Водотрубные или жаротрубные отопительные котлы? Котлы жаротрубные

17.03.2019

Жаротрубный котел изобрели в 19 веке, для увеличения паропроизводительности обычных цилиндрических котлов, не изменяя их размеров, путем развития внутренних поверхностей нагрева. В наше время жаротрубные котлы не потеряли своей актуальности.

Жаротрубный котел, имеет жаровые трубы, который проходят внутри водного пространства котла. Всем известно, что жаротрубные отопительные котлы изготовить не сложно, соответственно и цена на такие котлы минимальная.

Сфера применения жаротрубных паровых котлов

Жаротрубные паровые котлы нашли широкое применение в современной жизни. И наиболее часто их используют в сфере жилищно-коммунального хозяйства, а также на производстве, где есть потребность в паре. К примеру, такое оборудование можно увидеть в котельных, обслуживающих:

жилые здания и комплексы;
коммерческие и административные помещения;
производственные цеха;
медицинские и образовательные учреждения;
другие объекты, нуждающиеся в эффективном и недорогом источнике тепла.

В целом, же можно отметить, что оборудование данного типа используется в любом месте, где потребность в паре постоянна и равномерна.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Основными конструкционными элементами жаротрубного парового котла являются топка, водяной бак и дымогарные (жаровые) трубы. Принцип действия агрегата основывается на сжигании топлива и передаче выделяющегося тепла воде, в результате чего она переходит в газообразное состояние.

Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы попадают в дымогарные трубы, которые находятся внутри бака, и нагревают воду до температуры парообразования. В зависимости от числа проходов дымовых газов жаротрубные паровые котлы делятся на двухходовые и трехходовые. Первые имеют простую конструкцию и, как следствие, стоят дешевле. Вторые отличаются более высоким коэффициентом полезного действия. Разница в КПД между двух- и трехходовыми агрегатами зависит от марки и модели и варьируется от 1 до 3%.

Жаротрубные паровые котлы на газовом топливе: особенности и недостатки

Для повышения КПД, часто жаротрубные котлы переводят на газ. Обычно в них устанавливают газовые горелки низкого давления или инжекционные горелки среднего давления. Также демонтируют колосниковую решетку, которая установлена для сжигания твердого топлива, демонтируют фронтальную плитку, заменяют новой, которая имеет отверстие для монтажа грелок, а также глазки для розжига. Если делается монтаж инжекционной горелки с пластинчатым стабилизатором, то устанавливать фронтальную плиту необязательно.

Жаротрубные паровые котлы, переведенные на газовое топливо, работают надежно и показывают хорошие теплотехнические показатели. Недостатками являются, нагрев насадок у горелок, иногда может наблюдаться пульсирующее горение, которое обычно сопровождается выбросом пламени и хлопками. В большинстве случает эти недостатки возможно устранить. Важно, чтобы конструкции горелок соответствовал диаметр форсунок инжекционных горелок среднего давления, иначе невозможно будет добиться полного сжигания газа.

Как правило, котельные с жаротрубными котлами, обязательно должны иметь узел редуцирования давления, потому что они снабжаются газом от сети среднего или высокого давления. В котельных с секционными котлами устанавливают ротационные счетчики, для учета расхода газа. Если снабжение газом идет от сети низкого давления, то счетчик устанавливается сразу, если подача газа идет от сети среднего или высокого давления, то счетчики устанавливаются, после регулятора давления. Потому что давление не должно превышать 0,1 МПа

Из недостатков жаротрубных паровых котлов можно выделить, большие габариты и значительную металлоемкость, внутренние топки, которые могут сжигать лишь топливо высокого качества.

Самый большой недостаток данных котлов – они взрывоопасны. Если внезапно снизить давление внутри котла, при большом объеме кипящей воды, мгновенно выделиться большое количество пара и произойдет взрыв. Но если соблюдать все правила техники безопасности, то подобного никогда не случится.

Сейчас зарубежные заводы, которые предлагают жаротрубные котлы, требуют выполнить два условия: первое – должна быть соответствующая химводоподготовка и должна использоваться только химоочищенная вода.

Сейчас зарубежные заводы, которые предлагают жаротрубные котлы, требуют выполнить два условия:

должна быть соответствующая химводоподготовка;
должна использоваться только химоочищенная вода.

При правильной эксплуатации котел сэкономит вам приличную сумму денег, а также согреет вас своим теплом.

КРАТКИЙ ОБЗОР ПОПУЛЯРНЫХ КОТЛОВ ICI CALDAIE

Итальянская компания ICI Caldaie была основана в 1958 году. С самого начала производитель работал на опережение, предлагая потребителям высокотехнологичные решения, не имеющие аналогов. Такой подход сохранился и сегодня, поэтому нет ничего удивительного в том, что оборудование данной марки занимает лидирующие позиции на мировом рынке по общему объему продаж.

Что же касается жаротрубных агрегатов ICI Caldaie, то в настоящий момент наиболее востребованы две серии оборудования:

ICI Sixen. Данная линейка включает в себя двухходовые жаротрубные паровые котлы, производительность которых варьируется от 350 до 5000 кг/ч. Агрегаты могут работать как на жидком топливе, так и на газе, что существенно расширяет сферу их использования. Расчетное эксплуатационное давление 12 и 15 бар, а опционально до 25 бар. КПД жаротрубных паровых котлов составляет 90%. В комплектацию входит как оборудование, так и арматура, необходимая для быстрого запуска агрегата.
ICI Rex. В этой серии представлены горизонтальные водогрейные жаротрубные котлы, предназначенные для эксплуатации в системах с температурой воды от 60 до 110 ºC. Нормальное рабочее давление составляет 6 бар. Мощность зависит от модели и варьируется от 70 до 6000 кВт. Несомненным преимуществом котлов данной серии является высокий КПД - более 92%. Также стоит отметить, что агрегат совместим с горелками на жидком и газообразном топливе, поэтому может работать на дизеле, мазуте или магистральном газе.

И паровые, и водогрейные котлы ICI Caldaie - это современное оборудование, нашедшее широкое применение в различных сферах жизнедеятельности человека. Если вы тоже решили приобрести агрегат этой марки, рекомендуем проконсультироваться со специалистами компании «Альба», которая является официальным представителем завода-производителя в нашей стране.

Значительные объемы нового строительства в России, привлечение к строительству малых предприятий и частных инвесторов и соответствующее формирование инвестиционной политики обусловили на большинстве строящихся объектов применение автономных отопительных котельных – от квартирных и коттеджных до РТС, а также источников теплоты на реконструируемых объектах, преимущественно с водогрейными котельными агрегатами малой мощности (до 20 МВт). В статье рассмотрены особенности основных типов котлов, представленных на российском рынке, – водотрубных и жаротрубных.

Важнейшей особенностью котлов малой мощности являются тепловые режимы топок и связанные с ними физико-химические процессы горения, обус-ловленные масштабным переходом к малым геометрическим размерам топок с уменьшением мощности котла. Это изменяет соотношение площади поверхности топки к ее объему обратно пропорционально ее характерному размеру. Следствием этого является тот факт, что в малых котлах видимые тепловые напряжения топочного объема в несколько раз превышают характерные для мощных котельных агрегатов, достигая значений qv = 2 МВт/м3 и выше (на газе и жидком топливе), при этом тепловые напряжения поверхностей нагрева в топке (qн = ~200 кВт/м2) примерно соответствуют видимым тепловым напряжениям поверхностей нагрева мощных котлов.

Водогрейная котельная техника представлена на российском рынке двумя основными типами котлов: водотрубными и жаротрубными.

Водотрубные котлы определенное время были основным типом отечественной водогрейной техники. В области малых мощностей такое положение дел себя не оправдало: с производства были сняты устаревшие котлы ТВГ, ТГ, НР 18, ЗиО 60 и др. Однако ряд конструкций котлов малой мощности серии КВ ГМ продолжает выпускаться. Отечественные разработки водогрейных котлов преимущественно представлены водотрубными котлами, выпуск которых осваивают как крупные заводы («Дорогобужкотломаш», Бийский котельный завод, «Вольф Энерджи Солюшен» и др.), так и небольшие котлостроительные фирмы.

Независимо от типа котла необходимо отметить, что тепловой режим металла стенки котла определяется состоянием внутренней поверхности (со стороны охлаждающего теплоносителя), наличием отложений, их толщиной и свойствами. Внешние шлаковые, сажевые и битумиозные отложения (как и внутренние) преимущественно влияют на эффективность теплопередачи от газового потока к теплоносителю и, следовательно, повышают температуру уходящих газов, снижают мощность и КПД котла.

Однако наибольшие неприятности часто связаны с увеличением аэродинамического сопротивления газового тракта котла, изменением и искажением характеристик горения, ухудшением экологических показателей работы.

Водотрубные водогрейные котлы

Основные преимущества водотрубных водогрейных котлов обусловлены организованным гидравлическим режимом в трубных водяных контурах, что позволяет, используя насосные схемы принудительной высокоскоростной циркуляции (в том числе с рециркуляцией), обеспечить допустимые тепловые (температурные) режимы, уменьшить негативные процессы загрязнения теплопередающих поверхностей со стороны теплоносителя, снизить требования по общей жесткости циркуляционной воды. В то же время в водотрубных котлах необходимо строгое соблюдение гидравлического режима движения теплоносителя, исключающего его вскипание на поверхностях нагрева, что, как отмечалось, для котлов малой мощности особенно важно на теплонапряженных участках топочных поверхностей нагрева. При обосновании скоростного режима необходимо ориентироваться на трубы с отпускным движением теплоносителя, в которых при указанных условиях теплообмена (qн = ~200 кВт/м2) скорость движения теплоносителя должна быть по известным зависимостям не менее 1,25–1,35 м/с.

Такой гидравлический режим обуславливает достаточно высокое гидравлическое сопротивление водотрубного водогрейного котла (обычно в пределах 0,5–1,5 бар). Причем не только в расчетном режиме, но и при всех промежуточных режимах работы с частичной или даже минимальной мощностью. Постоянный гидравлический режим, пожалуй, наиболее важный фактор, обеспечивающий надежную работу всей трубной системы водогрейного водотрубного котла.

Ряд конструкций водогрейных водотрубных котлов поставляются производителем в виде нескольких укрупненных блоков, что требует дополнительных затрат при доставке котла, его сборке и монтаже на строительной площадке.

Последнего недостатка лишены жаротрубные водогрейные котлы, полностью изготавливаемые в заводских условиях и поставляемые в виде компактной моноблочной конструкции, часто с уже смонтированной тепловой изоляцией, внешней оболочкой, опорной рамой и пр. Это делает конструкцию привлекательной для потребителя, существенно упрощает монтаж оборудования в котельной.

Жаротрубные водогрейные котлы

Использование жаротрубных котлов с наддувной газоплотной топкой, принцип действия которой основан на применении автоматизированных горелочных устройств, оснащенных встроенными (или комплектными) дутьевыми вентиляторами, позволяет работать без дымососов с регулированием параметров горения при переменных нагрузках, сохраняя высокую эффективность с КПД 92–95 %.

Заводы-изготовители переходят на большие объемы выпуска жаротрубных котлов, активно осваивают зарубежные технологии, покупают и перерабатывают под российские нормативы техническую документацию известных фирм, продукция которых пользуется спросом и хорошо себя зарекомендовала на рынке. Например, трехходовые котлы ФР–10, ФР–16, выпускаемые по технологии компании «Финрейла» (Финляндия), котлы GKS Dynaterm, Eurotwin производства «Волф Энерджи Солюшен» по технологии компании WOLF (Германия).

Конструктивные схемы практически всех жаротрубных водогрейных котлов предполагают размещение в водяном объеме внутри внешней прочной оболочки котла цилиндрической топки и дымогарных труб конвективных поверхностей. Компоновку котлов принято классифицировать как двухходовую и трехходовую. В обоих случаях развитие факела и движение продуктов сгорания по топочному объему считается первым ходом как для топок с осевым пролетным (без разворота факела) движением газов, так и для тупиковых реверсивных топок (с разворотом факела на 180° в задней части внутри топки к фронту котла) (рис. 2). Таким образом, 2 ходовые схемы предполагают один ход продуктов сгорания по конвективным жаровым трубам, а 3 ходовые – два хода с разворотом продуктов сгорания между пучками дымогарных труб на 180°

Важнейшие недостатки жаротрубных конструкций обусловлены малой скоростью движения теплоносителя во внутреннем водяном объеме котла, имеющем значительный объем (удельный объем воды от ~0,5 до ~1,5 м3/МВт) и большое расчетное живое сечение для движения котловой воды. Это приводит к неорганизованным гидравлическим режимам внутренней циркуляции со скоростями, соответствующими естественной конвекции порядка 0,01–0,02 м/с, а в ряде зон водяного объема и ниже. По этой причине значение тепловых напряжений поверхностей нагрева котла по условиям недопущения пристенного вскипания воды гораздо ниже, чем у водотрубных котлов, и является основным фактором, определяющим надежную и безаварийную работу котла (наряду с загрязнением поверхностей со стороны воды накипью и шламовыми отложениями и др.).

Конструктивные особенности жаротрубных котлов

Конструкция трехходового котла по сравнению с двухходовым у большинства производителей имеет большую конвективную поверхность нагрева (дымогарных труб) и за счет этого позволяет увеличить глубину охлаждения дымовых газов и повысить на 1–3 % КПД котла. Большего значения КПД удается достичь установкой за водогрейным котлом агрегатного или блочного экономайзера (в том числе и конденсационного типа).

Оценивая качество жаротрубного котла необходимо учитывать как конструктивные решения, так и совершенство технологии изготовления.

Так, наличие жесткого корпуса и безкомпенсационных по термическому удлинению торцевых поверхностей (трубные доски) с жесткой сваркой прямых жаровых труб и жестким креплением топки, близкое расположение жаровых труб к внешней необогреваемой оболочке котла приводят к повышенным напряжениям из-за некомпенсированной тепловой деформации как при холодных пусках, так и при переменных режимах эксплуатации. В этой связи весьма важно иметь информацию о расчетном значении на малоцикловую усталость металла, которая определяет количество циклов запуска из холодного состояния, измеряемое от нескольких сотен до десятков тысяч циклов. Помимо конструкции котла на эту величину влияет качество металла жаровых труб и трубных досок, технология и качество сварки, применение термоотпуска для снятия внутренних напряжений в сварной конструкции при изготовлении котла.

Менее надежными оказываются и котлы с низким расположением жаровых труб, которые наиболее интенсивно заносятся шламом, из-за чего теплообмен ухудшается, температура стенки трубы увеличивается, что приводит к дополнительному локальному перегреву, увеличению нагрузок на сварочные швы и трубную доску. Для выравнивания и интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях часто используют различного рода турбулизаторы потока, вставляемые в жаровые трубы третьего хода или в концевые участки второго хода 2 ходового котла.

Здесь важно отметить, что жаровые котлы с реверсивной топкой, в силу отмеченных особенностей тепловых процессов, при развороте факела обеспечивают интенсификацию конвективного теплообмена в топке (этим достигается выравнивание тепловых потоков на поверхностях нагрева в топке). Также они позволяют за счет активной рециркуляции части продуктов сгорания в корне факела горелки снизить эмиссию оксидов азота. Однако при этом в значительной мере происходит интенсификация теплообмена на трубной доске и начальных участках дымогарных труб в зоне разворота факела у переднего шамотного блока с учетом его вторичного излучения. Из-за этих факторов трубная доска оказывается в чрезвычайно форсированном тепловом режиме, зачастую приводящем к ее перегреву.

Учитывая указанные особенности тепловых режимов фронтовой трубной доски, подавляющее большинство зарубежных производителей водогрейных жаротрубных котлов ограничивают область применения реверсивных топок котлами мощностью до 2,5 МВт.

Для любых топок жаротрубных котлов, особенно для реверсивных, необходим правильный подбор горелки не только по мощности, но и по соответствию конфигурации и размеров факела горелки топке котла. Должен быть исключен даже локальный «наброс» факела на холодную стенку топки во всех режимах ее работы, с учетом необходимого напора для преодоления аэродинамического сопротивления газового тракта котла и метода регулирования нагрузки.

Низкие скорости движения теплоносителя, большие объемы воды приводят к интенсивному выпадению взвешенных частиц шлама как в нижней части котла (формируя зоны интенсивной подшламовой коррозии), так и на верхней образующей жаровых труб. Даже на «чистой» трубе при работе котла на расчетные параметры воды с температурой +95 °C максимальные значения локальной температуры воды могут составлять ~130 °C, а при +105 °C – ~145 °C. Под пористыми шламовыми отложениями (и накипью) температуры металла стенки трубы и воды еще выше, что ведет к локальному вскипанию, интенсификации процесса накипеобразования, перегреву стенки трубы. Дополнительно необходимо отметить, что вскипание воды не только не смывает шламовые отложения на верхней образующей жаровых труб, но и интенсифицирует формирование локальных отложений накипи и фактически увеличивает размер и уплотняет эти отложения. По этой причине желательно не снижать гидростатическое давление в котле ниже 4,5–5 бар, что, однако, не может в полной мере подавить эти процессы. «Вялая» гидродинамика жаротрубных котлов объясняет необходимость глубокого умягчения воды до остаточной общей жесткости не более 0,01–0,02 (мг-экв)/л.

Максимальное уменьшение шламоотложения обеспечивается при использовании независимого подключения котлового контура в схеме теплоснабжения, исключающего попадание шлама из тепловых сетей и систем отопления потребителей. Следует ограничить использование магнитной и комплексонной обработки даже при наличии шламоотделителей в схеме и использовать периодическую продувку, периодичность и время осуществления которой из нижних точек котла определяется водно-химическим режимом работы котла.

Необходимо обязательно поддерживать гидравлический режим работы котла с расчетным расходом теплоносителя, определяемым при расчетной нагрузке по допустимому перепаду температур на входе и выходе из котла. Обеспечить требуемую рециркуляцию теплоносителя с проверкой во всех режимах работы для исключения низкотемпературной коррозии в хвостовых поверхностях нагрева котла, которая рассчитывается по условию превышения температуры воды на входе в котел температуры точки росы дымовых газов на 5 °C.

Рассматриваемые вопросы не только касаются проектирования и организации работы жаротрубных котлов, но напрямую связаны с режимами эксплуатации с позиции обеспечения технологических процессов. Так, позиционное регулирование отпускаемой потребителям мощности при режиме эксплуатации горелки «включено-выключено» объективно существенно сокращает ресурс работы котла, учитывая цикловую усталость металла. Однако иногда и использование модулируемых горелок, особенно в реверсивных топках, может на пониженных нагрузках вызывать преждевременный разворот факела вблизи горелки, а следовательно, перегрев отдельных участков топки и фронтовой трубной доски. Аналогичный процесс развивается при значительных разрежениях в газоотводящем борове за котлом. В некоторых случаях, при малом аэродинамическом сопротивлении котла, этот эффект проявляется при разрежении ~25 Па.

Недопустимы нарушения режимов эксплуатации котлов:
— с несоответствующей или отключенной химводоподготовкой (даже при кратковременном ее отключении);
— с внесением конструктивных изменений в котел – при удалении турбулизаторов, изменении схемы подключения вход-выход по теплоносителю и др.;
— с отключенными рециркуляционными насосами;
— без контроля температуры уходящих газов, аэродинамического сопротивления и гидравлических потерь давления в котле;
— без контроля утечек в тепловых сетях и без очистки сетевой воды от шлама, без периодической продувки.

Сфера применения жаротрубных паровых котлов

жилые здания и комплексы;
коммерческие и административные помещения;
производственные цеха;
медицинские и образовательные учреждения;
другие объекты, нуждающиеся в эффективном и недорогом источнике тепла.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Жаротрубные паровые котлы на газовом топливе: особенности и недостатки

Сейчас зарубежные заводы, которые предлагают жаротрубные котлы, требуют выполнить два условия:

должна быть соответствующая химводоподготовка;
должна использоваться только химоочищенная вода.

При правильной эксплуатации котел сэкономит вам приличную сумму денег, а также согреет вас своим теплом.

КРАТКИЙ ОБЗОР ПОПУЛЯРНЫХ КОТЛОВ ICI CALDAIE

ICI Sixen. Данная линейка включает в себя двухходовые жаротрубные паровые котлы, производительность которых варьируется от 350 до 5000 кг/ч. Агрегаты могут работать как на жидком топливе, так и на газе, что существенно расширяет сферу их использования. Расчетное эксплуатационное давление 12 и 15 бар, а опционально до 25 бар. КПД жаротрубных паровых котлов составляет 90%. В комплектацию входит как оборудование, так и арматура, необходимая для быстрого запуска агрегата.
ICI Rex. В этой серии представлены горизонтальные водогрейные жаротрубные котлы, предназначенные для эксплуатации в системах с температурой воды от 60 до 110 ºC. Нормальное рабочее давление составляет 6 бар. Мощность зависит от модели и варьируется от 70 до 6000 кВт. Несомненным преимуществом котлов данной серии является высокий КПД - более 92%. Также стоит отметить, что агрегат совместим с горелками на жидком и газообразном топливе, поэтому может работать на дизеле, мазуте или магистральном газе.

В современном динамично развивающемся мире экономия топливных ресурсов становится одной из важнейших задач в жизнедеятельности человека, в том числе в коммунально-бытовой сфере. Централизованная система отопления не всегда справляется с поставленными задачами и обладает различными недостатками: потери энергии, низкий КПД, большие затраты ресурсов. Жаротрубные котлы идеально подходят для создания отопительной котельной небольшой мощности и являются основной альтернативой устаревшим моделям теплоснабжения.

Конструкция и устройство

Модельный ряд жаротрубных котлов обширен, включает разные формы и мощности агрегатов. Но по принципу модели значительно отличаются. Жаротрубные котлы бывают двух видов:

нагревают теплоноситель паром;
во внутренней камере котла циркулирует теплоноситель и полностью заполняет пространство агрегата.

Конструкция парового котла состоит из горизонтально расположенного корпуса, горелки, камеры сгорания и трехходных жаровых труб . Принцип работы следующий: в горелку поступает топливо и сгорает, горючие газы двигаются по трем извилинам жаровых труб, вокруг которых находится вода. Тепло от труб приводит к закипанию воды и образованию пара, в дальнейшем часть пара конденсируется в котле, а часть уходит на отопление.

Водогрейный жаротрубный котел имеет корпус, трубу отвода газов, камеру сгорания, жаровую трубу . Вода нагревается от контакта с горячей жаровой трубой и передается в отопительную систему.

Монтажом жаротрубных установок и диагностированием работы занимаются специалисты, необходимо соблюдение требований СНиП. За работой котла и соблюдением технических норм не нужен постоянный надзор, многие процессы происходят в автоматическом режиме (контроль температуры на выходе, давление в системе).

Проведение технических расчетов жаротрубных агрегатов

Перед установкой жаротрубного котла специалистами проводится множество технических расчетов, исходя из целевого назначения, модели оборудования, используемого топлива, климатических и иных условий эксплуатации и других параметров.

Читайте также: Принцип работы конденсационного котла

Основным видами технических расчетов считаются:

расчет срока службы при конкретных условиях использования (качество воды, продолжительность отопительного сезона и так далее);
расчет потребления топлива и объема продуктов сгорания . По каждому типу топлива имеются свои коэффициенты горения, и в зависимости от мощности установки показатели потребления и потерь тепла могут быть разными;
тепловой баланс котла – установление равенства между полученным теплом при сгорании и суммой использованного и потерянного тепла;
расчет топочной камеры, геометрических параметров, диаметра, длины и объема топки;
другое.

Проведение диагностики установок

Эксплуатация жаротрубной установки в котельной требует определенного диагностирования. Основным требованием, обеспечивающим бесперебойную работу котельного оборудования, является водный режим. Данный режим включает в себя главные принципы – высокое качество питательной воды , так как жаротрубные установки обладают мощными тепловыми потоками (около 1 300 кВт/м куб), и свободное движение воды – поэтому размеры и вес конструкции относительно невелики.

Тепловые расчеты показывают, что при несоблюдении водного режима на поверхности жаровых труб и на стенках котла быстро образуется накипь (кальциевые отложения). Это происходит за счет процесса закипания воды на поверхности стальных труб. Наличие отложений снижает термические показатели проводимости тепла. Техническое диагностирование жаротрубной котельной должно обязательно включать исследование воды на жесткость, наличие примесей, солей. Методика основывается на химических анализах и заборе образцов.

Анализ негативных факторов при техническом диагностировании и тепловые расчеты современных жаротрубных котлов имеют следующие выводы:

при снижении давления в системе процесс кипения происходит намного активнее и накипь образуется быстрее, следовательно, для таких установок необходимо соблюдать жесткие требования к мягкости воды;
при повышении давления в системе кипение воды может не происходить , температура стенок труб может быть значительно меньшей, что приводит к меньшему образованию накипи и снижению расхода топлива, при этом качество воды может быть средним по жесткости.

Жаротрубный котёл вместе с дымогарным котлом являются представителями древних бойлерных конструкций. Такие тепловые сооружения пользовались огромной популярностью в период XVIII века. Тогда основное применение универсальных жаротрубных-дымогарных котлов отмечалось на паровозах. Сегодня популярность несколько снизилась, но в частном секторе этот вид теплового оборудования продолжает пользоваться спросом. Причины очевидны – простая конструкция жаротрубного котла или дымогарного бойлера позволяет экономить на строительстве. А эффективность действия обеих систем вполне устраивает конечного пользователя.

Основу конструкций двух тепловых систем составляют:

печь для топлива,
бойлерный модуль,
газоотводящий канал.

Бойлерный модуль встраивается в систему газоотводящего канала и представляет собой сочетание водно-парового сосуда, внутри которого расположена многорядная трубная система.

Это своего рода трубчатый теплообменный блок, сквозь который проходят продукты сгорания топлива в печи.

Конструкция дымогарного оборудования промышленного назначения: 1 — пульт управления; 2 — жаровая камера; 3 — горелка; 4 — спирально-гофрированные трубы; 5 — поток жара; 6 — экономайзер; 8 — слой изоляции

Именно способом построения трубной системы теплообменного блока различаются в первую очередь жаротрубные и дымогарные котлы. Потому как технически это почти идентичные конструкции, за исключением одной детали.

Жаротрубные котлы оснащаются трубной схемой теплообменника, при помощи которой дополнительно обеспечивается перегрев пара. Дымогарные котлы наделены трубной схемой нагрева воды для естественного парообразования (без перегрева).

Ещё из конструктивных особенностей обеих следует отметить их разновидности, исходя из направления движения продуктов сгорания. Применяются два вида исполнения каналов отвода жара:

Пролётный.
Оборотный.

Очевидно, что в первом случае поток жара прямиком (напролёт) следует сквозь внутреннюю область трубчатого теплообменника.

Во втором случае путь прохождения горячих газов изменяется с прямого на оборотный ход, за счёт изменения конфигурации газоотводящего канала. При этом схема построения канала может предусматривать несколько ходов.

Как действует система жаротрубного котла?

Принцип действия котлов жаротрубного типа так же прост, как схема сооружения. Когда внутри печи сжигается топливо, продукты горения устремляются через газовый канал на выход.

Схема жаротрубного котла: 1 — колосниковая решётка; 2 — малое пламя; 3 -большое пламя; 4 — предохранительный клапан; 5 — паровой купол; 6 — выход насыщенного пара; 7 — выход угарных газов; 8 — головка перегревателя; 9 — трубки перегревателя; 10 — выход перегретого пара

На пути нагретых газов находятся металлические трубы теплообменника. Жар проходит сквозь внутреннюю область труб и нагревает металл.

Нагретые трубы большого диаметра снаружи погружены в воду, соответственно, отдают тепло воде. Вода нагревается до температуры кипения и начинает превращаться в пар.

Образовавшийся пар собирается под крышей сосуда, откуда подаётся во вторичную трубную систему, состоящую из трубок малого диаметра пропущенных сквозь первые жаровые трубы большего диаметра.

Таким образом, проходящий сквозь трубы жар делает двойную работу – нагревает воду и перегревает пар. Перегрев осуществляется проходом через вторичную и уже в перегретом состоянии пар выводится на потребительские нужды.

По сути, жаротрубные котлы следует относить к паровым котлам, причём вырабатывающим перегретый (сухой) пар.

Как действует система дымогарного котла?

Принцип действия дымогарного котла фактически повторяет отмеченный выше. Однако трубная система в этом варианте выполнена обычным способом – трубной решёткой без ввода малых внутренних трубок под перегрев пара.

Схема дымогарного котла: 1 — печь; 2 — нагретый дым и газ; 3 — дымогарные трубы; 4 — выход насыщенного пара; 5 — водно-паровой накопительный сосуд; 6 — выход угарных газов

Поэтому используются трубы дымогарного котла, меньшие по диаметру и с меньшей толщиной стенки. Вместе с тем, количество труб, как правило, увеличено по сравнению с жаротрубной конструкцией.

За счёт наращивания объёма трубной решётки достигаются более высокие дымогарного котла. Однако здесь есть технологические ограничения, которые зачастую не позволяют нарастить решётку до максимума:

увеличиваются габаритные размеры котла;
снижается прочность торцевых панелей трубной решётки;
уменьшается пропускная область для пузырьков пара.

Какой бы тип дымогарного котла не использовался, пар всегда отделяется от воды, скапливается в паровом пространстве. Скопившийся над поверхностью воды пар остаётся в состоянии насыщения жидкостью, так как постоянно контактирует с поверхностью воды.

Конструкция дымогарного котла содержит сосуд, где вода, находящаяся под давлением, нагревается до более высокой температуры, чем та, при которой вода закипает при атмосферном давлении (100ºС).

Схема на три хода с водяной рубашкой: 1 — горелка (печь); 2 — первый ход; 3 — второй ход; 4 — третий ход; 5 — сосуд с водой; 6 — область пара; 7 — выход пара Т=150 градусов; 8 — выход продуктов горения; 9 — водяная рубашка

В процессе нормальной работы вода занимает нижнюю область сосуда котла за счёт собственной силы тяжести. Пузырьки пара, образующиеся при контакте со стенками труб, поднимаются сквозь толщу воды и собираются вверху — под крышкой сосуда.

По мере увеличения количества пара в закрытом сосуде, давление внутри увеличивается, что приводит к увеличению температуры кипения воды. Этот фактор напрямую оказывает влияние на скорость производства пара, которая снижается.

Таким образом, дымогарный котел «сам по себе» контролирует и регулирует давление внутри сосуда. Иными словами, дымогарный котел является тепловым оборудованием, работающим под давлением и управляемый давлением.

Особенности конструктивного исполнения

Вода подается в бойлерную систему дымогарного (жаротрубного) котла традиционным способом — через входной трубопровод от центрального водоснабжения.

Поскольку пар и вода присутствуют в одном и том же сосуде, достаточно сложно получить пар высокого давления.

Обычно максимальное давление пара такого типа котлов достижимо на уровне не более 15-17 кг/см 2 . Производительность составляет не выше 10 м 3 /час.

Бойлерная система в процессе работы всегда находится под давлением. Поэтому котельного оборудования такой конструкции достаточно высока.

Тепловое оборудование может отличаться по расположению печной системы – наружная печь либо внутренняя. Также различается исполнение по размещению рабочего сосуда.

Существуют модели с горизонтальным либо вертикальным расположением. Исполнение с горизонтальным расположением сосуда находит более широкое применение в хозяйственной сфере.

Схемы экранирования: 1, 7 — водная среда; 2, 8 — тепловой канал; 3, 9 — двухходовые трубы; 4, 10 — вода; 5, 11 — область пара; 6 — «сухая» реверсивная камера; 12 — «мокрая» реверсивная камера

Сооружение котлов заставляет обратить внимание на важную деталь — экранирование. Существуют два варианта теплового экранирования:

Сухое.
Мокрое.

Сухое экранирование предусматривается на оборудовании, где стенка реверсивного канала отвода жара непосредственно контактирует с наружной средой. В этом случае выполняется облицовка стены канала огнеупорным материалом.

Однако более эффективным экранированием видится «мокрый» вариант, когда реверсивный канал не выводится наружу. Здесь пространство от стенки канала до наружной стенки котла занимает водяная «рубашка». Образуется эффективный экранный буфер, который позволяет отказаться от создания огнеупорной защиты.