Учебное пособие оператора газовой котельной. Котельные установки

Введение

Общие сведения и понятие о котельных установках

1 Классификация котельных установок

Виды отопительных котлов для теплоснабжения зданий

1 Газовые котлы

2 Электрические котлы

3 Твердотопливные котлы

Типы котлов для теплоснабжения зданий

1 Газотрубные котлы

2 Водотрубные котлы

Заключение

Список литературы

Введение

Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.

Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном - снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение - снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.

Моей целью является ознакомиться с общими сведениями и понятием о котельных установках, какие котлы применяют для теплоснабжения зданий.

1. Общие сведения и понятия о котельных установках

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы котельной установки - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства.

Котел - теплообменное устройство, в котором тепло от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают тепло воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от того, для какой цели используется тепловая энергия, котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные сооружаются на промышленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные предназначаются для тех же целей, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона. Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора. Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной. Котельные средней и большой мощности - 3,5 МВт и выше - отличаются сложностью оборудования и составом служебно-бытовых помещений. Объемно-планировочные решения этих котельных должны удовлетворять требованиям Санитарных норм проектирования промышленных предприятий.

1.1 Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115°С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплом одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплом группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

2. Виды отопительных котлов

.1 Газовые котлы

Если к участку подведен магистральный газ, то, в подавляющем большинстве случаев, оптимальным является отопление дома с использованием газового котла, так как более дешевого топлива не найдешь. Существует множество производителей и моделей газовых котлов. Для того чтобы было проще разобраться в этом разнообразии, разделим все газовые котлы на две группы: напольные котлы и настенные. Настенные и напольные котлы имеют разную конструкцию и комплектацию.

Напольный котел - вещь традиционная, консервативная и не претерпевшая серьезных изменений за многие десятилетия. Теплообменник напольных котлов обычно изготавливают из чугуна или стали. Существуют разные мнения о том, какой материал лучше. С одной стороны чугун меньше подвержен коррозии, чугунный теплообменник изготавливают обычно более толстым, что может положительно сказаться на сроке его службы. В то же время у чугунного теплообменника есть и недостатки. Он более хрупкий, а, следовательно, есть риск образование микротрещин при транспортировке и погрузке-выгрузке. Кроме того, в процессе эксплуатации чугунных котлов при использовании жесткой воды, в следствии конструктивных особенностей чугунных теплообменников, и свойств самого чугуна, со временем происходит их разрушение в результате локальных перегревов. Если говорить о стальных котлах, то они легче, не очень боятся ударов при транспортировке. В тоже время, при неправильной эксплуатации, стальной теплообменник может корродировать. Но, создать нормальные условия эксплуатации стального котла не очень сложно. Важно, чтобы температура в котле не падала ниже температуры "точки росы". Хороший проектировщик всегда сможет создать систему, при которой срок службы котла будет максимален. В свою очередь, все напольные газовые котлы можно разделить на две основные группы: с атмосферными и с наддувными (иногда их называют сменными, вентиляторными, навесными) горелками. Первые - проще, дешевле и при этом работают тише. Котлы с наддувными горелками имеют больший КПД и стоят заметно дороже (с учетом стоимости горелки). Котлы для работы с наддувными горелками имеют возможность установки горелок работающих или на газе, или на жидком топливе. Мощность напольных газовых котлов с атмосферной горелкой, в большинстве случаев, колеблется от 10 до 80 кВт (но есть фирмы производящие и более мощные котлы этого типа), в то время как модели со сменными надувными

горелками могут достигать мощности в несколько тысяч кВт. В наших условиях очень важен еще один параметр газового котла - зависимость его автоматики от электроэнергии. Ведь в нашей стране нередки случаи возникновения проблем с электричеством - где-то оно подается с перебоями, а в отдельных местах отсутствует совсем. Большинство современных газовых котлов с атмосферными горелками работают независимо от наличия электропитания. Что касается импортных котлов, то понятно, что подобные проблемы в западных странах отсутствуют, и часто возникает вопрос, а существуют ли хорошие импортные газовые котлы, работающие автономно от электроэнергии? Да существуют. Такая автономность может быть достигнута двумя способами. Первый - максимально упростить систему управления котлом и за счет практически полного отсутствия автоматики добиться независимости от электричества (это относится и к отечественным котлам). В таком случае котел может поддерживать только заданную температуру теплоносителя, и не будет ориентироваться на температуру воздуха в вашем помещении. Второй способ, более прогрессивный - с использованием теплогенератора, который из тепла вырабатывает электричество необходимое для работы автоматики котла. Эти котлы можно использовать с выносными комнатными термостатами, которые будут управлять котлом, и поддерживать заданную вами температуру в помещении.

Газовые котлы могут быть одноступенчатыми (работают только на одном уровне мощности) и двухступенчатыми (2 уровня мощности), а также с модуляцией (плавным регулированием) мощности, так как полная мощность котла требуется примерно 15-20% отопительного сезона, а 80-85% времени она является излишней, то понятно, что экономичнее использовать котел с двумя уровнями мощности или модуляцией мощности. Основными плюсами двухступенчатого котла являются: увеличение срока эксплуатации котла, за счет снижение частоты включений/выключений горелки, работа на 1-ой ступени с пониженной мощностью и снижение количества включений/выключений горелки позволяет экономить газ, а, следовательно, и деньги.

Настенные котлы появились относительно недавно, но даже за этот относительно небольшой временной промежуток завоевали массу сторонников во всем мире. Одно из наиболее точных и емких определений этих устройств - "мини котельная". Этот термин появился не случайно, ведь в небольшом корпусе находится не только горелка, теплообменник и устройство управления, но и, в большинстве моделей, один или два циркуляционных насоса, расширительный бак, система, обеспечивающая безопасную работу котла, манометр, термометр, и многие другие элементы, без которых не обходится работа нормальной котельной. При том, что в настенных котлах воплотились в жизнь самые передовые технические разработки в области отопления стоимость "настенников" часто в 1,5-2 раза ниже, чем у их напольных собратьев. Другое существенное преимущество - простота монтажа. Нередко покупатели считают, что удобство монтажа это достоинство, которое должно волновать только монтажников. Это не совсем так, ведь сумма, которую придется заплатить реальному потребителю за установку настенного котла или за монтаж котельной, где отдельно устанавливаются котел, бойлер, насосы, расширительный бак и многое другое, отличается очень существенно. Компактность и возможность вписать настенный котел практически в любой интерьер - еще один плюс этого класса котлов.

При том, что в настенных котлах воплотились в жизнь самые передовые технические разработки в области отопления стоимость "настенников" часто в 1,5-2 раза ниже, чем у их напольных собратьев. Другое существенное преимущество - простота монтажа. Нередко покупатели считают, что удобство монтажа это достоинство, которое должно волновать только монтажников. Это не совсем так, ведь сумма, которую придется заплатить реальному потребителю за установку настенного котла или за монтаж котельной, где отдельно устанавливаются котел, бойлер, насосы, расширительный бак и многое другое, отличается очень существенно. Компактность и возможность вписать настенный котел практически в любой интерьер - еще один плюс этого класса котлов.

По способу удаления отходящих газов все газовые котлы можно разделить на модели с естественной тягой (удаление отходящих газов происходит за счет тяги, создаваемой в дымоходе) и с принудительной тягой (с помощью встроенного в котел вентилятора). Большинство фирм, производящих настенные газовые котлы, выпускают модели, как с естественной тягой, так и с принудительной. Котлы с естественной тягой многим хорошо знакомы и дымоход над крышей никого не удивляет. Котлы же с принудительной тягой появились совсем недавно и имеют массу преимуществ при монтаже и эксплуатации. Как уже упоминалось выше, удаление отходящих газов из этих котлов происходит с помощью встроенного в них вентилятора. Такие модели идеальны для помещений без традиционного дымохода, так как продукты сгорания в этом случае выводятся через специальный коаксиальный дымоход, для которого достаточно сделать только отверстие в стене. Коаксиальный дымоход еще часто называют "труба в трубе". По внутренней трубе такого дымохода продукты сгорания выводятся на улицу с помощью вентилятора, а по внешней поступает воздух. Кроме того, эти котлы не сжигают кислород из помещения, не требуют дополнительного притока холодного воздуха в здание с улицы для поддержания процесса горения, позволяют снизить капиталовложения при установке, т.к. не нужно изготавливать дорогостоящий традиционный дымоход, вместо которого с успехом используется короткий и недорогой коаксиальный. Котлы с принудительной тягой используются и в случае, когда есть традиционный дымоход, но забор воздуха для горения из помещения нежелателен.

По типу розжига, настенные газовые котлы могут быть с электрическим или с пьезорозжигом. Котлы с электророзжигом экономичнее, так как отсутствует запальник с постоянно горящим пламенем. Благодаря отсутствию постоянно горящего фитилька, использование котлов с электророзжигом позволяет существенно снизить расход газа, что наиболее актуально при использовании сжиженного газа. Экономия сжиженного газа при этом может достигать 100 кг в год. Есть и еще один плюс котлов с электророзжигом - при временном прекращении электропитания котел автоматически включится при возобновлении подачи электроэнергии, а модель с пьезорозжигом придется включать вручную.

По виду горелки, настенные котлы могут быть разделены на два типа: с обычной и с модуляционной горелкой. Модуляционная горелка обеспечивает наиболее экономичный режим работы, так как котел автоматически регулирует свою мощность в зависимости от потребности в тепле. Кроме того, модуляционная горелка обеспечивает и максимальный комфорт в режиме ГВС, позволяя поддерживать температуру горячей воды на постоянном, заданном уровне.

Большинство настенных котлов оснащено устройствами, обеспечивающими их безопасную эксплуатацию. Так датчик наличия пламени при пропадании пламени отключает подачу газа, блокировочный термостат при аварийном повышении температуры котловой воды отключает котел, специальное устройство отключает котел при пропадании электропитания, другое устройство блокирует котел при отключении газа. Присутствует и устройство отключения котла при снижении объема теплоносителя ниже нормы и датчик контроля тяги.

2.2 Электрические котлы

Есть несколько основных причин ограничивающих распространение электрокотлов: далеко не на всех участках есть возможность выделить требуемую для отопления дома электрическую мощность (например, для дома площадью в 200 кв. м требуется примерно 20 кВт), очень высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением. Достоинств у электрических котлов, действительно, много. Среди них: относительно невысокая цена, простота монтажа, легкие и компактные, их можно вешать на стену, как следствие - экономия места, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрический котел не требует отдельного помещения (котельной), электрокотел не требует монтажа дымохода, электрический котел не нуждается в особом уходе, бесшумны, электрокотел экологичен, нет вредных выбросов и посторонних запахов. Кроме того, в случаях, когда возможны перебои с подачей электроэнергии, электрокотел нередко используется в паре с резервным твердотопливным. Этот же вариант применяется и для экономии электроэнергии (сначала дом протапливается с помощью дешевого твердого топлива, а потом в автоматическом режиме температура поддерживается с помощью электрокотла).

Стоит отметить, что при установке в больших городах с жесткими экологическими нормами и проблемами согласования, электрокотлы также часто выигрывают у всех остальных типов котлов (включая газовые). Коротко об устройстве и комплектации электрических котлов. Электрический котел - достаточно простое устройство. Основными его элементами являются теплообменник, состоящий из бака с укрепленными в нем электронагревателями (ТЭНами), и блока управления и регулирования. Электрические котлы некоторых фирм поставляются уже укомплектованными циркуляционным насосом, программатором, расширительным баком, предохранительным клапаном и фильтром. Важно отметить, что электрокотлы небольшой мощности бывают в двух разных исполнениях - однофазные (220 В) и трехфазные (380 В).

Котлы мощностью более 12 кВт обычно производятся только трехфазными. Подавляющее большинство электрических котлов мощностью более 6 кВт выпускается многоступенчатыми, что позволяет рационально использовать электроэнергию и не включать котел на полную мощность в переходные периоды - весной и осенью. При применении электрокотлов наиболее актуально рациональное использование энергоносителя.

2.3 Твердотопливные котлы

Топливом для твердотопливных котлов могут быть дрова (дерево), бурый или каменный уголь, кокс торфяные брикеты. Существуют как "всеядные" модели, которые могут работать на всех вышеуказанных видах топлива, так и работающие на некоторых из них, но имеющие при этом больший КПД. Одним из основных достоинств большинства твердотопливных котлов является то, что с их помощью можно создать полностью автономную систему отопления. Поэтому чаще такие котлы используются в районах, где есть проблемы с подачей магистрального газа и электричества. Существуют еще два довода, говорящие в пользу твердотопливных котлов - доступность и невысокая стоимость топлива. Недостаток большей части представителей котлов этого класса тоже очевиден - они не могут работать в полностью автоматическом режиме и требуют регулярной загрузки топлива.

Стоит заметить, что существуют твердотопливные котлы, сочетающие в себе основное достоинство моделей, существующих уже много лет - независимость от электроэнергии и способные при этом автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя (воды или антифриза). Автоматическое поддержание температуры осуществляется следующим образом. На котле установлен датчик, отслеживающий температуру теплоносителя. Этот датчик механически соединен с заслонкой. В случае, если температура теплоносителя становится выше заданной вами, то заслонка автоматически прикрывается и процесс горения замедляется. Когда температура понижается, то заслонка приоткрывается. Таким образом, данное устройство не требует подключения к электрической сети. Как уже говорилось выше, большинство традиционных твердотопливных котлов способно работать на буром и каменном угле, дровах, коксе, брикетах.

Защита от перегрева обеспечивается наличием контура охлаждающей воды. Эта система может контролироваться вручную, т.е. при увеличении температуры теплоносителя необходимо открыть вентиль на патрубке отвода охлаждающей жидкости (вентиль на подводящем патрубке постоянно открыт). Кроме того, эта система может также управляться автоматически. Для этого на отводящем патрубке устанавливается клапан понижения температуры, который будет автоматически открываться при достижении теплоносителем максимальной температуры. Кроме того, какое топливо применить для отопления своего дома, очень важно правильно выбрать требуемую мощность котла. Обычно мощность выражается в кВт. Ориентировочно 1 кВт мощности требуется для отопления 10 кв. м хорошо утепленного помещения с высотой потолков до 3 м. Надо иметь в виду, что эта формула очень приблизительна.

Окончательный расчет мощности стоит доверять только профессионалам, которые кроме площади (объема) учтут еще множество факторов, среди которых, материал и толщина стен, тип, размер, количество и расположение окон и т.д.

Котлы с пиролизным сжиганием древесины имеют больший КПД (до 85 %) и позволяют автоматические регулировать мощность.

К недостаткам пиролизных котлов, в первую очередь, можно отнести более высокую, по сравнению с традиционными твердотопливными котлами, цену. Кстати, существуют котлы, работающие не только на дереве, но и котлы на соломе. При выборе и установке твердотопливного котла очень важно соблюсти все требования к дымоходу (его высоте и внутреннему сечению).

3. Типы котлов для теплоснабжения зданий

газовый котел теплоснабжение

Существуют два основных типа паровых котлов: газотрубные и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.

3.1 Газотрубные котлы

В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов ограничивается тепловой мощностью около 360 кВт и рабочим давлением около 1 МПа.

Дело в том, что при проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры.

При превышении же указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, так как взрыв крупного парового котла, сопровождающийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе.

При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя пока еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания.

3.2 Водотрубные котлы

Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.

Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей, характерных для газотрубных котлов. Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном, вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами, радиационные, вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.

Заключение

Итак, в заключение можно сказать, что котлы являются важным элементом в теплоснабжении здания. При выборе колов необходимо учитывать технические, технико-экономические, механические и прочие показатели для лучшего вида теплоснабжения здания. Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые и водогрейные.

В моей работе рассмотрены газовые, электрические, твердотопливные виды котлов, а также типы колов, такие как газотрубные и водотрубные котлы.

Из вышесказанного стоит выделить плюсы и минусы различных видов котлов.

Плюсы газовых котлов таковы: экономичность, по сравнению с другими видами топлива, простота эксплуатации (эксплуатация котла полностью автоматизирована), высокая мощность (можно обогреть большую площадь), возможность установки оборудования на кухне (если мощность котла до 30кВт), компактные размеры, экологичность (в атмосферу выделятся мало вредных веществ).

Минусы газовых котлов: перед установкой необходимо получить разрешение Газгортехнадзора, опасность утечки газа, определённые требования к помещению, где установлен котел, наличие автоматики, перекрывающей доступ газа при утечке или недостатке вентиляции.

Преимущества электрических котлов: невысокая цена, простота монтажа, компактность и небольшой вес - электрокотлы можно вешать на стену и экономить полезное пространство, безопасность (нет открытого пламени), простота в эксплуатации, электрокотлы не требуют отдельного помещения (котельной), не требуют монтажа дымохода, не требуют особого ухода, бесшумны, экологичны - нет вредных выбросов и посторонних запахов.

Основными причинами, ограничивающими распространение электрических котлов, являются далеко не на всех участках, есть возможность выделить несколько десятков киловатт электроэнергии, достаточно высокая стоимость электроэнергии, перебои с электроснабжением.

Сначала выделим недостатки твердотопливных котлов: в первую очередь, твердотопливные котлы отопления используют твердое топливо, которое имеет сравнительно низкую теплоотдачу. Действительно, чтобы качественно протопить крупный дом, придется потратить очень немало топлива и времени. Кроме того, топливо будет сгорать довольно быстро - за два-четыре часа. После этого, если дом протоплен недостаточно, придется снова разжигать огонь. Причем для этого понадобится сначала очистить топку от образовавшихся углей и золы. Только после этого можно будет закладывать топливо и снова разжигать огонь. Все это делается вручную.

С другой же стороны, котлы, работающие на твердом топливе, имеют и некоторые плюсы. Например, не привередливость к топливу. Действительно, они могут эффективно работать на всех видах твердого топлива - дерево, торф, уголь и вообще, все, что может гореть. Разумеется, добыть такое топливо в большинстве регионов нашей страны можно быстро и не слишком дорого, что является серьезным аргументом в пользу твердотопливных котлов. Кроме того, эти котлы совершенно безопасны, так что их можно установить либо в подвале дома, либо просто неподалеку от него. При этом вы можете быть уверены, что из-за утечки топлива не произойдет страшного взрыва. Конечно, не придется оборудовать специальное место для хранения топлива - закапывать в землю емкости для хранения газа или дизтоплива.

В настоящее время существует два основных типа паровых котлов, а именно: газотрубные и водотрубные. К газотрубным котлам относятся те котлы, в которых высокотемпературные газы протекают внутри жаровых и дымогарных труб, тем самым, отдавая тепло воде, которая окружает трубы. Водотрубные котлы отличаются тем, что по трубам протекает нагреваемая вода, а трубы снаружи омываются газами.

Список литературы

1.Бойко Е.А., Шпиков А.А., Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов) - Красноярск, 2003.

.Брюханов О.Н. Газифицированные котельные агрегаты. Учебник. ИНФРА-М. - 2007.

.ГОСТ 23172-78. Koтлыстaциoнapные. Tеpмины и oпpеделения. - Определение котлов «для получения пара или для нагрева воды под давлением».

.Двойнишников В. А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение" / В.А. Двойнишников, Л.В. Деев, М.А. Изюмов. - М.: Машиностроение, 1988.

.Левин И.М., Боткачик И.А., Дымососы и вентиляторы мощных электростанций, М. - Л., 1962.

.Максимов В.М., Котельные агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961.

.Тихомиров К.В. Сергеенко Э. С. "Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция." Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991ж

.Энциклопедия «КругосветУниверсальная» научно-популярная онлайн-энциклопедия.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

4.1 Состав разделов проектной документации и требования к их содержанию приведено в .

4.2 Оборудование и материалы, используемые при проектировании , в случаях, установленных документами в области стандартизации, должны иметь сертификаты соответствия требованиям норм и стандартов России, а также разрешение Ростехнадзора на их применение.

4.3 При проектировании котельных с паровыми и водогрейными котлами с давлением пара более 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и с температурой воды более 115°С необходимо соблюдать соответствующие нормы и правила в области промышленной безопасности, а также документы в области стандартизации.

4.4 Проектирование новых и реконструируемых котельных должно осуществляться в соответствии с разработанными и согласованными в установленном порядке схемами теплоснабжения, или с обоснованиями инвестиций в строительство, принятыми в схемах и проектах районной планировки, генеральных планов городов, поселков и сельских поселений, проектов планировки жилых, промышленных и других функциональных зон или отдельных объектов, приведенных в .

4.5 Проектирование котельных, для которых не определен в установленном порядке вид топлива, не допускается. Вид топлива и его классификация (основное, при необходимости аварийное) определяется по согласованию с региональными уполномоченными органами власти. Количество и способ доставки необходимо согласовать с топливоснабжающими организациями.

4.6 Котельные по целевому назначению в системе теплоснабжения подразделяются на:

• центральные в системе централизованного теплоснабжения;
• пиковые в системе централизованного и децентрализованною теплоснабжения на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии;
• автономные системы децентрализованного теплоснабжения.

4.7 по назначению подразделяются на:

• отопительные - для обеспечения тепловой энергией систем отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения;
• отопительно-производственные - для обеспечения тепловой энергией систем отопления, вентиляции, кондиционирования, горячего водоснабжения, технологического теплоснабжения;
• производственные - для обеспечения тепловой энергией систем технологического теплоснабжения.

4.8 Котельные по надежности отпуска тепловой энергии потребителям (согласно СП 74.13330) подразделяются на котельные первой и второй категории.

• котельные, являющиеся единственным источником тепловой энергии системы теплоснабжения;
• котельные, обеспечивающие тепловой энергией потребителей первой и второй категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепловой энергии. Перечни потребителей по категориям устанавливаются в задании на проектирование.

4.9 В котельных с паровыми и пароводогрейными котлами общей установленной тепловой мощностью более 10 МВт с целью повышения надежности и энергоэффективности при технико-экономических обоснований рекомендуется установка паровых турбогенераторов малой мощности с напряжением 0,4 кВ с паровыми противодавленческими турбинами для обеспечения покрытия электрических нагрузок собственных нужд котельных или предприятий, на территории которых они находятся. Отработавший пар после турбин может быть использован: на технологическое пароснабжение потребителей, для нагрева воды систем теплоснабжения, на собственные нужды котельной.

Проектирование таких установок должно осуществляться в соответствии с .

В водогрейных котельных, работающих на жидком и газообразном топливе, для этих целей допускается использование газотурбинных или дизельных установок.

При проектировании электроэнергетической надстройки для выработки электрической энергии для собственных нужд котельной и/или передачи ее в сеть следует осуществлять в соответствии с , . В случае если для разработки проектной документации недостаточно требований по надежности и безопасности, установленных нормативными документами, или такие требования не установлены следует разрабатывать и утверждать в установленном порядке специальные технические условия .

4.10 Для теплоснабжения зданий и сооружений от блочно-модульных котельных следует предусматривать возможность работы оборудования котельной без постоянно присутствующего персонала.

4.11 Расчетная тепловая мощность котельной определяется как сумма максимальных часовых расходов тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование, средних часовых расходов тепловой энергии на горячее водоснабжение и расходов тепловой энергии на технологические цели. При определении расчетной тепловой мощности котельной должны учитываться также расходы тепловой энергии на собственные нужды котельной, потери в котельной и в тепловых сетях с учетом энергетической эффективности системы.

4.12 Расчетные расходы тепловой энергии на технологические цели следует принимать по заданию на проектирование. При этом должна учитываться возможность несовпадения максимальных расходов тепловой энергии для отдельных потребителей.

4.13 Расчетные часовые расходы тепловой энергии на отопление, вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение должны приниматься по заданию на проектирование, при отсутствии таких данных - определяться по СП 74.13330, а также по рекомендациям .

4.14 Число и производительность котлов, установленных в котельной, следует выбирать, обеспечивая:

• расчетную производительность (тепловую мощность котельной согласно 4.11);
• стабильную работу котлов при минимально допустимой нагрузке в теплый период года.

При выходе из строя наибольшего по производительности котла в котельных первой категории оставшиеся котлы должны обеспечивать отпуск тепловой энергии потребителям первой категории:

• на технологическое теплоснабжение и системы вентиляции - в количестве, определяемом минимально допустимыми нагрузками (независимо от температуры наружного воздуха);
• на отопление и горячее водоснабжение - в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.

При выходе из строя одного котла независимо от категории котельной количество тепловой энергии, отпускаемой потребителям второй категории, должно обеспечиваться в соответствии с требованиями СП 74.13330.

Число котлов, устанавливаемых в котельных, и их производительность, следует определять на основании технико-экономических расчетов.

В котельных следует предусматривать установку не менее двух котлов; в производственных котельных второй категории - установка одного котла.

4.15 В проектах котельных следует использовать поставляемые заводами-изготовителями котлы, экономайзеры, воздухоподогреватели, турбины с противодавлением, газотурбинные и газопоршневые установки с генераторами напряжением 0,4 кВ, золоуловители и другое оборудование в блочном транспортабельном исполнении полной заводской и монтажной готовности.

4.16 Проекты блоков вспомогательного оборудования с трубопроводами, системами автоматического контроля, регулирования, сигнализации и электротехническим оборудованием повышенной заводской готовности разрабатываются по заказу и заданиям монтажных организаций.

4.17 Открытая установка оборудования в различных климатических зонах возможна, если это допускается инструкциями заводов-изготовителей и отвечает по шумовым характеристикам требованиям в СП 51.13330 и .

4.18 Компоновка и размещение технологического оборудования котельной должны обеспечивать:

• условия для механизации ремонтных работ;
• возможность использования при ремонтных работах напольных подъемно-транспортных механизмов и устройств.

Для ремонта узлов оборудования и трубопроводов массой более 50 кг следует предусматривать, как правило, инвентарные грузоподъемные устройства. При невозможности использования инвентарных грузоподъемных устройств следует предусматривать стационарные грузоподъемные устройства (тали, тельферы, подвесные и мостовые краны).

4.19 В котельных по заданию на проектирование следует предусматривать ремонтные участки или помещения для проведения ремонтных работ. При этом следует учитывать возможность выполнения работ по ремонту указанного оборудования соответствующими службами промышленных предприятий или специализированными организациями.

4.20 Принятые в проекте основные технические решения должны обеспечивать:

• надежность и безопасность работы оборудования;
• максимальную энергетическую эффективность котельной;
• экономически обоснованные затраты на строительство, эксплуатацию и ремонт;
• требования охраны труда;
• требуемые санитарно-бытовые условия для эксплуатационного и ремонтного персонала;
• требования охраны окружающей среды.

4.21 Тепловую изоляцию оборудования котельных, трубопроводов, арматуры, газоходов, воздуховодов и пылепроводов следует предусматривать с учетом требований СП 60.13330 и СП 61.13330.

В этом же разделе:

вода и водяной пар , в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Вода, как теплоноситель, используется от районных котельных в основном оборудованных водогрейными котлами и через подогреватели сетевой воды от паровых котлов.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром. Некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры (понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 0,15 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относится меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения. Достоинствам воды как теплоносителя является возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды. При использовании воды простота эксплуатации – отсутствие у потребителей (неизбежных при использовании пара) конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

На рис. 4.1 приведена принципиальная схема водогрейной котельной.

Рис. 4.1 Принципиальная схема водогрейной котельной: 1 – сетевой насос; 2 – водогрейный котёл; 3 – циркуляционный насос; 4 – подогреватель химически очищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора;13 - эжекторный насос.

Водогрейные котельные часто сооружаются во вновь застраиваемых районах до ввода в действие ТЭЦ и магистральных тепловых сетей от ТЭЦ до указанных котельных. Этим подготовляется тепловая нагрузка для ТЭЦ, чтобы к моменту ввода в эксплуатацию теплофикационных турбин их отборы были полностью загружены. Водогрейные котлы после этого используются как пиковые или резервные. Основные характеристики стальных водогрейных котлов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

5. Централизованное теплоснабжение от районных котельных (паровых).

6. Системы централизованного теплоснабжения.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения.

Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают потребителей теплом низкого и среднего потенциала (до 350°С), на выработку которого затрачивается около 25 % всего добываемого в стране топлива. Тепло, как известно, является одним из видов энергии, поэтому при решении основных вопросов энергоснабжения отдельных объектов и территориальных районов теплоснабжение должно рассматриваться совместно с другими энергообеспечивающими системами – электроснабжением и газоснабжением.

Система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов (инженерных сооружений): источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

Источниками тепла в централизованных системах теплоснабжения служат или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие одновременно и электроэнергию, и тепло, или крупные котельные, именуемые иногда районными тепловыми станциями. Системы теплоснабжения на базе ТЭЦ называются «теплофикационными» .

Полученное в источнике тепло передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей. Для передачи теплоты на дальние расстояния (более 100км) могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные закрытые системы).

В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количества теплоносителя и тепла возвращаются к источнику (двухтрубные открытые системы).

В разомкнутых системах, как сам теплоноситель, так и содержащееся в нём тепло полностью используется у потребителя (однотрубные системы).

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется вода и водяной пар , в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром. Некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 0,15 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Кроме того, водяные системы позволяют сохранить на ТЭЦ в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40–50 %), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относится меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения. Достоинствам воды как теплоносителя является возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды. При использовании воды простота эксплуатации – отсутствие у потребителей (неизбежных при использовании пара) конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

7. Местное и децентрализованное теплоснабжение.

Для систем децентрализованного теплоснабжения применяются паровые или водогрейные котлы, устанавливаемые соответственно в паровых и водогрейных котельных. Выбор типа котлов зависит от характера тепловых потребителей и требований к виду теплоносителя. Теплоснабжение жилых и общественных зданий, как правило, осуществляется с помощью подогретой воды. Для промышленных потребителей требуются как подогретая вода, так и водяной пар.

Производственно-отопительная котельная обеспечивает потребителей как паром с требуемыми параметрами, так и горячей водой. В них устанавливаются паровые котлы, которые более надежны в эксплуатации, так как их хвостовые поверхности нагрева не подвержены такой значительной коррозии дымовыми газами как водогрейные.

Особенностью водогрейных котельных является отсутствие пара, в связи с чем ограничивается обеспечение промышленных потребителей, а для дегазации подпиточной воды необходимо применять вакуумные деаэраторы, более сложные в эксплуатации по сравнению с обычными атмосферными. Однако схема обвязки котлов трубопроводами в этих котельных значительно проще, чем в паровых. Ввиду сложности предотвращения выпадения конденсата на хвостовых поверхностях нагрева из водяных паров, находящихся в дымовых газах, возрастает опасность выхода из строя водогрейных котлов в результате коррозии.

В качестве источников при автономном (децентрализованном) и местном теплоснабжении могут выступать квартальные и групповые теплогенерирующие установки, предназначенные для снабжения теплотой одного или нескольких кварталов, группы жилых домов или одиночных квартир, общественных зданий. Эти установки являются, как правило, отопительными.

Местное теплоснабжение используется в жилых районах с тепловой потребностью не более 2,5 МВт для отопления и горячего водоснабжения небольших групп жилых и производственных зданий, удаленных от города, или как временный источник теплоснабжения до ввода основного во вновь застраивающихся районах. Котельные при местном теплоснабжении могут быть оборудованы чугунными секционными, стальными сварными, вертикально- горизонтально-цилиндрическими паровыми и водогрейными котлами. Особенно перспективны водогрейные котлы, появившиеся совсем недавно на рынке.

При достаточно сильном износе существующих тепловых сетей централизованного теплоснабжения и отсутствии необходимого финансирования работ по их замене более короткие тепловые сети децентрализованного (автономного) теплоснабжения перспективнее и экономичнее. Переход на автономное теплоснабжение стал возможным после появления на рынке высокоэффективных котлов малой теплопроизводительности с КПД не ниже 90%.

В отечественном котлостроении появились эффективные аналогичные котлы, например, Борисоглебского завода. К ним можно отнести котлы типа "Хопер" (рис.7.1), устанавливаемые в модульных транспортабельных автоматизированных котельных типа МТ /4,8/. Котельные также работают в автоматическом режиме, так как котел "Хопер-80Э" оснащен электроуправляемой автоматикой (рис.2.4).

Рис.7.1. Общий вид котла "Хопер": 1 - глазок, 2 - датчик тяги, 3 - трубка, 4- котел, 5 - блок автоматики, 6 - термометр, 7- датчик температуры, 8 - запальник, 9 - горелка, 10 - терморегулятор, - 11 - разъем, 12 - клапан горелки, 13 - газопровод, 14 - клапан запальника, 15 - сливная пробка, 16- пуск запальника, 17 - газоотвод, 18 - патрубки отопления, 19 - панели, 20 - дверка, 21 - шнур с евровилкой.

На рис.7.2. приведена заводская схема монтажа водоподогревателя с системой отопления.

Рис.7.2. Схема монтажа водоподогревателя с системой отопления: 1- котел, 2 - кран, 3 - обезвоздушиватель, 3 - арматура расширительного бака, 5 - радиатор, 6 - расширительный бак, 7 - водоподогреватель, 8 - предохранительный клапан, 9 - насос

В комплект поставки котлов "Хопер" входит импортное оборудование: насос циркуляционный, клапан безопасности, электромагнит, автоматический воздушный вентиль, расширительный бак с арматурой.

Для модульных котельных особенно перспективны котлы типа "КВа" производительностью до 2,5 МВт. Они обеспечивают тепло - и горячее водоснабжение нескольких многоэтажных домов жилого комплекс.

"КВа" автоматизированный водогрейный котлоагрегат, работающий на природном газе низкого давления под наддувом, предназначен для нагрева воды, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения и вентиляции. В состав котлоагрегата входит собственно водогрейный котел с утилизатором теплоты, блочная автоматизированная газовая горелка с системой автоматики, обеспечивающей регулирование, управление, контроль параметров и противоаварийные защиты. Он оснащен автономной водопроводной системой с запорной арматурой и предохранительными клапанами, что позволяет легко компановать его в котельной. Котлоагрегат имеет улучшенные экологические характеристики: снижено содержание оксидов азота в продуктах сгорания по сравнению с нормативными требованиями, наличие оксида углерода практически близко к нулю.

К такому же типу относится автоматизированный газовый котел "Флагман". Он имеет два встроенных теплообменника из оребренных труб, один из которых может подключаться к системе отопления, другой - к системе горячего водоснабжения. Оба теплообменника могут работать на совместную нагрузку.

Перспективность последних двух типов водогрейных котлов заключается в том, что у них достаточно снижена температура уходящих газов за счет применения теплоутилизаторов или встроенных теплообменников с сребренными трубами. Такие котлы имеют КПД на 3-4% выше по сравнению с другими типами котлов, у которых отсутствуют теплоутилизаторы.

Находит применение и воздушное отопление. С этой целью используются воздухонагреватели типа ВРК-С производства ООО "Теплосервис", г. Каменск- Шахтинский Ростовской области, совмещенные с топкой на газообразном топливе мощностью 0,45-1,0 МВт. Для горячего водоснабжения устанавливается в этом случае проточный газовый водонагреватель типа MORA-5510. При местном теплоснабжении котлы и оборудование котельных выбирают исходя из требований, предъявляемых к температуре и давлению теплоносителя (подогретой воды или водяного пара). В качестве теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения принимается, как правило, вода, а иногда пар давлением до 0,17 МПа. Ряд производственных потребителей обеспечивается паром давлением до 0,9 МПа. Тепловые сети имеют минимальную протяженность. Параметры теплоносителя, а также тепловой и гидравлический режим работы тепловых сетей соответствуют режиму работы местных систем отопления и горячего водоснабжения.

Достоинства такого теплоснабжения - небольшая стоимость источников теплоснабжения и тепловых сетей; простота монтажа и обслуживания; быстрый ввод в эксплуатацию; разнообразие типов котлов с большим диапазоном по теплопроизводительности.

Децентрализованные потребители, которые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены централизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффективное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности.

Масштабы потребления топлива на теплоснабжение весьма велики. В настоящее время теплоснабжение промышленных, общественных и жилых зданий осуществляется примерно на 40+50% от котельных, что является не эффективным из-за их низкого КПД (в котельных температура сгорания топлива составляет примерно 1500 ОС, а тепло потребителю выдается при существенно более низких температурах (60+100 ОС)).

Таким образом, нерациональное использование топлива, когда часть тепла вылетает в трубу, приводит к истощению запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Энергосберегающим мероприятием является разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения с рассеянными автономными источниками тепла.

В настоящее время наиболее целесообразным являются децентрализованные системы теплоснабжения, базирующиеся на нетрадиционных источниках тепла, таких как: солнце, ветер, вода.

Нетрадиционная энергетика:

Теплоснабжение на базе тепловых насосов;

Теплоснабжение на базе автономных водяных теплогенераторов.

Перспективы развития децентрализованных систем теплоснабжения:

1. Децентрализованные системы теплоснабжения не требуют протяженных теплотрасс, а следовательно - больших капитальных затрат.

2. Использование децентрализованных систем теплоснабжения позволяет существенно сократить вредные выбросы от сгорания топлива в атмосферу, что улучшает экологическую обстановку.

3. Использование тепловых насосов в системах децентрализованного теплоснабжения для объектов промышленного и гражданского секторов позволяет по сравнению с котельными экономить топливо в количестве 6+8 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла, что составляет примерно 30-:-40%.

4. Децентрализованные системы на базе ТН успешно применяются во многих зарубежных странах (США, Япония, Норвегия, Швеция и др.). Изготовлением ТН занимаются более 30 фирм.

5. В лаборатории ОТТ кафедры ПТС МЭИ смонтирована автономная (децентрализованная) система теплоснабжения на базе центробежного водяного теплогенератора.

Система работает в автоматическом режиме, поддерживая температуру воды в подающей магистрали в любом заданном интервале от 60 до 90 ОС.

Коэффициент трансформации тепла системы составляет м=1,5-:-2, а КПД равен около 25%.

6. Дальнейшее повышение энергетической эффективности децентрализованных систем теплоснабжения требует проведения научно-технических исследований с целью определения оптимальных режимов работы.

8. Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения.

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника теплоты и вида тепловой нагрузки. Рекомендуется максимально упрощать систему теплоснабжения. Чем система проще, тем она дешевле в сооружении и в эксплуатации. Наиболее простые решения даёт применение единого теплоносителя для всех видов тепловой нагрузки.

Если тепловая нагрузка района состоит только из отопления, вентиляции и ГВС, то при теплофикации применяется обычно двухтрубная водяная система . В тех случаях, когда кроме отопления, вентиляции и ГВС с районе имеется также небольшая технологическая нагрузка, требующая теплоты повышенного потенциала, при теплофикации рационально применение трёхтрубных водяных систем. Одна из подающих линий системы используется для удовлетворения нагрузки повышенного потенциала.

В тех случаях, когда основной тепловой нагрузкой района является технологическая нагрузка повышенного потенциала , а сезонная тепловая нагрузка невелика, в качестве теплоносителя применяется обычно пар .

При выборе системы теплоснабжения и параметров теплоносителя учитываются технические и экономические показатели по всем элементам: источнику теплоты, сети, абонентским установкам. Энергетически вода выгоднее пара. Применение могоступенчатого подогрева воды на ТЭЦ позволяет повысить удельную комбинированную выработку электрической и тепловой энергии, благодаря чему возрастает экономия топлива. При использовании паровых систем вся тепловая нагрузка покрывается обычно отработавшим паром более высокого давления, отчего удельная комбинированная выработка электрической энергии снижается.

Полученное в источнике тепло передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными, четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не остается постоянным.

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные закрытые системы). В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количества теплоносителя и тепла возвращаются к источнику (двухтрубные открытые системы). В разомкнутых системах, как сам теплоноситель, так и содержащееся в нем тепло полностью используется у потребителя (однотрубные системы).

На абонентских вводах происходит переход тепла (а в некоторых случаях и самого теплоносителя) из тепловых сетей в местные системы теплопотребления. При этом в большинстве случаев осуществляется утилизация неиспользованного в местных системах отопления и вентиляции тепла для приготовления воды систем горячего водоснабжения.

На вводах происходит также местное (абонентское) регулирование количества и потенциала тепла, передаваемого в местные системы, и осуществляется контроль за работой этих систем.

В зависимости от принятой схемы ввода, т.е. в зависимости от принятой технологии перехода тепла из тепловых сетей в местные системы, расчетные расходы теплоносителя в системе теплоснабжения могут изменяться в 1,5–2 раза, что свидетельствует о весьма существенном влиянии абонентских вводов на экономику всей системы теплоснабжения.

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется вода и водяной пар, в связи, с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром; некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, т.е. её температуры понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1 – 015 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1–1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Кроме того, водяные системы позволяют сохранить на ТЭЦ в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40–50 %), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения; возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды; простота эксплуатации – отсутствие у потребителей неизбежных при паре конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

Пар как теплоноситель в свою очередь имеет определенные достоинства по сравнению с водой:

а) большую универсальность, заключающуюся в возможности удовлетворения всех видов теплопотребления, включая технологические процессы;

б) меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя (расход электроэнергии на возврат конденсата в паровых системах весьма невелик по сравнению с затратами электроэнергии на перемещение воды в водяных системах);

в) незначительность создаваемого гидростатического давления вследствие малой удельной плотности пара по сравнению с плотностью воды.

Неуклонно проводимая в нашей стране ориентация на более экономичные теплофикационные системы теплоснабжения и указанные положительные свойства водяных систем способствуют их широкому применению в жилищно-коммунальном хозяйстве городов и посёлков. В меньшей степени водяные системы применяются в промышленности, где более 2/3 всей потребности в тепле удовлетворяются паром. Так как промышленное теплопотребление составляет около 2/3 всего теплопотребления страны, доля пара в покрытии общего расхода тепла остаётся еще очень значительной.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными, четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не остается постоянным. Упрощенные принципиальные схемы указанных систем приведены на рис.8.1.

Наиболее экономичные однотрубные (разомкнутые) системы (рис.8.1.а) целесообразны только тогда, когда среднечасовой расход сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, совпадает со среднечасовым расходом воды, потребляемой для горячего водоснабжения. Но для большинства районов нашей страны, кроме самых южных, расчетные расходы сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, оказываются больше расхода воды, потребляемой для горячего водоснабжения. При таком дебалансе указанных расходов неиспользованную для горячего водоснабжения воду приходится отправлять в дренаж, что является очень неэкономичным. В связи с этим наибольшее распространение в нашей стране получили двухтрубные системы теплоснабжения: открытые (полузамкнутые) (рис. 8.1., б) и закрытые (замкнутые) (рис.8.1., в)

Рис.8.1. Принципиальная схема водяных систем теплоснабжения

а–однотрубной (разомкнутой), б–двухтрубной открытой (полузамкнутой), в–двухтрубной закрытой (замкнутой), г–комбинированной, д–трехтрубной, е–четырехтрубной, 1–источник тепла, 2–подающий трубопровод теплосети, 3–абонентский ввод, 4–калорифер вентиляции, 5–абонентский теплообменник отопления, 6–нагревательный прибор, 7–трубопроводы местной системы отопления, 8–местная система горячего водоснабжения, 9– обратный трубопровод теплосети, 10–теплообменник горячего водоснабжения, 11–холодный водопровод, 12–технологический аппарат, 13–подающий трубопровод горячего водоснабжения, 14–рециркуляционный трубопровод горячего водоснабжения, 15–котельная, 16–водогрейный котел, 17–насос.

При значительном удалении источника тепла от теплоснабжаемого района (при «загородных» ТЭЦ) целесообразны комбинированные системы теплоснабжения, представляющие собой сочетание однотрубной системы и полузамкнутой двухтрубной системы (рис.8.1,г). В такой системе входящий в состав ТЭЦ пиковый водогрейный котел размещается непосредственно в теплоснабжаемом районе, образуя дополнительную водогрейную котельную. От ТЭЦ до котельной подается по одной трубе только такое количество высокотемпературной воды, которое необходимо для горячего водоснабжения. Внутри же теплоснабжаемого района устраивается обычная полузамкнутая двухтрубная система.

В котельной к воде от ТЭЦ добавляется подогретая в котле вода из обратного трубопровода двухтрубной системы, и общий поток воды с более низкой температурой, чем температура воды, поступающей от ТЭЦ, направляется в тепловую сеть района. В дальнейшем часть этой воды используется в местных системах горячего водоснабжения, а остальная часть возвращается в котельную.

Трехтрубные системы находят применение в промышленных системах теплоснабжения с постоянным расходом воды, подаваемой на технологические нужды (рис.8.1,д). Такие системы имеют две подающие трубы. По одной из них вода с неизменной температурой поступает к технологическим аппаратам и к теплообменникам горячего водоснабжения, по другой вода с переменной температурой идет на нужды отопления и вентиляции. Охлажденная вода от всех местных систем возвращается к источнику тепла по одному общему трубопроводу.

Четырехтрубные системы (рис.8.1,е) из-за большого расхода металла применяются лишь в мелких системах с целью упрощения абонентских вводов. В таких системах вода для местных систем горячего водоснабжения приготовляется непосредственно у источника тепла (в котельных) и по особой трубе подводится к потребителям, где непосредственно поступает в местные системы горячего водоснабжения. В этом случае у абонентов отсутствуют подогревательные установки горячего водоснабжения и рециркуляционная вода систем горячего водоснабжения возвращается для подогрева к источнику тепла. Две другие трубы в такой системе предназначаются для местных систем отопления и вентиляции.

ДВУХТРУБНЫЕ ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Закрытые и открытые системы . Двухтрубные водяные системы бывают закрытыми и открытыми. Различаются эти системы технологией приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения (рис. 8.2). В закрытых системах для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из тепловой сети (рис. 8.2,а). В открытых системах воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловой сети. Отбор воды из подающей и обратной труб тепловой сети производят в таких количествах, чтобы после смешения вода приобрела нужную для горячего водоснабжения температуру (рис. 8.2,б).

Рис.8.2. Принципиальные схемы приготовления воды для горячего водоснабжения на абонентских в двухтрубных водяных системах теплоснабжения . а–при закрытой системе, б–открытой системе, 1–подающий и обратный трубопроводы тепловой сети;2–теплообменник горячего водоснабжения, 3–холодный водопровод, 4–местная система горячего водоснабжения, 5–регулятор температуры, 6–смеситель, 7–обратный клапан

В закрытых системах теплоснабжения сам теплоноситель нигде не расходуется, а лишь циркулирует между источником тепла и местными ситемами теплопотребления. Это значит,что такие системы закрыты по отношению к атмосфере, что и нашло отражение в их названии. Для закрытых систем теоретически справедливо равенство , т.е. количество уходящей от источника и приходящей к нему воды одинаково. В реальных же системах всегда . Часть воды теряется из системы через имеющиеся в ней неплотности: через сальники насосов, компенсаторов, арматуры и т.п. Эти утечки воды из системы невелики и при хорошей эксплуатации не превышают 0,5% объема воды в системе. Однако даже в таком количестве они приносят определенный ущерб, так как с ними бесполезно теряются и тепло, и теплоноситель.

Практическая неизбежность утечек позволяет исключить из оборудования водяных систем теплоснабжения расширительные сосуды, так как утечки воды из системы всегда превышают возможное приращение объема воды при повышение её температуры в течение отопительного периода. Пополнение системы водой для компенсации утечек происходит у источника тепла.

Для открытых систем даже при отсутствии утечек характерно неравенство . Сетевая вода, выливаясь из водоразборных кранов местных систем горячего водоснабжения, соприкасается с атмосферой, т.е. такие системы открыты по отношению к атмосфере. Пополнение открытых систем водой происходит обычно так же, как и закрытых систем, у источника тепла, хотя в принципе в таких ситемах пополнение возможно и в других точках системы. Количество подпиточной воды в открытых системах значительно больше, чем в закрытых. Если в закрытых системах подпиточная вода покрывает только утечки воды из системы, то в открытых системах она должна компенсировать еще и предусмотренный отбор воды.

Отсутствие на абонентских вводах открытых систем теплоснабжения поверхностных теплообменников горячего водоснабжения и замена их дешевыми смесительными устройствами является основным преимуществом открытых систем перед закрытыми. Основной же недостаток открытых систем заключается в необходимости иметь у источника тепла более мощную, чем закрытых системах, установку по обратке подпиточной воды во избежание появления коррозии и накипи в нагревательных установках и тепловых сетях.

Наряду с более простыми и дешевыми абонентскими вводами открытые системы обладают еще следующими положительными качествами по сравнению с закрытыми системами:

а) позволяют использовать в больших количествах низкопотенциальное отбросное тепло, которое имеется и на ТЭЦ (тепло конденсаторов турбин), и в ряде отраслей промышленности, что уменьшает расход топлива на приготовление теплоносителя;

б) обеспечивают возможность уменьшения расчетной производительности источника тепл а путем осреднения расхода тепла на горячее водоснабжение при установке центральных аккумуляторов горячей воды;

в) увеличивают срок службы местных систем горячего водоснабжения, так как в них поступает вода из тепловых сетей, не содержащая агрессивных газов и накипеобразующих солей;

г) уменьшают диаметры распределительных сетей холодного водоснабжения (примерно на 16%), подавая абонентам воду для местных систем горячего водоснабжения по отопительным трубопроводам;

д) позволяют перейти к однотрубным системам при совпадении расходов воды на отопление и горячее водоснабжение .

К недостаткам открытых систем кроме увеличения затрат, связанных с обработкой больших количеств подпиточной воды, относятся:

а) возможность при недостаточно тщательной обработке воды появления цветности в разбираемой воде, а в случае присоединения радиаторных систем отопления к тепловым сетям через смесительные узлы (элеваторные,насосные) еще и возможность загрязнения разбираемой воды и появления в ней запаха вследствии отложения в радиаторах осадков и развития в них особых бактерий;

б) усложнение контроля за плотностью системы , поскольку в открытых системах количество подпиточной воды не характеризует величины утечки воды из системы, как в закрытых системах.

Малая жесткость исходной водопроводной воды (1–1,5 мг·экв/л) способствует применению открытых систем, исключая необходимость в дорогой и сложной противонакипной обработке воды . Целесообразно применять открытые системы и при очень жестких или агрессивных в отношении коррозии исходных водах, ибо при таких водах в закрытых системах необходимо устраивать обработку воды на каждом абонентском вводе, что во много раз сложнее и дороже единой обработки подпиточной воды у источника тепла в открытых системах.

ОДНОТРУБНЫЕ ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Схема абонентского ввода однотрубной системы теплоснабжения приведена на рис.8.3.

Рис. 8.3. Схема ввода однотрубной системы теплоснабженияё

Сетевая вода в количестве, равном среднечасовому расходу воды в горячем водоснабжении, подается на ввод через автомат постоянного расхода 1. Автомат 2 перераспределяет сетевую воду между смесителем горячего водоснабжения и теплообменником отопления 3 и обеспечивает заданную температуру смеси воды из подающего после теплообменника отопления. В ночные часы, когда водоразбор отсутствует, поступающая в систему горячего водоснабжения вода сливается в бак-аккумулятор 6 через автомат подпора 5 (автомат «до себя»), который обеспечивает заполнение местных систем водой. При водоразборе больше среднего насос 7 дополнительно подает воду из бака в систему горячего водоснабжения. Циркуляционная вода системы горячего водоснабжения также сливается в аккумулятор через автомат подпора 4. Для компенсации потерь тепла в циркуляционном контуре, включая бак-аккумулятор, автомат 2 поддерживает температуру воды несколько выше обычно принимаемой для систем горячего водоснабжения.

ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Рис.8.4. Принципиальные схемы паровых систем теплоснабжения

а–однотрубной без возврата конденсата; б–двухтрубной с возвратом конденсата; в–трехтрубной с возвратом конденсата; 1–источник тепла; 2–паропровод; 3–абонентский ввод; 4–калорифер вентиляции; 5–теплообменник местной системы отопления;6–теплообменник местной системы горячего водоснабжения; 7–технологический аппарат; 8–конденсатоотводчик; 9–дренаж;10–бак сбора конденсата; 11–конденсатный насос; 12–обратный клапан; 13–конденсатопровод

Как и водяные, паровые системы теплоснабжения, бывают однотрубными, двухтрубными и многотрубными (рис. 8.4)

В однотрубной паровой системе (рис. 8.4,а) конденсат пара не возвращается от потребителей тепла к источнику, а используется на горячее водоснабжение и технологические нужды или выбрасывается в дренаж. Такие системы малоэкономичные и применяются при небольших расходах пара.

Двухтрубные паровые системы с возвратом конденсата к источнику тепла (рис. 8.4,б) имеют наибольшее распространение на практике . Конденсат от отдельных местных систем теплопотребления собирается в общий бак, расположенный в тепловом пункте, а затем насосом перекачивается к источнику тепла. Конденсат пара является ценным продуктом: он не содержит солей жесткости и растворенных агрессивных газов и позволяет сохранить до 15% содержащегося в паре тепла . Приготовление новых порций питательной воды для паровых котлов обычно требует значительных затрат, превышающих затраты на возврат конденсата. Вопрос о целесообразности возврата конденсата к источнику тепла решается в каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов.

Многотрубные паровые системы (рис. 8.4,в) применяются на промышленных площадках при получении пара ТЭЦ и в случае, если технология производства требует пара разных давлений . Затраты на сооружение отдельных паропроводов для пара разных давлений оказываются меньше, чем стоимость перерасхода топлива на ТЭЦ при отпуске пара только одного, наиболее высокого давления и последующего редуцирования его у абонентов, нуждающихся в паре более низкого давления . Возврат конденсата в трехтрубных системах производится по одному общему конденсатопроводу. В ряде случаев двойные паропроводы прокладываются и при одинаковом давлении в них пара в целях надежного и бесперебойного снабжения паром потребителей. Число паропроводов может быть и больше двух, например, при резервировании подачи с ТЭЦ пара разных давлений или при целесообразности подачи с ТЭЦ пара трех разных давлений.

На крупных промышленных узлах, объединяющих несколько предприятий, сооружаются комплексные водяные и паровые системы с подачей пара на технологию и воды на нужды отопления и вентиляции.

На абонентских вводах систем кроме устройств, обеспечивающих передачу тепла в местные системы теплопотребления, большое значение имеет также система сбора конденсата и возврата его к источнику тепла.

Поступающий на абонентский ввод пар обычно попадает в распределительную гребенку , откуда непосредственно или через редукционный клапан (автомат давления «после себя») направляется к теплоиспользующим аппаратам.

Серьёзное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. При теплоснабжении от котельных рационально, как правило, выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспортировки теплоты по сети и использования её в абонентских установках. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке (по воде). При теплофикации необходимо учитывать влияние параметров теплоносителя на экономику ТЭЦ.

Выбор водяной системы теплоснабжения закрытого или открытого типа зависит главным образом от условий водоснабжения ТЭЦ, качества водопроводной воды (жёсткости, коррозионной активности, окисляемости) и располагаемых источников низкопотенциальной теплоты для ГВС.

Обязательным условием, как для открытой, так и для закрытой систем теплоснабжения является обеспечение стабильного качества горячей воды у абонентов в соответствии с ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая». В большинстве случаев качество исходной водопроводной воды предопределяет выбор системы теплоснабжения (СТС) .

При закрытой системе: индекс насыщения J > -0,5; карбонатная жёсткость Ж к <7мг-экв/л; (Сl+SО 4) 200мг/л; перманганатная окисляемость не регламентируется.

При открытой системе: перманганатная окисляемость О<4мг/л, индекс насыщения, карбонатная жёсткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентируется.

При повышенной окисляемости (О>4мг/л) в застойных зонах открытых систем теплоснабжения (радиаторы, и др.) развиваются микробиологические процессы, следствие которых – сульфидное загрязнение воды. Так вода, отбираемая из отопительных установок для ГВС имеет неприятный сероводородный запах.

По энергетическим показателям и по начальным затратам современные двухтрубные закрытые и открытые системы ТС являются в среднем равноценными. По начальным затратам открытые системы могут иметь некоторые экономические преимущества при наличии на ТЭЦ источников мягкой воды , не нуждающейся в водоподготовке и удовлетворяющей санитарным нормам к питьевой воде. Разгружается сеть холодного водопровода у абонентов, и требует дополнительных подводов её к ТЭЦ. В эксплуатации открытые системы сложнее закрытых из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, усложнения санитарного контроля плотности системы.

При дальней транспортировке с большой нагрузкой ЕВС при наличии вблизи ТЭЦ или котельной источников воды, удовлетворяющих санитарным нормам, экономически оправдано применение открытой системы ТС с однотрубным (однонаправленным) транзитом и двух трубной распределительной сетью.

При сверхдальней транспортировке теплоты на расстояние порядка 100-150км и более целесообразно проверить экономичность применения химотермической системы передачи теплоты (в химически связанном состоянии на примере метан + вода = СО+ 3Н 2).

9. Оборудование ТЭЦ. Основное оборудование (турбины, котлы).

Оборудование теплоприготовительных станций можно условно разделить на основное и вспомогательное . К основному оборудованию ТЭЦ и отопительно-производственных котельных относятся турбины и котлы. ТЭЦ классифицируются по роду преобладающей тепловой нагрузки на отопительные, промышленно-отопительные и промышленные. На них устанавливаются соответственно турбины типа Т, ПТ, Р. В нашей стране на разных этапах развития энергетики турбины изготовляли металлический завод им. XXII съезда КПСС (ЛМЗ), Невский и Кировский заводы в Ленинграде, Калужский турбинный, Брянский машиностроительный и Харьковский турбо-генераторный заводы. В настоящее время крупные теплофикационные турбины выпускает Уральский турбомоторный завод им. К. Е. Ворошилова (УТМЗ).

Первая отечественная турбина мощностью 12.МВт была создана в 1931 г. С 1935 г. все ТЭЦ сооружались на параметры пара у турбин 2,9 МПа и 400°С, а импорт теплофикационных турбин был практически прекращен. Начиная с 1950 г. советская энергетика вступила в полосу интенсивного роста эффективности работы энергоснабжающих установок, продолжался в связи с увеличением тепловых нагрузок процесс укрупнения их основного оборудования и мощностей. В 1953-1954 гг. в связи с ростом нефтедобычи в Приуралье началось сооружение ряда нефтеперегонных заводов большой производительности, для которых потребовались ТЭЦ мощностью 200-300 МВт. Для них были созданы двухотборные турбины мощностью 50 МВт (в 1956 г. на давление 9,0 МПа на Ленинградском металлическом заводе и в 1957 г. на УТМЗ на давление 13,0 МПа). Только за 10 лет было установлено более 500 турбин с давлением 9,0 МПа суммарной мощностью около 9*10 3 МВт. Единичная мощность ТЭЦ ряда электрических систем возросла до 125-150 МВт. По мере роста технологической тепловой нагрузки нефтеперегонных заводов, а также с началом строительства химкомбинатов для производства удобрений, пластмасс и искусственного волокна, имевших потребность в паре до 600-800 т/ч, возникла необходимость в возобновлении производства противодавленческих турбин. Выпуск таких турбин на давление 13,0 МПа мощностью 50 МВт был начат на ЛМЗ в 1962 г. Развитие жилищного строительства в крупных городах создало базу для сооружения значительного числа отопительных ТЭЦ мощностью 300-400 МВт и более. Для этой цели был начат выпуск на УТМЗ турбин Т-50-130 мощностью 50 МВт в 1960 г., а в 1962 г. турбин Т-100-130 мощностью 100 МВт. Принципиальным отличием этих типов турбин является применение в них двухступенчатого подогрева сетевой воды за счет нижнего отбора пара с давлением 0,05-0,2 МПа и верхнего 0,06-0,25 МПа. Эти турбины могут быть переведены на режим с противодавлением (ухудшенным вакуумом ) с конденсацией выхлопного пара в специальной поверхности сетевого пучка, расположенного в конденсаторе, для подогрева воды. На некоторых ТЭЦ конденсаторы турбин с ухудшенным вакуумом целиком используются в качестве основных подогревателей. Единичная мощность отопительных ТЭЦ к 1970 г. достигла 650 МВт (ТЭЦ № 20 Мосэнерго), а промышленно-отопительных - 400 МВт (Тольяттинская ТЭЦ). Суммарный отпуск пара на таких станциях составляет около 60% всего отпущенного тепла и на отдельных ТЭЦ превышает 1000 т/ч.

Новой ступенью развития теплофикационного турбостроения является разработка и создание еще более крупных турбин, обеспечивающих дальнейшее повышение экономичности ТЭЦ и снижения затрат на их сооружение. Турбина Т-250, способная обеспечить теплом и электроэнергией город с населением 350 тыс. человек, запроектирована на закритические параметры пара 24,0 МПа, 560°С с промежуточным перегревом пара при давлении 4,0/3,6 МПа до температуры 565°С. Турбина ПТ-135 на давление 13,0 МПа имеет два отопительных отбора с независимым регулированием давлений в пределах 0,04-0,2 МПа в нижнем отборе и 0,05-0,25 МПа в верхнем. В этой турбине предусмотрен также промышленный отбор с давлением 1,5±0,3 МПаТурбина с противодавлением Р-100 предназначена для использования на ТЭЦ со значительным потреблением технологического пара. От каждой турбины может быть отпущено примерно 650 т/ч пара давлением 1,2-1,5 МПа с возможностью его увеличения на выхлопе до 2,1 МПа. Для снабжения потребителей может быть использован также пар из дополнительного нерегулируемого отбора турбины давлением 3,0-3,5 МПа. Турбина Т-170 на давление пара 13,0 МПа и температуру 565°С без промежуточного перегрева как по электрической мощности, так и по количеству отбираемого пара занимает промежуточное место между турбинами Т-100 и Т-250. Эту турбину целесообразно устанавливать на средних по мощности городских ТЭЦ со значительной коммунально-бытовой нагрузкой. Единичная мощность ТЭЦ продолжает расти. В настоящее время уже эксплуатируются, строятся и проектируются ТЭЦ электрической мощностью более 1,5 млн. кВт. Крупные городские и промышленные ТЭЦ потребуют разработки и создания еще более мощных агрегатов. Уже начаты работы по определению профиля теплофикационных турбин единичной мощностью 400-450 МВт.

Параллельно с развитием турбостроения создавались более мощные котельные агрегаты. В 1931-1945 гг. широкое применение в энергетике получили прямоточные котлы отечественной конструкции, вырабатывающие пар с давлением 3,5 МПа и температурой 430°С. В настоящее время для установки на ТЭЦ с турбинами мощностью до 50 МВт с параметрами пара 9 МПа и 500-535°С выпускаются котельные агрегаты производительностью 120, 160 и 220 т/ч с камерным сжиганием твердых топлив, а также мазута и газа. Конструкции этих котлов разрабатывались с 50-х годов практически всеми основными котельными заводами страны - Таганрогским, Подольским и Барнаульским. Общим для таких котлов является П-образная компоновка, использование естественной циркуляции, прямоугольная открытая топочная камера и стальной трубчатый воздухоподогреватель.

В 1955-1965 гг. наряду с освоением на ТЭЦ установок с параметрами 10 МПа и 540°С создавались более крупные турбины и котельные агрегаты на параметры 14 МПа и 570°С. Из них наибольшее распространение получили турбины мощностью 50 и 100 МВт с котлами Таганрогского котельного завода (ТКЗ) производительностью 420 т/ч типов ТП-80 - ТП-86 для твердого топлива и ТГМ-84 - для газа и мазута. Наиболее мощным агрегатом этого завода, используемым на ТЭЦ докритических параметров, является агрегат типа ТГМ-96 с топочной камерой для сжигания газа и мазута производительностью 480-500 т/ч.

Блочная компоновка котел-турбина (Т-250) на сверхкритические параметры пара с промежуточным перегревом потребовала создания прямоточного котла паропроизводительностью около 1000 т/ч. Для снижения стоимости сооружения ТЭЦ советскими учеными М. А. Стырцковичем и И. К. Стаселявичусом впервые в мире была предложена схема отопительной теплоэлектроцентрали с использованием новых водогрейных котлов теплопроизводительностью до 210 МВт. Была доказана целесообразность подогрева сетевой воды на ТЭЦ в пиковой части графика специальными пиковыми водогрейными котлоагрегатами, отказавшись от использования для этих целей более дорогих паровых энергетических котлоагрегатов. Исследования ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского завершились разработкой и производством ряда типоразмеров унифицированных башенных газомазутных водогрейных котельных агрегатов единичной теплопроизводительностью 58, 116 и 210 МВт. Позднее были разработаны котлоагрегаты меньших производительностей. В отличие от котлоагрегатов башенного типа (ПТВМ) котлоагрегаты серии КВГМ запроектированы для работы с искусственной тягой. Такие котлы теплопроизводительностью 58 и 116 МВт имеют П-образную компоновку и предназначены для работы в основном режиме.

Рентабельность паротурбинных ТЭЦ для европейской части СССР в свое время достигается при минимальной тепловой нагрузке 350-580 МВт. Поэтому наряду со строительством ТЭЦ в больших масштабах осуществляется строительство промышленных и отопительных котельных установок, оборудованных современными водогрейными и паровыми котлами. Районные тепловые станции с котлами типа ПТВМ, КВГМ используют при нагрузках 35-350 МВт, а паровые котельные с котлами типа ДКВР и другие - при нагрузках 3,5-47 МВт. Небольшие поселки и сельскохозяйственные объекты, жилые районы отдельных городов отапливаются небольшими котельными с чугунными и стальными котлами производительностью до 1,1 МВт.

10. Оборудование ТЭЦ. Вспомогательное оборудование (подогреватели, насосы, компрессоры, паропреобразователи, испарители, редукционно-охладительные установки РОУ, конденсатные баки).

11. Водоподготовка. Нормы качества воды.

12. Водоподготовка. Осветление, умягчение (осаждение, катионовый обмен, стабилизация жёсткости воды).

13. Водоподготовка. Деаэрация.

14. Тепловое потребление. Сезонная нагрузка.

15. Тепловое потребление. Круглогодичная нагрузка.

16. Тепловое потребление. График Россандера.

Газовая котельная установка самая популярная в своем классе. Так как, подключившись к магистрали газоснабжения, не нужно беспокоиться о доставке и хранении топлива. Следует сказать, что газ - это класс топлива, которое является взрывоопасным и пожароопасным, а также при неправильной эксплуатации могут быть его выбросы в помещение. Именно поэтому нужно тщательно выполнять все нормы проектирования газовой котельной (расчеты, нормы газоснабжения и газоходов и т.д.), которые указаны в СНиП во избежание опасности.

Газовые установки с лицензией этого класса обеспечивают отопление и горячую воду для промышленных объектов, жилых домов, коттеджей и поселков, а также объектов сельскохозяйственного назначения.

Преимущества и недостатки оборудования на газу

К основным преимуществам оборудования газовой котельной можно отнести:

• Экономичность. Газовая котельная с лицензией израсходует топливо экономно, и при этом, вырабатывая достаточное количество тепловой энергии (автоматика делает все расчеты). При правильном проектировании схемы эта установка очень выгодна в эксплуатации;
• Экологичность топлива. Сегодня это очень важный фактор. Производители стараются выпускать оборудование с максимальным уровнем очистки выбросов. А также следует обозначить, что выбросы СО2 при работе устройства с лицензией такого класса минимальны;
• Высокий показатель КПД. Оборудование на газу выдает наиболее высокий коэффициент, норма которого достигает до 95%. А соответственно при эксплуатации выходит качественное отопление помещений;
• Оборудование газовой котельной имеет меньшие габариты, чем в установках другого класса;
• Мобильность. Это относится только к модульным установкам на газу. Их проектирование происходит на заводе, и выпускаются они с лицензией;
• Для удобности в эксплуатации можно устанавливать GSM управление котлами (таким образом можно осуществлять все расчеты и вводить параметры, следить за выбросами).

Проектирование газовых котельных с автоматизированной схемой позволяет сократить контроль оператора.

Недостатками эксплуатации газовых установок такого класса являются:

• Нужно проводить лицензированное сервисное обслуживание котельной перед началом отопительного сезона, так как это оборудование является источником опасности и возможны выбросы газа при эксплуатации;
• Подключение к центральной газовой магистрали (получение лицензии) дорого стоит и является долгим процессом (если его нет);
• Функционирование агрегатов на газу напрямую зависит от расчета давления в магистрали;
• Это оборудование энергозависимое, но эта проблема поправима, если предусмотреть бесперебойное питание в схеме;
• Чтобы получить лицензию на установку на газу (природном или сжиженном) следует выполнить строгие лицензированные нормы проверяющих инспекций согласно СНиП.

Проектирование газовой установки под ключ

Проектирование газовых котельных с лицензией заключается в составлении и расчете схемы отопления, газоснабжения и газоходов. Для этого обязательно нужно ознакомиться с нормами СНиП «Газовые котельные» и учитывать характеристики при установке отопительных агрегатов и газоходов.

Проектирование котельной на газу должно происходить в определенной последовательности и согласно таким пунктам (нормам):

• Выполняются архитектурно-строительные схемы и чертежи, согласно с нормами СНиП. Также на этом этапе учитываются пожелания заказчика (в расчетах).
• Производится расчет газовой котельной, то есть рассчитывается количество необходимой тепловой энергии для отопления и подачи горячей воды. Другими словами мощность котлов, которые будут установлены для эксплуатации, а также их выбросы.
• Расположение помещения котельной. Это важный пункт проектирования газовых котельных, так как все рабочие узлы располагаются по нормам в одном помещении с определенным расчетом. Это помещение может быть в виде пристройки или отдельного строения, может быть внутри отапливаемого объекта, или на крыше. Все зависит от назначения объекта и его проектирования.
• Разработка схем и планов, которые помогают функционировать газовому котельному оборудованию. Следует учитывать класс автоматизации и систему теплоснабжения. Все схемы газоснабжения котельной должны быть обустроены согласно нормам СНиП. Не стоит забывать, что эти установки достаточно опасные и правильная разработка очень важна. Разработку должны осуществлять квалифицированные специалисты под ключ, которые имеют на это лицензию.
• Нужно проверить объект на безопасность, путем проведения специальной экспертизы.

При неправильном не лицензированном проектировании газовых котельных можно понести большие финансовые затраты (штрафы), а также подвергаться опасности при эксплуатации. Лучше доверить монтаж оборудования такого класса компаниям, которые выполняют монтаж газовых котельных под ключ. Компании имеют лицензию на выполнение этих работ, а это гарантирует долгую эксплуатацию газовой установки и выполнение всех норм СНиП.

Принцип (схема) работы газовой установки

Эксплуатация оборудования такого класса не включает в себя сложных процессов и схем (расчетов). Газоходы котельной выполняют газоснабжение, то есть подают топливо (природный или сжиженный газ) к горелке в котле или котлах (если в установке есть несколько газовых агрегатов согласно лицензии). Далее топливо сгорает в камере сгорания, в результате чего нагревается теплоноситель. Теплоноситель циркулирует в теплообменнике.

В котельных установках с газоснабжением есть распределительный коллектор. Этот элемент конструкции производит расчет и распределяет теплоноситель по установленным контурам (зависимо от схемы газовой котельной). Например, это могут быть отопительные радиаторы, бойлеры, теплые полы и т.д. Теплоноситель отдает свою тепловую энергию и возвращается в котел по обратному ходу. Таким образом, происходит циркуляция. Распределительный коллектор складывается из системы оборудования, благодаря которому циркулирует теплоноситель, а также контролируется его температура.

Выброс продуктов горения топлива (природный или сжиженный газ) совершается через дымоход, который должен проектироваться по всем характеристикам СНиП, чтобы не допустить опасной ситуации.

Установки с газоснабжением управляются автоматикой, что минимизирует вмешательство оператора в процесс эксплуатации. Автоматика в газовом оборудовании имеет многоуровневую защиту. То есть останавливает котлы при опасных аварийных ситуациях, совершает расчет всех параметров и выбросов и т.д. Современные автоматизированные системы могут оповещать оператора даже с помощью СМС.

Виды

Можно выделить такую классификацию лицензированных газовых котельных, по способу установки:

• Установка на крыше. На производственных объектах часто отопительное оборудование монтируют на крыше;
• Транспортабельная установка. Котельные такого вида являются аварийными, выпускаются с завода полностью укомплектованными. Их можно перевозить, предварительно установив на прицеп, шасси и т.д. Эти установки являются полностью безопасными;
• Блочно-модульная котельная на газу. Этот класс установок монтируется вместе с помещением с помощью специальных модулей. Транспортируется любым видом транспорта. И собирается компанией производителем под ключ. Производитель также занимается разрешительной документацией (лицензия);
• Встроенная котельная. Агрегаты на газу устанавливаются в помещении внутри здания.

Для встроенных котельных с лицензией есть определенные нормы СНиП, которых нужно придерживаться для обеспечения безопасности и предотвращения выбросов газа. Такого класса котельная должна иметь прямой выход на улицу.

Проектирование таких котельных с газоснабжением запрещено:

• в многоквартирных домах, больницах, детских садах, школах, санаториях и т.д.
• над и под помещениями, где находятся более 50 человек, складами и производствами с опасностью А,Б категорий (пожароопасность, взрывоопасность).

Установки на сжиженном газе

Котельные на сжиженном газе имеют свои преимущества, например, нет проблем с давлением в газовых магистралях, нет надобности беспокоиться при увеличении стоимости отопления, а также можно самостоятельно устанавливать нормы и лимиты. Этот класс оборудования также является автономным.

Но при проектировании и монтаже котельной на сжиженном газе дополнительные денежные вложения следует потратить на конструкцию (схему). Так как конструкция требует установки специального резервуара для топлива. Это так называемый газгольдер, который может иметь объем 5-50 м2. Здесь установлены дополнительные газоходы котельной, то есть те по которым сжиженный газ поступает в котельную установку. Такой класс газоснабжения выглядит как отдельный трубопровод (газоход). Частота наполнения резервуара сжиженным газом зависит от того какой его объем, это может происходить от 1 до 4 раз в год.

Заправка такого оборудования сжиженным газом производится компаниями, которые имеют лицензию на проведение работ такого класса под ключ. Их лицензирование также позволяет проводить техосмотр газоходов и газгольдера. Обязательно нужно нанимать мастеров, которые имеют разрешения и лицензию, так как это работы с высоким уровнем опасности.

Конструкция на сжиженном газе больше ни чем не отличается от работающей на природном газе. Этот класс оборудования также имеет в комплектации радиаторы, запорную арматуру, насосы, клапаны, автоматику и т.д.

Газгольдер со сжиженным топливом может быть установлен в 2 вариантах (схемах):

• Над землей;
• Под землей.

Проектирование обоих вариантов должно осуществляться, соблюдая определенные условия и расчеты, которые в том числе обозначены в СНиП. Резервуар для сжиженного топлива, который расположен над землей, должен обязательно быть огражденным забором (от 1,6 м). Забор должен быть установлен на расстоянии 1 метра от резервуара по всему периметру. Это нужно для лучшей циркуляции воздуха при эксплуатации.

Также есть и другие нормы проектирования и расположения наземного газгольдера (чтобы избежать опасности) – это расчет расстояния от разных объектов:

• Не менее чем в 20 метрах от жилых строений;
• Не менее чем в 10 метрах от дорог;
• Не менее чем в 5 метрах от разного рода сооружений и коммуникаций.

Что касается проектирования резервуара под землей, то все вышеперечисленные нормы сокращаются в 2 раза. Но есть расчет глубины погружения резервуара со сжиженным газом и газохода. Эти нормы проектирования должны рассчитываться индивидуально согласно объему емкости и его конструкции.

Но оборудование этого класса также имеет свои недостатки при эксплуатации, так как если качество газа плохое, то котельная не будет функционировать в заданном режиме. Заправка резервуара должна производиться компанией со всеми разрешениями и лицензией.

Нормы безопасности при эксплуатации

Эксплуатация газовых котельных имеет множество плюсов, но не стоит забывать и о существенном минусе - опасность этого оборудования. Это объясняется использованием легко воспламеняющих веществ и горючих веществ, которые и представляют всю опасность.

Так что можно сказать, что такие установки это