимально оптимизированный.

  • Угольные котлы имеют меньшую камеру сгорания, но с подвижными колосниками для протряхивания золы, с более толстым жаропрочным металлом.
  • Дровяные – с максимально большой глубокой камерой, в которую можно нагрузить поленницу…

Угольные специализированные могут быть и с верхним бункером, с которого самотеком топливо поступает в камеру сгорания. Такие модели удобней…

Сталь или чугун

Потребительские качества и у стальных и у чугунных котлов одинаковые.

  • Но чугун может лопнуть, если в котел попадет холодная вода, что бывает…
  • Но чугун долговечнее.

Специалисты рекомендуют не задумываться над этим выбором, и брать стальной-качественный, если не гарантируется отсутствие заливки холодной воды или недопущение критического перегрева…

Источник

Adblock
detector