Водогрійні котли

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Вступ

1. Загальна характеристика водогрійних котлів

2. Водогрійні котли малої потужності

3. Робота котла з циркулюючим киплячим шаром

4. Використання сонячної енергії для теплопостачання

Висновок

Література

Вступ

Розвиток та удосконалення пристроїв для нагріву води нерозривно пов'язані з досягненнями людства в області науки й техніки: від найпростіших керамічних і металевих посудин до складних пристроїв з композитних матеріалів, оснащених комп'ютеризованими системами контролю та управління.

Загальне спрощене поняття «водогрійний котел», тобто посудина, пристосована для підігріву води, сягає далекого минулого людства.

Визначення водогрійного котла як пристрою для нагріву води під тиском виникло з появою необхідності розділити місце приготування гарячої води й місце її використання для побутових, господарських та інших потреб.

котел водогрійний теплопостачання

1. Загальна характеристика водогрійних котлів

Водогрійний котел - це пристрій, що має топку, котра обігрівається продуктами згорання спалюваного в ній палива, і призначений для отримання гарячої води з тиском вище атмосферного для використання її поза котлом. Котли можна класифікувати за тепловою потужністю, взаємним розташуванням гріючого середовища й того, що нагрівається; типом циркуляції теплоносія, типом тяги в газоповітряному тракті й видом спалюваного органічного палива.

За тепловою потужністю водогрійні котли поділяються на котли:

* малої потужності (до 400 кВт з температурою води до 115°С);

* середньої потужності (до 10 МВт з тиском води до 2,2 МПа і температурою води до 150°С);

* великої потужності (10-210 МВт з тиском води 2,5 МПа і температурою води до 150°С).

Створення і вдосконалення водогрійних котлів розвивалися відповідно до вимог, що висуваються до них, щодо економічності, надійності, екологічної безпеки, комфортності та доступності в управлінні, а також за видами палива, що використовується. Це зумовило різномаїття наукових та інженерних рішень, закладених у їх конструкції.

Простий циліндричний котел перетворений в жаротрубний і батарейний котли, а потім в котел з жаровими, димогарними трубами і далі у водотрубний. Циліндричний котел становив собою клепаний сталевий барабан, в якого обігрівалась газами майже вся зовнішня поверхня. Розвиток циліндричного котла йшов по лінії збільшення поверхні нагріву при одночасному зменшенні водяного об'єму. Збільшення поверхні нагріву здійснювалося за рахунок розвитку як внутрішніх, так і зовнішніх теплообмінних поверхонь. У першому випадку прийшли до конструкції котлів з жаровими і димогарними трубами, а в другому - до котлів батарейних і водотрубних. У котлів з жаровими і димогарними трубами вода омиває труби зовні, а у котлів батарейних і водотрубних - зсередини.

Водогрійні котли малої потужності призначені для забезпечення індивідуального опалювання і гарячого водопостачання квартир і котеджів, котли середньої потужності в основному використовуються для опалювання в об'єктах комунального господарства, а великої потужності - для організації централізованого теплопостачання міст і великих житлових масивів. В основному вони встановлюються в потужних котельних і теплоелектроцентралях. Удосконалення водогрійних котлів малої потужності йде шляхом розвитку як водотрубних, так і газотрубних котлів. При цьому вдосконалення конструкцій досягається за рахунок застосування більш ефективних і досконалих теплообмінних поверхонь, пальникових пристроїв, практично повної автоматизації процесів регулювання і управління.

За взаємним розташуванням гріючого середовища і того, що нагрівається, водогрійні котли поділяються на газотрубні, водотрубні й контактного типу.

У газотрубному котлі продукти згорання палива проходять всередині труб поверхонь нагріву, а вода - зовні труб. Розрізняють жаротрубні, димогарні й комбіновані газотрубні котли, тобто котли з жаровою трубою і димогарними трубками. У жаровій трубі паливо спалюється і основний теплообмін відбувається за рахунок випромінювання, а в димогарних трубах теплопередача здійснюється за рахунок конвективного теплообміну.

У водотрубному котлі вода рухається усередині труб поверхонь нагріву, а продукти згорання палива - зовні труб. За розташуванням труб розрізняють горизонтально-водотрубні і вертикально-водотрубні котли, як різновид зустрічається і похиле розташування труб.

У контактному котлі є безпосередній контакт між продуктами згорання палива й водою.

За типом циркуляції теплоносія водогрійні котли поділяються на котли з природною, примусовою і комбінованою циркуляцією.

У котлах з природною циркуляцією вода циркулює за рахунок різниць її густини, для забезпечення примусової циркуляції використовуються циркуляційні насоси, а котли з комбінованою циркуляцією мають контури з природною і примусовою циркуляцією води.

За типом тяги в газоповітряному тракті водогрійні котли поділяються на котли з природною, урівноваженою тягою та наддувом.

При природній тязі опір газового тракту долається за рахунок різниці густини атмосферного повітря і газів в димарі. У котлах з урівноваженою тягою рух продуктів згорання по газоповітряному тракту примусовий і здійснюється за рахунок спільної роботи димососа і дуттьового вентилятора. У котлах з наддувом опір газового тракту долається роботою тільки дуттьового вентилятора.

За видом спалюваного органічного палива водогрійні котли поділяються на котли, що спалюють тверде, рідке, газоподібне паливо, а також побутові відходи, дрова, біомасу.

Мал. 1 Водогрійний котел АВ-2: 1 - барабан; 2 - жарова труба (перший газохід); 3 - димогарні труби другого газоходу (124 шт.); 4 - димогарні труби третього газоходу (115 шт.); 5 - пальниковий пристрій

Застосовуються також водогрійні котлиутилізатори і електричні водогрійні котли. У водогрійному котлі-утилізаторі використовується теплота відхідних гарячих газів технологічного процесу або двигунів, в електричному водогрійному котлі - електрична енергія.

2. Водогрійні коли малої потужності

Сучасні водогрійні котли малої потужності для індивідуального теплопостачання квартир і котеджів в основному виконуються водотрубними, працюючими за принципом проточних або ємнісних водонагрівачів. Такі котли виконуються як з природною, так і з примусовою циркуляцією і герметичною камерою згорання. Часто вони оснащуються вбудованими насосами для забезпечення примусової циркуляції теплоносія, а також вбудованими теплообмінниками для покриття потреби в гарячому водопостачанні.

Переважна більшість їх повністю автоматизована із застосуванням засобів мікропроцесорної техніки. Як паливо в цих котлах частіше за все використовується природний газ.

За способом установки в приміщеннях водогрійні котли малої потужності для індивідуального теплопостачання виконуються навісними і наземними. На малюнку 2 представлена конструкція наземного водогрійного котла потужністю 88 кВт, призначеного для опалювання будівель сумарною площею до 1000 м2. Це чавунний котел, призначений для роботи на природному газі, оснащений двоступеневим пальником з попереднім змішуванням горючої суміші, що забезпечує знижене утворення оксидів азоту. Коефіциєнт корисної дії котла складає 93,5%.

Теплообмінник котла виконаний з евтектичного чавуну, його поверхні оптимально працюють в лінії зворотної сітьової води до 40°С з можливістю повного охолодження. Топка виконана з охолоджуваними бічними і задніми стінками.

Мал. 2 Наземний водогрійний котел потужністю 88 кВт: 1 - двоступінчатий пальник з попереднім змішуванням горючої суміші; 2 - запальний трансформатор; 3 - запальний електрод; 4 - запальник; 5 - датчик іонізації; 6 - патрубок підведення газу; 7 - висувний газовий блок; 8 - клапан-регулятор 2 ступенів з реле мінімального тиску; 9 - теплообмінник; 10 - панель управління; 11 - тягопереривач; 12 - патрубок димових газів; 13 - подавальна труба системи опалення; 14 - верхня ізоляція димових газів; 15 - зворотна труба системи опалення зі зливним отвором; 16 - ізоляція теплообмінника, топки та тягопереривача; 17 - задня ізоляція

Котел оснащений електронною панеллю управління з діалоговою системою регулювання, що забезпечує численні експлуатаційні можливості системи опалювання і гарячого водопостачання. Основним елементом цих котлів є поверхня нагріву, яка з одного боку обігрівається продуктами згорання палива, а з іншого - охолоджується водою.

Широке застосування в котельних отримали чавунні секційні котли шатрового типу з нижньою топкою.

Останніми роками все більше застосування одержують сталеві водогрійні котли. Їх перевага полягає в тому, що вони більш надійні в роботі, ремонтах, а недоліком є схильність до корозії.

Для опалювання і гарячого водопостачання житлових і промислових будівель і приміщень в даний час застосовуються навісні газові котли, що випускаються як в Україні, так і за рубежем. Ці котли особливо широко застосовуються в повністю автоматизованих так званих «дахових котельних» і виготовляються у вигляді окремих модулів потужністю від 9 до 120 кВт, а необхідна теплова потужність забезпечується за рахунок установки необхідної кількості модулів. Навісні газові котли повністю автоматизовані, мають високий ККД і оснащені всіма необхідними видами захисту.

3. Робота котла з циркулюючим киплячим шаром

Перспективи розвитку теплової енергетики України пов'язані з використанням вугілля, яке є основним місцевим енергоносієм органічного походження. Сьогодні твердопаливна енергетика знаходиться у скрутному становищі, що зумовлено, з одного боку, недостатнім видобутком та високою зольністю енергетичного вугілля, з іншої - фізичним зношуванням та моральною застарілістю генеруючого обладнання. Котлоагрегати теплових електростанцій (ТЕС), побудовані переважно у 60 - 70-і роки двадцятого сторіччя за технологією пиловидного спалювання з рідкими золовидаленням, здатні працювати на вугіллі з підвищеною зольністю лише за умови його спалювання з додаванням природного газу або мазуту, частка яких зростає при збільшенні зольності твердого палива. Крім того, вони не відповідають сучасним екологічним нормам (відсутні системи сірко- та азотоочищення). Тому актуальне питання про реконструкції котлоагрегатів, які вичерпали свій ресурс, з використанням сучасних високоефективних і екологічно чистих методів термічної переробки енергетичного вугілля. До таких методів, у першу чергу, слід віднести технологію спалювання у циркулюючому киплячому шарі (ЦКШ).

Процес спалювання ЦКШ йде при відносно низьких температурах (850 - 900°С) і характеризується високими коефіцієнтами тепловіддачі, рівномірним розподілом температур у шарі, його термічною інерційністю та стабільністю. Крім того, можливе забезпечення жорстких екологічних вимог відносно викидів азоту та сірки без застосування громіздких та дорогих установок для очищення від шкідливих викидів. Особливістю технології спалювання палива у КШ та ЦКШ є організація процесу згоряння як у шарі, так і у над шаровому просторі з поверненням та багаторазовою циркуляцією паливних часток у реакційній зоні.

Сутність технології ЦКШ полягає у забезпеченні циркуляції дисперсного матеріалу, що складається на 97…99 % з золових часток, за замкнутим контуром: топка - сепаратор - тракт рециркуляції - топка. При цьому швидкість газів у топковій камері перевищує швидкість вітання для більшої частини фракцій дисперсного матеріалу. Це призводить до того, що на відміну від стаціонарного киплячого шару не існує чітко вираженої межі між киплячим шаром та над шаровим простором. Вся топка заповнена дисперсним матеріалом, концентрація якого без виражених стрибків змінюється від максимуму на повітрярозподільчій решітці до мінімуму у верхній частині топки. Така зміна пов'язана з внутритопковою циркуляцією твердої фази, що відіграє роль у вирівнюванні температурних градієнтів у межах топки. Безпосередньо на повітрярозподільчій решітці існує так званий щільний шар, що складається з найбільш великих часток. Він забезпечує рівномірний розподіл на решітці повертається , однак при цьому його висота, а відповідно і опір визначають більшу частину (70…80%) аеродинамічного опору топки.

Технологія ЦКШ забезпечує ефективну та стійку роботу котла на широкій гамі палива (Ар = 10…80 %; Wр = 0…60%; Qн = 3,8…29 МДж/кг; Vг = 3…90 %). Серед промислово випробуваних методів спалювання палива технологія ЦКШ дозволяє забезпечити найбільш глибоке придушення викидів NO_x та SO₂ в середині топки. Вміст NO_x у димових газах (приведений до б = 1,4) не перевищує 400 мг/мі, а ступінь зв'язування SO₂ складає 85…95 %.

4. Використання сонячної енергії для теплопостачання

Відновлювальна енергія ? це такий вид енергії, постачання якої здійснюється з постійних джерел, які, відповідно до людських уявлень, вважаються невичерпними. У якості регенеративних джерел енергії можуть розглядатися: енергія сонячного світла і тепла, вітру, сила води, припливів та відпливів, а також енергія земного тепла.

В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по надходженню сонячної радіації визначено питомі енергетичні показники з надходження сонячної енергії та розподіл енергетичного потенціалу сонячного випромінювання для кожної зони України.

На сьогодні найбільш актуальним в Україні є отримання теплової енергії для обігріву помешкань та гарячого водопостачання. Особливо це стосується приватних осель - як котеджів, так і багатоквартирних будинків.

Сучасні сонячні системи гарячого водопостачання здатні на 60-80% забезпечити потребу в гарячій воді на широті Києва, а в Криму - і на всі 100%. Використання таких геліосистем роблять вас енергетично незалежним від підвищення цін на газ і електроенергію.

Головна складова геліосистем для нагріву води - це сонячні колектори, які перетворюють енергію Сонця в тепло для вашої оселі. В колекторі відбувається нагрів спеціального теплообмінника, який протікаючи по нижньому змійовику бойлера віддає тепло воді, нагріваючи її для побутового використання, - в найпростішому випадку, - для забезпечення потреб в гарячій воді, в більш складних випадках - і для обігріву домівки і (або) підігріву води в басейні.

Мал. 3 1 - Сонячні промені; 2. Cонячний колектор; З. Датчик температури № 1; 4. Розширювальний бак; 5. Насосна станція; 6. Контролер; 7. Електронагрівач (ТЕН); 8. Датчик температури № 2; 9. Запірний клапан; 10. Вхідний отвір (холодна вода); 11. Вихідний отвір (гаряча вода); 12. Накопичувальний резервуар (бойлер) з одним/двома мідними теплообмінниками; 13. Основна система опалення на основі газового, електричного або твердопаливного котла

Плоскі колектори - найпоширеніший вид сонячних колекторів, що використовуються в побутових водонагрівальних і опалювальних системах. Зазвичай це - теплоізольована металева конструкція зі скляною або пластмасовою кришкою, в який поміщена пофарбована в чорний колір пластина абсорбера (поглинача). У плоских колекторах зазвичай використовується матове, що пропускає тільки світло, скло з низьким вмістом заліза (воно пропускає значно більше сонячного світла, що надходить на колектор).

Сонячне світло потрапляє на теплоприймаючу пластину, а завдяки склінню знижуються втрати тепла. Дно і бокові стінки колектора покривають теплоізоляційним матеріалом, що ще більше скорочує втрати тепла.

Сонячне світло проходить через скління і потрапляє на поглинаючу пластину, яка нагрівається, перетворюючи сонячну радіацію на теплову енергію. Це тепло передається теплоносію - рідині, що циркулює по трубках. Теплоносій поглинає тепло, накопичене колектором, і проходить через теплообмінник. Теплообмінник зазвичай встановлений у водяний бак (бойлер), в якому тепло передається воді.

Висновок

На даний час у котлобудівельному виробництві використовуються сучасні методи проектування і технології виготовлення котельних агрегатів різних потужності й призначення. Котли кращих світових виробників для промислової і комунальної енергетики мають вельми досконалі системи регулювання, у тому числі з програмним управлінням. Так, наприклад, системи «Bosch Thermotechnic» дозволяють управляти котлами залежно від погодних умов і програмувати температуру в приміщенні на декілька місяців вперед. Тільки це дозволяє економити до 20% газу за опалювальний сезон.

Література

1. Аналіз стану котельного господарства України з метою модернізації, продовження ресурсу чи заміни котлів малої і середньої потужності. І.Я. Сігал, Е.П. Домбровська, А.В. Смухіна та ін. /Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003. - №6. - С.76-79.

2. Використання технологій циркулюючого киплячого шару для спалювання відходів вуглезбагачення Ю.П.Корчевой, М.А. Борисов, О.Ю. Майстренко, М.В. Чернявський, А. Еспель, Ж. Наке /Энергетика и электрификация. - 2002. - № 1. - С.8-11.

3. Днепров Ю.В., Смирнов Д.Н., Файнштейн М.С. Монтаж котельных установок малой и средней мощности. - М.: Высш. школа, 1980. - 334 с.

4. Довідник показників якості, обсягу видобутку вугілля та випуску продуктів збагачення у 2004 р. - Луганськ: ТК-92 «Вугілля та продукти його перероблення», 2004. - 40 с.

5. Жовтюк Г.В., Золотко А.А., Коткин А.М. Прогрессивная техника и технология углеобогащения. - Киев: Техніка, 1988. - 128 с.

6. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 128 с.

7. Котлы водогрейные (http://www.ameta.ru/kot_water_t.php?id=34).

8. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты А.П. Воинов, В.А. Зайцев, Л.Н. Куперман, Л.Н. Сидельковский; Под ред. Л.Н.Сидельковского. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 272 с.

9. Тарасюк В.М. Эксплуатация котлов. - Киев: Основа, 1999. - 282 с.

10. ТеплотехнікаБ.Х. Драганов, А.А. Долінський, А.В. Міщенко, Є.М. Письменний; За ред. Б.Х.Драганова. - К.: ТОВ «Астра Пол», 2005. - 503 с.

Размещено на Allbest.ru