Принцип работы и диагностика жаротрубных котлов

Жаротрубные котлы как основа отопительной системы

Уже второй век служит человечеству жаротрубное оборудование. Мощные модели используют в обогревательных системах в животноводстве, на производстве, в строительных организациях и воинских частях, более компактные – в коттеджах, квартирах и на дачах. Модернизированный жаротрубный котел отличается усовершенствованной конструкцией, которая позволяет без изменения размеров агрегата увеличивать его производительность при условии, что внутреннее давление имеет параметры выше атмосферного.

Конструкция и назначение жаротрубных котлов

Внешний вид оборудования может быть различным, но чаще встречается горизонтальная конструкция цилиндрической формы. Одножаровый агрегат состоит из двух резервуаров-цилиндров, один из которых прячется внутри другого. Оба сегмента сообщаются между собой посредством паросборника и фланцев. На передней торцевой части находится топка, на задней – трубоотводы. Чтобы происходил процесс горения у паровых моделей, необходима принудительная подача воздуха. Воздух подается под колосник вентилятором, зафиксированным на фронтальной площадке. Оборудование, работающее на угле, дизельном топливе или газе, имеет горелку и трубу для отвода дыма.

Самым лучшим теплообменником считается стальной, так как он не подвержен коррозийному разрушению и не деформируется со временем от температурных перепадов.

Видео: Как выбрать котел для дома? Жаротрубный котел Roda RK2

Принцип работы водогрейного оборудования

Как и любая печь, котел работает на одном из видов топлива, которое загружается или поступает по трубам в топку. При сгорании топлива, например, угля или газа, выделяется тепловая энергия. У обычной печи отопления она отдается корпусу, нагревая окружающий воздух, у котла – теплоносителю (например, воде), причем посредником является теплообменник.

Топочная часть окружена водяной «рубашкой», которая является инструментом охлаждения. Дым, полученный в процессе сгорания топлива, поступает в пучок труб в задней торцевой части, поднимается вверх и выходит наружу.

Нагреваясь, вода преобразуется в пар, поднимается в верхнюю часть резервуара, где расположена паросборная камера. Оттуда она по трубам, которые называют паропроводом, поступает в различных направлениях для обогревания жилья или участия в технологических процессах. Как видите, принцип работы жаротрубного котла прост и подчиняется законам физики.

Существует две категории жаротрубных устройств, одна из которых функционирует за счет нагретого пара, вторая нагревает теплоноситель – воду. В зависимости от назначения оба вида могут отличаться конструктивно и иметь особенности, влияющие на их использование.

Видео: Процесс работы водогрейного котла

Преимущества и недостатки

Главное достоинство жаротрубных водогрейных котлов в их автономности: с помощью доступного оборудования можно собрать простую в использовании и прекрасно функционирующую систему отопления. При необходимости устройство может нагревать объем воды, необходимый для горячего водоснабжения загородного дома или дачи. Конечно, многое зависит от выбора топлива, поэтому перед покупкой необходимо ориентироваться на модели, работающие на определенном виде, например, на жидком топливе.

Также топливо и материал изготовления влияют на гарантированный срок службы отопительного устройства – от 20 до 50 лет. Обычно это соответствует действительности, так как водогрейное оборудование легко поддается ремонту. Автоматика, которой оборудовано большинство современных моделей, позволяет регулировать температуру на выходе или поддерживать ее в одном постоянном значении.

Недостатком обычно считают необходимость в постоянном обслуживании: через определенное время приходится загружать новую порцию топлива. Особенно это касается моделей, работающих на угле, дровах, мазуте, дизеле. Время от времени приходится производить чистку – убирать золу и шлак, освобождать трубы от копоти.

Как работают паровые котлы

Основная часть паровых жаротрубных котлов имеет особое строение, в котором главную роль играет трехходовый теплообменник. Газы, продвигаясь по трубам внутри водяной «рубашки», делают три хода:

  • 1 – в камере сгорания, то есть в топочном отделении, где температура достигает максимума;
  • 2 – в жаровом трубопроводе второго хода, который может использоваться для отвода горячей воды в систему водоснабжения;
  • 3 – в жаровых трубах третьего хода, которые используются для отопительной системы.

Продвижение газов (пара) обеспечивают два фактора: работа вентилятора и тяга из дымохода. Владельцам паровых устройств необходимо контролировать уровень воды, который отличается нестабильностью. Некоторая часть испаряющейся воды оседает внутри конструкции в виде конденсата, для его сбора существует специальный собирающий элемент – сепаратор. Его работа защищает конструкцию от гидроударов и быстрого износа.

Большая часть паровых устройств используется в промышленных технологических процессах, когда необходима высокая энергоэффективность: создает большое количество тепла для топливных баков, турбин или деаэраторов.

Особенности эксплуатации

Вовремя обслуживать жаротрубное устройство и следить за его стабильностью необходимо, в первую очередь, из целей личной безопасности и сохранения целостности оборудования. Требования безопасности обычно указаны в инструкции к использованию. Основными пунктами являются следующие:

  • Минеральные отложения и накипь – результат использования воды в качестве теплоносителя. Именно они являются причинами поломок и паровых, и водогрейных аппаратов. Из-за конструктивных особенностей строения трубопровода внутри конструкции отложения скапливаются неравномерно и вызывают перегрев теплообменника.
  • Жаротрубные котлы используют больший объем воды, чем, предположим, водотрубное оборудование, и это увеличивает их взрывоопасность.
  • Строение труб вызывает снижение скорости теплоносителя и в результате вызывает появление застойных зон.

Обслуживание заключается в своевременной замене стальных теплообменников, регулярной технической чистке и контроле над работой жаротрубного устройства. Следование инструкции позволяет сохранять изначальные технические характеристики котла и увеличивает срок службы.

Жаротрубный котел. Конструкция и применение

Жаротрубное водогрейное оборудование достаточно распространено во всем мире. Впервые котлы жаротрубные появились еще в 19 веке. Конструкция была создана для того, чтобы увеличить показатели производительности парового оборудования без увеличения размера агрегата и его формы.

Их широкое применение в настоящее время объясняется удобством эксплуатации, простотой выполнения ремонтных и обслуживающих работ, а также возможностью использования при наличии давления внутри конструкции выше атмосферного.

Принцип работы и особенности конструкции

Котел жаротрубный являет собой подвид газотрубного оборудования, у которого поверхность состоит из определенного количества жаровых труб, внутри которых движется конкретный вид топлива.

Выделяют два основных класса оборудования:

  • Жаротрубные паровые котлы. Они предвидят нагревание теплоносителя при помощи использования пары. Внутри для этих целей размешаются специальные резервуары.
  • Жаротрубные водогрейные котлы. В отличие от предыдущего варианта, где запрещено обогревать при помощи газов паровое пространство агрегата, чтобы не допустить высокого уровня нагревания стенок, этот тип механизма предвидит обогревание всего корпуса при помощи воды.

Чаще всего жаротрубное оборудование имеет достаточно простую конструкцию – цилиндрический корпус, которой расположен горизонтально. В зависимости от типа и класса внутри у агрегата может быть расположена горячая вода или объемы и резервуары парового и водяного класса.

Принцип работы жаротрубного котла достаточно прост. На переднем торце всех жаровых труб расположена горелка надувочного типа, которая может сжигать газ или жидкое топливо. Благодаря этому жаровая труба становиться особой топочной камерой, где сгорает практически все идущее в прибор топливо.

Рис. 1 Жаротрубный котел

Что касается паровых жаротрубных котлов, то подобные модели часто имеют трехходный теплообменник. Это означает, что перед непосредственным выбросом наружу газы совершают три хода по жаровым трубам, которые омываются водой. Первым ходом выступает камера сгорания.

Показатель температуры там самый большой. В зоне камеры газы меняют свой путь и попадают в жаровые трубы второго хода, а оттуда – в жаровые трубы третьего хода. Схема движения осуществляется и направляется за счет работы вентилятора внутри конструкции агрегата, а также естественной тяги дымовой трубы.

Рис. 2 Трехходовой котел

Уровень воды в баке подобной модели парового жаротрубного котла отличается нестабильностью. В процессе эксплуатации часть воды закипает и в виде пара поступает внутрь конструкции, где при помощи особого компонента – сепаратора отделяются небольшие капли. Этот процесс является обязательным. В противном случае будут возникать гидроудары, что негативно скажется на работе парового оборудования.

Конструкция жаротрубного водогрейного котла состоит из корпуса, передней и задней крышки, труб для отвода из агрегата дымовых газов и опор. Сама конструкция корпуса включает в себя камеру, представленную жаровой трубой с закругленным дном, конвективную зону, переднюю камеру агрегата и опоры. Дополнительно жаротрубный водогрейный котел покрывается теплоизоляционными материалами.

Газы, которые образовываются в жаровой трубе при сгорании конкретного вида топлива, меняют свое направление движения и возвращаются к фронтальной части отопительного оборудования. После отдачи тепла теплоносителю они выводятся наружу через дымоход.

Конструкция парового или водогрейного жаротрубного котла может быть другой. Расположение и комплектация разных компонентов оборудования, в том числе и жаровых труб, может отличаться у разных производителей, а также в зависимости от предназначения и габаритов агрегата.

Особенности и преимущества

Широкое распространение в разных сферах котлы жаротрубные получили благодаря следующим характеристикам:

  • Наличие простой конструкции и удобства работы с ней.
  • Наличие нескольких видов оборудования, в том числа водогрейного и парового.
  • Наличие участков с высоким показателем тепло напряжённости.
  • Оптимальный уровень безопасности котлов жаротрубных.
  • Высокий показатель мощности при компактных габаритах.
  • Наличие отопительного оборудования для обеспечения автоматической работы. Это достигается за счет использования дополнительных приборов: манометра, воздухоотводчика, термометра, датчика давления воды и др.
  • Стабильная работа горелки на жаровых трубах котла без проблемы пульсации пламени.
  • Использование стали для теплообменника позволяет паровым и водогрейным жаротрубным котлам быть защищенными от коррозии и температурных перепадов.

Несмотря на некоторые разногласия, данный вид оборудования для обогрева, как парового, так и водогрейного типа, широко используется в странах Европы в промышленной сфере.

Среди факторов, которые влияют на этот показатель, можно выделить следующие:

  • Большой объем используемой воды в котлах жаротрубных позволяет поддерживать стабильный показатель температуры на выходе.
  • Низкий показатель гидравлического сопротивления паровых или водогрейных жаротрубных агрегатов непосредственно влияет на снижение издержек эксплуатации.
  • Жаровая труба котла обеспечивает практически стопроцентное сгорание топлива, что обеспечивает высокий показатель КПД, достигающий выше 90%.
  • Высокий уровень тепловой мощности оборудования парового или водогрейного типа позволяет уменьшить количество теплопотерь сооружения при наличии неблагоприятных климатических условий.

Рис. 3 Промышленный котел

Что касается недостатков жаротрубных агрегатов, то сюда можно отнести их относительно высокую взрывоопасность, что объясняется особенностями конструкции агрегата, в частности жаровыми трубами. Однако при соблюдении всех норм и правил использования оборудования, паровые и водогрейные жаротрубные котлы будут абсолютно безопасны и надежны в работе.

Особенности эксплуатации

>Учитывая высокие требования безопасности, выдвигаемые к котлам жаротрубным, на что непосредственно влияет их конструкция с наличием жаровых труб, при эксплуатации паровых и водогрейных жаротрубных котлов необходимо знать следующее:

  • Наличие жаровых труб приводит к тому, что скорость движения теплоносителя в паровых и водогрейных жаротрубных агрегатах небольшая, что приводит к образованию застойных зон внутри агрегата.
  • Количество воды в котлах жаротрубных намного больше, чем у водотрубного водогрейного оборудования. Это делает агрегат более взрывоопасным.
  • Основная причина поломки водогрейных или паровых агрегатов – это образования разных отложений и накипи. Учитывая конструктивные особенности оборудования, в частности наличие жаровых труб, накипь в агрегатах скапливается неравномерно, вызывая перегрев теплообменника.

Рис. 4 Водогрейный котел

Чтобы не допустить взрыва, данные агрегаты должны вовремя подлежать ремонту и техническому обслуживанию. Все непригодные детали, в том числе и жаровые трубы, должны быть вовремя заменены. Во время использования нужно не выходить за пределы эксплуатации и точно следовать всем указаниям, прописанным в инструкциях и технических характеристиках котлов жаротрубных.

Возможность перевода оборудования на газ

Чаще всего паровые или водогрейные жаротрубные приборы применяются для снабжения горячей водой жилых домов и предприятий. Достаточно часто данный вид оборудования применяется и в промышленных предприятиях и организациях. При этом с целью повышения КПД, котлы жаротрубные часто переводит на газ.

Для осуществления подобного варианта внутри оборудования необходима установка дополнительных компонентов. Обязательными элементами являются газовые горелки низкого давления, которые могут быть заменены на особый вид горелок инжекционного типа со средним давлением. Нужно будет также убрать колосниковую решетку. Ее основной целью в котлах жаротрубных является сжигание твердого топлива, однако поскольку при наличии газа необходимость в этом отпадает, ее можно убрать.

Необходимым моментом также является демонтаж фронтальной плитки и установка нового варианта. Этого процесса можно избежать, если установить горелки инжекционного характера с наличием стабилизатора.

Что касается резонности перевода котла жаротрубного на газ, то однозначного мнения среди профессионалов нет. Одни считают такой вариант вполне приемлемым и надежным, а другие предлагают заменить его альтернативными агрегатами. В любом случае, при правильно выпоенной работе, оборудование будет работать надежно и с оптимальными техническими показателями.

Единственным недостатком подобных манипуляций является то, что после перевода на газ у котлов жаротрубных может наблюдаться нагревание насадки горелки, что сопровождается пульсацией горения, негромкими хлопками, потрескиванием и выбросом пламени.

Поскольку перевод котла жаротрубного на газ является сложным процессом, требующим знаний и определенных навыков, а также учитывая то, что возможные погрешности в работе могут привести к созданию взрывоопасной ситуации, все работы должны быть выполнены специалистами с соответствующей квалификацией. Самостоятельное вмешательство может создать опасную ситуацию для владельца оборудования и его близких.

Котлы жаротрубные широко используются в разных сферах. Они имеют хороший показатель мощности, просты в монтаже, эксплуатации и обслуживании, а также легко поддаются ремонтным работам. Разнообразие моделей позволяет подобрать вариант для любого помещения и для самых разных условий. Главное – это выбрать качественный вариант и четко следовать руководству по его эксплуатации.

Устройство и виды жаротрубных котлов

Жаротрубные котлы являются одними из самых распространённых отопительных агрегатов благодаря своей простой конструкции, надёжности, возможности улучшения эксплуатационных характеристик. При компактных размерах они вырабатывают высокую тепловую мощность и при этом полностью безопасны. Кроме того, доступны для выбора несколько типов конструкций, среди которых можно подобрать оптимальный вариант под доступное топливо и экономить на обогреве.

Устройство и принцип работы

Жаротрубные водогрейные котлы работают по принципу передачи тепловой энергии от сгораемого топлива теплоносителю, циркулирующему в теплообменниках. При этом для парообразования достаточно температуры до +1150С и рабочего давления до 0,7 кгс/см2. Средняя мощность теплового потока составляет 1,3 МВт/м3.

Сгорание топлива происходит в топочной, которая со всех сторон, кроме лицевой, охлаждается водяной рубашкой. Для выхода дыма установлен пучок труб, которые позволяют его вывести за пределы котла. В качестве топлива может использоваться газ, дрова, уголь, мазут, дизель.

При нагреве воды часть объёма переходит в пар, который скапливается в верхней части ёмкости в специальной камере, подключённого к отопительной системе.

Благодаря простому принципу работы жаротрубного котла он имеет относительно простую конструкцию. Корпус может иметь практически любую форму, но большинство производителей изготавливают его в основном в виде цилиндров. В торцевой части расположена топочная, а с противоположной стороны – система отвода дыма. Воздух для поддержания горения нагнетается при помощи электровентилятора, расположенного фронтально.

Над топочной камерой расположены по периметру теплообменники, которые заполнены теплоносителем и имеют плотный контакт с дымоотводом. Они выполнены в виде горизонтальных трубок небольшого сечения для увеличения эффективности нагрева воды.

Трёхходовой жаротрубный котёл ТТ-100

Наибольшее распространение получил трёхходовой жаротрубный котёл, отличие которого от описанной конструкции (одноходовой) состоит в наличии трёх ходов для отвода дыма, расположенных над топочной. Первым ходом является сама камера сгорания, вторым и третьим – ходы, расположенные сверху друг над другом. Тяга в каналах обеспечивается при помощи вентилятора и/или за счёт естественных воздушных потоков через вентиляционные отверстия или колосники.

Трёхходовой жаротрубный котёл позволяет понизить температуру нагретого дымового газа с +10000С до +2500С, то есть основная часть тепла будет передана теплоносителю. По этой причине уровень воды весьма нестабилен и его достаточно сложно контролировать. Поэтому в устройстве используется сепаратор, отделяющий воду от пара, в результате чего капли не попадают в отопительный коллектор.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и автоматизации процесса нагрева теплоносителя производители устанавливают следующие узлы:

  • воздухоотводы,
  • манометр, показывающий давление пара,
  • термометр для индикации температуры нагрева,
  • блок управления нагревом,
  • датчики давления теплоносителя,
  • система защиты от перегревов и аварийных режимов работы.

Виды жаротрубных котлов

Жаротрубные паровые котлы по типу нагрева теплоносителя подразделяются на следующие виды:

  • паровые, в которых для подогрева используется пар, накапливаемый в отдельном специальном резервуаре,
  • водогрейные, использующие для нагрева теплоносителя воду, применение пара недопустимо из-за необходимости предотвращения перегрева и деформации стенок корпуса котла.

Схема водогрейного жаротрубного котла

Преимущества и недостатки

Котлы с жаротрубной конструкцией обладают следующими преимуществами:

  • высокий КПД, достигающий 92-93% благодаря эффективному распределению тепла и полному отбору мощности от создаваемого теплового потока при сгорании топлива,
  • отсутствие нагрева внешней поверхности корпуса благодаря использованию водяной рубашки,
  • высокая теплоёмкость котла и минимальная инерционность нагрева при работе,
  • стабильные температурные параметры за счёт полного контроля процесса сгорания топлива,
  • безопасность при эксплуатации: риск взрыва по причине высокого роста давления минимален,
  • возможность внесения модификаций с целью изменения технических характеристик,
  • простота конструкции, позволяющая проводить обслуживание и ремонты без привлечения специалистов,
  • компактные размеры, по сравнению с другими типами котлов с аналогичными характеристиками,
  • надёжность и долговечность по причине использования жаростойкой стали и минимальному количеству сварных швов,
  • возможность применения для обогрева объектов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях,
  • средний срок службы от 20 до 50 лет,
  • отличная ремонтопригодность,
  • доступность конструкций под использование различных видов топлива.

Жаротрубные котлы имеют высокий КПД, достигающий 92-93% благодаря эффективному распределению тепла

К недостаткам жаротрубной конструкции относятся:

  • в случае применения жёсткой воды на внутренних поверхностях образуется неравномерная накипь, которую удалять можно только после разборки, что весьма трудоёмко,
  • высокое потребление воды,
  • появление застойных зон теплоносителя из-за малой скорости его циркуляции,
  • необходимость постоянного контроля состояния и периодического обслуживания, для недопущения аварийных ситуаций,
  • сложность очистки ходов для отвода продуктов сгорания из топочной камеры,
  • наличие непрогреваемых участков внутри теплообменников из-за низкой скорости циркуляции теплового потока.

Особенности эксплуатации

В жаротрубных котлах принцип работы основан на подогреве воды и образовании пара, поэтому необходимо использовать воду без примесей и постоянно следить за показаниями датчиков с целью обеспечения стандартных режимов работы. Для подготовки воды рекомендуется применять двухступенчатые натрий-катионные фильтры или обратный осмос с натрий-катионированием.

Кроме того, необходимо выполнять деаэрирование для получения необходимого pH уровня, а также введение специальных химических средств, предотвращающих коррозию металла. Связана эта мера с тем, что при пониженной кислотности воды в ней образуются сульфиты и фосфаты железа, которые стимулируют отложения накипи на внутренних поверхностях. Слой накипи опасен в первую очередь для топочной трубы одно- или трёхходового жаротрубного котла, так как она охлаждается только водяной рубашкой.

Периодичность проверки качества воды через каждые 3-4 суток. Это делает встроенная автоматика или лаборатория. Контролируются следующие параметры:

  • жёсткость,
  • электропроводимость,
  • содержание щёлочи, кислорода и кислородного связующего компонента,
  • уровень pH.

В этот же период следует проводить частичную или полную продувку объёма для удаления шлама. Для этого в устройстве жаротрубных котлов предусмотрена запорная арматура, расположенная в его нижней части. Некоторые конструкции предполагают не периодическую, а постоянную продувку с количеством удаляемой воды 5-10% от общего объёма.

В процессе эксплуатации, чтобы избежать ремонта жаротрубных котлов, важно следить за их внутренним давлением. Большие объёмы поступающей в ёмкость воды благоприятно сказываются на стабильности давления при резких изменениях потребления пара отопительной системой. Однако термоаккумулирующие свойства жидкости даже при небольших колебаниях давления стремятся привести термодинамическую систему в стабильное состояние за счёт стремительного парообразования. В итоге, получаем опасный рост давления пара, который может привести к взрыву котла.

При использовании твёрдого топлива, в дымоходе образуется сажа, которая ухудшает отдачу тепла водяной рубашке и снижает тягу. Поэтому существенно повышается расход топлива при нагреве до заданной температуры и вырастает инерционность системы. По этим причинам необходимо проводить очистку каналов дымоотвода через 25-30 дней непрерывной эксплуатации.

Ремонт котлов

В случае нарушения герметичности, ремонтируем жаротрубные котлы в такой последовательности:

  1. Изучаем документацию и схемы устройства.
  2. Выполняем поиск проблемного участка и локализуем его.
  3. Проводим зачистку поверхности возле трещины до чистого металла на ширину 15-20 мм.
  4. Выполняем сварочные работы при температуре окружающей среды выше +50С. Применяем электроды толщиной 2,5 мм или 3 мм. Навариваем шов со стороны барабана на 2-4 мм больше, чем от трубы. Направление сварки от середины трещины к краям одновременно с применением двух сварочных аппаратов.
  5. Зачищаем шов до блеска и смотрим на его качество. При необходимости устраняем недоделки: не проваренные участки и раковины.
  6. Проводим испытания котла.

Жаротрубные водогрейные котлы применяют в котельных, для отопления частных домовладений, в промышленности и других сферах

Иногда в устройстве жаротрубных котлов из-за неправильной эксплуатации возникает необходимость замены повреждённого участка. Для этих целей применяют газопламенный способ. При этом размеры повреждённой части должны быть не менее 200 мм или диаметра трубы. Сначала локализуют участок, затем вырезают его болгаркой до сохранившегося по толщине и свойствам металла, после чего зачищают и приваривают латку из такой же по составу стали.

Жаротрубные водогрейные котлы применяют в котельных, для отопления частных домовладений, в промышленности и других сферах. Это обусловлено их высокой эффективностью нагрева и экономным расходом топлива, надёжностью и неприхотливостью в эксплуатации. Устройство жаротрубных котлов относительно простое, поэтому их легко можно отремонтировать даже самостоятельно без привлечения специалистов.

Котёл водотрубный или жаротрубный: вечный спор

Г.Е. Рузаев, заместитель генерального директора, АО «Дорогобужкотломаш» по перспективному развитию, г.

Введение

Изначально вся система советского, а затем и российского, отопления и горячего водоснабжения была ориентирована на водогрейные котлы водотрубной конструкции – в 1960-х годах прошлого века в СССР специальным решением Госгортехнадзора был введён официальный запрет на производство жаротрубных котлов из-за большого количества связанных с их эксплуатацией аварий.

Поэтому именно водотрубные котлы сформировали менталитет наших проектных, монтажных и эксплуатационных организаций, именно они стали традиционно российскими, так как были не просто адаптированы под местные условия, а создавались специально для них.

Жаротрубные котлы получили широкое распространение на территории РФ лишь в конце 80-х годов, и российские производители не остались в стороне от этого «модного» западного направления развития котлостроения, решив, что существующие системы химводоподготовки, контроль, автоматика и применение современного котельного оборудования при проектировании и модернизации оставили в прошлом проблемы их эксплуатации.

Первая информация о проблемах с эксплуатацией жаротрубных котлов (причём импортных, а не российских) пришла к нам из Прибалтики, ведь системы эксплуатации там остались те же, что и в России. После изучения этого отрицательного опыта, а также состояния систем теплоснабжения на местах у основного потребителя российские производители провели «работу над ошибками», в результате чего было принято решение о разработке водотрубных котлов малой мощности, которые бы сочетали в себе только положительные характеристики жаротрубных и водотрубных котлов, а именно:

§ надёжность и долговечность;

§ использование обычных схем водоподготовки;

§ компактность, возможность работы с современными длинно-факельными горелочными устройствами;

§ блочная поставка максимальной готовности и т.д.

По сути, стояла задача предложить заказчику выбор, который позволит ему принять решение для конкретной ситуации, с учётом всех реалий на местах.

И сейчас Заказчику предоставлен вполне достойный выбор – как в линейке жаротрубных котлов, так и водотрубных. Что же может повлиять на решение отдать предпочтение оборудованию той или иной конструкции?!

Жаротрубные котлы

При имеющихся плюсах, жаротрубные котлы (рис. 1) показали себя достаточно «капризными» в эксплуатации. Причины аварий на котельных с «жаротрубниками» уже неоднократно обсуждались и, если двигаться по стадиям жизнедеятельности оборудования, то можно условно выделить несколько групп ошибок.

1. Ошибки при проектировании:

– неверный подбор горелочных устройств (отсутствие регулировки геометрии факела, вентилятор не обеспечивает преодоление сопротивления котла);

– неверный подбор насосов рециркуляции для обеспечения перепада температур воды до и после котла;

– гидравлический режим не обеспечивает давления воды, предотвращающего пристенное кипение;

– неправильно подобрана установка химводоочистки;

– неверно подобраны горелки в режиме «включено – выключено» и не в модулируемом режиме (режим превышения расчётного числа циклов).

2. Ошибки при изготовлении и монтаже:

– металл не соответствует предельным параметрам, соответствующим температуре для жаровых труб;

– большие остаточные напряжения при сварке;

– перепутанные патрубки «вход – выход» воды на котле;

– трубопроводы смонтированы без «плавных» тройников и переходов с увеличенным сопротивлением.

3. Ошибки при эксплуатации:

– отсутствие химводоподготовки, несоответствие её расчётным значениям, отсутствие контроля за режимом ХВП;

– отсутствие контроля за режимом горения;

– отсутствие фильтров на линии циркуляции воды в системе теплоснабжения – особенно актуально после реконструкции котельных (насосов, ХВО, и т.п.), когда после пусков котла в него уходит весь шлам из системы;

– регулировка за счёт изменения количества турбулизаторов;

– нет промывки систем перед пуском;

– отсутствие периодичных промывок;

– ветхие тепловые сети, когда производительность ХВП не обеспечивает качество подпиточной воды из-за больших утечек и т.д.

Необходимо отметить, что по вине эксплуатации происходит порядка 98% выхода из строя котлов на местах. Сама конструкция жаротрубного котла при всех вышеперечисленных ошибках заставляет его работать как грязевик и способствует отложениям, накипи и, как следствие –перегрев, отдулины, трещины, а далее – выход из строя.

С другой стороны, откуда отечественным эксплуатационникам за относительно короткий промежуток времени было набраться опыта, если мощная система центрального теплоснабжения со всей своей инфраструктурой была в основном ликвидирована, а вновь построенные котельные малой мощности эксплуатируются силами районных ЖКХ небольших поселений, спортивных, торговых, санаторных и больничных комплексов и т.п.

При этом, надо отдать должное: как на западе, так и на российских теплогенерирующих объектах с профессиональным и бережным подходом к эксплуатации, опытом культуры и контролем водоподготовки жаротрубные котлы работают долго и успешно.

Рисунок 1. Жаротрубный котёл российского производства.

Водотрубные котлы

Аварийных ситуаций с эксплуатацией современных водотрубных котлов (рис. 2) гораздо меньше как раз из-за наличия огромного опыта их длительного применения в России.

Более того, интерес к их установке по сравнению с жаротрубными котлами неуклонно растёт (к проектированию, монтажу, эксплуатации и сервису мы уже привыкли, здесь особых нареканий нет).

В качестве обоснования этого интереса можно назвать следующие преимущества котлов водотрубной конструкции:

§ умеренное теплонапряжение в топке и большие скорости движения воды;

§ возможность работы напрямую на теплосеть;

§ более низкий удельный вес металла под давлением;

§ меньшие затраты на ремонт;

§ небольшой водяной объём, большая динамичность в наборе нагрузки;

§ повышенная эксплуатационная надёжность;

§ технико-экономические параметры (КПД, уровень автоматизации, подбор горелочных устройств, комплектность, блочность поставки, цена и другие показатели) практически не уступают котлам жаротрубной конструкции.

Рисунок 2. Водотрубный современный котёл российского производства.

Заключение

Можно достаточно долго рассуждать и дискутировать по части конструкции, проектирования, монтажа, эксплуатации, сервиса, подготовке персонала, контроля (в том числе и со стороны надзорных органов) экономики и т.п., но в реалиях сегодняшнего дня преимущество всё-таки остаётся за водотрубными котлами: если в 1990-х годах прошлого века в общем количестве выпуска малых котлов «жаротрубники» занимали 85%, то сейчас – только 40%.

Модные явления, в том числе и в технике, приходят и уходят, прогресс в любом случае не стоит на месте, и право на дальнейшее существование тех или иных типов оборудования получат те, кто воплотит новейшие технические решения с учётом адаптации их к конкретным условиям и в полной мере удовлетворит запросы потребителя.

Резюмируя вышесказанное, хотелось бы выделить самое, на мой взгляд, главное: при всём многообразии предложений на рынке весомое слово в пользу того или иного оборудования должно оставаться за профессионалами. Поэтому к выбору оборудования Заказчику следует привлекать профессионалов от эксплуатации, ведь вся ответственность за качественную и своевременную подачу тепла и горячей воды потребителю (производство, жильё, детские сады, больницы, школы и т.д.) лежит именно на их плечах (уголовная – в том числе). Только они, их опыт, владение обстановкой в конкретных системах дают гарантию выполнения всех требований потребителя в срок и с должным качеством.

Устройство и принцип работы жаротрубного котла

Одним из наиболее распространённых видов промышленного теплового оборудования является жаротрубный котёл. Они отличаются несложной конструкцией, высокой надёжностью и возможностью переоснащения.

Имея небольшие габариты они отличаются высокой теплопроизводительностью при этом будучи безопасными. Существует несколько моделей, отличающихся конструкцией, мощностью, потребляемым топливом.

Устройство жаротрубного котла

Простой принцип работы определяет конструктив. Форма корпуса может быть разнообразной, но наиболее часто встречается форма цилиндра. С одной стороны располагается камера сгорания, а с обратной система дымоудаления. Горение поддерживается принудительным дутьевым устройством.


Над топкой находятся теплообменники, которые контактируют с дымоотводящим каналом. Для повышенной эффективности нагрева теплообменник изготавливают из труб небольшого сечения.
Наиболее распространенный трёхходовые жаротрубные котлы. Его главное отличие от обычной конструкции это наличие трёх дымоотводящих каналов.

Первым каналом считается топка, а два других находятся выше один над другим. Вентилятор обеспечивает необходимую тягу, а также существует естественная тяга через колосники и вентиляционные отверстия.

Особенностью трёхходовых котлов является снижение температуры нагретых дымовых газов с 1000˚С до 250˚С, обеспечив максимальную теплоотдачу. Но это чревато тем, что водяной уровень нестабильный и не поддаётся контролю. Это решается применением сепаратора, разделяющий пар и воду, и капли не поступают в коллектор.

Помимо указанных частей установки оснащаются следующими узлами для улучшения их характеристик:

  • каналы воздухоотвода;
  • манометр для пара;
  • термометр для теплоносителя;
  • управляющий блок;
  • контроллеры давления;
  • аварийная защита.

Принцип работы

Принцип работы жаротрубного котла заключается в передаче тепловой энергии от горящего топлива теплоносителю. Процесс парообразования происходит при температуре 115˚С и давлении 0,7 кгс/кв.см.
Топливо сжигается в топочной камере, которая охлаждается водой, кроме фронтальной стороны. При нагреве воды происходит парообразование, пар аккумулируется в приспособленном резевруаре, подключённой к системе отопления. Отработанные газы удаляются через пучок труб.

Топливо для котлов может быть разнообразным: жидкое, твёрдое и газообразное.
Оборудование представляет собой газотрубные установки с жаровыми трубами, в которых циркулирует горящее топливо.
На жаровых трубах имеется газовая горелка низкого давления и принудительный наддув. Жаровая труба это своеобразная камера сгорания, внутри которой происходит сжигание подаваемого топлива.

Виды жаротрубных котлов

Жаротрубные котлы разделяются на две большие категории:

  • паровые. Образуют пар в специальной ёмкости, который используется как рабочее тело в системе отопления;
  • водогрейные. В таких происходит нагрев воды, которая используется как теплоноситель. Использование пара в этих котлах исключается во избежания перегрева и разрушения труб.

Отличие жаротрубного котла от водотрубного

Теплогенерирующие котлы большой производительности по своей конструкции разделяются на жаротрубные и водотрубные.
Особенность жаротрубных в том, что поверхность нагрева состоит из трубок, по которым движется сгораемое топливо. А нагрев теплоносителя, находящегося за пределами трубок, происходит путём теплообмена.
Жаротрубные котлы делятся также на пролётные – газы проходят без поворотов и оборотные – газы поворачивают в камере при движении.
Чаще всего это оборудование изготавливается в виде горизонтального цилиндра. Водогрейные котлы, такие как КВР или КВА, содержат нагретую воду внутри. Поверхность нагрева располагается в центре котла или ниже.

С одного торца устанавливается горелка для сжигания газа или дизельного топлива. Выше нагревательных элементов располагаются дымогарный трубопровод, по которому продукты горения направляются в дымоход.
По количеству контуров установки разделяются на двухходовые и трёхходовые. В первых действует реверсивная камера сгорания, где газы упираются в заднюю поверхность агрегата, затем разворачиваются и идут к фронтальной, после отражения от которой газы меняют направление в сторону удаления из котла.
В трёхходовой схеме газы при возвращении в передней поверхности проходят ещё одну жаровую трубу или же через ряд дымогарных труб. После чего, отразившись, газы идут на удаление из агрегата.

Главные преимущества жаротрубных котлов:

  • простая конструкция;
  • изготавливаются из недорогого метала;
  • компактность;
  • простое обслуживание;
  • легкий тепловой расчет

Недостатки при эксплуатации жаротрубных котлов:

  • требования по качеству подпиточной воды. Это связано с небольшими скоростями циркуляции. Поэтому это оборудование запрещается подключать к системам отопления из-за высокого шламообразования в радиаторах;
  • высокая взрывоопасность. Если в котле имеется большое количество горячей воды и внезапно падает давление из конструктивных поломок, то мгновенно происходит выделение пара, сопровождающееся взрывом;
  • высокое аэродинамическое сопротивление;
  • необходимость поддержания температуры большого объёма воды даже в случае отсутствия потребности, иначе при остывании приходится затрачивать много времени на нагрев.

Противоположным принципом работы обладает водотрубный котёл, его элемент нагрева представляет собой ряд труб, по которым движется нагретая вода, а теплообмен происходит путём нагрева труб путём сжигания топлива.
Наиболее распространённым и простым видом теплообменника является узел, состоящий из двух труб, сваренных между собой несколькими поперечными трубами.

Преимущества водотрубных котлов следующие:

  • нет опасности взрыва;
  • быстрый теплообмен;
  • небольшой вес оборудования;
  • надёжная конструкция;
  • нет особенных требований к качеству воды.

Минусы такого оборудования:

  • качество швов и соединений должно быть высоким;
  • более сложное устройство;
  • сложное техобслуживание.

На российском рынке больше всего представлено жаротрубное оборудование. Это следствие более простой технологии и несложного обслуживания. Однако благодаря своим преимуществам, часть рынка всё же принадлежит водотрубным котлам, несмотря на низкую популярность.

Лучшие Российские производители

Среди российских производителей стоит выделить несколько предприятий:

  1. Борисоглебский котельно-механический завод. Предприятие выпускает жаротрубное оборудование, работающее на твёрдом, жидком топливе и газе. Оборудование комплектуется горелками и системами автоматического управления, безопасности. Приборы собственного производства. Котлы имеют трехступенчатое регулирование мощности, позволяющее обеспечить автономный режим эксплуатации.
  2. Промышленная группа «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.). Линейка жаротрубных котлов состоит из оборудования производительностью от 1 до 2,5 тонн/ч. Данное оборудование служит для производства пара низкого давления в промышленности. Схема котлов – трёхходовая. В комплектацию входят горелки, которые выполняются в двух вариантах: автоматизированные однотопливные и двухтопливные. Достоинствами агрегатов выступает высокий КПД – до 91%, простая конструкция, высокая ремонтоспособность.
  3. АО «Завод котельного оборудования» (Белгородская область, Алексеевский район, г. Алексеевка). Предприятие выпускает жаротрубные котлы с высоким коэффициентом полезного действия. Паровые оборудование работает по трехходовой схеме. Котлы отличаются производятся в широком ассортименте с производством пара от 2 до 25 т/ч, и давлением до 25 бар.
  4. Российский завод энергетического машиностроения АО «Поликрафт энергомаш». Завод выпускает котлы паропроизводительностью от 0,5 до 5,0 тонн/ч, имеют 11 типоразмеров и работают на газообразном и дизельном топливе. Оборудование оснащено защитной автоматикой.
  5. АО «Шебекинский машиностроительный завод» (г. Шебекино, Белгородская обл.) изготавливает паровые жаротрубные котлы марок КП и КПа производительностью пара от 1 до 4 тонн/ч. Среди достоинств: спиральный турбулизатор, футеровка передней крышки огнеупорным бетоном. Котлы соответствуют требованиям Ростехнадзора.

Устройство и виды жаротрубных котлов

Жаротрубные котлы являются одними из самых распространённых отопительных агрегатов благодаря своей простой конструкции, надёжности, возможности улучшения эксплуатационных характеристик. При компактных размерах они вырабатывают высокую тепловую мощность и при этом полностью безопасны. Кроме того, доступны для выбора несколько типов конструкций, среди которых можно подобрать оптимальный вариант под доступное топливо и экономить на обогреве.

Устройство и принцип работы

Жаротрубные водогрейные котлы работают по принципу передачи тепловой энергии от сгораемого топлива теплоносителю, циркулирующему в теплообменниках. При этом для парообразования достаточно температуры до +115 0 С и рабочего давления до 0,7 кгс/см 2 . Средняя мощность теплового потока составляет 1,3 МВт/м 3 .

Сгорание топлива происходит в топочной, которая со всех сторон, кроме лицевой, охлаждается водяной рубашкой. Для выхода дыма установлен пучок труб, которые позволяют его вывести за пределы котла. В качестве топлива может использоваться газ, дрова, уголь, мазут, дизель.

При нагреве воды часть объёма переходит в пар, который скапливается в верхней части ёмкости в специальной камере, подключённого к отопительной системе.

Благодаря простому принципу работы жаротрубного котла он имеет относительно простую конструкцию. Корпус может иметь практически любую форму, но большинство производителей изготавливают его в основном в виде цилиндров. В торцевой части расположена топочная, а с противоположной стороны – система отвода дыма. Воздух для поддержания горения нагнетается при помощи электровентилятора, расположенного фронтально.

Над топочной камерой расположены по периметру теплообменники, которые заполнены теплоносителем и имеют плотный контакт с дымоотводом. Они выполнены в виде горизонтальных трубок небольшого сечения для увеличения эффективности нагрева воды.

Трёхходовой жаротрубный котёл ТТ-100

Наибольшее распространение получил трёхходовой жаротрубный котёл, отличие которого от описанной конструкции (одноходовой) состоит в наличии трёх ходов для отвода дыма, расположенных над топочной. Первым ходом является сама камера сгорания, вторым и третьим – ходы, расположенные сверху друг над другом. Тяга в каналах обеспечивается при помощи вентилятора и/или за счёт естественных воздушных потоков через вентиляционные отверстия или колосники.

Трёхходовой жаротрубный котёл позволяет понизить температуру нагретого дымового газа с +1000 0 С до +250 0 С, то есть основная часть тепла будет передана теплоносителю. По этой причине уровень воды весьма нестабилен и его достаточно сложно контролировать. Поэтому в устройстве используется сепаратор, отделяющий воду от пара, в результате чего капли не попадают в отопительный коллектор.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и автоматизации процесса нагрева теплоносителя производители устанавливают следующие узлы:

  • воздухоотводы;
  • манометр, показывающий давление пара;
  • термометр для индикации температуры нагрева;
  • блок управления нагревом;
  • датчики давления теплоносителя;
  • система защиты от перегревов и аварийных режимов работы.

Виды жаротрубных котлов

Жаротрубные паровые котлы по типу нагрева теплоносителя подразделяются на следующие виды:

  • паровые, в которых для подогрева используется пар, накапливаемый в отдельном специальном резервуаре;
  • водогрейные, использующие для нагрева теплоносителя воду, применение пара недопустимо из-за необходимости предотвращения перегрева и деформации стенок корпуса котла.

Схема водогрейного жаротрубного котла

Преимущества и недостатки

Котлы с жаротрубной конструкцией обладают следующими преимуществами:

  • высокий КПД, достигающий 92-93% благодаря эффективному распределению тепла и полному отбору мощности от создаваемого теплового потока при сгорании топлива;
  • отсутствие нагрева внешней поверхности корпуса благодаря использованию водяной рубашки;
  • высокая теплоёмкость котла и минимальная инерционность нагрева при работе;
  • стабильные температурные параметры за счёт полного контроля процесса сгорания топлива;
  • безопасность при эксплуатации: риск взрыва по причине высокого роста давления минимален;
  • возможность внесения модификаций с целью изменения технических характеристик;
  • простота конструкции, позволяющая проводить обслуживание и ремонты без привлечения специалистов;
  • компактные размеры, по сравнению с другими типами котлов с аналогичными характеристиками;
  • надёжность и долговечность по причине использования жаростойкой стали и минимальному количеству сварных швов;
  • возможность применения для обогрева объектов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях;
  • средний срок службы от 20 до 50 лет;
  • отличная ремонтопригодность;
  • доступность конструкций под использование различных видов топлива.

Жаротрубные котлы имеют высокий КПД, достигающий 92-93% благодаря эффективному распределению тепла

К недостаткам жаротрубной конструкции относятся:

  • в случае применения жёсткой воды на внутренних поверхностях образуется неравномерная накипь, которую удалять можно только после разборки, что весьма трудоёмко;
  • высокое потребление воды;
  • появление застойных зон теплоносителя из-за малой скорости его циркуляции;
  • необходимость постоянного контроля состояния и периодического обслуживания, для недопущения аварийных ситуаций;
  • сложность очистки ходов для отвода продуктов сгорания из топочной камеры;
  • наличие непрогреваемых участков внутри теплообменников из-за низкой скорости циркуляции теплового потока.

Особенности эксплуатации

В жаротрубных котлах принцип работы основан на подогреве воды и образовании пара, поэтому необходимо использовать воду без примесей и постоянно следить за показаниями датчиков с целью обеспечения стандартных режимов работы. Для подготовки воды рекомендуется применять двухступенчатые натрий-катионные фильтры или обратный осмос с натрий-катионированием.

Кроме того, необходимо выполнять деаэрирование для получения необходимого pH уровня, а также введение специальных химических средств, предотвращающих коррозию металла. Связана эта мера с тем, что при пониженной кислотности воды в ней образуются сульфиты и фосфаты железа, которые стимулируют отложения накипи на внутренних поверхностях. Слой накипи опасен в первую очередь для топочной трубы одно- или трёхходового жаротрубного котла, так как она охлаждается только водяной рубашкой.

Периодичность проверки качества воды через каждые 3-4 суток. Это делает встроенная автоматика или лаборатория. Контролируются следующие параметры:

  • жёсткость;
  • электропроводимость;
  • содержание щёлочи, кислорода и кислородного связующего компонента;
  • уровень pH.

В этот же период следует проводить частичную или полную продувку объёма для удаления шлама. Для этого в устройстве жаротрубных котлов предусмотрена запорная арматура, расположенная в его нижней части. Некоторые конструкции предполагают не периодическую, а постоянную продувку с количеством удаляемой воды 5-10% от общего объёма.

В процессе эксплуатации, чтобы избежать ремонта жаротрубных котлов, важно следить за их внутренним давлением. Большие объёмы поступающей в ёмкость воды благоприятно сказываются на стабильности давления при резких изменениях потребления пара отопительной системой. Однако термоаккумулирующие свойства жидкости даже при небольших колебаниях давления стремятся привести термодинамическую систему в стабильное состояние за счёт стремительного парообразования. В итоге, получаем опасный рост давления пара, который может привести к взрыву котла.

Ремонт котлов

В случае нарушения герметичности, ремонтируем жаротрубные котлы в такой последовательности:

  1. Изучаем документацию и схемы устройства.
  2. Выполняем поиск проблемного участка и локализуем его.
  3. Проводим зачистку поверхности возле трещины до чистого металла на ширину 15-20 мм.
  4. Выполняем сварочные работы при температуре окружающей среды выше +5 0 С. Применяем электроды толщиной 2,5 мм или 3 мм. Навариваем шов со стороны барабана на 2-4 мм больше, чем от трубы. Направление сварки от середины трещины к краям одновременно с применением двух сварочных аппаратов.
  5. Зачищаем шов до блеска и смотрим на его качество. При необходимости устраняем недоделки: не проваренные участки и раковины.
  6. Проводим испытания котла.

Жаротрубные водогрейные котлы применяют в котельных, для отопления частных домовладений, в промышленности и других сферах

Иногда в устройстве жаротрубных котлов из-за неправильной эксплуатации возникает необходимость замены повреждённого участка. Для этих целей применяют газопламенный способ. При этом размеры повреждённой части должны быть не менее 200 мм или диаметра трубы. Сначала локализуют участок, затем вырезают его болгаркой до сохранившегося по толщине и свойствам металла, после чего зачищают и приваривают латку из такой же по составу стали.

Жаротрубные водогрейные котлы применяют в котельных, для отопления частных домовладений, в промышленности и других сферах. Это обусловлено их высокой эффективностью нагрева и экономным расходом топлива, надёжностью и неприхотливостью в эксплуатации. Устройство жаротрубных котлов относительно простое, поэтому их легко можно отремонтировать даже самостоятельно без привлечения специалистов.

Читайте также:  Линолеум для теплого пола: можно ли класть?
Ссылка на основную публикацию