Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и предназначенных для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Отопительная котельная состоит из котла, топки, питательных, подпиточных и тягодутьевых устройств. К вспомогательным элементам отопительных котельных относятся устройства для подачи топлива, подогрева воды, очистки дымовых газов, водоподготовки, приборы теплового контроля и средства автоматизации.
В зависимости от вида применяемого теплоносителя котлы подразделяют на водогрейные и паровые.
Паровой котел - устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства.
Водогрейный котел - устройство, умеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.
Топочное устройство (топка) служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту вырабатываемых газов. Основным топочным устройством отопительных котлов малой мощности на твердом топливе является простая колосниковая решетка с ручным обслуживанием.
Котлы на древесных отходах изготавливаются с подовой топкой, имеющая большие габаритные размеры, позволяющие при одной загрузке закладывать большое количество топлива.
Для сжигания газа или жидкого топлива устраивается камерная топка и устанавливаются газовые горелки или форсунки.
Питательные и подпиточные устройства (насосы, баки, трубопроводы) предназначены для подачи воды в котел или тепловую сеть (систему отопления).
Тягодутьевые устройства состоят из дутьевых вентиляторов, системы воздуховодов, газоходов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания (топочных газов) по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания топлива, перемещаясь по газоходам котла и соприкасаясь с его поверхностями нагрева, передают теплоту воде.
На рис. 1 приведена упрощенная технологическая схема отопительной котельной. Водогрейный котел 1 имеет простую колосниковую решетку, на которую забрасывается вручную топливо, доставляемое к котлу со склада передвижным топливным бункером 3. Дымовые газы, полученные от сгорания топлива в котле, по газоходу 5 направляются в золоуловитель 7, а затем по газоходу 6 в дымосос 9 и далее через дымовую трубу 8 выбрасываются в атмосферу. Золоуловители очищают дымовые газы от золы и мелких частиц несгоревшего топлива, которые по трубопроводу 10 ссыпаются в канаву для шлакозолоудаления и с помощью специального устройства - скрепера вывозятся из котельной. Дымосос 9, устанавливаемый обычно при наличии золоуловителей, позволяет уменьшить высоту дымовой трубы. Для обеспечения подачи в топку необходимого для горения воздуха устанавливают дутьевой вентилятор 2, который по воздуховоду 4 забирает наиболее нагретый воздух из верхней зоны помещения котельной.
Производительность водогрейных котлов исчисляют в мегаваттах (МВт) или киловаттах (кВт), а также в килокалориях, вырабатываемых в 1 ч (ккал/ч), а паровых котлов - в килограммах или тоннах вырабатываемого в 1 ч пара (кг/ч или т/ч). В паровых котлах для выработки пара над котлом устанавливают паросборник.
Водогрейные котлы, вырабатывающие горячую воду не выше 115 °С и пар с давлением не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) для бытовых целей, относятся к категории котлов низкого давления и называются отопительными. В статье рассматриваются отопительные котлы низкого давления тепловой мощностью свыше 0,058 МВт (50 тыс. ккал/ч) и не более 4,65 МВт.
Устройство современной отопительной котельной установки с водогрейными котлами, работающими на твердом топливе, приведено на рис. 2. На нем изображены план и разрезы отопительной котельной с шестью котлами "КВ", оборудованными ручными колосниковыми решетками для каменных углей. В котельной полуоткрытого типа дымосос 5 установлен на два котла, золоулавливающая установка 4, состоящая из двух циклонов, находится вне здания. Водогрейные котлы 7 имеют общую обмуровку. Дутьевые вентиляторы 8 для каждого котла расположены перед их фронтом и подают воздух под решетку по подземному воздуховоду. Отопительная котельная имеет кирпичную трубу 6 высотой 30 м. Потери в теплосети восполняются химически очищенной водой, приготавливаемой в фильтрах 9 по схеме Na-катионирования.
Отопительная котельная имеет открытый склад топлива, расположенный вблизи, куда топливо доставляют автотранспортом. Подачу топлива к котельной и загрузку в наружные настенные бункера производят автопогрузчиком 11. Золу и шлак удаляют скрепером 2. Шлак через опрокидывающиеся колосники сбрасывают в канал 10, расположенный под котлами и заполненный водой. Золу, улавливаемую в циклонах, также сбрасывают в канал золошлакоудаления по трубе 12. Скрепер 2, загружает шлак и золу в бункер 1, из которого очаговые остатки вывозят на автомашинах. Лебедка 3 скреперного подъемника работает периодически.
В некоторых случаях (при расположении котельной внутри жилого массива) дутьевые вентиляторы и дымососы размещают внутри здания котельной. В мелких (домовых) котельных дымовые газы от котла можно отводить в трубу без дымососа - под действием естественной тяги. Иногда в указанных установках нет также и дутьевых вентиляторов для подачи в топку воздуха, необходимого для горения топлива. Образовавшиеся от сгорания топлива золу и шлак выгребают вручную из топки либо через топочную дверку на фронт котла, либо через зольниковую дверку, если в топке установлены поворотные колосники.
На рис. 3 изображена монтажная схема сетевых трубопроводов. Вода от потребителей по обратному трубопроводу 16 тепловой сети через грязевик 15 подается центробежными сетевыми насосами 14 в котел 9, где нагревается до требуемой температуры и по подающему трубопроводу 1 подается к потребителю. На подающей линии до задвижек установлен обратный затвор. На выходе из котлов предусмотрены обводные линии 12 с установкой обратных затворов для пропуска теплоносителя на тот случай, если задвижка будет закрыта. Сетевые насосы имеют обводную линию 13. На общем подающем коллекторе установлены предохранительные клапаны 11. Водопроводная вода, идущая на Na-катионитовые фильтры, подогревается в теплообменнике от 5 до 25 °С, для чего на подающем сетевом трубопроводе предусмотрен отвод 8 к теплообменнику. Обратная вода из теплообменника по трубопроводу 6 поступает в обратный трубопровод 16, в который также врезан трубопровод от устройства химической очистки воды 7 для подпитки тепловой сети. Кроме того, на подающем и обратном трубопроводах сетевой воды расположены отключающие задвижки 2 и измерительная диафрагма 3. Котлы и трубопроводы сети имеют дренажную линию 5, по которой при ремонтах воду сливают в канал золошлакоудаления. Для выкачивания воды из застойных зон трубопроводов установлен ручной насос 4. Воздухосборники 10 предназначены для удаления воздуха из системы. В зависимости от назначения схемы могут быть указаны размеры труб.
Монтажная схема трубопроводов паровой котельной с котлами КВ приведена на рис. 4. По паропроводу 2 пар, вырабатываемый в котлах 11, направляется к потребителю. По конденсатопроводу 3 конденсат возвращается от потребителя в конденсатный бак 5 и смешивается с водой Р, прошедшей очистку в противонакипных магнитных устройствах (ПМУ) 10, откуда насосами 6 подается в паросборник котла 11.Ручной насос 4 служит для откачки воды из конденсатного бака в дренажную сеть. Подача воды в ПМУ осуществляется из водопровода с помощью насосов 8. На паровых котлах установлены предохранительные клапаны, пар от которых (при их срабатывании) отводится по трубопроводу 12 в атмосферу.
Для спуска воздуха на конце паропровода 2 установлен воздухосборник 13. Трубопровод 14 служит для дренажа конденсата. Удаление шлака из котла в канал шлакозолоудаления производится через сепараторный шламоотделитель 15 и дренажную линию 16. На паропроводе 2 установлена измерительная диафрагма 7 для определения расхода пара. Ручной насос служит для откачки воды из паропровода в дренажную сеть.
Котельные чисто отопительные предназначены для подачи горячей воды только на отопление в закрытую сеть теплоснабжения с параметрами воды 95 - 70 °С. Они оборудованы водогрейными отопительными котлами.
Котельные, предназначенные для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, оборудуются либо только водогрейными, либо водогрейными и паровыми котлами. При оборудовании котельной только водогрейными котлами одна группа котлов работает только на отопление по отопительному графику. Другая обеспечивает нагрузку горячего водоснабжения; горячая вода от этой группы котлов поступает в водяные подогреватели, установленные в котельной. Циркуляция воды в обоих контурах (сети отопления и сети водяных подогревателей) осуществляется сетевыми насосами, общими для обеих групп. Для обеспечения нагрева воды сети горячего водоснабжения до 5 °С температура теплоносителя в котлах обычно поддерживается на уровне 95 °С. Такие котельные получили название котельных с единым теплоносителем. В них предусмотрена возможность в случае надобности переключать котлы из отопительной группы на работу в группе для горячего водоснабжения.
Наиболее распространенной схемой отопительной котельной для покрытия отопительной нагрузки и горячeгo водоснабжения является котельная с водогрейными и паровыми котлами. Здесь паровые котлы используют для централизованного горячего водоснабжения. Нагрев горячей воды производят в пароводяных подогревателях.
Отопительно-производственные котельные оборудуются водогрейными и паровыми котлами. Водогрейные котлы служат для снабжения теплотой систем отопления, паровые - для удовлетворения потребностей в технологическом паре низкого давления (рестораны, столовые, бани и др.).
Котельные производственные - менее распространены. Их обычно оборудуют только паровыми котлами, вырабатывающими пар для технологических нужд, например для сушилок и т. п.
Отопительные котлы изготовляют в основном из стали. Известно, что температурный режим в системах центрального отопления регулируют путем изменения температуры нагреваемой воды при постоянном его расходе. Котел в наиболее холодное время года должен нагревать горячую воду до температуры 95 °С. Температура обратной воды, поступающей из системы отоплений в котел в указанный период, должна составлять 70 °С. При повышении температуры наружного воздуха температура воды снижается в соответствии с отопительным графиком.
Например, при температуре наружного воздуха 5°С температура горячей воды, поступающей из котла в систему, должна быть около 43 °С, а температура обратной воды 35-37 °С.
Примерно такую же температуру имеют и стенки котла. При охлаждении дымовых газов ниже температуры конденсации (ниже точки росы) содержащиеся в них водяные пары выпадут в виде капель влаги на стенках газоходов. Влага на стенках котла при активном воздействии кислорода и углекислоты вызывает их коррозию. Чтобы избе жать этого, температуру обратной воды, поступающей в котел, рекомендуется поддерживать примерно на 5 °С выше температуры точки росы. Например, при сжигании каменного угля в обратной линии системы отопления достаточно пропустить воду с температурой 38 + 5 = 43 °С.
Чем ниже точка росы продуктов сгорания, тем более холодную воду из обратной линии системы отопления можно подавать в котел без опасения конденсации влаги на его стенках. При сжигании всех видов топлива, кроме антрацита, имеющего наиболее низкую точку росы, на стенках котла из продуктов сгорания будет выделяться влага. Особенно обильное выделение влаги происходит при сжигании влажного и богатого водородом топлива, например газа.
Присутствие в продуктах сгорания серы повышает точку росы на 70-100 °С по сравнению с приведенными выше данными, что практически делает невозможным работу отопительных котлов без запотевания поверхности нагрева. При сжигании топлива, содержащего серу, в продуктах сгорания появляются SO2 и SO3 которые соединяясь с водяными парами, образуют серную или сернистую кислоту вызывающую интенсивную коррозии металла.
Для предотвращения коррозии стальных котлов необходимо предусматривать либо подогрев обратно воды в специальных теплообменниках, либо подмешивание горячей воды к обратной, чтобы повысить ее нагрев до температуры, превышающей точку росы примерно на 5 °С. Поэтому при эксплуатации стальных котлов тщательно следят за температурой обратной и горячей воды с тем, чтобы поверхность нагрева котла имела температуру выше точки росы дымовых газов. Хотя указанные меры значительно повышают стоимость единицы вырабатываемой теплоты, однако без них стальные котлы выходят и строя из-за коррозии металла через 1-2 отопительных сезона.
